[发明专利]用于提高0.18μ m 工艺MIM电容性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及0.18μm工艺MIM电容的制造，更具体地涉及用于在0.18μm工艺MIM电容制造过程中沉积氮化硅薄膜的改进的方法。 

背景技术

电容作为存储电荷、耦合以及滤波器件被广泛应用在半导体集成电路中。现有的集成电路电容中，金属-绝缘体-金属型(MIM，Metal-Isolation-Metal)电容逐渐成为射频集成电路中的主流，尤其在混频/射频CMOS制程上的应用已非常普遍。原因在于，其通常制作在金属互连层中，既与集成电路工艺相兼容，又与衬底间距离较远，可以克服许多其他类型的电容具有的寄生电容大、器件性能随频率增大而明显下降的缺点。 

MIM电容在集成电路中通常位于多层器件结构的上层，其结构更接近于典型意义的电容，即在金属电极板之间具有电介质的电容。图1为现有技术的MIM电容结构的剖面图。如图1所示，MIM电容100包括下电极101、上电极102以及位于这两个电极之间的绝缘层103，这样形成的结构能实现电荷存储功能。另外，该电容的下电极101和上电极102还分别通过在层间介质层106内形成的连接孔连接至位于层间介质层106表面内的金属导电结构104和105。该现有技术的MIM电容通常采用高介电常数的氮化硅(SiN)薄膜形成绝缘层103。氮化硅薄膜具有优良的遮断性和抗氧化性，因此常被用在半导体元件的制造中，例如用作阻蚀层、隔离层或门电介质层，以及用在氧化物/氮化物堆叠中。 

随着超大规模集成电路的集成度不断提高，器件特征尺寸不断等 比例缩小，电路内制作的电容尺寸也相应缩小，对电容制作的均匀性、一致性提出了更为严格的要求。 

在实践中发现MIM电容中的氮化硅薄膜对电容的电学特性有很大的影响。等离子化学气相沉积(PECVD)是产业上广泛用于制备氮化硅薄膜的方法之一，其借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子体很容易发生反应，从而沉积出所期望的薄膜。其以基本温度低、沉积速率快、成膜质量好、针孔较少、不易龟裂等优点而备受青睐。但是，使用目前的PECVD工艺所得到的氧化硅薄膜仍然存在很多缺陷，并且由于生成的SiN的Si-N之间的键合本身固有的不稳定性，具有含SiN的绝缘层的MIM电容的性能参数会降低，比如会影响电压电容曲线系数以及在高电压下的漏电流较高等。现有的0.18μm混频/射频工艺中的MIM电容主要缺点表现在电容击穿电压较低以及漏电较大。按照目前工艺制作的MIM电容在大约12V的电压下其电容漏电就会产生1μA的电流。虽然在标准0.18μm操作电压(3.3/1.8V)下可以适用，但是当运用到0.18μm高压工艺(工作电压＞30V)时就不再适用。因此，对用于在0.18μm工艺MIM电容制造过程中沉积氮化硅薄膜的改进的PECVD工艺有很大的需求。 

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于通过改进MIM电容中的氮化硅层的沉积工艺而提高氮化硅薄膜的电性厚度和物理厚度的均匀性，使MIM电容的击穿电压、漏电流等电学特性得以显著改善。 

为实现上述目的，本发明提供了一种用于在0.18μm工艺MIM电容中形成氮化硅薄膜的方法，其特征在于，分别通过第一管路和第二管路向等离子化学气相沉积PECVD反应腔中通入SiH₄气体和NH₃气体，所述SiH₄和NH₃在所述反应腔中发生化学反应所生成的氮化硅沉积在所述MIM电容的下电极金属层上形成氮化硅薄膜，其中：向 所述第一管路和所述第二管路之一另外通入N₂气体；并且通过调节SiH₄气体、NH₃气体以及N₂气体的流速、PECVD反应腔的压力和温度以及预热时间使得氮化硅沉积的速度降低。 

优选地，所述N₂气体的流速在960±96sccm之间。 

优选地，所述SiH₄气体的流速在500±50sccm之间。 

优选地，所述NH₃气体的流速在4390±439sccm之间。 

优选地，所述PECVD反应腔的压力在1.6Torr至1.8Torr之间。 

优选地，所述PECVD反应腔的温度在400±20℃之间。