专利名称：一种金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及微电子领域，尤其涉及ー种金属-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)。其中金属是制作エ艺易与金属互连エ艺相兼容的铜、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 VaporDeposition)因其沉积温度低而被广泛用于金属互连エ艺中的薄膜沉积。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ニ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-Ο)。导致在高电压下，氮化硅薄膜电容器的漏电流较大。并且，随着芯片尺寸的減少，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ー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ー种金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法。该方法垂直于娃片衬底的金属-氧化物-金属(MOM)是ー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)电容器的エ艺方法，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
ー种金属-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；
在所述衬底上沉积ー层低介电常数介质层；
在所述低介电常数介质层上制作ー开ロ；
采用沉积步骤和含氧气体处理步骤循环进行的方式，在所述开ロ中沉积氮化硅，形成氮化硅和低介电常数介质的混合层；
刻蚀所述氮化硅层，在所述氮化硅层中形成第一金属槽，并且在水平方向上减薄所述氮化娃层；采用沉积步骤和含氧气体处理步骤循环进行的方式，在所述氮化层的表面沉积氧化硅，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；刻蚀所述低介电常数介质层，形成第二金属槽；
向所述第一金属槽和第二金属槽进行金属填充エ艺。上述的金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法，其中，所述含氧气体包括ー氧化氮、ー氧化ニ氮、一氧化碳和ニ氧化碳。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 °C 至 600 °C。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エ艺。 上述的金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法，其中，在沉积氧化硅步骤中，采用等离子体增强型化学气相沉积エ艺中，其反应气体包括硅烷和ー氧化ニ氮，其中，所述娃烧的流量在25sccm至600sccm,所述一氧化ニ氮的流量为9000sccm-20000sccm,所述娃烷和所述ー氧化ニ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，其在，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エ艺，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娃薄膜。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，毎次氮化硅或氧化硅的沉积厚度为I纳米至10纳米。上述的金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法，其中，进行金属填充エ艺步骤中包括进行铜互连エ艺的铜的扩散阻挡层沉积、铜电镀、铜金属层化学机械研磨エ艺步骤。与已有技术相比，本发明的有益效果在于
本发明通过制作金属-氧化物-金属电容器，在氮化硅层上覆盖氧化氧化硅层，提高了绝缘体薄膜中原子之间结合键的稳定性，并且，通过采用等离子体增强型化学气相沉积法和含氧气体处理方法循环进行的方法，有效地減少了残留在氮化硅薄膜中的硅氢键。从而有效地提高了层内电容器的电容，并且有效地改善金属-绝缘体-金属电容器的击穿电压、漏电流等各电特性，提高了各器件间的电学均匀性。
图I是本发明的金属-多层绝缘体-金属电容器制作方法的流程示意框图。图2A-图2F分别是本发明的金属-多层绝缘体-金属电容器制作方法的エ艺步骤分解状态示意图。
具体实施例方式下面结合原理图和具体操作实施例对本发明作进ー步说明。如图I以及图2A-2F中所示，本发明的ー种金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法具体包括下列步骤步骤SI :提供一村底1，并在衬底I上沉积ー层低介电常数(低K值)介质层2 ；
步骤S2 :在低介电常数介质层2上制作ー开ロ 21 ；
