[发明专利]多层金属-氧化硅-金属电容器的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种多层金属-氧化硅-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，Metal-Insulator-Metal)电容器。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。利用PECVD方法制作的氮化硅薄膜内残留大量的硅氢键(Si-H)，使其内存在较多电荷，这导致该氮化硅薄膜在电性厚度方面的均匀性较差，而利用该氮化硅薄膜制作的MIM电容器在击穿电压、漏电流等各电特性方面也会相应较差。中国专利CN101577227A介绍了一种改进铝-氮化硅-钽化物电容器性能的方法，通过含氧气体处理该氮化硅薄膜，可以有效地减少氮化硅薄膜内残留的硅氢键，从而有效地改善了电容器的性能。

然而，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。因此，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。而上述中国专利CN101577227A中并没有获得高密度的电容。

垂直于硅片衬底的金属-氧化物-金属(MOM，Metal-Oxide-Metal)电容器由于能在较小的芯片面积内实现较大电容而成为目前研究的热点。其中的氧化物通常为氧化硅，但在实际应用中也可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。不过，利用PECVD制作氧化硅薄膜也会有大量的硅氢键(Si-H)残留在氧化硅薄膜中，从而影响MOM电容器的性能。

中国专利CN111654.1介绍了一种制作MOM电容器的工艺方法。其中的氧化硅采用传统的PECVD工艺制作。大量的硅氢键(Si-H)残留在氧化硅薄膜中。虽然该制作方法对传统PECVD工艺制作的氧化硅进行了含氧气体处理，以减少氧化硅薄膜中残留的硅氢键。然而，该方法制备的氧化硅薄膜中仍然残留有大量的硅氢键(Si-H)，不能满足高性能MOM电容器的需求。

因此，有必要进一步改进高k电介质材料的性能和提高MOM电容器的性能，从而满足不断微型化的芯片对高性能电容器的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多层金属-氧化硅-金属电容器的制作方法，以改进MOM电容器的性能。

为解决上述问题，本发明提出一种多层金属-氧化硅-金属电容器的制作方法，包括如下步骤：

步骤1，提供衬底；

步骤2，在所述衬底上沉积低K值介质层；

步骤3，对所述低K值介质层进行光刻及刻蚀，在其上形成MOM电容器槽；

步骤4，通过等离子体增强化学气相沉积和含氮气体处理两步循环的方式在所述MOM电容器槽中形成氧化硅；

步骤5，对所述低K值介质层及所述氧化硅进行光刻及刻蚀，分别在所述低K值介质层及所述氧化硅中形成互连金属槽及电容金属槽；

步骤6，在所述互连金属槽及电容金属槽中填充金属；

重复步骤2至步骤6。

可选的，所述等离子体增强化学气相沉积采用的反应气体包括硅烷和一氧化二氮。

可选的，所述硅烷的流量在500sccm至600sccm之间，所述一氧化二氮的流量在9000sccm至15000sccm之间，硅烷与一氧化二氮的流量比为1:15至1:30之间，成膜速率在1500纳米/分钟至5000纳米/分钟之间。

可选的，所述含氮气体包括一氧化氮、一氧化二氮或氮气。并且优选地为氮气。

可选的，所述含氮气体处理所采用的含氮气体流量在2000sccm至6000sccm之间，处理温度在300摄氏度至600摄氏度之间。

可选的，所述通过等离子增强化学气相沉积和含氮气体处理两步循环的方式形成氧化硅的过程中，每次沉积的氧化硅厚度为1纳米至10纳米。