CN102856195A - 一种金属-氧化硅-金属电容器的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属-氧化硅-金属电容器的制作方法，其中，包括以下步骤：提供一衬底；在所述衬底上沉积一层低介电常数介质层；在所述低介电常数介质层上制作一开口，所述开口为金属-氧化硅-金属形成区域；采用沉积步骤和含氧气体处理步骤循环进行的方式，在所述开口中沉积氧化硅，形成氧化硅层和低介电常数介质层的混合层；刻蚀所述氧化硅层，在所述氧化硅层中形成第一金属槽，并且刻蚀所述低介电常数介质层，在所述低介电常数介质层中形成第二金属槽；向所述第一金属槽和所述第二金属槽进行金属填充工艺。本发明有效地提高了层内电容器的电容，改善了电容器的击穿电压、漏电流等各电特性并提高了各器件间的电学均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及微电子领域，尤其涉及一种金属-氧化硅-金属电容器的制作方法。
背景技术
电容器是集成电路中的重要组成单元，广泛运用于存储器，微波，射频，智能卡，高压和滤波等芯片中。在芯片中广为采用的电容器构造是平行于硅片衬底的金属-绝缘体-金属（MIM）。其中金属是制作工艺易与金属互连工艺相兼容的铜、铝等，绝缘体则是氮化硅、氧化硅等高介电常数(k)的电介质材料。改进高k电介质材料的性能是提高电容器性能的主要方法之一。
等离子体增强型化学气相沉积方法（PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）因其沉积温度低而被广泛用于金属互连工艺中的薄膜沉积。例如，利用PEVCD方法，通过硅烷和一氧化二氮反应生成氧化硅薄膜，然而，利用PECVD方法制作的氧化硅薄膜内残留大量的硅氢键（Si-H）,使其内存在较多电荷，这导致该氮化硅薄膜在电性厚度方法的均匀性较差，利用该氧化硅薄膜制作的MIM电容器的击穿电压、漏电流等个电特性方面也相应较差。
并且，随着芯片尺寸的减少，以及性能对大电容的需求，如何在有限的面积下获得高密度的电容成为一个非常有吸引力的课题。随着半导体集成电路制造技术的不断进步，性能不断提升的同时也伴随着器件小型化，微型化的进程。越来越先进的制程，要求在尽可能小的区域内实现尽可能多的器件，获得尽可能高的性能。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种金属-氧化硅-金属电容器的制作方法。该方法垂直于硅片衬底的金属-氧化硅-金属(MOM)是一种在较小的芯片面积内实现较大电容的方法，并且利用PECVD沉积氧化硅-含氧气体处理的两步循环制作金属-氧化物金属（MOM）电容器的工艺方法，有效地减少了残留在氧化硅薄膜中的硅氢键（Si-H），提高了金属-氧化硅-金属（MOM）电容器的性能。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
一种金属-氧化硅-金属电容器的制作方法，其中，包括以下步骤：
提供一衬底；
在所述衬底上沉积一层低介电常数介质层；
在所述低介电常数介质层上制作一开口，所述开口为金属-氧化硅-金属形成区域；
采用沉积步骤和含氧气体处理步骤循环进行的方式，在所述开口中沉积氧化硅，形成氧化硅层和低介电常数介质层的混合层；
刻蚀所述氧化硅层，在所述氧化硅层中形成第一金属槽，并且刻蚀所述低介电常数介质层，在所述低介电常数介质层中形成第二金属槽 ；
向所述第一金属槽和所述第二金属槽进行金属填充工艺。
上述的金属-氧化硅-金属电容器的制作方法，其中，所述含氧气体包括一氧化氮、一氧化二氮、一氧化碳和二氧化碳。
上述的金属-氧化硅-金属电容器的制作方法，其中，在所述沉积步骤和含氧气体处理步骤的循环方式中，含氧气体处理的气体流量在2000至6000sccm，处理温度为300℃至600℃。
上述的金属-氧化硅-金属电容器的制作方法，其中，在所述沉积步骤和含氧气体处理步骤的循环方式中，所述沉积步骤采用等离子体增强型化学气相沉积工艺。
上述的金属-氧化硅-金属电容器的制作方法，其中，在沉积氧化硅的步骤中，采用等离子体增强型化学气相沉积工艺中，其反应气体包括硅烷和一氧化二氮，其中，所述硅烷的流量在25sccm至80sccm，所述一氧化二氮的流量为10000sccm-20000sccm,所述硅烷和所述一氧化二氮的流量之比的取值范围为1:125至1:800，成膜速率小于100纳米/分钟。
上述的金属-氧化硅-金属电容器的制作方法，其中，在所述沉积步骤和含氧气体处理步骤的循环方式中，每次氧化硅的沉积厚度为1纳米至10纳米。
上述的金属-氧化硅-金属电容器的制作方法，其中，进行金属填充工艺步骤中包括进行铜互连工艺的铜的扩散阻挡层沉积、铜电镀、铜金属层化学机械研磨工艺步骤。
与已有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过制作金属-氧化硅-金属电容器，通过采用等离子体增强型化学气相沉积法和含氧气体处理方法循环进行的方法，有效地减少了残留在氮化硅薄膜中的硅氢键。从而有效地提高了层内电容器的电容，并且有效地改善金属-绝缘体-金属电容器的击穿电压、漏电流等各电特性，提高了各器件间的电学均匀性。
