一種金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法技術

本發明專利技術公開了一種金屬-多層絕緣體-金屬電容器（MOM）的制作方法，其中：在襯底上沉積第一低K值介質層；采用沉積和含氧氣體處理循環方式，在第一低K值介質層上沉積氮化硅層，其包括MOM區域的第一氮化硅層和非MOM區域的第二氮化硅層；刻蝕第二氮化硅層；在非MOM區域的上方沉積第二低K值介質層；光刻第一氮化硅層，形成第一金屬槽，并且減薄第一氮化硅層；采用沉積和含氧氣體處理循環方式，在第一氮化硅層表面沉積氧化硅層，并且刻蝕水平方向上的氧化硅，形成氧化硅-氮化硅-氧化硅結構；刻蝕第二低K值介質層，形成第二金屬槽；向第一金屬槽和第二金屬槽進行金屬填充工藝。本發明專利技術改善了電容器的各電特性并提高了電學均勻性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及微電子領域，尤其涉及ー種金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法。
技術介紹
電容器是集成電路中的重要組成單元，廣泛運用于存儲器，微波，射頻，智能卡，高壓和濾波等芯片中。在芯片中廣為采用的電容器構造是平行于硅片襯底的金屬-絕緣體-金屬(MIM)。其中金屬是制作エ藝易與金屬互連エ藝相兼容的銅、鋁等，絕緣體則是氮化硅、氧化硅等高介電常數(k)的電介質材料。改進高k電介質材料的性能是提高電容器性能的主要方法之一。等離子體增強型化學氣相沉積方法(PECVD, Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition)因其沉積溫度低而被廣泛用于金屬互連エ藝中的薄膜沉積。高k值絕緣體氮 化硅可以利用PECVD方法通過硅烷和氨氣在等離子環境下反應生成。高k值絕緣體氧化硅可以利用PECVD方法通過硅烷和一氧化ニ氮在等離子環境下反應生成。氮化硅薄膜中的硅氮鍵(Si-N)的穩定性弱于氧化硅薄膜中的硅氧鍵(Si-Ο)。導致在高電壓下，氮化硅薄膜電容器的漏電流較大。并且，隨著芯片尺寸的減少，以及性能對大電容的需求，如何在有限的面積下獲得高密度的電容成為ー個非常有吸引力的課題。隨著半導體集成電路制造技術的不斷進步，性能不斷提升的同時也伴隨著器件小型化，微型化的進程。越來越先進的制程，要求在盡可能小的區域內實現盡可能多的器件，獲得盡可能高的性能。
技術實現思路
針對上述存在的問題，本專利技術的目的是提供ー種金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法。該方法垂直于娃片襯底的金屬-氧化物-金屬(MOM)是ー種在較小的芯片面積內實現較大電容的方法，并且利用PECVD沉積氮化硅-含氧氣體處理的兩步循環制作金屬-氮化硅-金屬MOM電容器的エ藝方法，有效地減少了殘留在氧化硅薄膜中的硅氫鍵(Si-H)，提高了金屬-氧化硅-金屬MOM電容器的性能。本專利技術的目的是通過下述技術方案實現的 ー種金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，其中，包括以下步驟 提供一襯底； 在所述襯底上沉積ー層第一低介電常數介質層，所述第一低介電常數介質層包括金屬-氧化物-金屬制作區域和非金屬-氧化物-金屬制作區域； 采用沉積步驟和含氧氣體處理步驟循環進行的方式，在所述第一低介電常數(低K值)介質層上沉積ー層氮化硅層，所述氮化硅層包括金屬-氧化物-金屬區域的第一氮化硅層和非金屬-氧化物-金屬區域的第二氮化硅層； 刻蝕去除所述第二氮化硅層；在所述非金屬-氧化物-金屬區域的上方再沉積ー層第二低介電常數(低K值)介質層； 在所述第一氮化硅層上進行光刻圖案化工藝，在所述第一氮化硅層中形成第一金屬槽，并且對所述第一氮化硅層進行刻蝕，在水平方向上減薄所述第一氮化硅層； 采用沉積步驟和含氧氣體處理步驟循環進行的方式，在所述第一氮化硅層表面沉積ー層氧化硅層，并且刻蝕所述氧化硅層去除水平方向上的氧化硅，形成氧化硅-氮化硅-氧化硅結構； 刻蝕所述第二低介電常數(低K值)介質層，形成第二金屬槽； 向所述第一金屬槽和所述第二金屬槽進行金屬填充エ藝 。上述的金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，其中，所述含氧氣體包括ー氧化氮、ー氧化ニ氮、一氧化碳和ニ氧化碳。上述的金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，其中，在所述沉積步驟和含氧氣體處理步驟的循環方式中，含氧氣體處理的氣體流量在2000至6000sccm,處理溫度為300 °C 至 600 °C。上述的金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，其中，在所述沉積步驟和含氧氣體處理步驟的循環方式中，所述沉積步驟采用等離子體增強型化學氣相沉積エ藝。 