[发明专利]金属-绝缘体-金属电容器的制造方法

说明书

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1A和图1B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1A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1B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。