專利名稱：一種金屬-氮化硅-金屬電容的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造中一種電容的制造方法，特別涉及一種金屬-氮化硅-金屬電容的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著將標(biāo)準(zhǔn)的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)應(yīng)用于模擬與射頻互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(RFCMOS)集成電路領(lǐng)域中的趨勢，越來越多的被動組件應(yīng)運(yùn)而生。電容器是集成電路中的重要組成單元，廣泛運(yùn)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(gòu)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(shù)(k)的電介質(zhì)材料。改進(jìn)高k電介質(zhì)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(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)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—hsulator—Metal，MIM)電容被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體元件的設(shè)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(yīng)電壓(induced voltage)偏移的問題，因此目前多采用MIM構(gòu)造作為金屬電容器的主要結(jié)構(gòu)，尤其是具有低電阻的銅電極的MIM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(jìn)鋁-氮化硅-鉭化物電容器性能的方法。等離子體增強(qiáng)型化學(xué)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(nèi)殘留大量的硅氫鍵(Si-H)，使其內(nèi)存在較多電荷，這導(dǎo)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(yīng)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(nèi)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—hsulator — Metal, MIM)電容器為可增加電容值的電容器結(jié)構(gòu)之一，其最簡單的構(gòu)造是將水平方向平行的金屬板疊成數(shù)層，以介電層間隔于各金屬層之間，經(jīng)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(gòu)成簡單，與僅提供兩個導(dǎo)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(gòu)成簡單，形成多層的MIM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(fù)擔(dān)。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(jié)構(gòu)，其通常包含導(dǎo)電性板狀物，其為介電質(zhì)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(xiàn)有的工藝來完成。例如，用于銅內(nèi)連線的金屬化工藝的雙鑲嵌工藝可用來形成內(nèi)填銅的介層窗(via)與溝槽的堆疊結(jié)構(gòu)，其中被氧化物介電質(zhì)所分隔的兩個或多個內(nèi)填銅的介層窗和溝槽，則形成一電容器。相較于傳統(tǒng)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(dǎo)體集成電路制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，性能不斷提升的同時也伴隨著器件小型化，微型化的進(jìn)程。越來越先進(jìn)的制程，要求在盡可能小的區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)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(nèi)實現(xiàn)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(yīng)用中包括氮化硅等高介電常數(shù)(k)的電介質(zhì)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(xiàn)。相比于MIM電容器，MOM可以提高單位面積內(nèi)的電容。改進(jìn)高k電介質(zhì)材料的性能也可以進(jìn)一步提高M(jìn)OM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(jié)構(gòu)。此電容結(jié)構(gòu)包括一介電層、一第一網(wǎng)狀金屬層以及一第二網(wǎng)狀金屬層。第一及第二網(wǎng)狀金屬層嵌入于介電層，且第二網(wǎng)狀金屬層平行堆疊于第一網(wǎng)狀金屬層上方。每一網(wǎng)狀金屬層具有排列成一陣列的多個開口。第一網(wǎng)狀金屬層中的網(wǎng)交點分別對應(yīng)第二網(wǎng)狀金屬層中的開口，且第二網(wǎng)狀金屬層中的網(wǎng)交點分別對應(yīng)于第一網(wǎng)狀金屬層中的開口。本發(fā)明所述的金屬-氧化物-金屬電容結(jié)構(gòu)，可有效改善制程梯度變異及線性度，而進(jìn)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(jié)構(gòu)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(dǎo)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(dǎo)通層上；其中相連的第一延伸板、第一導(dǎo)通層、及第二板狀物的極性與相對應(yīng)的第一板狀物的極性互異。本發(fā)明可有效地結(jié)合MOM電容器與 MIM電容器，并還可改善對準(zhǔn)誤差所造成的影響。中國專利CN200610071511涉及一種電容結(jié)構(gòu)，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(nèi)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(xué)均勻性。本發(fā)明提供一種金屬-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(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種金屬-氮化硅-金屬電容的制造方法， 本發(fā)明通過提高層內(nèi)電容器的電介質(zhì)的k值，有效地提高層內(nèi)電容器的電容，非常適于實用。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。
