專利名稱：一種多層金屬-氮化硅-金屬電容的制造方法
技術領域：
本發明涉及半導體集成電路制造中一種電容的制造方法，特別涉及一種多層金屬-氮化硅-金屬電容的制造方法。
背景技術：
隨著將標準的互補型金屬氧化物半導體(CMOS)技術應用于模擬與射頻互補型金屬氧化物半導體(RFCMOS)集成電路領域中的趨勢，越來越多的被動組件應運而生。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(MM)。其中金屬是制作工藝易與金屬互連工藝相兼容的銅、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。由于利用互補型金屬氧化物半導體技術制作的組件具有良好的效能且容易制作， 所以金屬一絕緣層一金屬(Metal—Insulator一Metal, MIM)電容被廣泛應用于半導體元件的設計上。由于此種金屬電容器具有較低的電阻值(resistance)以及較小的寄生電容 (parasitic capacitance),而且沒有耗盡層感應電壓(induced voltage)偏移的問題，因此目前多采用MIM構造作為金屬電容器的主要結構，尤其是具有低電阻的銅電極的MM電容器更是目前研究的重點方向。中國專利CNlO 1577227A介紹了一種改進鋁-氮化硅-鉭化物電容器性能的方法。等離子體增強型化學氣相沉積方法(PECVD, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)因其沉積溫度低而被廣泛用于金屬互連工藝中的薄膜沉積。利用PECVD方法制作的氮化硅薄膜內殘留大量的硅氫鍵(Si-H)，使其內存在較多電荷，這導致該氮化硅薄膜在電性厚度方面的均勻性較差，而利用該氮化硅薄膜制作的MIM電容器在擊穿電壓、漏電流等各電特性方面也會相應較差。通過含氧氣體處理該氮化硅薄膜，可以有效地減少氮化硅薄膜內殘留的硅氫鍵，從而有效地改善了電容器的性能。金屬一絕緣層一金屬(Metal—Insulator一Metal, MIM)電容器為可增加電容值的電容器結構之一，其最簡單的構造是將水平方向平行的金屬板疊成數層，以介電層間隔于各金屬層之間，經由介電層連接的兩個金屬板即成為電容器的兩極。將金屬板垂直堆疊的構成簡單，與僅提供兩個導電表面的情形相比，可提供較大的單位面積電容值。然而盡管構成簡單，形成多層的MM電容常常需要很多額外的工藝步驟，而增加了許多制造成本上的負擔。金屬一氧化物一金屬(Metal—Oxide—Metal, MOM)電容器為可增加電容值的的另一電容器結構，其通常包含導電性板狀物，其為介電質所分割而成為電容器的兩極。MOM 電容器的好處在于其可以使用現有的工藝來完成。例如，用于銅內連線的金屬化工藝的雙鑲嵌工藝可用來形成內填銅的介層窗(via)與溝槽的堆疊結構，其中被氧化物介電質所分隔的兩個或多個內填銅的介層窗和溝槽，則形成一電容器。相較于傳統的電容器，MOM電容器可有效地提供較大的單位面積電容值。
隨著尺寸的減少，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一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。垂直于硅片襯底的金屬-氧化物-金屬 (MOM)是一種在較小的芯片面積內實現較大電容的方法。其中的氧化物不僅僅局限于氧化硅，在實際應用中包括氮化硅等高介電常數(k)的電介質材料。MOM電容器制作工藝與金屬互連工藝的兼容性比較好，電容器兩級的外連可以和金屬互連工藝同步實現。相比于MM電容器，MOM可以提高單位面積內的電容。改進高k電介質材料的性能也可以進一步提高MOM電容器的性能。從而滿足不斷微型化的芯片對高性能電容器的要求。中國專利CN200810186404提供一種金屬-氧化物-金屬電容結構。此電容結構包括一介電層、一第一網狀金屬層以及一第二網狀金屬層。第一及第二網狀金屬層嵌入于介電層，且第二網狀金屬層平行堆疊于第一網狀金屬層上方。每一網狀金屬層具有排列成一陣列的多個開口。第一網狀金屬層中的網交點分別對應第二網狀金屬層中的開口，且第二網狀金屬層中的網交點分別對應于第一網狀金屬層中的開口。