[发明专利]多层金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及电容器，具体地，涉及一种多层金属-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。中国专利CN101783286A介绍了一种改进铝-绝缘体-钽化物MIM电容器性能的方法。通过PECVD在氮化硅层上覆盖氧化硅层，提高了绝缘体薄膜中原子之间结合键的稳定性，从而有效地改善了该MIM电容器的性能。

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。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。其中的氧化物不仅仅局限于氧化硅，在实际应用中包括氮化硅等高介电常数(k)的电介质材料。MOM电容器制作工艺与金属互连工艺的兼容性比较好，电容器两级的外连可以和金属互连工艺同步实现。

利用PECVD方法制作的氮化硅薄膜和氧化硅薄膜内会残留大量的硅氢键（Si-H）。硅氢键使绝缘体薄膜内存在较多电荷，降低了金属-绝缘体-金属MOM电容器的性能。

因此，提供一种能够更有效地改善绝缘体薄膜中原子之间结合键的稳定性，进一步改进高k电介质材料的性能和提高MOM电容器的性能的电容器就显得尤为重要了。

发明内容

本发明的目的是提高层间电容器的电容，改善金属-多层绝缘体-金属（MOM）电容器的击穿电压、漏电流等各电特性，以及各器件间的电学均匀性。

本发明公开一种多层金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法，在硅衬底上进行，其特征在于，包括循环执行如下步骤：

步骤1，制作多层绝缘体，所述多层绝缘体包括若干层高K值氧化硅薄膜，两相邻高K值氧化硅薄膜之间夹有一层高K值氮化硅薄膜；

步骤2，刻蚀去除部分所述多层绝缘体；

步骤3，沉淀低k值介质层覆盖所述步骤2中剩余的部分所述多层绝缘体；

步骤4，化学机械研磨所述低k值介质层上表面；

步骤5，在位于所述多层绝缘体竖直上方的低k值介质层中制作通孔，所述通孔底端接触所述多层绝缘体的上表面，在所述低k值介质层与所述多层绝缘体在竖直方向上无重叠的区域制作金属槽；

步骤6，在所述通孔和金属槽中填充金属后进行化学机械研磨。

上述的方法，其中，所述高K值氧化硅薄膜通过多次循环执行如下步骤形成：

步骤111，沉积氧化硅；

步骤112，提供含氧气体处理所述沉积的氧化硅；

所述高K值氮化硅薄膜通过多次循环执行如下步骤形成：

步骤121，沉积氮化硅；

步骤122，提供含氧气体处理所述沉积的氮化硅。

上述的方法，其中，所述氧化硅利用PECVD方法通过硅烷和一氧化二氮在等离子环境下反应生成；所述氮化硅利用PECVD方法通过硅烷和氨气在等离子环境下反应生成。

上述的方法，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。

上述的方法，其中，所述步骤111中，氧化硅沉积厚度取值范围为1纳米至10纳米，所述步骤121中，氮化硅沉积厚度取值范围为1纳米至10纳米。

上述的方法，其中，所述含氧气体处理过程中，气体流量取值范围为2000sccm至6000sccm，处理温度取值范围为300摄氏度至600摄氏度。