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1、(10)申请公布号 CN 102623306 A (43)申请公布日 2012.08.01 C N 1 0 2 6 2 3 3 0 6 A *CN102623306A* (21)申请号 201210081402.X (22)申请日 2012.03.23 H01L 21/02(2006.01) H01L 23/522(2006.01) (71)申请人上海华力微电子有限公司 地址 201203 上海市浦东新区张江高科技园 区高斯路497号 (72)发明人毛智彪 胡友存 徐强 (74)专利代理机构上海思微知识产权代理事务 所(普通合伙) 31237 代理人陆花 (54) 发明名称 金属-多层绝缘体-。
2、金属电容器及其制造方 法、集成电路 (57) 摘要 本发明提供了一种金属-多层绝缘体-金属 电容器及其制造方法、集成电路。根据本发明的金 属-多层绝缘体-金属电容器制造方法包括：氮 化硅层提供步骤，用于提供氮化硅层；非电容区 刻蚀步骤，用于在氮化硅层中刻蚀非电容区；介 质层填充步骤，用于在刻蚀出的电容区中填充介 质层；电容器图案形成步骤，用于使刻蚀剩余的 氮化硅图案化，从而形成多个氮化硅柱；氧化硅 沉积步骤，用于在氮化硅柱的侧壁上沉积氧化硅； 以及金属填充步骤，用于利用金属填充图案化的 氮化硅中形成的凹部。根据本发明，可有效地提高 层间和层内电容器的电容，改善包含金属-多层 绝缘体-金属电容器。
3、的击穿电压、漏电流等各电 特性，以及各器件间的电学均匀性。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 2 页 1/2页 2 1.一种金属-多层绝缘体-金属电容器制造方法，其特征在于包括： 氮化硅层提供步骤，用于提供氮化硅层； 非电容区刻蚀步骤，用于在氮化硅层中刻蚀非电容区； 介质层填充步骤，用于在刻蚀出的电容区中填充介质层； 电容器图案形成步骤，用于使刻蚀剩余的氮化硅图案化，从而形成多个氮化硅柱； 氧化硅沉积步骤，用于在氮化硅柱的侧壁上沉积氧化硅；以及 金属填充步骤，用于利。
4、用金属填充图案化的氮化硅中形成的凹部。 2.根据权利要求1所述的金属-多层绝缘体-金属电容器制造方法，其特征在于还包 括重复所述氮化硅层提供步骤、所述非电容区刻蚀步骤、所述介质层填充步骤、所述电容器 图案形成步骤、所述氧化硅沉积步骤、所述导线槽形成步骤、以及所述金属填充步骤。 3.根据权利要求1或2所述的金属-多层绝缘体-金属电容器制造方法，其特征在于， 在所述氮化硅层提供步骤中，通过PECVD以沉积氮化硅-含氧气体处理的两步循环方式沉 积氮化硅形成氮化硅层。 4.根据权利要求1或2所述的金属-多层绝缘体-金属电容器制造方法，其特征在 于，在所述电容器图案形成步骤中，通过光刻和刻蚀在刻蚀剩余的。
5、氮化硅中形成电容器的 图形，并且利用各向异性刻蚀进行减薄以最终形成氮化硅柱。 5.根据权利要求1或2所述的金属-多层绝缘体-金属电容器制造方法，其特征在于， 在所述氧化硅沉积步骤中，通过PECVD以沉积氧化硅-含氧气体处理的两步循环方式沉积 氧化硅，并利用各向异性刻蚀去除水平方向的氧化硅，由此形成包含氧化硅-氮化硅-氧化 硅的多层绝缘体。 6.根据权利要求1或2所述的金属-多层绝缘体-金属电容器制造方法，其特征在于， 氧化硅沉积步骤中的含氧气体包括一氧化氮、一氧化二氮、一氧化碳、和二氧化碳中的一种 或者多种。 7.根据权利要求6所述的金属-多层绝缘体-金属电容器制造方法，其特征在于，在 氧化硅。
6、沉积步骤中，氧化硅沉积步骤中的含氧气体包括一氧化二氮，并且反应气体硅烷的 流量在25sccm至600sccm之间，反应气体一氧化二氮的流量在9000sccm至20000sccm之 间，硅烷与一氧化二氮的流量比为115至1800之间，成膜速率处于10纳米/分钟至 5000纳米/分钟之间。 8.根据权利要求1或2所述的金属-多层绝缘体-金属电容器制造方法，其特征在于， 在氧化硅沉积步骤中的沉积氮化硅-含氧气体处理的两步循环中，含氧气体处理的气体流 量在2000至6000sccm之间，处理温度在300至600摄氏度之间。 9.根据权利要求1或2所述的金属-多层绝缘体-金属电容器制造方法，其特征在于，。
7、 在氧化硅沉积步骤中的沉积氮化硅-含氧气体处理的两步循环中，每次氮化硅沉积厚度为 1纳米至10纳米。 10.根据权利要求1或2所述的金属-多层绝缘体-金属电容器制造方法，其特征在于 还包括导线槽形成步骤，用于在介质层中形成用于形成导线的导线槽；并且，其中在所述金 属填充步骤中，还利用金属填充导线槽以形成导线部分。 11.一种根据权利要求1至10所述的金属-多层绝缘体-金属电容器制造方法制成的 金属-多层绝缘体-金属电容器。 权 利 要 求 书CN 102623306 A 2/2页 3 12.一种采用了根据权利要求11所述的金属-多层绝缘体-金属电容器的集成电路。 权 利 要 求 书CN 102。
