[发明专利]一种金属-氮化硅-金属电容的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造中一种电容的制造方法，特别涉及一种金属-氮化硅-金属电容的制造方法。

背景技术

随着将标准的互补型金属氧化物半导体（CMOS）技术应用于模拟与射频互补型金属氧化物半导体（RFCMOS）集成电路领域中的趋势，越来越多的被动组件应运而生。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。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。

由于利用互补型金属氧化物半导体技术制作的组件具有良好的效能且容易制作，所以金属—绝缘层—金属（Metal—Insulator—Metal, MIM）电容被广泛应用于半导体元件的设计上。由于此种金属电容器具有较低的电阻值（resistance）以及较小的寄生电容（parasitic capacitance），而且没有耗尽层感应电压（induced voltage）偏移的问题，因此目前多采用MIM构造作为金属电容器的主要结构，尤其是具有低电阻的铜电极的MIM电容器更是目前研究的重点方向。

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。

金属—绝缘层—金属（Metal—Insulator—Metal, MIM）电容器为可增加电容值的电容器结构之一，其最简单的构造是将水平方向平行的金属板叠成数层，以介电层间隔于各金属层之间，经由介电层连接的两个金属板即成为电容器的两极。将金属板垂直堆叠的构成简单，与仅提供两个导电表面的情形相比，可提供较大的单位面积电容值。然而尽管构成简单，形成多层的MIM电容常常需要很多额外的工艺步骤，而增加了许多制造成本上的负担。

金属—氧化物—金属（Metal—Oxide—Metal, MOM）电容器为可增加电容值的的另一电容器结构，其通常包含导电性板状物，其为介电质所分割而成为电容器的两极。MOM电容器的好处在于其可以使用现有的工艺来完成。例如，用于铜内连线的金属化工艺的双镶嵌工艺可用来形成内填铜的介层窗（via）与沟槽的堆叠结构，其中被氧化物介电质所分隔的两个或多个内填铜的介层窗和沟槽，则形成一电容器。相较于传统的电容器，MOM电容器可有效地提供较大的单位面积电容值。

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。

相比于MIM电容器，MOM可以提高单位面积内的电容。改进高k电介质材料的性能也可以进一步提高MOM电容器的性能。从而满足不断微型化的芯片对高性能电容器的要求。

中国专利CN200810186404提供一种金属-氧化物-金属电容结构。此电容结 构包括：一介电层、一第一网状金属层以及一第二网状金属层。 第一及第二网状金属层嵌入于介电层，且第二网状金属层平行 堆叠于第一网状金属层上方。每一网状金属层具有排列成一阵 列的多个开口。第一网状金属层中的网交点分别对应第二网状 金属层中的开口，且第二网状金属层中的网交点分别对应于第 一网状金属层中的开口。本发明所述的金属-氧化物-金属电 容结构，可有效改善制程梯度变异及线性度，而进一步提升集 成电路的效能。