[发明专利]一种金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子领域，尤其涉及一种金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法。

背景技术

电容器是集成电路中的重要组成单元，广泛运用于存储器，微波，射频，智能卡，高压和滤波等芯片中。在芯片中广为采用的电容器构造是平行于硅片衬底的金属-绝缘体-金属（MIM）。其中金属是制作工艺易与金属互连工艺相兼容的铜、铝等，绝缘体则是氮化硅、氧化硅等高介电常数(k)的电介质材料。改进高k电介质材料的性能是提高电容器性能的主要方法之一。

等离子体增强型化学气相沉积方法（PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）因其沉积温度低而被广泛用于金属互连工艺中的薄膜沉积。高k值绝缘体氮化硅可以利用PECVD方法通过硅烷和氨气在等离子环境下反应生成。高k值绝缘体氧化硅可以利用PECVD方法通过硅烷和一氧化二氮在等离子环境下反应生成。

氮化硅薄膜中的硅氮键(Si-N)的稳定性弱于氧化硅薄膜中的硅氧键(Si-O)。导致在高电压下，氮化硅薄膜电容器的漏电流较大。

并且，随着芯片尺寸的减少，以及性能对大电容的需求，如何在有限的面积下获得高密度的电容成为一个非常有吸引力的课题。随着半导体集成电路制造技术的不断进步，性能不断提升的同时也伴随着器件小型化，微型化的进程。越来越先进的制程，要求在尽可能小的区域内实现尽可能多的器件，获得尽可能高的性能。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法。该方法垂直于硅片衬底的金属-氧化物-金属(MOM)是一种在较小的芯片面积内实现较大电容的方法，并且利用PECVD沉积氮化硅-含氧气体处理的两步循环制作金属-氮化硅-金属MOM电容器的工艺方法，有效地减少了残留在氧化硅薄膜中的硅氢键（Si-H），提高了金属-氧化硅-金属MOM电容器的性能。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法，其中，包括以下步骤：

提供一衬底；

在所述衬底上沉积一层第一低介电常数介质层，所述第一低介电常数介质层包括金属-氧化物-金属制作区域和非金属-氧化物-金属制作区域；

采用沉积步骤和含氧气体处理步骤循环进行的方式，在所述第一低介电常数（低K值）介质层上沉积一层氮化硅层，所述氮化硅层包括金属-氧化物-金属区域的第一氮化硅层和非金属-氧化物-金属区域的第二氮化硅层；

刻蚀去除所述第二氮化硅层；

在所述非金属-氧化物-金属区域的上方再沉积一层第二低介电常数（低K值）介质层；

在所述第一氮化硅层上进行光刻图案化工艺，在所述第一氮化硅层中形成第一金属槽，并且对所述第一氮化硅层进行刻蚀，在水平方向上减薄所述第一氮化硅层；

采用沉积步骤和含氧气体处理步骤循环进行的方式，在所述第一氮化硅层表面沉积一层氧化硅层，并且刻蚀所述氧化硅层去除水平方向上的氧化硅，形成氧化硅-氮化硅-氧化硅结构；

刻蚀所述第二低介电常数（低K值）介质层，形成第二金属槽；

向所述第一金属槽和所述第二金属槽进行金属填充工艺。

上述的金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法，其中，所述含氧气体包括一氧化氮、一氧化二氮、一氧化碳和二氧化碳。

上述的金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法，其中，在所述沉积步骤和含氧气体处理步骤的循环方式中，含氧气体处理的气体流量在2000至6000sccm，处理温度为300℃至600℃。

上述的金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法，其中，在所述沉积步骤和含氧气体处理步骤的循环方式中，所述沉积步骤采用等离子体增强型化学气相沉积工艺。

上述的金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法，其中，在沉积氧化硅的步骤的采用等离子体增强型化学气相沉积工艺中，其反应气体包括硅烷和一氧化二氮，其中，所述硅烷的流量在25sccm至600sccm，所述一氧化二氮的流量为9000sccm-20000sccm,所述硅烷和所述一氧化二氮的流量之比的取值范围为1:15至1:800，成膜速率为10纳米/分钟至5000纳米/分钟。

上述的金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法，其中，在沉积氮化硅的步骤中，采用等离子体增强型化学气相沉积工艺，其反应气体包括硅烷和氨气，在等离子体环境中进行反应生成氮化硅薄膜。