8、623306 A 1/5页 4 金属 - 多层绝缘体 - 金属电容器及其制造方法、 集成电路 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-多层绝缘体-金 属结构的电容器制造方法以及由此制成的金属-多层绝缘体-金属电容器，此外，本发明涉 及一种采用了由此制成的金属-多层绝缘体-金属电容器的集成电路。 背景技术 0002 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。
9、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。 0003 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。高k值绝缘体氮 化硅可以如下式所示地利用PECVD方法通过硅烷和氨气在等离子环境下反应生成。 0004 0005 高k值绝缘体氧化硅可以利用PECVD方法如下式所示地通过硅烷和一氧化二氮在 等离子环境下反应生成。 0006 0007 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-O)。导。
10、 致在高电压下，氮化硅薄膜电容器的漏电流较大。公开号为CN101783286A、发明名称为“结 构为金属-绝缘体-金属的电容器制造方法”的中国专利介绍了一种改进铝-绝缘体-钽 化物MIM电容器性能的方法。通过PECVD在氮化硅层上覆盖氧化硅层，提高了绝缘体薄膜 中原子之间结合键的稳定性，从而有效地改善了该MIM电容器的性能。 0008 但是，随着芯片尺寸的减少，以及性能对大电容的需求，如何在有限的面积下获得 高密度的电容成为一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。
11、器件，获得尽可能高的性能。垂直于硅片衬底的金属-氧化 物-金属(MOM)是一种在较小的芯片面积内实现较大电容的方法。其中的氧化物不仅仅局 限于氧化硅，在实际应用中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。 0009 利用PECVD方法制作的氮化硅薄膜和氧化硅薄膜内会残留大量的硅氢键(Si-H)。 硅氢键使绝缘体薄膜内存在较多电荷，降低了金属-绝缘体-金属MOM电容器的性能。 说 明 书CN 102623306 A 2/5页 5 发明内容 0010 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。
12、，提供一种能够改善 金属-多层绝缘体-金属电容器的击穿电压、漏电流等各电特性的金属-多层绝缘体-金 属电容器制造方法以及由此制成的金属-多层绝缘体-金属电容器、以及采用了由此制成 的金属-多层绝缘体-金属电容器的集成电路。 0011 根据本发明的第一方面，提供了一种金属-多层绝缘体-金属电容器制造方法，其 包括：氮化硅层提供步骤，用于提供氮化硅层；非电容区刻蚀步骤，用于在氮化硅层中刻蚀 非电容区；介质层填充步骤，用于在刻蚀出的电容区中填充介质层；电容器图案形成步骤， 用于使刻蚀剩余的氮化硅图案化，从而形成多个氮化硅柱；氧化硅沉积步骤，用于在氮化硅 柱的侧壁上沉积氧化硅；以及金属填充步骤，用于利。
13、用金属填充图案化的氮化硅中形成的 凹部。 0012 优选地，所述金属-多层绝缘体-金属电容器制造方法还包括：重复所述氮化硅层 提供步骤、所述非电容区刻蚀步骤、所述介质层填充步骤、所述电容器图案形成步骤、所述 氧化硅沉积步骤、所述导线槽形成步骤、以及所述金属填充步骤。 0013 优选地，在所述氮化硅层提供步骤中，通过PECVD以沉积氮化硅-含氧气体处理的 两步循环方式沉积氮化硅形成氮化硅层。 0014 优选地，在所述电容器图案形成步骤中，通过光刻和刻蚀在刻蚀剩余的氮化硅中 形成电容器的图形，并且利用各向异性刻蚀进行减薄以最终形成氮化硅柱。 0015 优选地，在所述氧化硅沉积步骤中，通过PECVD。
14、以沉积氧化硅-含氧气体处理的两 步循环方式沉积氧化硅，并利用各向异性刻蚀去除水平方向的氧化硅，由此形成包含氧化 硅-氮化硅-氧化硅的多层绝缘体。 0016 优选地，氧化硅沉积步骤中的含氧气体包括一氧化氮、一氧化二氮、一氧化碳、和 二氧化碳中的一种或者多种。 0017 优选地，在氧化硅沉积步骤中，氧化硅沉积步骤中的含氧气体包括一氧化二氮，并 且反应气体硅烷的流量在25sccm至600sccm之间，反应气体一氧化二氮的流量在9000sccm 至20000sccm之间，硅烷与一氧化二氮的流量比为115至1800之间，成膜速率处于 10纳米/分钟至5000纳米/分钟之间。 0018 优选地，在氧化硅沉。
