[发明专利]金属-多层绝缘体-金属电容器及其制造方法、集成电路

说明书

技术领域

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

发明内容

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，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。

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：介质层提供步骤，用于提供介质层；电容器槽形成步骤，用于在介质层中形成用于形成电容器的电容器槽；电容器槽填充步骤，用于在电容器槽中填充氮化硅；电容器图案形成步骤，用于使所填充的氮化硅图案化，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。

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介质层提供步骤、所述电容器槽形成步骤、所述电容器槽填充步骤、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。

优选地，在所述电容器槽填充步骤中，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，并用化学机械研磨去除多余氮化硅，由此形成介质层和氮化硅的混合层。

优选地，在所述电容器图案形成步骤中，通过光刻和刻蚀在所填充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。

优选地，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。

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。