[发明专利]一种提高MIM器件电容均匀性的方法

说明书

技术领域

    本发明涉及半导体器件中薄膜的制备技术，特别是涉及一种提高MIM器件电容均匀性的方法，用于提高MIM器件中所包含的薄膜的均一性。

背景技术

随着半导体集成电路制造技术的不断进步，半导体的性能不断提升的同时，半导体也向着小型化，微型化的方向发展，而器件中包含的例如MIM电容器则是集成电路中的重要组成单元并有着广泛的应用。

在现有的集成电路电容中，MIM（Metal-Insulator-Metal）电容器，也即是金属-绝缘体-金属电容器已经逐渐成为了射频集成电路的主流。MIM 中所沉积的介质薄膜层大多由等离子体化学气相沉积法（PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor）技术所生成，由于其沉积温度较低，而被广泛用于高介电质氮化硅薄膜的制备。PECVD方法中通常借助于微波或射频等使含有硅元素源和氮元素源的反应气体进行电离，在一定的温度和压力的条件下引入高频电源进行辉光放电，以形成等离子体，从而实现在晶片或衬底上沉积出所期望的薄膜类型。由于利用了等离子体的活性来促进反应，因而这种CVD称为等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。

由于氮化硅薄膜的性质直接决定了MIM电容的性能，因此对于该层薄膜的性能要求比较高。薄膜的湿法蚀刻速率，代表着淀积薄膜的均匀性，从现有薄膜的湿法蚀刻速率均匀性来看，采用PECVD方法制备的高介电质氮化硅薄膜薄膜的均匀性较差，因此在现有的设备基础上如何进一步提高薄膜的均匀性成为一个难点。

鉴于上述问题，一方面，本发明正式基于保持MIM器件中所包含的薄膜在其沉积过程中能具有较好的均一性，以避免在后续薄膜的刻蚀过程中，由于薄膜厚度不均匀而导致的在同一薄膜的不同区域的刻蚀速率差异过大的问题，即改善湿法蚀刻速率均一性，并使MIM器件最终获得的薄膜的电容均一性得到提高；另一方面，本发明所提供的方法还在薄膜的沉积过程中去除薄膜内部一部分化学性缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供提高MIM器件电容均匀性的方法，通过若干次的淀积/等离子体处理的方法，提升了淀积薄膜的电容均一性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种提高MIM器件电容均匀性的方法，主要是用于提高MIM器件中所包含的薄膜的均一性，其中，包括以下的步骤：

步骤S1：将晶片放置在反应室内，并向反应室内通入用于产生薄膜的包含有硅烷、氨气的混合气体，保持此时反应室内的气压值一段时间，以稳定反应室；

步骤S2：以不同的流量再次向反应室内通入所述混合气体，同时向反应室内通入氮气，并保持此时反应室内的气压值稳定持续一段时间；

步骤S3：开启射频发生器进行起辉，使混合气体中的反应气体电离或分解，以进行化学气相沉积从而在晶片的表面生成一层氮化硅薄膜；

步骤S4：关闭射频发生器，停止向反应室内通入混合气体，同时向反应室内通入氩气和氮气，改变此时反应室内的气压值，并保持此时反应室内的气压值稳定持续一段时间以清除反应室内残余的硅烷和氨气；

步骤S5：继续向反应室内通入氩气和氮气，保持反应室内的气压值不变，同时开启射频发生器，以钝化处理所沉积的氮化硅薄膜使其具有稳定的化学性能；

步骤S6：继续向反应室内通入氩气和氮气，并保持反应室内的气压值不变，以清除反应室内残余的硅烷和氨气；

步骤S7：将晶片顶起并远离气源的喷淋头，关闭氩气并继续向反应室内通入氮气，保持反应室内的气压值不变，并保持上述状态持续一段时间；

步骤S8：利用真空泵对反应室进行抽真空处理，以使得沉积反应中产生的副产物随主流气体泵出。

上述的方法，其中，用于控制反应室内压力的蝶阀在所述步骤S1中部分地开启，在步骤S2至步骤S7中保持关闭状态，在步骤S8中完全开启。

上述的方法，其中，在所述步骤S1至步骤S6中，晶片放置在其上表面距离气源喷淋头0.3寸处，在步骤S7至步骤S8中，晶片被顶起并远离所述气源喷淋头。

上述的方法，其中，在步骤S1中，硅烷和氨气的流量分别为100sccm，氮气的流量为2000sccm，反应室内气压保持在8托，并在该状态下稳定10秒。

上述的方法，其中，在步骤S2中分别以40sccm、900sccm的流量向反应室内通入硅烷、氨气，并以1000sccm的流量向反应室内通入氮气，反应室内的气压保持在8托，并在该状态下稳定30秒。