附图说明
图1是本发明的金属-氧化硅-金属电容器制作方法的流程示意框图。
图2A-图2E分别是本发明的金属-氧化硅-金属电容器制作方法的工艺步骤分解状态示意图。
具体实施方式
下面结合原理图和具体操作实施例对本发明作进一步说明。
如图1以及图2A-2E中所示，本发明的一种金属-氧化硅-金属电容器的制作方法具体包括下列步骤：
步骤S1：提供一衬底1，并在衬底1上沉积一层低介电常数（低K值）介质层2；
步骤S2：在低介电常数介质层2上制作一开口21，该开口21为金属-氧化硅-金属制作区域；
步骤S3：在该开口21之中沉积氧化硅，形成一氧化硅层3, 在此步骤中，采用等离子体增强型化学气相沉积方法和含氧气体处理方法循环进行的方式，进行氧化硅的沉积，即首先采用等离子体增强型化学气相沉积方法沉积氧化硅，然后采用含氧气体处理方法进行处理，然后再进行等离子体增强型化学气相沉积方法沉积氧化硅，其后，再进行含氧气体处理，如此循环进行，直至达到所需，在开口21中填满氧化硅。其中，氧化硅通过在等离子体反应腔室中通过硅烷和一氧化二氮进行反应生成氧化硅薄膜，形成氧化硅层3。在进行该PEVCD工艺过程中，硅烷的流量在25sccm至80sccm，一氧化二氮的流量为10000sccm-20000sccm,并且硅烷和所述一氧化二氮的流量之比的取值范围为1:125至1:800，成膜速率小于100纳米/分钟，每次氧化硅的沉积厚度为1纳米至10纳米。
在含氧气体处理方法中，含氧气体包括一氧化氮、一氧化二氮、一氧化碳和二氧化碳，含氧气体处理的气体流量在2000至6000sccm，处理温度为300℃至600℃。
当开口21中填满氧化硅之后，利用化学机械研磨工艺，去除多余的氧化硅，在衬底1上形成了低介电常数介质层1和氧化硅层3的混合层。
步骤S4：根据金属-氧化硅-金属电容器的图形，刻蚀氧化硅层3，在氧化硅层3中形成第一金属槽31，该第一金属槽31可以为多个均与排列在该氧化硅层3中的金属槽。
步骤S5：刻蚀氧化硅层3，在氧化硅层3中制作第一金属槽31，同时，刻蚀低介电常数介质层2，在地介电常数介质层2上形成第二金属槽32；
步骤S7：向第一金属槽31和第二金属槽32进行金属填充工艺，向第一金属槽31和第二金属槽32填充金属4。
在此步骤中，进行金属填充工艺步骤中包括分别在第一金属槽31和第二金属槽32之中进行铜互连工艺的铜的扩散阻挡层沉积、铜电镀、铜金属层化学机械研磨工艺步骤，从而完成了铜互连和金属-氧化硅-金属（MOM）电容器的制作。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (7)
1.一种金属-氧化硅-金属电容器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一衬底；
在所述衬底上沉积一层低介电常数介质层；
在所述低介电常数介质层上制作一开口，所述开口为金属-氧化硅-金属形成区域；
采用沉积步骤和含氧气体处理步骤循环进行的方式，在所述开口中沉积氧化硅，形成氧化硅层和低介电常数介质层的混合层；
刻蚀所述氧化硅层，在所述氧化硅层中形成第一金属槽，并且刻蚀所述低介电常数介质层，在所述低介电常数介质层中形成第二金属槽 ；
向所述第一金属槽和所述第二金属槽进行金属填充工艺。
2.如权利要求1所述的金属-氧化硅-金属电容器的制作方法，其特征在于，所述含氧气体包括一氧化氮、一氧化二氮、一氧化碳和二氧化碳。
3.如权利要求1所述的金属-氧化硅-金属电容器的制作方法，其特征在于，在所述沉积步骤和含氧气体处理步骤的循环方式中，含氧气体处理的气体流量在2000至6000sccm，处理温度为300℃至600℃。
4.如权利要求1所述的金属-氧化硅-金属电容器的制作方法，其特征在于，在所述沉积步骤和含氧气体处理步骤的循环方式中，所述沉积步骤采用等离子体增强型化学气相沉积工艺。
5.如权利要求4所述的金属-氧化硅-金属电容器的制作方法，其特征在于，在沉积氧化硅的步骤中，采用等离子体增强型化学气相沉积工艺中，其反应气体包括硅烷和一氧化二氮，其中，所述硅烷的流量在25sccm至80sccm，所述一氧化二氮的流量为10000sccm-20000sccm,所述硅烷和所述一氧化二氮的流量之比的取值范围为1:125至1:800，成膜速率小于100纳米/分钟。
6.如权利要求1所述的金属-氧化硅-金属电容器的制作方法，其特征在于，在所述沉积步骤和含氧气体处理步骤的循环方式中，每次氧化硅的沉积厚度为1纳米至10纳米。
7.如权利要求1所述的金属-氧化硅-金属电容器的制作方法，其特征在于，进行金属填充工艺步骤中包括进行铜互连工艺的铜的扩散阻挡层沉积、铜电镀、铜金属层化学机械研磨工艺步骤。
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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