步骤S3 :在该开ロ 21之中沉积氮化硅，在此步骤中，采用等离子体增强型化学气相沉积方法和含氧气体处理方 法循环进行的方式，进行氮化硅的沉积，即首先采用等离子体增强型化学气相沉积方法沉积氮化硅，然后采用含氧气体处理方法进行处理，然后再进行等离子体增强型化学气相沉积方法沉积氮化硅，其后，再进行含氧气体处理，如此循环进行，直至达到所需，在开ロ 21中填满氮化硅。其中，氮化硅通过在等离子体反应腔室中通过硅烷和氨气，并且以N2作为载入气体，进行反应生成氮化硅薄膜，形成氮化硅层3，在含氧气体处理方法中，含氧气体包括一氧化氮、ー氧化ニ氮、一氧化碳和ニ氧化碳，含氧气体处理的气体流量在2000至6000sccm，处理温度为300°C至600°C。当开ロ 21中填满氮化硅3之后，利用化学机械研磨エ艺，去除多余的氮化硅，在衬底I上形成了低介电常数介质层I和氮化硅层3的混合层。步骤S4 :根据金属-氧化物-金属电容器的图形，刻蚀氮化硅层3，在氮化硅层3中形成第一金属槽31，该第一金属槽31可以为多个均与排列在该氮化硅层3中的金属槽，此步骤还包括在水平方向上减薄氮化硅层3，即减小该第一金属槽31之间的氮化硅层3的览度。步骤S5 :采用沉积步骤和含氧气体处理步骤循环进行的方式，在氮化硅层3的表面沉积ー层氧化硅层4，在此步骤中，等离子体增强型化学气相沉积其反应气体包括硅烷和ー氧化ニ氮，其中，在进行エ艺过程中，硅烷的流量在25sccm至600sccm，一氧化ニ氮的流量为9000sccm-20000sccm，并且硅烷和所述ー氧化ニ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，每次氧化硅4的沉积厚度为I纳米至10纳米。在含氧气体处理方法中，含氧气体包括一氧化氮、ー氧化ニ氮、一氧化碳和ニ氧化碳含氧气体处理的气体流量在2000至6000sccm，处理温度为300°C至600°C。通过此方法，在氮化硅层3的表面上形成了ー层氧化硅层4，然后，刻蚀氧化硅层4，从而去除水平方向上的氧化硅，形成氧化硅-氮化硅-氧化硅结构；
步骤S6 :刻蚀低介电常数介质层2，在低介电常数介质层2上形成第二金属槽32 ；步骤S7 :向第一金属槽31和第二金属槽32进行金属填充エ艺，向第一金属槽31和第ニ金属槽32填充金属5。在此步骤中，进行金属填充エ艺步骤中包括分别在第一金属槽31和第二金属槽32之中进行铜互连エ艺的铜的扩散阻挡层沉积、铜电镀、铜金属层化学机械研磨エ艺步骤，从而完成了铜互连和金属-多层绝缘体-金属(MOM)电容器的制作。以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
权利要求
1.一种金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤 提供一衬底； 在所述衬底上沉积一层低介电常数介质层； 在所述低介电常数介质层上制作一开口； 采用沉积步骤和含氧气体处理步骤循环进行的方式，在所述开口中沉积氮化硅，形成氮化硅层和低介电常数介质层的混合层； 刻蚀所述氮化硅层，在所述氮化硅层中形成第一金属槽，并且在水平方向上减薄所述氮化硅层； 采用沉积步骤和含氧气体处理步骤循环进行的方式，在所述氮化硅层中沉积氧化硅层，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；刻蚀所述低介电常数介质层，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。
2.如权利要求I所述的金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法，其特征在于，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。
3.如权利要求I所述的金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法，其特征在于，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°C至 600°C。
4.如权利要求I所述的金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法，其特征在于，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。
5.如权利要求4所述的金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法，其特征在于，在沉积氧化硅的步骤中，采用等离子体增强型化学气相沉积工艺中，其反应气体包括硅烧和一氧化二氮，其中，所述娃烧的流量在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I 800，成膜速率为10纳米/分钟至5000纳米/分钟。
6.如权利要求I所述的金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法，其特征在于，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。
7.如权利要求I所述的金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法，其特征在于，在所述沉积步骤和含氧气体处理步骤的循环方式中，每次氮化硅或氧化硅的沉积厚度为I纳米至10纳米。
8.如权利要求I所述的金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法，其特征在于，进行金属填充工艺步骤中包括进行铜互连工艺的铜的扩散阻挡层沉积、铜电镀、铜金属层化学机械研磨工艺步骤。
全文摘要
本发明公开了一种金属-多层绝缘体-金属电容器的制作方法，其中提供衬底；在衬底上沉积一层低介电常数介质层；在低介电常数介质层上制作一开口；采用沉积和含氧气体处理循环进行的方式，在开口中沉积氮化硅，形成氮化硅和低介电常数介质的混合层；刻蚀氮化硅层，在所述氮化硅层中形成第一金属槽，并且减薄所述氮化硅层；采用沉积和含氧气体处理循环进行的方式，在开口中沉积氧化硅，且刻蚀氧化硅层去除水平方向上的氧化硅；刻蚀低介电常数介质层，形成第二金属槽；向第一金属槽和第二金属槽进行金属填充。本发明有效地提高了层内电容器的电容，改善了电容器的击穿电压、漏电流等各电特性并提高了各器件间的电学均匀性。
文档编号H01L21/02GK102709154SQ201210110868
公开日2012年10月3日 申请日期2012年4月17日 优先权日2012年4月17日
发明者徐强, 毛智彪, 胡友存 申请人:上海华力微电子有限公司