15、积步骤中的沉积氮化硅-含氧气体处理的两步循环中，含氧 气体处理的气体流量在2000至6000sccm之间，处理温度在300至600摄氏度之间。 0019 优选地，在氧化硅沉积步骤中的沉积氮化硅-含氧气体处理的两步循环中，每次 氮化硅沉积厚度为1纳米至10纳米。 0020 优选地，所述金属-多层绝缘体-金属电容器制造方法还包括：导线槽形成步骤， 用于在介质层中形成用于形成导线的导线槽；并且，其中在所述金属填充步骤中，还利用金 属填充导线槽以形成导线部分。 0021 根据本发明的第二方面，提供了一种根据根据本发明的第一方面所述的金属-多 层绝缘体-金属电容器制造方法制成的金属-多层绝缘体-金属电容。
16、器。 0022 根据本发明的第三方面，提供了一种采用了根据本发明的第二方面所述的金 属-多层绝缘体-金属电容器的集成电路。 说 明 书CN 102623306 A 3/5页 6 0023 根据本发明，可以有效地提高层间和层内电容器的电容，改善包含多层金属及多 层绝缘体的金属-多层绝缘体-金属电容器的击穿电压、漏电流等各电特性，以及各器件间 的电学均匀性。更具体地说，通过采用根据本发明的金属-多层绝缘体-金属电容器制造 方法，可以有效地减少残留在氮化硅薄膜中的硅氢键(Si-H)，提高了金属-氮化硅-金属电 容器的性能；从而，有效地改善金属-多层绝缘体-金属电容器的击穿电压、漏电流等各电 特性。 。
17、附图说明 0024 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： 0025 图1示意性地示出了根据本发明实施例的金属-多层绝缘体-金属电容器制造方 法的氮化硅层提供步骤的示图。 0026 图2示意性地示出了根据本发明实施例的金属-多层绝缘体-金属电容器制造方 法的非电容区刻蚀步骤的示图。 0027 图3示意性地示出了根据本发明实施例的金属-多层绝缘体-金属电容器制造方 法的介质层填充步骤的示图。 0028 图4示意性地示出了根据本发明实施例的金属-多层绝缘体-金属电容器制造方 法的电容器图案形成步骤的示图。 0029 图5示。
18、意性地示出了根据本发明实施例的金属-多层绝缘体-金属电容器制造方 法的氧化硅沉积步骤的示图。 0030 图6示意性地示出了根据本发明实施例的金属-多层绝缘体-金属电容器制造方 法的导线槽形成步骤的示图。 0031 图7示意性地示出了根据本发明实施例的金属-多层绝缘体-金属电容器制造方 法的金属填充步骤的示图。 0032 图8示意性地示出了根据本发明实施例的金属-多层绝缘体-金属电容器制造方 法的重复之前的步骤一次之后得到的金属-多层绝缘体-金属电容器的示图。 0033 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。
19、有相同或者类似的标号。 具体实施方式 0034 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。 0035 图1至图8示意性地示出了根据本发明实施例的金属-多层绝缘体-金属电容器 制造方法的各个步骤。如图1至图8所示，根据本发明实施例的金属-多层绝缘体-金属 电容器制造方法包括： 0036 氮化硅层提供步骤，用于提供氮化硅层22；例如，在具体实施例中，可利用PECVD 沉积高k值氮化硅层22的薄膜；更具体地说，氮化硅层22的沉积可采用沉积氮化硅-含氧 气体处理的两步循环方式完成，所得到的结构如图1所示。 0037 非电容区刻蚀步骤，用于在氮化硅层22中刻。
20、蚀非电容区222；例如，在具体实施例 说 明 书CN 102623306 A 4/5页 7 中，可通过光刻和刻蚀去除非氮化硅层22中的电容区222，所得到的结构如图2所示。 0038 介质层填充步骤，用于在刻蚀出的电容区222中填充介质层1；在具体实施例中， 可沉积低k值介质层1，并用化学机械研磨去除多余低k值介质层1；由此，形成低k值介质 层1和氮化硅22的混合层，所得到的结构如图3所示。 0039 电容器图案形成步骤，用于使刻蚀剩余的氮化硅22图案化，从而形成多个氮化硅 柱221；例如，在具体实施例中，可通过光刻和刻蚀在刻蚀剩余的氮化硅22中形成电容器 的图形，并且利用各向异性刻蚀进行减薄。
