提高MIM电容结构击穿电压的方法与流程

提高mim电容结构击穿电压的方法
技术领域
1.本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种提高mim电容结构击穿电压的方法。


背景技术：

2.集成电路电容集成结构大致可分为以下四类：mos(metal-oxide-semiconductor)电容、p-n结电容、pip(poly-insulator-poly)电容及mim(metal-insulator-metal)电容。而基于衬底和底层器件的mos电容和p-n结电容受晶体管工作电压电流影响较大，电容在电路中表现不稳定；pip电极板为多晶硅，接触电阻大，寄生电容大，需要热工艺多，对器件影响大；mim电容器件通过采用金属电极，有效降低了电容器与互连线的接触电阻和寄生电容，因此，导电性强。无损耗的高电容密度mim电容成为替代传统集成电路电容的新型电容器件。
3.目前，射频、混合或模拟集成电路经常用到大电容值的mim电容，而且，通常是通过减小mim电容介质厚度来得到更大的mim电容值。然而，过薄的电容介质厚度会使mim电容产生比较大的漏电，并产生一些可靠性问题，比如，现有的1ff/μm2的mim电容结构中sin厚度为660a，电容结构的击穿电压(bv)为30v，若mim电容结构中sin厚度减薄至330a以将电容值提高至2ff/μm2，电容结构的击穿电压仅能达到20v，可见，通过减少电容介质厚度来提高mim电容的方式会大幅度减少器件的击穿电压。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提高mim电容结构击穿电压的方法，用于解决现有的以减小mim电容结构电介质层厚度来提高mim电容的方法所导致的器件击穿电压大幅度减少的问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种mim电容结构击穿电压的方法，所述方法包括：
6.采用n-h键含量小于2％，si-h键含量小于1％的氮化硅薄膜作为mim电容结构的电介质层。
7.可选地，所述氮化硅薄膜的厚度范围为
8.可选地，所述氮化硅薄膜的折射率为1.893～1.92。
9.可选地，利用等离子化学增强气相沉积工艺形成所述氮化硅薄膜。
10.可选地，利用等离子化学增强气相沉积工艺形成所述氮化硅薄膜时，采用的反应气体包括硅烷、氨气及氮气。
11.可选地，所述硅烷的流量为130sccm～170sccm；所述氨气的流量为320sccm～400sccm；所述氮气的流量大于15000sccm。
12.可选地，所述等离子增强化学气相沉积工艺的沉积条件包括：沉积压强为3.2torr～4torr，射频功率为800w～1000w。
13.如上所述，本发明的提高mim电容结构击穿电压的方法，通过利用n-h键含量小于2％，si-h键小于1％的氮化硅薄膜作为mim电容结构的电介质层来提高mim电容结构的击穿电压。
附图说明
14.图1显示为本发明的mim电容结构的剖面结构示意图。
具体实施方式
15.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
16.请参阅图1。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
17.本实施例提供一种提高mim电容结构击穿电压的方法，所述方法包括：采用n-h键含量小于2％，si-h键含量小于1％的氮化硅薄膜作为mim电容结构的电介质层。
18.本实施例中，作为所述电介质层的所述氮化硅薄膜的折射率ri与击穿电压bv的关系式如下：y＝-1007.2(x-1.893)2+30，其中，x表示折射率，y表示击穿电压，由公式可知，折射率ri小于1.893的情况下，折射率ri越小，击穿电压bv越大。而在制备所述氮化硅薄膜时，将所述氮化硅薄膜中n-h键含量小于2％，si-h键含量小于1％，可使得氮化硅薄膜的折射率介于1.893与1.92之间，由此可提高所述mim电容结构的所述击穿电压bv。
19.进一步的，如图1所示，本实施例中，所述mim电容结构包括上极板及下极板，所述电介质层位于二者之间。而所述下极板包括铝层、钛层及氮化钛层，且所述钛层位于所述铝层及所述氮化钛层之间，所述上极板包括氮化钛层。
20.具体的，所述氮化硅薄膜的厚度范围为
21.具体的，所述氮化硅薄膜的折射率为1.893～1.92。本实施例中，通过使所述氮化硅薄膜的折射率处于1.893与1.92之间来提高所述mim电容结构的击穿电压。
22.具体的，利用等离子化学增强气相沉积工艺形成所述氮化硅薄膜。
23.具体的，利用等离子化学增强气相沉积工艺形成所述氮化硅薄膜时，采用的反应气体包括硅烷、氨气及氮气。
24.作为示例，所述硅烷的流量为130sccm～170sccm；所述氨气的流量为320sccm～400sccm；所述氮气的流量大于15000sccm。
25.本实施例中，所述硅烷的流量为150sccm，所述氨气的流量为360sccm，所述氮气的流量为17000sccm，形成的所述氮化硅薄膜的厚度为且所述氮化硅薄膜中的n-h键含量为1.37％，si-h键的含量为0.73％。由于n-h键及si-h键含量极少、冗余的h含量少，从而能够提高整体膜质，提高所述mim电容结构的击穿电压bv。
26.具体的，所述等离子增强化学气相沉积工艺的沉积条件包括：沉积压强为3.2torr
～4torr，射频功率为800w～1000w。可选地，本实施例中，沉积压强为3.6torr，射频功率为900w。
27.下表给出了利用本实施例所提供的氮化硅薄膜与利用现有方法制备出的氮化硅薄膜分别作为所述mim电容结构的电介质层时，所述氮化硅薄膜的si-h含量、n-h含量及击穿电压，bsl表示利用现有方法制备的氮化硅薄膜，new表示利用本实施例提供的方法制备的氮化硅薄膜，从表中可以看出，在所述氮化硅薄膜厚度相同的情况下，利用本实施例提供的氮化硅薄膜作为电介质层的mim电容结构的击穿电压为29.5v，与利用现有方法形成的氮化硅薄膜作为电介质层的mim电容结构的击穿电压(20.63v)相比，其击穿电压提升42％。
28.表1：
[0029][0030]
综上所述，本发明的提高mim电容结构击穿电压的方法，通过利用n-h键含量小于2％，si-h键小于1％的氮化硅薄膜作为mim电容结构的电介质层来提高mim电容结构的击穿电压。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0031]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。