专利名称：金属-绝缘体-金属电容器的制造方法
技术领域：
本发明涉及集成电路电容器制造领域，且特别涉及一种金属-绝缘体-金属电容 器的制造方法。
背景技术：
电容器常用于如射频IC(RFIC)或者单片微波IC(MMIC)等集成电路中作为电子 无源元件。随着集成电路技术的发展，电容器作为集成电路中必要元件之一，在电路中 扮演电压调整、滤波等功能，因此电容器已成为重要的集成电路电子元件。在半导体集 成电路中，常见的电容器类型有多晶硅-绝缘体_多晶硅电容器、金属_绝缘体-金属 (metal-insulator-metal, MIM)电容器等等。随着半导体技术的迅猛发展，器件特征尺寸 不断缩小，元件之间的高性能、高密度的连接不仅在单个互连层中互连，而且要在多层之间 进行互连。因此，器件之间的连接大量采用多层互连结构，其中多个互连金属层互相堆叠， 并且层间绝缘层置于其间，然后再层间绝缘层中形成互连沟槽和连接孔，并用导电材料例 如铜、钨填充所述互连沟槽和连接孔，以形成互连多层金属层的互连金属导线。在高端工艺 中，由于互连层为金属互连结构，多层互连结构的各个金属层和层间电介质也构成了许多 电容，这些电容中即包括在形成多层互连结构时形成的金属引线之间、金属层与层间电介 质之间的杂散电容，也包括互连金属和绝缘层之间形成的电容。由于互连层的导体为金属 结构，因此在互连层之间形成的电容主要采用具有金属_绝缘体-金属结构的MIM电容器。 因为金属_绝缘体_金属电容器具有较低的接点阻抗，故其RC值较低，常用于要求高速的 集成电路中，其也常见于类比电路、混合电路等不同应用中。图IA和图IB所示为现有技术中配合铜制程制造金属-绝缘体-金属电容器的方 法示意图。图IA中所显示的结构系形成有金属导电层且经过化学机械研磨法平坦化后的 镶嵌结构，其中，第一介电层10中的沟槽20由铜填满，作为导线及金属_绝缘体_金属电 容器的下电极层。以诸如电浆增强化学气相沉积法(PECVD)，在嵌刻结构表面上，沉积第二 介电层30以作为金属-绝缘体-金属电容器的介电质，接着，以物理气相沉积法(PVD)在 第二介电层30上沉积诸如铝等金属，以作为上电极层40，最后，如图IB所示，以微影法蚀刻 移除金属_绝缘体_金属电容器区以外的上电极层40，而形成所需的金属-绝缘体-金属 电容器。金属-绝缘体-金属电容器的电气性能取决于作为绝缘体的介电层的质量，现有 技术的介电层通常使用氧化氮或者氮化硅。以氮化硅为例，其相对于以氧化硅作为介电层 具有更高的介电系数，但是由于其较高的电压限制，使得采用常规气相沉积氮化硅层的MIM 电容器的电气性能依然不能让人满意，其电容值/单位面积之值较低，泄漏电流较大并且 崩溃电压值较小。产生上述缺陷的主要原因是当电容介电层薄膜沉积的薄膜质量不好时， 将直接导致电容崩溃电压过低，降低电容器件的可靠性；电容的上电极层在蚀刻过程中过 蚀刻工艺(蚀刻气体以及蚀刻时间)是否恰当。其直接关系到电容的泄漏电流的大小，很 容易造成电容的泄漏电流过大。
发明内容
本发明提出一种金属_绝缘体_金属电容器的制造方法，制成的电容器具有良好 的电气性能，电容值较高，泄漏电流较小并且崩溃电压值较高。为了达到上述目的，本发明提出一种金属_绝缘体_金属电容器的制造方法，包括 下列步骤在第一金属层上化学气相沉积介电层；在所述介电层上物理气相沉积第二金属层；蚀刻去除电容区以外的第二金属层和部分介电层，所述化学气相沉积使用SiH4，NH3和N2的混合气体，其中NH3和SiH4的流量比例 为12 1 12. 4 1，N2和NH3的流量比例为0. 4 0. 6 1。可选的，所述SiH4的流量为200 300标况毫升每分。可选的，所述化学气相沉积处理的温度为350 400摄氏度。可选的，所述介电层为SiN层。可选的，所述SiN层的厚度为625埃。可选的，蚀刻去除电容区以外的部分介电层的厚度为100 400埃。可选的，该方法包括在第一金属层和介电层之间化学气相沉积第一阻碍金属层， 在介电层和第二金属层之间化学气相沉积第二阻碍金属层。可选的，所述第一阻碍金属层和第二阻碍金属层为Ti或TiN层。可选的，所述第一阻碍金属层的厚度为50 500埃，所述第二阻碍金属层的厚度 为200 250埃。可选的，该方法包括在第二金属层上化学气相沉积第三阻碍金属层。可选的，所述第三阻碍金属层为Ti或TiN层。可选的，所述第三阻碍金属层的厚度为50 500埃。可选的，所述第一金属层为铜金属层，所述第二金属层为铝金属层。可选的，所述第一金属层的厚度为4000 6000埃，所述第二金属层的厚度为 1000 1600 埃。本发明提出的金属_绝缘体_金属电容器的制造方法，在化学气相沉积介电层处 理制程中使用SiH4，NH3和N2的混合气体，并限定它们之间的流量比例，最终制成的电容器 具有良好的电气性能，电容值较高，泄漏电流较小并且崩溃电压值较高。本发明提出的金属-绝缘体_金属电容器的制造方法，在作为介电层的SiN层上 下各沉积一层Ti或TiN层作为阻碍金属层，Ti或TiN层不仅防止金属离子在高温制程中 扩散到硅离子中，也可作为铜和铝金属层与SiN层之间的附着层，并且可以释放压力。铝金 属层上沉积的Ti或TiN层作为其上过孔蚀刻的阻挡层并防止过孔穿通。
