專利名稱：改善mim電容容量的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域 中的電容器件制造技術(shù)。
背景技術(shù)：
在射頻(RF)集成電路及模擬/混合信號(hào)(AMS)集成電路中，金屬/ 絕緣體/金屬結(jié)構(gòu)(MIM)電容是占據(jù)最大面積的器件。通常，為了獲得足 夠的電容容量，需要相當(dāng)大面積的MIM電容。這就給集成電路的小型化帶 來了很大的麻煩。
為了縮小MIM電容的面積，同時(shí)又保證電容容量的大小， 一種設(shè)計(jì)思 路是MIM電容結(jié)構(gòu)中摻入具有高k值的材質(zhì)，使得同等面積下MIM電容 的電容量得以提高。
具有高k值的材質(zhì)有多種，其中一種比較理想的材質(zhì)是三氧化二鋁 (Al203)。在過去的實(shí)驗(yàn)中，曾經(jīng)嘗試過通過在MIM電容結(jié)構(gòu)中加入純 Al203,但是純Al203具有很高的電容隨電壓變化參數(shù)(Vcc),純Al203 的Vcc高于400ppm/V,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了 Si02的Vcc,也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高精度的射 頻(RF)集成電路及模擬/混合信號(hào)(AMS)集成電路所能夠承受的Vcc 的上限。此外，傳統(tǒng)技術(shù)中，對(duì)于Al203的沉積過程是十分緩慢的這將嚴(yán) 重影響整個(gè)集成電路的制造速度。
因此，就需要一種新的方式，來將"203摻雜到MIM電阻結(jié)構(gòu)中來增 加電容的容量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新的手段來解決上述的問題，利用原子層沉 積來沉積一摻雜有八1203的Si02層來取代原來單純的Si02層，從而達(dá)到 增加MIM電容容量的效果。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種改善MIM電容容量的方法，包括 沉積一摻雜有高k值材質(zhì)的二氧化硅(Si02)層取代一單純的Si02層；其 中，該高k值材質(zhì)為三氧化二鋁(Al203),該摻雜有高k值材質(zhì)的Si02 層采用原子層沉積法沉積。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，該原子層沉積法為快速原子層沉積法，沉積 速率為110-130 A/min,并且，該快速原子層沉積法的工作溫度為不高于 300°C。根據(jù)本發(fā)明的方法，對(duì)于電容隨電壓變化參數(shù)(Vcc)，材質(zhì)Al203 的Vcc和材質(zhì)Si02的Vcc具有相反符號(hào)的一次項(xiàng)Vc1 。根據(jù)本發(fā)明的方法所獲得的MIM電容容量提高50%以上。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種改善MIM電容容量的裝置，包括 摻雜裝置，形成一摻雜有高k值材質(zhì)的二氧化硅(Si02);沉積裝置，采 用原子層沉積法沉積一摻雜有高k值材質(zhì)的Si02層一取代一單純的Si02 層；其中，該摻雜裝置摻入的高k值材質(zhì)為三氧化二鋁(Al203)。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，該沉積裝置采用快速原子層沉積法，沉積速 率為110-130 A /min,并且該沉積裝置采用的快速原子層沉積法的工作溫 度為不高于300°C。根據(jù)本發(fā)明的裝置，對(duì)于電容隨電壓變化參數(shù)(Vcc)，材質(zhì)Al203 的Vcc和材質(zhì)Si02的Vcc具有相反符號(hào)的一次項(xiàng)Vc1 。采用本發(fā)明的裝置所獲得的MIM電容容量提高50%以上。采用本發(fā)明的方案，能夠在器件可忍受的較低溫度下通過快速原子沉 積法沉積摻雜有Al203的Si02層，沉積的速率可以達(dá)到110-130 A /min, 完全能夠達(dá)到集成電路的制造要求，通過摻雜具有高k值的材質(zhì)Al203，使 得所獲得的MIM的電容容量得到大幅度的提高，而所占據(jù)的面積基本保持 不變。


本發(fā)明的上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢將通過下面結(jié)合附圖和 實(shí)施例的描述而變得更加明顯，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的特征，其中，圖1是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的改善MIM電容容量的方法的流程圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的改善MIM電容容量的裝置的結(jié)構(gòu)圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明的方法或者裝置所獲得的MIM電容的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明利用原子層沉積來沉積一摻雜有Al203的Si02層來取代原來單 純的Si02層，從而達(dá)到增加MIM電容容量的效果。