[发明专利]一种多层金属-氮化硅-金属电容及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路中的电容，尤其涉及一种多层金属-氮化硅-金属电

容及其制作方法。

背景技术

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、氧化硅等高介电常数(k)的电介质材料。

现有技术中，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。例如，中国专利CN101577227A介绍了一种改进铝-氮化硅-钽化物电容器

性能的方法。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。利用PECVD方法制作的氮化硅薄膜内残留大量的硅氢键（Si-H），使

其内存在较多电荷，这导致该氮化硅薄膜在电性厚度方面的均匀性较差，而利用

该氮化硅薄膜制作的MIM电容器在击穿电压、漏电流等各电特性方面也会相应

较差。通过含氧气体处理该氮化硅薄膜，可以有效地减少氮化硅薄膜内残留的硅

氢键，从而有效地改善了电容器的性能。

随着尺寸的减少，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。

但是，目前的金属-氮化硅-金属（MOM）电容器的击穿电压、漏电流等各电

特性还不尽如人意。

因此，提供一种能够改善金属-氮化硅-金属（MOM）电容器的击穿电压、漏

电流等各电特性的电容及其制作方法就显得尤为重要了。

发明内容

本发明的目的就是针对上述问题，设计出一种新多层金属-氮化硅-金属电容

及其制作方法，以提高层间和层内电容器的电容，改善金属-氮化硅-金属（MOM）

电容器的击穿电压、漏电流等各电特性，并改善各器件间的电学均匀性。

本发明公开一种多层金属-氮化硅-金属电容器，其中，具有若干层低k值介

质和氮化硅的混合层，每一层混合层中包括：

在水平方向上交替分布的若干低k值介质区和若干高k值氮化硅区；

每个低k值介质区上具有第一金属槽，所述第一金属槽中填充有金属；

每个高k值氮化硅区上具有若干第二金属槽，所述若干第二金属槽中均填充

有金属。

上述的多层金属-氮化硅-金属电容器，其中，至少一层的高k值氮化硅区与

其相邻一层的高k值氮化硅区在竖直方向上重合。

上述的多层金属-氮化硅-金属电容器，其中，至少一层的低k值介质区与其

相邻一层的低k值介质区在竖直方向上重合。

上述的多层金属-氮化硅-金属电容器，其中，所述金属为铜。

根据本发明的另一个方面，还公开一种多层金属-氮化硅-金属电容器的制作

方法，其中，在衬底上由下至上依次形成多层低k值介质和氮化硅的混合层，每

一层混合层形成包括：

步骤1，沉积低k值介质层；

步骤2，在所述低k值介质层上制作沟槽；

步骤3，在所述沟槽中沉积高k值氮化硅；

步骤4，化学机械平坦化所述高k值氮化硅；

步骤5，在所述低k值介质层中刻蚀形成第一金属槽，在所述高k值氮化硅

中刻蚀形成第二金属槽；

步骤6，在所述第一金属槽和第二金属槽中填充金属；