本發(fā)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)沉積低k值介質(zhì)層；
2)通過光刻和刻蝕形成MOM區(qū)域；
3)利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法(PECVD)沉積高k值氮化硅；
4)化學(xué)機(jī)械研磨去除多余氮化硅，形成低k值介質(zhì)和氮化硅的混合層；
5)完成光刻和刻蝕在低k值介質(zhì)和氮化硅中形成金屬槽；
6)完成金屬層沉積和金屬層化學(xué)機(jī)械研磨后形成導(dǎo)線和MOM電容器的金屬填充；
7)完成銅互連和MOM電容器的制作。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實現(xiàn)
所述步驟(3)中氮化硅沉積采用沉積氮化硅-含氧氣體處理的兩步循環(huán)方式完成。所述步驟(3)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(shù)種。所述步驟(3)中氮化硅沉積中每次氮化硅沉積厚度為1納米至10納米。所述步驟(3)中氮化硅沉積中含氧氣體處理的氣體流量在2000至6000SCCm之間。所述步驟(3)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(fā)明提出一種金屬-氮化硅-金屬電容的制造方法，通過提高層內(nèi)電容器的電介質(zhì)的k值，有效地提高層內(nèi)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(xué)均勻性。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。


參考所附附圖，以更加充分的描述本發(fā)明的實施例。然而，所附附圖僅用于說明和闡述，并不構(gòu)成對本發(fā)明范圍的限制。圖1繪示低k值介質(zhì)層的剖面示意圖。圖2繪示完成光刻和刻蝕MOM電容區(qū)域的低k值介質(zhì)層剖面示意圖。圖3繪示完成PECVD沉積氮化硅和化學(xué)機(jī)械研磨去除多余氮化硅后低k值介質(zhì)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(xué)機(jī)械研磨后導(dǎo)線金屬和MOM電容器的剖面示意圖。標(biāo)號說明1.低k值介質(zhì)，2.氮化硅，3.填充金屬。
具體實施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的一種金屬-氮化硅-金屬電容的制造方法，詳細(xì)說明如下。
本發(fā)明的不同實施例將詳述如下，以實施本發(fā)明的不同的技術(shù)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(fā)明，其僅為范例而不限制本發(fā)明的范圍。實施例一
首先沉積低k值介質(zhì)層，圖1繪示低k值介質(zhì)層的剖面示意圖。然后通過光刻和刻蝕形成MOM區(qū)域，圖2繪示完成光刻和刻蝕MOM電容區(qū)域的低k值介質(zhì)層剖面示意圖。接著利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法(PECVD)沉積高k值氮化硅，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(huán)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(huán)達(dá)成最終所需氮化硅厚度。圖3繪示完成PECVD 沉積氮化硅和化學(xué)機(jī)械研磨去除多余氮化硅后低k值介質(zhì)和氮化硅混合層的剖面示意圖。 然后使用化學(xué)機(jī)械研磨去除多余氮化硅，形成低k值介質(zhì)和氮化硅的混合層，再完成光刻和刻蝕在低k值介質(zhì)和氮化硅中形成金屬槽，圖4繪示完成光刻和刻蝕形成金屬槽的剖面示意圖。在低k值介質(zhì)層和高k值氮化硅上同時進(jìn)行銅互連工藝的光刻、刻蝕、銅的擴(kuò)散阻擋層沉積、銅電鍍、銅金屬層化學(xué)機(jī)械研磨等工藝步驟，完成金屬層沉積和金屬層化學(xué)機(jī)械研磨后形成導(dǎo)線和MOM電容器的金屬填充，完成銅互連和MOM電容器的制作。圖5繪示完成金屬層沉積和金屬層化學(xué)機(jī)械研磨后導(dǎo)線金屬和MOM電容器的剖面示意圖。實施二
首先沉積低k值介質(zhì)層，圖1繪示低k值介質(zhì)層的剖面示意圖。然后通過光刻和刻蝕形成MOM區(qū)域，圖2繪示完成光刻和刻蝕MOM電容區(qū)域的低k值介質(zhì)層剖面示意圖。接著利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法(PECVD)沉積高k值氮化硅，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(huán)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(huán)達(dá)成最終所需氮化硅厚度。圖3繪示完成PECVD 沉積氮化硅和化學(xué)機(jī)械研磨去除多余氮化硅后低k值介質(zhì)和氮化硅混合層的剖面示意圖。 然后使用化學(xué)機(jī)械研磨去除多余氮化硅，形成低k值介質(zhì)和氮化硅的混合層，再完成光刻和刻蝕在低k值介質(zhì)和氮化硅中形成金屬槽，圖4繪示完成光刻和刻蝕形成金屬槽的剖面示意圖。在低k值介質(zhì)層和高k值氮化硅上同時進(jìn)行銅互連工藝的光刻、刻蝕、銅的擴(kuò)散阻擋層沉積、銅電鍍、銅金屬層化學(xué)機(jī)械研磨等工藝步驟，完成金屬層沉積和金屬層化學(xué)機(jī)械研磨后形成導(dǎo)線和MOM電容器的金屬填充，完成銅互連和MOM電容器的制作。圖5繪示完成金屬層沉積和金屬層化學(xué)機(jī)械研磨后導(dǎo)線金屬和MOM電容器的剖面示意圖。實施三
