[发明专利]一种改善半导体晶圆电容制程中介质分层的方法

说明书

【技术领域】

本发明是关于半导制程领域，特别是关于一种改善半导体晶圆电容制程中介质分层的方法。

【背景技术】

通常一个集成电路中经常会用到电容，而在半导体晶圆的生产过程中在一块硅片上形成电容通常需要制作电容的上电极板、下电极板以及位于上电极板和下电极板之间的介质层。如果在电容的下电极板和介质之间产生粘合不紧密，甚至产生分层的情况，这对电容器的功能以及整体芯片的良率将会产生致命的杀伤，甚至可以直接导致元器件的失效。

现有的电容的制造中，经常会发生电容的分层的情况，之前在发生电容层次分层时，主要怀疑是ALCU工艺后面的一道水洗工艺，怀疑为水残留导致的介质和下电极板分层，但经过分片试验后确认，即使不做水洗，也会出现分层的情况。

后来也怀疑是电容的下电极板制作工艺和介质制作时有油污掉落在圆片表面导致的分层，但是没有共同机台，并且检查机台后未发现异常。所以电容分层的问题形成现有技术的长期困扰。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种解决半导体晶圆电容制程中介质分层的方法。

为达成前述目的，本发明一种改善半导体晶圆电容制程中介质分层的方法，其在制造电容时包括如下步骤：先在硅片上沉积电容下电极板、然后在电容下电极板上沉积介质层，再在电容的介质层上沉积一层氮化钛缓冲层、最后在氮化钛缓冲层上沉积电容上电极板。

进一步地，所述电容上电极板金属层的结构为自下而上相互叠加的铝铜金属层和氮化钛层，所述电容下电极板金属层的结构为自下而上相互叠加的钛金属层、氮化钛层、铝铜金属层、钛金属层、氮化钛层，所述介质层为氮化硅层。

进一步地，所述氮化钛缓冲层是通过物理气相沉积工艺形成于介质层上。

进一步地，所述物理气相沉积氮化钛的工艺采用的气体为氩和氮气。

进一步地，所述物理气相沉积氮化钛的靶材为钛金属靶材。

进一步地，所述物理气相沉积氮化钛工艺温度为300摄氏度。

进一步地，所述物理气相沉积氮化钛工艺的压力为4200—4800兆托。

进一步地，所述氮化钛缓冲层沉积的厚度为285—315埃。

本发明的解决半导体晶圆电容制程中介质分层的方法在电容上电极板的金属层与介质层之间沉积一层氮化钛缓冲层作为应力缓冲层，使得介质层上下应力达到平衡，能够从本质上改善电容分层的情况。

【附图说明】

图1为现有的电容的介质层的应力分布示意图。

图2是本发明的方法的流程图。

图3是本发明的方法制造的电容的介质层的应力分布示意图。

【具体实施方式】

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

电容结构在半导体生产流程中经常称之为MIM结构：

M：Metal1，金属层1，即电容的下电极板，其通常采用的结构为Ti+TiN+AlCu+Ti+TiN的结构，即在硅片上形成电容的下电极板上时，实际上是在硅片上自下而上依次形成钛金属层、氮化钛层、铝铜金属层、钛金属层和氮化钛层，也就是电容的下电极板实际上也是由多层叠加形成的，具体每一层的厚度根据实际生产流程有所不同。

I：Insulator,电容的介质层，其通常采用氮化硅、氧化硅等绝缘材料作为介质层。

M：Metal2，金属层2，即电容的上电极板，其通常采用AlCu+TiN的结构，即电容的上电极板自下而上依次由铝铜金属层和氮化钛层叠加形成。

也就是整个电容实际上从硅片开始，由下而上依次是（Ti+TiN+AlCu+Ti+TiN）+SiN+（AlCu+TiN）的结构。

在形成电容的下电极板和介质层之后并不会出现电容的分层，电容的分层经常是电容的上电极板金属生长完成之后才出现分层，经过使用TEM（Transmission electron microscope）分析电容分层的样本，发现该分层实际上是发生在介质层本身，而介质层与电容上电极板的铝铜金属层，以及介质层与电容下电极板的氮化钛层粘附性都很好。如图1所示，经过分析发现是由于现有的电容结构中位于介质层上方的铝铜金属层是正应力，而位于介质层下方的钛化氮是负应力，而夹在中间的介质层为负应力，夹在中间的介质层由于受到上下两层反方向的应力差，所以才会出现分层。