金属氧化物金属电容器制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种金属氧化物金属电容器制作方法。
【背景技术】
[0002]电容器件作为电路中的解耦，信号过滤和震荡激励的关键器件，在射频集成电路和模拟-数字混合信号集成电路中广泛应用。在集成电路工作频率达到千兆赫兹以后，一般的多晶娃S1N电容器会出现电容值波动，严重影响器件性能，MIM(metal insulatormetal，金属氧化物金属电容器)电容由于上下层电容极板都采用金属，即有效的降低了接触电阻又降低了层间介质的寄生电容，解决了高工作频率下电容器工作不稳定的问题，因此M頂金属氧化物金属带电容器逐渐成为电容的主流。该技术将电容的制作和集成电路CMOS工艺的后端工艺(BEOL)集成，拉远了 CMOS器件和电容的距离，从而更进一步地降低了寄生电容和电阻。
[0003]伴随着摩尔定律，集成电路特征尺寸一直在不断缩小，随着器件尺寸的不断缩小，电容的面积也要跟着等比例的缩小，根据电容公式:C = K* ε *s/d.要保持电容大小的不变化，就必须降低介质层的厚度或者增加介质层的K值。厚度的降低会使得漏电流增加，因此增加K值是保持电容密度的最好的方法。
[0004]目前已经应用的介质层包括二氧化硅和氮化硅，或者两者的结合称为ONO的结构的介质层近年来也被广泛应用在90纳米的集成电路制造工艺中，这几种传统的介质层的K值在3.9到7之间。高K(High K)材料近年也被广泛应用于集成电路制造中，目前主要应用在栅极氧化层上来降低Ε0Τ，常用的高K材料主要有Hf02，Cr02，AL203，TA205等，它们的K值都大于20，远高于传统的介电层材料。因此，将高K材料应用在M頂电容的制造中是极其有前景的一种选择。
[0005]但是，将高K材料应用在M頂电容的制造中主要面临的挑战是:1，高K材料相比二氧化硅或者氮化硅和金属更难形成较好的接触，在后续的高温封装中容易发生剥离，造成器件失效；2高K材料相比传统介质层成膜时会产生更多的缺陷，这些缺陷会增加漏电电流甚至会导致电容击穿，造成器件失效；3，目前65纳米一下集成电路中为了降低寄生电容，都采用了低介电常数薄膜，因此将高K材料和低K(Low K)材料有效地集成也是一个巨大的挑战。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够高K材料和低K材料有效地集成的金属氧化物金属电容器制作方法。
[0007]为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种金属氧化物金属电容器制作方法，包括:第一步骤:形成第一层低K介质层；第二步骤:对所述第一层低K介质层进行第一光刻刻蚀工艺以便在所述第一层低K介质层中形成第一电容区沟槽；第三步骤:在所述第一电容区沟槽中填充金属铜以形成第一层金属铜；第四步骤:在所述第一层低K介质层上沉积第一刻蚀阻挡层，并且在所述第一刻蚀阻挡层上沉积低K材料作为第二层低K介质层；第五步骤:对所述第二层低K介质层进行第二光刻刻蚀工艺以便在所述第二层低K介质层中形成用于M頂电容区域的第二电容区沟槽，并且使得第二光刻刻蚀工艺终止在第一刻蚀阻挡层上；第六步骤:在所述电容区沟槽中填充高K材料作为M頂电容的介质层；第七步骤:在第二层低K介质层上沉积第二刻蚀阻挡层，并且在所述第二刻蚀阻挡层上沉积低K材料作为第三层低K介质层；第八步骤:在对所述第三层低K介质层进行第三光刻刻蚀工艺以便在所述第三层低K介质层中形成用于M頂电容区域的第三电容区沟槽，并且使得第三光刻刻蚀工艺终止在所述第二刻蚀阻挡层上；第九步骤:在所述第三电容区沟槽中填充金属铜以形成第二层金属铜。
[0008]优选地，所述第一层金属铜的部分区域被用作互连线，所述第一层金属铜的另一部分区域被用作MIM电容的下极板。
[0009]优选地，第二层金属铜中的部分区域被用作互连线，第二层金属铜中的另一部分区域被用作M頂电容的上极板。
[0010]优选地，在在三步骤中，采用铜镶嵌工艺在所述第一电容区沟槽中填充金属铜以形成第一层金属铜。
[0011]优选地，在第九步骤中通过电镀形成第二层金属铜。
[0012]优选地，第一刻蚀阻挡层为氮化硅或者碳化硅或者碳氮化硅。
[0013]优选地，第二为刻蚀阻挡层Ta和/或TaN。