上述的金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，其中，在沉積氧化硅的步驟的采用等離子體增強型化學氣相沉積エ藝中，其反應氣體包括硅烷和ー氧化ニ氮，其中，所述娃燒的流量在25sccm至600sccm,所述一氧化ニ氮的流量為9000sccm-20000sccm,所述娃烷和所述ー氧化ニ氮的流量之比的取值范圍為1:15至1:800，成膜速率為10納米/分鐘至5000納米/分鐘。上述的金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，其中，在沉積氮化硅的步驟中，采用等離子體增強型化學氣相沉積エ藝，其反應氣體包括硅烷和氨氣，在等離子體環境中進行反應生成氮化娃薄膜。上述的金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，其中，在所述沉積步驟和含氧氣體處理步驟的循環方式中，毎次氮化硅或氧化硅的沉積厚度為I納米至10納米。上述的金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，其中，進行金屬填充エ藝步驟中包括進行銅互連エ藝的銅的擴散阻擋層沉積、銅電鍍、銅金屬層化學機械研磨エ藝步驟。與已有技術相比，本專利技術的有益效果在于 本專利技術通過制作金屬-氧化物-金屬電容器，在氮化硅層上覆蓋氧化氧化硅層，提高了絕緣體薄膜中原子之間結合鍵的穩定性，并且，通過采用等離子體增強型化學氣相沉積法和含氧氣體處理方法循環進行的方法，有效地減少了殘留在氮化硅薄膜中的硅氫鍵。從而有效地提高了層內電容器的電容，并且有效地改善金屬-絕緣體-金屬電容器的擊穿電壓、漏電流等各電特性，提高了各器件間的電學均勻性。附圖說明圖I是本專利技術的金屬-多層絕緣體-金屬電容器制作方法的流程示意框圖。圖2A-圖2H分別是本專利技術的金屬-多層絕緣體-金屬電容器制作方法的エ藝步驟分解狀態示意圖。具體實施例方式下面結合原理圖和具體操作實施例對本專利技術作進ー步說明。如圖I以及圖2A-2H中所示，本專利技術的ー種金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法具體包括下列步驟 步驟SI :提供一村底I，并在襯底I上沉積ー層第一低介電常數(低K值)介質層2，該第一低介電常數介質層2表面包括金屬-氧化物-金屬(MOM)區域21和非金屬-氧化物-金屬(非Μ0Μ)區域22 ； 步驟S2 :在第一低介電常數層2的表面沉積ー層氮化娃層3,該氮化娃層3包括在第一氮化硅層31，其位于金屬-氧化物-金屬(MOM)區域21以及第ニ氮化硅層32，其位于非金屬-氧化物-金屬(非Μ0Μ)區域。在此步驟中，采用等離子體增強型化學氣相沉積方法和含氧氣體處理方法循環進行的方式，進行氮化硅3的沉積，即首先采用等離子體增強型化學氣相沉積方法沉積氮化硅3，然后采用含氧氣體處理方法進行處理，然后再進行等離子體 增強型化學氣相沉積方法沉積氮化硅3，其后，再進行含氧氣體處理，如此循環進行，直至達到所需要的氮化硅層3，氮化硅層3通過在等離子體反應腔室中通過硅烷和氨氣，并且以N2作為載入氣體，進行反應生成氮化硅，形成該氮化硅層3。在含氧氣體處理方法中，含氧氣體包括一氧化氮、ー氧化ニ氮、一氧化碳和ニ氧化碳，含氧氣體處理的氣體流量在2000至6000sccm，處理溫度為300°C至600°C。當沉積氮化硅層3之后，可以利用化學機械研磨エ藝，去除多余的氮化硅。步驟S3 :刻蝕去除第二氮化硅層32，裸露出位于非金屬-氧化物-金屬(非Μ0Μ)區域的第一介電常數介質層22 ； 步驟S4 :在非金屬-氧化物-金屬區域的上方，即在該第一介電常數介質層22上方再沉積ー層第二低介電常數介質層4 ； 步驟S5 :根據金屬-氧化物-金屬電容器的圖形，刻蝕第一氮化硅層31，在第一氮化硅31中形成第一金屬槽311，該第一金屬槽311可以為多個均與排列在該第一氮化本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種金屬？多層絕緣體？金屬電容器的制作方法，其特征在于，包括以下步驟：？？提供一襯底；？？在所述襯底上沉積一層第一低介電常數介質層，所述第一低介電常數介質層包括金屬？氧化物？金屬制作區域和非金屬？氧化物？金屬制作區域；？？采用沉積步驟和含氧氣體處理步驟循環進行的方式，在所述第一低介電常數介質層上沉積一層氮化硅層，所述氮化硅層包括金屬？氧化物？金屬區域的第一氮化硅層和非金屬？氧化物？金屬區域的第二氮化硅層；？？刻蝕去除所述第二氮化硅層；？？在所述非金屬？氧化物？金屬區域的上方再沉積一層第二低介電常數介質層；？？在所述第一氮化硅層上進行光刻圖案化工藝，在所述第一氮化硅層中形成第一金屬槽，并且對所述第一氮化硅層進行刻蝕，在水平方向上減薄所述第一氮化硅層；？？采用沉積步驟和含氧氣體處理步驟循環進行的方式，在所述第一氮化硅層表面沉積一層氧化硅層，并且刻蝕所述氧化硅層去除水平方向上的氧化硅，形成氧化硅？氮化硅？氧化硅結構；？？刻蝕所述第二低介電常數介質層，形成第二金屬槽；？？向所述第一金屬槽和所述第二金屬槽進行金屬填充工藝。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：毛智彪，胡友存，徐強，
申請(專利權)人：上海華力微電子有限公司，
類型：發明
國別省市：