在詳細(xì)描述本發(fā)明之 前，首先介紹一下原子層沉積的基本原理。原子層沉積(atomic layer deposition, ALD),又稱單原子層沉積或 原子層外延(atomic layer epitaxy),最初是由芬蘭科學(xué)家提出并用于多 晶熒光材料ZnS:Mn的研制，這些材料是用于平板顯示器。由于這一工藝 涉及復(fù)雜的表面化學(xué)過程和低的沉積速度，直至上世紀(jì)80年代中后期該技 術(shù)并沒有取得實(shí)質(zhì)性的突破。但是到了 20世紀(jì)90年代中期，人們對(duì)這一 技術(shù)的興趣在不斷加強(qiáng)，這主要是由于微電子和深亞微米芯片技術(shù)的發(fā)展 要求器件和材料的尺寸不斷降低，而器件中的高寬比不斷增加，這樣所使 用材料的厚度降低值幾個(gè)納米數(shù)量級(jí)。因此原子層沉積技術(shù)的優(yōu)勢就體現(xiàn) 出來，如單原子層逐次沉積，沉積層極均勻的厚度和優(yōu)異的一致性等就體 現(xiàn)出來。進(jìn)而，為了改善沉積速度慢的問題，又開發(fā)了快速原子層沉積 (Rapid atomic layer deposition, Rapid-AI_D )技術(shù)，使得原子層沉積的 速度得到了顯著的提高。因此，基于快速原子層沉積技術(shù)，可以解決很多 原來無法解決的問題。本發(fā)明正是利用了原子層沉積，特別是快速原子層沉積的技術(shù)，提供 了一種改善MIM電容容量的方法，參考圖1所示，該方法100包括102.沉積一摻雜有高k值材質(zhì)的Si02層取代一單純的Si02層。其中， 該高k值材質(zhì)為Al203，該摻雜有高k值材質(zhì)的SiQ2層采用原子層沉積法 (ALD)沉積。更好的選擇是，采用快速原子層沉積法(Rapid-ALD)來沉積該摻雜 有A!203的Si02層。該快速原子層沉積法的沉積速率為110-130 A/min。并且，較佳的情況是，該快速原子層沉積法的工作溫度為不高于300°C。 因?yàn)镸IM電容無法忍受過高的溫度，因此，將溫度控制在300°C以下是 十分理想的情況。
由于采用了能快速沉積摻雜有"203的Si02層(沉積速度大于等于120 A/min)的快速原子層沉積法，沉積速度的問題得以解決。同時(shí)，該快速 原子層沉積法的工作溫度可以控制在300°C以下，MIM電容的承受溫度問 題也得到了解決。余下需要考慮的問題就是電容隨電壓變化參數(shù)(Vcc)。
如果從數(shù)學(xué)的角度分析Vcc這個(gè)參數(shù)，其可以分解為一次項(xiàng)Vc1和二 次項(xiàng)Vc2, 二次項(xiàng)Vc2對(duì)于整個(gè)Vcc的影響要遠(yuǎn)小于一次項(xiàng)Vc1。通過實(shí) 驗(yàn)測算，材質(zhì)Al203的Vcc和材質(zhì)Si02的Vcc具有相反符號(hào)的一次項(xiàng)Vc1, 因此，采用摻雜有八1203的Si02層時(shí)，厶1203的Vcc和材質(zhì)Si02的Vcc 中的一次項(xiàng)會(huì)由于符號(hào)相反而相互抵消一部分，從而使得摻雜有Al203的 Si02層的總體Vcc具有一個(gè)較小的值。這樣，摻雜有"203的Si02層就解 決了純Al203的Vcc過高的問題。
通過上面的說明可知，通過采用本發(fā)明的.改善MIM電容容量的方法， 可以有效地解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，在摻入了具有高k值的材質(zhì)Al20s后， 通過本發(fā)明的方法所獲得的MIM電容容量提高50%以上，而所占據(jù)的面積 卻基本沒有變化。
本發(fā)明還提供一種改善MIM電容容量的裝置，參考圖2，該裝置200 包括
摻雜裝置202，形成一摻雜有高k值材質(zhì)的Si02;其中，摻雜裝置摻 入的高k值材質(zhì)為Al203;
沉積裝置204，采用原子層沉積法沉積一摻雜有高k值材質(zhì)的Si02層 一取代一單純的Si02層。
較佳的選擇是，沉積裝置204采用快速原子層沉積法(Rapid-ALD) 來沉積該摻雜有Al203的Si02層。該快速原子層沉積法的沉積速率為 110-130 A/min， 一個(gè)例子是120 A/min。并且，較佳的情況是，該快速 原子層沉積法的工作溫度為不高于300°C。因?yàn)镸IM電容無法忍受過高的 溫度，因此，將溫度控制在300°C以下是十分理想的情況。同樣，基于上面的分析，材質(zhì)Al203的Vcc和材質(zhì)Si02的Vcc具有相 反符號(hào)的一次項(xiàng)Vc1，因此，采用摻雜有"203的Si02層時(shí)，八1203的Vcc 和材質(zhì)Si02的Vcc中的一次項(xiàng)會(huì)由于符號(hào)相反而相互抵消一部分，從而使 得摻雜有Al20s的Si02層的總體Vcc具有一個(gè)較小的值。這樣，摻雜有 厶1203的Si02層就解決了純Alz03的Vcc過高的問題。