[0014]优选地，第一层低K介质层的厚度为1500-4000A，第一层金属铜的厚度为1200A-2000A，第一刻蚀阻挡层的厚度为200-700A，第二层低K介质层的厚度为500A-2000A,MIM电容的介质层的厚度为500-600A，第三层低K介质层的厚度为500-2000A。
[0015]优选地，MIM电容的介质层的材料为Hf02。
【附图说明】
[0016]结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中:
[0017]图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的金属氧化物金属电容器制作方法的第一步骤。
[0018]图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的金属氧化物金属电容器制作方法的第二步骤。
[0019]图3示意性地示出了根据本发明优选实施例的金属氧化物金属电容器制作方法的第三步骤。
[0020]图4示意性地示出了根据本发明优选实施例的金属氧化物金属电容器制作方法的第四步骤。
[0021]图5示意性地示出了根据本发明优选实施例的金属氧化物金属电容器制作方法的第五步骤。
[0022]图6示意性地示出了根据本发明优选实施例的金属氧化物金属电容器制作方法的第六步骤。
[0023]图7示意性地示出了根据本发明优选实施例的金属氧化物金属电容器制作方法的第七步骤。
[0024]图8示意性地示出了根据本发明优选实施例的金属氧化物金属电容器制作方法的第八步骤。
[0025]图9示意性地示出了根据本发明优选实施例的金属氧化物金属电容器制作方法的第九步骤。
[0026]需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
【具体实施方式】
[0027]为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
[0028]本发明的目的是在例如铜镶嵌工艺中，将高K和低K材料的使用集成，通过在大部分互连线区域仍然采用低K材料作为介质层，仅在M頂电容区域采用高K材料作为电容的介质层，增加电容密度的同时，保证电容的漏电流低、寄生电容小、可靠性高的M頂电容器的制造方法。
[0029]图1至图9示意性地示出了根据本发明优选实施例的金属氧化物金属电容器制作方法的各个步骤。
[0030]具体地，如图1至图7所示，根据本发明优选实施例的金属氧化物金属电容器制作方法包括:
[0031]第一步骤:形成第一层低K介质层10 ；
[0032]例如，在第一步骤中，可以采用PECVD生长一层含有致孔剂的掺碳薄膜BDII作为第一层低K介质层，该层的致孔剂含量较高，厚度为1500-4000A，主要过程是通入2000SCCm到4000sccm的甲基二乙基娃氧烧m-DEOS，150-250sccm的氧气和2600-4000sccm的致孔剂C10H16，以及这些主要气体的载气-氦气1000-2000sccm，气体流量稳定时，开启射频，这里的射频为高频13.36MHZ，功率为600W到1000W，生长过程的温度为240度到300度之间，设备腔体的压力为5托到10托之间。
[0033]优选地，在第一步骤中，可以进一步对第一层低K介质层10进行紫外线处理，紫外线处理的时间和强度根据沉积的膜厚的厚度变化，一般的对2500-5000A的薄膜，照射时间在 150s-400s 之间。
[0034]第二步骤:对所述第一层低K介质层10进行刻蚀以便在所述第一层低K介质层10中形成第一电容区沟槽11 ;
[0035]例如，在第二步骤中，可以在紫外线处理完的BDII上PECVD生长一层硬掩模(例如采用的是二氧化硅和氮化钛)然后旋涂光刻胶进行光刻并刻蚀形成大马士革结构。
[0036]第三步骤:在所述第一电容区沟槽11中填充金属铜以形成第一层金属铜20 ;
[0037]优选地，在第三步骤中，可以采用铜镶嵌工艺(包括大马士革铜镶嵌工艺)在第一层低K介质层10的第一电容区沟槽中形成第一层金属铜20，其中大部分区域作为互连线，一部分作为MIM电容的下极板。
[0038]具体地，例如，采用铜镶嵌的方法形成第一层金属层20 (包括互连线和M頂电容的下极板)包括:PVD沉积阻挡层(一般为Ta和TaN)，PVD沉积铜的籽晶层50-150A，然后通过电镀形成第一层金属铜5000-7000A，然后通过化学机械研磨将铜层磨平，厚