Mim電容器及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種MIM電容器及其制作方法，在形成第一金屬層之后先進(jìn)行退火，然后依次在第一金屬層上沉積第一絕緣層、第二絕緣層與第三絕緣層，并且第二絕緣層中硅元素與氮元素的比值大于所述第一絕緣層與所述第三絕緣層中硅元素與氮元素的比值，從而降低第一金屬層的表面應(yīng)力，改善第一金屬層表面的異常析出現(xiàn)象，并且由于第一絕緣層與第三絕緣層中硅元素與氮元素的比值減小，從而減小了與第一金屬層以及第二金屬層相接觸的表面上的懸空鍵，提高了電容器的電場(chǎng)耐受力，最終提高了產(chǎn)品的可靠性。
【專利說明】
MIM電容器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種M頂電容器及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電容器是超大規(guī)模集成電路中常用的無源元件，其中主要包括多晶硅-絕緣體-多晶娃(PIP，Polysilicon-1nsulator-Polysilicon)、金屬-絕緣體-娃(MIS，Metal-1nsulator-Silicon)和金屬-絕緣體-金屬(MIM，Metal-1nsulator_Metal)等。其中，由于MIM電容器對(duì)晶體管造成的干擾最小，且可提供較好的線形度(Linearity)和對(duì)稱度(Symmetry)，并且可以難受較高的溫度與電壓，因此得到了更廣的應(yīng)用，特別是混合信號(hào)(Mixed-signal)和射頻(RF，Rad1 Frequency)領(lǐng)域。
[0003]M頂電容器一般包括底層金屬層、絕緣層以及頂層金屬層，并且通常采用半導(dǎo)體晶圓在后段工藝形成的金屬線路作為底層金屬層，直接在金屬線路上沉積絕緣層與頂層金屬層。但是，M頂電容器容易被擊穿，或者在底層金屬層上出現(xiàn)異常析出(hillock)，導(dǎo)致經(jīng)時(shí)絕緣擊穿(TDDB，Time-Dependent Dielectric Breakdown)測(cè)試失敗，進(jìn)而降低MIM電容器的可靠性，造成M頂電容器所在的半導(dǎo)體晶圓故障以及低產(chǎn)量。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用兩種方法來避免以上問題，方法一:制作1.0fP的M頂電容器；方法二:重新沉積形成底層金屬層，然后在底層金屬層上形成絕緣層及頂層金屬層。但是，方法一會(huì)增加M頂電容器的面積，減少了半導(dǎo)體晶圓上芯片的數(shù)量；方法二由于要重新形成底層金屬層，增加了沉積的工序，并且增加了形成底層金屬層所需要的掩膜版，導(dǎo)致制作成本增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種M頂電容器及其制作方法，在改善底層金屬層異常析出的同時(shí)，提尚電容器的電場(chǎng)耐受力，并最終提尚了廣品的可靠性。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種M頂電容器的制造方法，包括:
[0007]提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一金屬層；
[0008]對(duì)所述第一金屬層進(jìn)行退火；
[0009]在所述第一金屬層上依次沉積第一絕緣層、第二絕緣層與第三絕緣層；其中，所述第二絕緣層中硅元素與氮元素的比值大于所述第一絕緣層與所述第三絕緣層中硅元素與氮元素的比值；
[0010]在所述第三絕緣層上形成第二金屬層。
[0011]可選的，所述退火的溫度為300 °C?400 °C，在所述退火過程中通入氮?dú)狻?br>[0012]可選的，所述第一絕緣層、所述第二絕緣層以及所述第三絕緣層均為氮化硅層。
[0013]可選的，采用SiH4與NH3反應(yīng)在所述第一金屬層上沉積所述第一絕緣層、所述第二絕緣層與所述第三絕緣層。
[0014]可選的，沉積所述第一絕緣層所采用的SiH4與NH3的比值為1.2:1?1:1。
[0015]可選的，沉積所述第二絕緣層所采用的SiH4與NH3的比值為3.3:1?2.5:1。
[0016]可選的，沉積所述第三絕緣層所采用的SiH4與NH3的比值為1.2:1?1:1。
[0017]可選的，對(duì)所述第一金屬層進(jìn)行退火的步驟與在所述第一金屬層上依次沉積第一絕緣層、第二絕緣層與第三絕緣層的步驟在同一機(jī)臺(tái)上進(jìn)行。
[0018]可選的，所述第一金屬層的材質(zhì)為銅。