21、以最终形成氮化硅柱221，所得到的结构如图4所 示。如图4所示，例如，多个氮化硅柱221的数量为2个；当然在其它实施例中，也可以是其 它数量的多个氮化硅柱221。 0040 氧化硅沉积步骤，用于在氮化硅柱221的侧壁上沉积氧化硅21；例如，在具体实施 例中，可通过PECVD以沉积氧化硅-含氧气体处理的两步循环方式沉积氧化硅21，并利用各 向异性刻蚀去除水平方向的氧化硅，由此形成包含氧化硅21-氮化硅22-氧化硅21的多层 绝缘体2，所得到的结构如图5所示。 0041 优选地，还执行导线槽形成步骤，用于在介质层1中形成用于形成导线的导线槽 12，所得到的结构如图6所示。 0042 金属填充步骤，。
22、用于利用金属填充图案化的氮化硅22中形成的凹部3；优选地，在 形成了导线槽的情况下，还利用金属填充导线槽以形成导线部分31，所得到的结构如图7 所示。 0043 此后，优选地，重复之前的氮化硅层提供步骤、非电容区刻蚀步骤、介质层填充步 骤、电容器图案形成步骤、氧化硅沉积步骤、导线槽形成步骤、以及金属填充步骤各一次，之 后得到的金属-多层绝缘体-金属电容器结构如图8所示。 0044 可以理解的是，图8仅仅示出了重复上述各个步骤一次后的结构，实际上，可以多 次重复上述氮化硅层提供步骤、非电容区刻蚀步骤、介质层填充步骤、电容器图案形成步 骤、氧化硅沉积步骤、导线槽形成步骤、以及金属填充步骤，从而形成。
23、多个层叠的金属-多 层绝缘体-金属电容器结构。 0045 此后，可在低k值介质层1和高k值多层绝缘体2上同时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等工艺步骤，完成铜互连和金属-多层绝 缘体-金属电容器的后续制作。 0046 优选地，在一个具体的优选实施例中，氧化硅沉积步骤中的含氧气体包括一氧化 氮、一氧化二氮、一氧化碳、和二氧化碳中的一种或者多种。 0047 优选地，在一个具体的优选实施例中，在氧化硅沉积步骤中的沉积氮化硅-含氧 气体处理的两步循环中，每次氮化硅沉积厚度为1纳米至10纳米。 0048 优选地，在一个具体的优选实施例中，在氧化硅沉积步骤中的沉积氮化硅-。
24、含氧 气体处理的两步循环中，含氧气体处理的气体流量在2000至6000sccm之间，处理温度在 300至600摄氏度之间。 0049 优选地，在一个具体的优选实施例中，在氧化硅沉积步骤中，氧化硅沉积步骤中的 含氧气体包括一氧化二氮，并且反应气体硅烷的流量在25sccm至600sccm之间，反应气体 一氧化二氮的流量在9000sccm至20000sccm之间，硅烷与一氧化二氮的流量比为115 至1800之间，成膜速率处于10纳米/分钟至5000纳米/分钟之间。 说 明 书CN 102623306 A 5/5页 8 0050 优选地，在一个具体的优选实施例中，多层绝缘体2的线宽为电容器所需的绝缘 。
25、体厚度。 0051 通过采用根据本发明实施例的金属-多层绝缘体-金属电容器制造方法，可以有 效地减少了残留在氮化硅薄膜中的硅氢键(Si-H)，提高了金属-氮化硅-金属电容器的性 能。从而，有效地改善金属-多层绝缘体-金属电容器的击穿电压、漏电流等各电特性。 0052 根据本发明的另一优选实施例，本发明还提供了一种根据上述金属-多层绝缘 体-金属电容器制成的金属-多层绝缘体-金属电容器。 0053 根据本发明的另一优选实施例，本发明还提供了一种采用了上述金属-多层绝缘 体-金属电容器的集成电路。 0054 总之，根据本发明实施例的金属-多层绝缘体-金属电容器制造方法、根据上述金 属-多层绝缘体-。
26、金属电容器制成的金属-多层绝缘体-金属电容器、以及采用了上述金 属-多层绝缘体-金属电容器的集成电路至少还具有如下技术效果： 0055 1)通过提高层间和层内电容器的电介质的k值，有效地提高层间和层内电容器的 电容。 0056 2)通过改善高k值绝缘体的性能，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，以及各器件间的电学均匀性。 0057 可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以 限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下， 都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等 同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对 以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围 内。 说 明 书CN 102623306 A 1/2页 9 图1 图2 图3 图4 图5图6 图7 说 明 书 附 图CN 102623306 A 2/2页 10 图8 说 明 书 附 图CN 102623306 A 10 。