图IA和图IB所示为现有技术中配合铜制程制造金属-绝缘体-金属电容器的方 法示意图。图2所示为本发明较佳实施例的制造金属_绝缘体_金属电容器的方法流程图。
4
图3A和图3B所示为本发明较佳实施例的金属_绝缘体_金属电容器结构示意图。图4所示为本发明较佳实施例的电容值与SiN厚度曲线图。图5所示为本发明较佳实施例的MIM电容的电流和电压曲线图
具体实施例方式为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所
如下。本发明提出一种金属_绝缘体_金属电容器的制造方法，制成的电容器具有良好 的电气性能，电容值较高，泄漏电流较小并且崩溃电压值较高。请参考图2，图2所示为本发明较佳实施例的制造金属-绝缘体-金属电容器的方 法流程图。本发明提出一种金属_绝缘体_金属电容器的制造方法，包括下列步骤步骤SlOO 在第一金属层上化学气相沉积第一阻碍金属层；步骤S200 在第一阻碍金属层上化学气相沉积介电层；步骤S300 在介电层上化学气相沉积第二阻碍金属层；步骤S400 在所述第二阻碍金属层上物理气相沉积第二金属层；步骤S500 在第二金属层上化学气相沉积第三阻碍金属层；步骤S600 蚀刻去除电容区以外的第三阻碍金属层、第二金属层、第二阻碍金属 层和部分介电层。其中，所述化学气相沉积处理使用SiH4, NH3和N2的混合气体，其中NH3和SiH4的 流量比例为12 1 12.4 1，其比现有技术的化学气相沉积工艺的比例值略高，N2*NH3 的流量比例为0.4 0.6 1设定在合适的范围以实现化学气相沉积工艺的正常进行，所 述SiH4的流量为200 300标况毫升每分，所述化学气相沉积处理的温度为350 400摄 氏度，以保证介电层沉积的质量和均勻性之间的平衡，使得介电层达到较高的性能。本发明 较佳实施例提出的金属_绝缘体_金属电容器的制造方法，在化学气相沉积介电层处理制 程中使用SiH4，NH3和N2的混合气体，并限定它们之间的流量比例，从而能够得到较高质量 的介电层，并使得MIM电容的绝缘体具有较低的压力负荷，最终制成的电容器具有良好的 电气性能，电容值较高，泄漏电流较小并且崩溃电压值较高。再请参考图3和图3B，图3A和图3B所示为本发明较佳实施例的金属-绝缘体-金 属电容器结构示意图。从图3A中可以看出，本发明较佳实施例的第一金属层100为铜金属 层，厚度为4000 6000埃。在该铜金属层上化学气相沉积第一阻碍金属层200，第一阻碍 金属层200可为Ti或TiN层，厚度为50 500埃，然后在Ti或TiN层200上化学气相沉积 介质层300，介质层300可为SiN层，其厚度为625埃，接着在所述SiN层300上化学气相沉 积第二阻碍金属层400，第二阻碍金属层400同样为Ti或TiN层，厚度为200 250埃，该 第一阻碍金属层200和第二阻碍金属层400的两层Ti或TiN层，不仅用于防止金属离子， 例如是铜离子或者铝离子，在高温制程中扩散到硅离子中破坏电容结构，也可作为铜金属 层和铝金属层与SiN层之间的附着层，并且可以释放它们之间的压力。然后在第二阻碍金 属层400的Ti或TiN层上物理气相沉积第二金属层500，其可为铝金属层，厚度为1000 1600埃。最后，在铝金属层500上化学气相沉积第三阻碍金属层600，其可为Ti或TiN层， 厚度为50 500埃，作为其上过孔蚀刻的阻挡层，该过孔为盲孔，用于表层线路和下面的内 层线路的连接，Ti或TiN层600可防止过孔穿通。
5