首先沉積低k值介質(zhì)層，圖1繪示低k值介質(zhì)層的剖面示意圖。然后通過光刻和刻蝕形成MOM區(qū)域，圖2繪示完成光刻和刻蝕MOM電容區(qū)域的低k值介質(zhì)層剖面示意圖。接著利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法(PECVD)沉積高k值氮化硅，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(huán)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(huán)達(dá)成最終所需氮化硅厚度。圖3繪示完成PECVD 沉積氮化硅和化學(xué)機(jī)械研磨去除多余氮化硅后低k值介質(zhì)和氮化硅混合層的剖面示意圖。
6然后使用化學(xué)機(jī)械研磨去除多余氮化硅，形成低k值介質(zhì)和氮化硅的混合層，再完成光刻和刻蝕在低k值介質(zhì)和氮化硅中形成金屬槽，圖4繪示完成光刻和刻蝕形成金屬槽的剖面示意圖。在低k值介質(zhì)層和高k值氮化硅上同時進(jìn)行銅互連工藝的光刻、刻蝕、銅的擴(kuò)散阻擋層沉積、銅電鍍、銅金屬層化學(xué)機(jī)械研磨等工藝步驟，完成金屬層沉積和金屬層化學(xué)機(jī)械研磨后形成導(dǎo)線和MOM電容器的金屬填充，完成銅互連和MOM電容器的制作。圖5繪示完成金屬層沉積和金屬層化學(xué)機(jī)械研磨后導(dǎo)線金屬和MOM電容器的剖面示意圖。實施四
首先沉積低k值介質(zhì)層，圖1繪示低k值介質(zhì)層的剖面示意圖。然后通過光刻和刻蝕形成MOM區(qū)域，圖2繪示完成光刻和刻蝕MOM電容區(qū)域的低k值介質(zhì)層剖面示意圖。接著利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法(PECVD)沉積高k值氮化硅，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(huán)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(huán)達(dá)成最終所需氮化硅厚度。圖3繪示完成PECVD 沉積氮化硅和化學(xué)機(jī)械研磨去除多余氮化硅后低k值介質(zhì)和氮化硅混合層的剖面示意圖。 然后使用化學(xué)機(jī)械研磨去除多余氮化硅，形成低k值介質(zhì)和氮化硅的混合層，再完成光刻和刻蝕在低k值介質(zhì)和氮化硅中形成金屬槽，圖4繪示完成光刻和刻蝕形成金屬槽的剖面示意圖。在低k值介質(zhì)層和高k值氮化硅上同時進(jìn)行銅互連工藝的光刻、刻蝕、銅的擴(kuò)散阻擋層沉積、銅電鍍、銅金屬層化學(xué)機(jī)械研磨等工藝步驟，完成金屬層沉積和金屬層化學(xué)機(jī)械研磨后形成導(dǎo)線和MOM電容器的金屬填充，完成銅互連和MOM電容器的制作。圖5繪示完成金屬層沉積和金屬層化學(xué)機(jī)械研磨后導(dǎo)線金屬和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(jié)構(gòu)的典型實施例。盡管上述發(fā)明提出了現(xiàn)有的較佳實施例，然而，這些內(nèi)容并不作為局限。對于本領(lǐng)域的技術(shù)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(quán)利要求書應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認(rèn)為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種金屬-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)沉積低k值介質(zhì)層；2)通過光刻和刻蝕形成MOM區(qū)域；3)利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法(PECVD)沉積高k值氮化硅；4)化學(xué)機(jī)械研磨去除多余氮化硅，形成低k值介質(zhì)和氮化硅的混合層；5)完成光刻和刻蝕在低k值介質(zhì)和氮化硅中形成金屬槽；6)完成金屬層沉積和金屬層化學(xué)機(jī)械研磨后形成導(dǎo)線和MOM電容器的金屬填充；7)完成銅互連和MOM電容器的制作。
2.如權(quán)利要求1所述的一種金屬-氮化硅-金屬電容器的制作方法，其特征在于所述步驟(3)中氮化硅沉積采用沉積氮化硅-含氧氣體處理的兩步循環(huán)方式完成。
3.如權(quán)利要求1所述的一種金屬-氮化硅-金屬電容器的制作方法，其特征在于所述步驟(3)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(shù)種。
4.如權(quán)利要求1所述的一種金屬-氮化硅-金屬電容器的制作方法，其特征在于所述步驟(3)中氮化硅沉積中每次氮化硅沉積厚度為1納米至10納米。
5.如權(quán)利要求1所述的一種金屬-氮化硅-金屬電容器的制作方法，其特征在于所述步驟(3)中氮化硅沉積中含氧氣體處理的氣體流量在2000至eOOOsccm之間。
6.如權(quán)利要求1所述的一種金屬-氮化硅-金屬電容器的制作方法，其特征在于所述步驟(3)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(fā)明提供一種金屬-氮化硅-金屬電容的制造方法，其步驟包括1)沉積低k值介質(zhì)層；2)通過光刻和刻蝕形成MOM區(qū)域；3)利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法(PECVD)沉積高k值氮化硅；4)化學(xué)機(jī)械研磨去除多余氮化硅，形成低k值介質(zhì)和氮化硅的混合層；5)完成光刻和刻蝕在低k值介質(zhì)和氮化硅中形成金屬槽；6)完成金屬層沉積和金屬層化學(xué)機(jī)械研磨后形成導(dǎo)線和MOM電容器的金屬填充；7)完成銅互連和MOM電容器的制作。本發(fā)明通過提高層內(nèi)電容器的電介質(zhì)的k值，有效地提高層內(nèi)電容器的電容。通過改善高k值氮化硅的性能，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(xué)均勻性，非常適于實用。
文檔編號H01L21/02GK102446709SQ20111036115
公開日2012年5月9日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者徐強(qiáng), 毛智彪, 胡友存 申請人:上海華力微電子有限公司