本發明所述的金屬-氧化物-金屬電容結構，可有效改善制程梯度變異及線性度，而進一步提升集成電路的效能。中國專利CN200610094199提供一種集成電路的電容器結構及其制造方法，包含 一第一板狀物層，包含一系列相互交叉(interdigitated)的第一板狀物；一第一介電層， 覆蓋于該第一板狀物層上；一第一延伸層，在該第一介電層上，包含一系列相互交叉的第一延伸板，各個該第一延伸板分別配置于各個該第一板狀物上方；一系列的第一導通層，分別連接于各個該第一延伸板上；以及一第二板狀物層，包含一系列相互交叉的第二板狀物，各個該第二板狀物分別連接于各個該第一導通層上；其中相連的第一延伸板、第一導通層、及第二板狀物的極性與相對應的第一板狀物的極性互異。本發明可有效地結合MOM電容器與 MIM電容器，并還可改善對準誤差所造成的影響。中國專利CN200610071511涉及一種電容結構，其包括一基底、一第一金屬層、一
蝕刻終止層、一連接層、一第二金屬層與一絕緣層。第一金屬層配置于基底中。蝕刻終止層配置于基底上，其中蝕刻終止層具有一開口，此開口暴露出部分第一金屬層。連接層配置于開口與部分蝕刻終止層的表面。第二金屬層配置于連接層上。絕緣層配置于第二金屬層與連接層之間。
為了有效地提高層內電容器的電容，改善金屬-氮化硅-金屬(MOM)電容器的擊穿電壓、漏電流等各電特性，以及各器件間的電學均勻性。本發明提供一種多層金屬-氮化硅-金屬電容的制造方法，本方法特別適合制作有單層MOM電容器的器件。

發明內容
鑒于上述問題，本發明的目的在于提供一種多層金屬-氮化硅-金屬電容的制造方法，本發明通過提高層內電容器的電介質的k值，有效地提高層內電容器的電容，非常適于實用。本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。
本發明提供一種金屬-氮化硅-金屬電容的制造方法，其步驟如下
1)在硅片襯底上首先利用等離子體增強型化學氣相沉積方法(PECVD)沉積高k值氮化硅薄膜；
2)通過光刻和刻蝕去除非MOM區域的氮化硅；
3)沉積低k值介質層；
4)化學機械研磨去除多余氮化硅，形成低k值介質和氮化硅的混合層；
5)完成光刻和刻蝕在低k值介質和氮化娃中形成金屬槽；
6)完成金屬層沉積和金屬層化學機械研磨后形成導線和MOM電容器的金屬填充；
7)重復步驟(I)至步驟(6)，形成多層MOM電容器。本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現
所述步驟(I)中氮化硅沉積采用沉積氮化硅-含氧氣體處理的兩步循環方式完成。所述步驟(I)中氮化硅沉積中所使用的含氧氣體為一氧化氮、一氧化二氮、一氧化碳和二氧化碳中的一種或數種。所述步驟(I)中氮化硅沉積中每次氮化硅沉積厚度為I納米至10納米。所述步驟(I)中氮化娃沉積中含氧氣體處理的氣體流量在2000至6000sccm之間。所述步驟(I)中氮化硅沉積中含氧氣體處理的處理溫度在300至600攝氏度之間。本發明提出一種多層金屬-氮化硅-金屬電容的制造方法，通過提高層內電容器的電介質的k值，有效地提高層內電容器的電容。通過改善高k值氮化硅的性能，有效地改善金屬-氮化硅-金屬(MOM)電容器的擊穿電壓、漏電流等各電特性，以及各器件間的電學均勻性。上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段， 而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。


參考所附附圖，以更加充分的描述本發明的實施例。然而，所附附圖僅用于說明和闡述，并不構成對本發明范圍的限制。圖I繪示氮化硅薄膜層的剖面示意圖。圖2繪示完成光刻和刻蝕去除非MOM電容區域的氮化硅薄膜的剖面示意圖。圖3繪示完成沉積低k值介質和化學機械研磨去除多余低k值介質后低k值介質和氮化硅混合層的剖面示意圖。圖4繪示完成光刻和刻蝕形成金屬槽的剖面示意圖。圖5繪示完成金屬層沉積和金屬層化學機械研磨后導線金屬和MOM電容器的剖面示意圖。圖6繪示多層MOM電容器的剖面示意圖。標號說明1.低k值介質,2.氮化娃,3.填充金屬。