再请参考图3B，从图中可以看出本发明较佳实施例蚀刻去除电容区以外的第二金 属层500和部分介电层300，包括第二金属层500上的第三阻碍金属层600和介电层300上 的第二阻碍金属层400，而对于电容区以外的介电层300，蚀刻的厚度为100 400埃，电容 区的介电层300厚度保持为625埃，最终得到本发明较佳实施例的金属_绝缘体_金属电 容器。根据本发明较佳实施例的金属_绝缘体_金属电容器的制造方法，制成的电容器 经过测试设备进行测试，例如采用Agilent 4072以及Keithely 4200测试设备，请参考图 4，图4所示为本发明较佳实施例的电容值与SiN厚度曲线图，经过测试当SIN厚度为625 埃时精确达到电容目标值，得出其电容值为0. 99fF/um2,基本保持在IfF/um2左右，满足工 艺需要。再请参考图5，图5所示为本发明较佳实施例的MIM电容的电流和电压曲线图，经 过测试得出电容器的泄漏电流保持在3. 7fA/um2左右，可见其具有极小的泄漏电流，而崩溃 电压保持在6IV左右，具有较大的崩溃电压，可见经过测试的金属_绝缘体_金属电容器具 有极高的可靠性。本发明仅需对金属_绝缘体_金属电容器的制造工艺中的化学气相沉积 处理进行改进，操作简单，同时最终制成的电容器具有良好的电气性能，电容值较高，泄漏 电流较小并且崩溃电压值较高。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技 术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因 此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
一种金属 绝缘体 金属电容器的制造方法，包括下列步骤在第一金属层上化学气相沉积介电层；在所述介电层上物理气相沉积第二金属层；蚀刻去除电容区以外的第二金属层和部分介电层，其特征在于，所述化学气相沉积使用SiH4，NH3和N2的混合气体，其中NH3和SiH4的流量比例为12∶1～12.4∶1，N2和NH3的流量比例为0.4～0.6∶1。
2.根据权利要求1所述的金属-绝缘体-金属电容器的制造方法，其特征在于，所述 SiH4的流量为200 300标况毫升每分。
3.根据权利要求1所述的金属_绝缘体_金属电容器的制造方法，其特征在于，所述化 学气相沉积处理的温度为350 400摄氏度。
4.根据权利要求1所述的金属_绝缘体_金属电容器的制造方法，其特征在于，所述介 电层为SiN层。
5.根据权利要求4所述的金属-绝缘体-金属电容器的制造方法，其特征在于，所述 SiN层的厚度为625埃。
6.根据权利要求1所述的金属_绝缘体_金属电容器的制造方法，其特征在于，蚀刻去 除电容区以外的部分介电层的厚度为100 400埃。
7.根据权利要求1所述的金属_绝缘体_金属电容器的制造方法，其特征在于，该方法 包括在第一金属层和介电层之间化学气相沉积第一阻碍金属层，在介电层和第二金属层之 间化学气相沉积第二阻碍金属层。
8.根据权利要求7所述的金属-绝缘体-金属电容器的制造方法，其特征在于，所述第 一阻碍金属层和第二阻碍金属层为Ti或TiN层。
9.根据权利要求7所述的金属-绝缘体-金属电容器的制造方法，其特征在于，所述第 一阻碍金属层的厚度为50 500埃，所述第二阻碍金属层的厚度为200 250埃。
10.根据权利要求1所述的金属_绝缘体_金属电容器的制造方法，其特征在于，该方 法包括在第二金属层上化学气相沉积第三阻碍金属层。
11.根据权利要求10所述的金属-绝缘体-金属电容器的制造方法，其特征在于，所述 第三阻碍金属层为Ti或TiN层。
12.根据权利要求10所述的金属-绝缘体-金属电容器的制造方法，其特征在于，所述 第三阻碍金属层的厚度为50 500埃。
13.根据权利要求1所述的金属_绝缘体_金属电容器的制造方法，其特征在于，所述 第一金属层为铜金属层，所述第二金属层为铝金属层。
14.根据权利要求1所述的金属_绝缘体_金属电容器的制造方法，其特征在于，所述 第一金属层的厚度为4000 6000埃，所述第二金属层的厚度为1000 1600埃。
全文摘要
本发明提出一种金属-绝缘体-金属电容器的制造方法，包括下列步骤在第一金属层上化学气相沉积介电层；在所述介电层上物理气相沉积第二金属层；蚀刻去除电容区以外的第二金属层和部分介电层，所述化学气相沉积使用SiH4，NH3和N2的混合气体，其中NH3和SiH4的流量比例为12∶1～12.4∶1，N2和NH3的流量比例为0.4～0.6∶1。本发明提出的金属-绝缘体-金属电容器的制造方法，制成的电容器具有良好的电气性能，电容值较高，泄漏电流较小并且崩溃电压值较高。
文档编号H01L21/02GK101958235SQ200910054930
公开日2011年1月26日 申请日期2009年7月16日 优先权日2009年7月16日
发明者王光超, 邬瑞彬, 郭丰, 郭启森 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司;成都成芯半导体制造有限公司