采用本發(fā)明的改善MIM電容容量的裝置，可以有效地解決現(xiàn)有技術(shù)中 的問題，在摻入了具有高k值的材質(zhì)Al203后，通過本發(fā)明的裝置所獲得 的MIM電容容量提高50%以上，而所占據(jù)的面積卻基本沒有變化。
參考圖3,圖3示出了釆用本發(fā)明的技術(shù)所獲得的MIM電阻的結(jié)構(gòu)圖， 其中VIA1和VIA2是兩個(gè)通孔結(jié)構(gòu)，該MIM電阻的疊層結(jié)構(gòu)中，從下往 上依次為Ti/TiN層、AICu層、Ti/TiN層、厶1203/5|'02層(通過本發(fā)明的 技術(shù)沉積得到)、AICu層、TiN層。其中，在圖3中還包括覆蓋在器件區(qū) 域最上方的SiON層。
總結(jié)而言，采用本發(fā)明的方案，能夠在器件可忍受的較低溫度下通過 快速原子沉積法沉積摻雜有Al203的Si02層，沉積的速率可以達(dá)到120 A /min，完全能夠達(dá)到集成電路的制造要求，通過摻雜具有高k值的材質(zhì) Al203，使得所獲得的MIM的電容容量得到大幅度的提高，而所占據(jù)的面 積基本保持不變。
上述實(shí)施例是提供給熟悉本領(lǐng)域內(nèi)的人員來實(shí)現(xiàn)或使用本發(fā)明的，熟 悉本領(lǐng)域的人員可在不脫離本發(fā)明的發(fā)明思想的情況下，對(duì)上述實(shí)施例做 出種種修改或變化，因而本發(fā)明的保護(hù)范圍并不被上述實(shí)施例所限，而應(yīng) 該是符合權(quán)利要求書提到的創(chuàng)新性特征的最大范圍。
權(quán)利要求
1.一種改善MIM電容容量的方法，其特征在于，包括沉積一摻雜有高k值材質(zhì)的二氧化硅(SiO2)層取代一單純的SiO2層；其中，所述高k值材質(zhì)為三氧化二鋁(Al2O3)，該摻雜有高k值材質(zhì)的SiO2層采用原子層沉積法(ALD)沉積。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述原子層沉積法為快速 原子層沉積法(Rapid-ALD),沉積速率為110-130 A/min。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述快速原子層沉積法的 工作溫度為不高于300°C。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，對(duì)于電容隨電壓變化參數(shù) (Vcc),材質(zhì)Al203的Vcc和材質(zhì)Si02的Vcc具有相反符號(hào)的一次項(xiàng)Vc1。
5. 如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所獲得的MIM 電容容量提高50%以上。
6. —種改善MIM電容容量的裝置，其特征在于，包括 摻雜裝置，形成一摻雜有高k值材質(zhì)的二氧化硅(Si02); 沉積裝置，采用原子層沉積法沉積一所述摻雜有高k值材質(zhì)的Si02層一取代一單純的Si02層；其中，所述摻雜裝置摻入的高k值材質(zhì)為三氧化二鋁(Al203)。
7. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述沉積裝置釆用快速原 子層沉積法，沉積速率為110-130 A/min。
8. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述沉積裝置采用的快速原子層沉積法的工作溫度為不高于300°C。
9. 如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，對(duì)于電容隨電壓變化參數(shù) (Vcc),材質(zhì)Al20s的Vcc和材質(zhì)Si02的Vcc具有相反符號(hào)的一次項(xiàng)Vc1。
10. 如權(quán)利要求6-10中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述裝置使 所獲得的MIM電容容量提高50%以上。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種改善MIM電容容量的方法，包括沉積一摻雜有高k值材質(zhì)的SiO₂層取代一單純的SiO₂層；其中，該高k值材質(zhì)為Al₂O₃，該摻雜有高k值材質(zhì)的SiO₂層采用原子層沉積法(ALD)沉積。本發(fā)明還揭示了一種改善MIM電容容量的方法，包括摻雜裝置和沉積裝置。采用本發(fā)明的方案，能夠在器件可忍受的較低溫度下通過快速原子沉積法沉積摻雜有Al₂O₃的SiO₂層，沉積的速率可以達(dá)到110-130/min，完全能夠達(dá)到集成電路的制造要求，通過摻雜具有高k值的材質(zhì)Al₂O₃，使得所獲得的MIM的電容容量得到大幅度的提高，而所占據(jù)的面積基本保持不變。
文檔編號(hào)H01L23/532GK101295635SQ20071004029
公開日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2007年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月29日
發(fā)明者張復(fù)雄, 張永興 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司