具體實施例方式為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的一種多層金屬-氮化硅-金屬電容的制造方法，詳細說明如下。本發明的不同實施例將詳述如下，以實施本發明的不同的技術特征，可理解的是， 以下所述的特定實施例的單元和配置用以簡化本發明，其僅為范例而不限制本發明的范圍。實施例一
首先在硅片襯底上首先利用等離子體增強型化學氣相沉積方法(PECVD)沉積高k值氮化硅薄膜，其中氮化硅沉積采用沉積氮化硅-含氧氣體處理的兩步循環方式完成，所使用的含氧氣體為一氧化氮，含氧氣體處理的氣體流量為3000SCCm，處理溫度為400攝氏度，每次氮化硅沉積厚度為2納米，采用沉積氮化硅-含氧氣體處理的兩步循環達成最終所需氮化硅厚度，圖I繪示氮化硅薄膜層的剖面示意圖。然后通過光刻和刻蝕去除非MOM區域的氮化硅，圖2繪示完成光刻和刻蝕去除非MOM電容區域的氮化硅薄膜的剖面示意圖。沉積低k值介質層，并用化學機械研磨去除多余低k值介質層，形成低k值介質和氮化硅的混合層。圖3繪示完成沉積低k值介質和化學機械研磨去除多余低k值介質后低k值介質和氮化硅混合層的剖面示意圖。完成光刻和刻蝕在低k值介質中形成金屬槽，圖4繪示完成光刻和刻蝕形成金屬槽的剖面示意圖。完成金屬層沉積和金屬層化學機械研磨后形成導線和 MOM電容器的金屬填充，圖5繪不完成金屬層沉積和金屬層化學機械研磨后導線金屬和MOM 電容器的剖面示意圖。重復步驟(I)至步驟(6)，形成多層MOM電容器，圖6繪示多層MOM 電容器的剖面示意圖。實施二
首先在硅片襯底上首先利用等離子體增強型化學氣相沉積方法(PECVD)沉積高k值氮化硅薄膜，其中氮化硅沉積采用沉積氮化硅-含氧氣體處理的兩步循環方式完成，所使用的含氧氣體為一氧化二氮，含氧氣體處理的氣體流量為4000SCCm，處理溫度為500攝氏度， 每次氮化硅沉積厚度為4納米，采用沉積氮化硅-含氧氣體處理的兩步循環達成最終所需氮化硅厚度，圖I繪示氮化硅薄膜層的剖面示意圖。然后通過光刻和刻蝕去除非MOM區域的氮化硅，圖2繪示完成光刻和刻蝕去除非MOM電容區域的氮化硅薄膜的剖面示意圖。沉積低k值介質層，并用化學機械研磨去除多余低k值介質層，以高k值介質為研磨停止層， 形成低k值介質和氮化硅的混合層。再沉積低k值介質至所需厚度。圖3繪示完成沉積低 k值介質和化學機械研磨去除多余低k值介質后低k值介質和氮化硅混合層的剖面示意圖。 完成光刻和刻蝕在低k值介質中形成金屬槽，圖4繪示完成光刻和刻蝕形成金屬槽的剖面示意圖。完成金屬層沉積和金屬層化學機械研磨后形成導線和MOM電容器的金屬填充，圖 5繪示完成金屬層沉積和金屬層化學機械研磨后導線金屬和MOM電容器的剖面示意圖。重復步驟(I)至步驟(6)，形成多層MOM電容器，圖6繪示多層MOM電容器的剖面示意圖。實施三
首先在硅片襯底上首先利用等離子體增強型化學氣相沉積方法(PECVD)沉積高k值氮化硅薄膜，其中氮化硅沉積采用沉積氮化硅-含氧氣體處理的兩步循環方式完成，所使用的含氧氣體為一氧化碳，含氧氣體處理的氣體流量為5000sCCm，處理溫度為300攝氏度，每次氮化硅沉積厚度為5納米，采用沉積氮化硅-含氧氣體處理的兩步循環達成最終所需氮化硅厚度，圖I繪示氮化硅薄膜層的剖面示意圖。然后通過光刻和刻蝕去除非MOM區域的氮化硅，圖2繪示完成光刻和刻蝕去除非MOM電容區域的氮化硅薄膜的剖面示意圖。沉積低k值介質層，并用化學機械研磨去除多余低k值介質層，形成低k值介質和氮化硅的混合層。圖3繪示完成沉積低k值介質和化學機械研磨去除多余低k值介質后低k值介質和氮化硅混合層的剖面示意圖。完成光刻和刻蝕在低k值介質中形成金屬槽，圖4繪示完成光刻和刻蝕形成金屬槽的剖面示意圖。完成金屬層沉積和金屬層化學機械研磨后形成導線和 MOM電容器的金屬填充，圖5繪不完成金屬層沉積和金屬層化學機械研磨后導線金屬和MOM 電容器的剖面示意圖。重復步驟(I)至步驟(6)，形成多層MOM電容器，圖6繪示多層MOM 電容器的剖面示意圖。實施四
首先在硅片襯底上首先利用等離子體增強型化學氣相沉積方法(PECVD)沉積高k值氮化硅薄膜，其中氮化硅沉積采用沉積氮化硅-含氧氣體處理的兩步循環方式完成，所使用的含氧氣體為二氧化碳，含氧氣體處理的氣體流量為eOOOsccm，處理溫度為600攝氏度，每次氮化硅沉積厚度為10納米，采用沉積氮化硅-含氧氣體處理的兩步循環達成最終所需氮化硅厚度，圖I繪示氮化硅薄膜層的剖面示意圖。然后通過光刻和刻蝕去除非MOM區域的氮化硅，圖2繪示完成光刻和刻蝕去除非MOM電容區域的氮化硅薄膜的剖面示意圖。沉積低k值介質層，并用化學機械研磨去除多余低k值介質層，以高k值介質為研磨停止層，形成低k值介質和氮化硅的混合層。再沉積低k值介質至所需厚度。圖3繪示完成沉積低k 值介質和化學機械研磨去除多余低k值介質后低k值介質和氮化硅混合層的剖面示意圖。 完成光刻和刻蝕在低k值介質中形成金屬槽，圖4繪示完成光刻和刻蝕形成金屬槽的剖面示意圖。完成金屬層沉積和金屬層化學機械研磨后形成導線和MOM電容器的金屬填充，圖 5繪示完成金屬層沉積和金屬層化學機械研磨后導線金屬和MOM電容器的剖面示意圖。重復步驟(I)至步驟(6)，形成多層MOM電容器，圖6繪示多層MOM電容器的剖面示意圖。通過說明和附圖，給出了具體實施方式
的特定結構的典型實施例。盡管上述發明提出了現有的較佳實施例，然而，這些內容并不作為局限。對于本領域的技術人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權利要求書應看作是涵蓋本發明的真實意圖和范圍的全部變化和修正。在權利要求書范圍內任何和所有等價的范圍與內容，都應認為仍屬本發明的意圖和范圍內。
權利要求
1.一種多層金屬-氮化硅-金屬電容器的制作方法，其特征在于其具有以下步驟1)在硅片襯底上首先利用等離子體增強型化學氣相沉積方法(PECVD)沉積高k值氮化硅薄膜；2)通過光刻和刻蝕去除非MOM區域的氮化硅；3)沉積低k值介質層；4)化學機械研磨去除多余氮化硅，形成低k值介質和氮化硅的混合層；5)完成光刻和刻蝕在低k值介質和氮化娃中形成金屬槽；6)完成金屬層沉積和金屬層化學機械研磨后形成導線和MOM電容器的金屬填充；7)重復步驟(I)至步驟(6)，形成多層MOM電容器。
2.如權利要求I所述的一種多層金屬-氮化娃-金屬電容器的制作方法，其特征在于 所述步驟(I)中氮化硅沉積采用沉積氮化硅-含氧氣體處理的兩步循環方式完成。
3.如權利要求I所述的一種多層金屬-氮化娃-金屬電容器的制作方法，其特征在于 所述步驟(I)中氮化硅沉積中所使用的含氧氣體為一氧化氮、一氧化二氮、一氧化碳和二氧化碳中的一種或數種。
4.如權利要求I所述的一種多層金屬-氮化娃-金屬電容器的制作方法，其特征在于 所述步驟(I)中氮化硅沉積中每次氮化硅沉積厚度為I納米至10納米。
5.如權利要求I所述的一種多層金屬-氮化娃-金屬電容器的制作方法，其特征在于 所述步驟(I)中氮化娃沉積中含氧氣體處理的氣體流量在2000至6000sccm之間。
6.如權利要求I所述的一種多層金屬-氮化娃-金屬電容器的制作方法，其特征在于 所述步驟(I)中氮化硅沉積中含氧氣體處理的處理溫度在300至600攝氏度之間。
全文摘要
本發明提供一種多層金屬-氮化硅-金屬電容的制造方法，其步驟包括1)在硅片襯底上首先利用等離子體增強型化學氣相沉積方法(PECVD)沉積高k值氮化硅薄膜；2)通過光刻和刻蝕去除非MOM區域的氮化硅；3)沉積低k值介質層；4)化學機械研磨去除多余氮化硅，形成低k值介質和氮化硅的混合層；5)完成光刻和刻蝕在低k值介質和氮化硅中形成金屬槽；6)完成金屬層沉積和金屬層化學機械研磨后形成導線和MOM電容器的金屬填充；7)重復步驟(1)至步驟(6)，形成多層MOM電容器。本發明有效地提高層內電容器的電容，并能有效地改善MOM電容器的擊穿電壓、漏電流等各電特性，以及各器件間的電學均勻性，非常適于實用。
文檔編號H01L21/02GK102592968SQ20111036115
公開日2012年7月18日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者徐強, 毛智彪, 胡友存 申請人:上海華力微電子有限公司