[0019]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種M頂電容器，采用上述的M頂電容器的制造方法制作而成，包括:第一金屬層、絕緣層以及第二金屬層，其中絕緣層包含第一絕緣層、第二絕緣層與第三絕緣層，并且所述第二絕緣層中硅元素與氮元素的比值大于所述第一絕緣層與所述第三絕緣層中娃元素與氮元素的比值。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的M頂電容器及其制作方法，在形成第一金屬層之后先進(jìn)行退火，然后依次在第一金屬層上沉積第一絕緣層、第二絕緣層與第三絕緣層，并且第二絕緣層中硅元素與氮元素的比值大于所述第一絕緣層與所述第三絕緣層中硅元素與氮元素的比值，從而降低第一金屬層的表面應(yīng)力，改善第一金屬層表面的異常析出現(xiàn)象，并且由于第一絕緣層與第三絕緣層中硅元素與氮元素的比值減小，從而減小了與第一金屬層以及第二金屬層相接觸的表面上的懸空鍵，提高了電容器的電場(chǎng)耐受力，最終提高了產(chǎn)品的可靠性?！靖綀D說明】
[0021]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例所提供的M頂電容器的制造方法的流程圖。
[0022]圖2?4為本發(fā)明一實(shí)施例所提供的M頂電容器的制造方法的各步驟結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0023]為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0024]其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)的表述，在詳述本發(fā)明實(shí)例時(shí)，為了便于說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)對(duì)此作為本發(fā)明的限定。
[0025]本發(fā)明的核心思想在于，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的M頂電容器及其制作方法，在形成第一金屬層之后先進(jìn)行退火，然后依次在第一金屬層上沉積第一絕緣層、第二絕緣層與第三絕緣層，并且第二絕緣層中硅元素與氮元素的比值大于所述第一絕緣層與所述第三絕緣層中硅元素與氮元素的比值，從而降低第一金屬層的表面應(yīng)力，改善第一金屬層表面的異常析出現(xiàn)象，并且由于硅元素與氮元素的比值減小，從而減小了與第一金屬層以及第二金屬層相接觸的表面上的懸空鍵，提高了電容器的電場(chǎng)耐受力，最終提高了產(chǎn)品的可靠性。
[0026]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例所提供的M頂電容器的制造方法的流程圖，如圖1所示，本發(fā)明提出一種M頂電容器的制造方法，包括以下步驟:
[0027]步驟S01:提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一金屬層；
[0028]步驟S02:對(duì)所述第一金屬層進(jìn)行退火；
[0029]步驟S03:在所述第一金屬層上依次沉積第一絕緣層、第二絕緣層與第三絕緣層，其中，所述第二絕緣層中硅元素與氮元素的比值大于所述第一絕緣層與所述第三絕緣層中硅元素與氮元素的比值；
[0030]步驟S04:在所述第三絕緣層上形成第二金屬層。
[0031]圖2?4為本發(fā)明一實(shí)施例所提供的M頂電容器的制造方法的各步驟結(jié)構(gòu)示意圖，請(qǐng)參考圖1所示，并結(jié)合圖2?圖4，詳細(xì)說明本發(fā)明所提供的M頂電容器的制造方法:
[0032]在步驟SOl中，提供半導(dǎo)體襯底10，在所述半導(dǎo)體襯底10上形成第一金屬層12，形成如圖2所示的結(jié)構(gòu)。
[0033]本實(shí)施例中，在所述半導(dǎo)體襯底10上直接沉積第一金屬層12形成M頂電容器的底層金屬層，所述第一金屬層12的材質(zhì)優(yōu)選為銅；在其他實(shí)施例中，可以直接將半導(dǎo)體晶圓在后段工序形成的金屬線路作為底層金屬層，然后在此之上形成絕緣層與頂層金屬層。
[0034]在步驟S02中，對(duì)所述第一金屬層12進(jìn)行退火；所述退火的溫度為300°C?400 °C，例如:300 °C、325 °C、350 °C、375 °C、400 °C，優(yōu)選的退火溫度為350 °C;并且在所述退火過程中通入的氣體為氮?dú)狻?br>[0035]通過退火可以降低第一金屬層12的表面應(yīng)力，避免在后續(xù)沉積絕緣層時(shí)所述第一金屬12表面出現(xiàn)過多的異常析出現(xiàn)象，改善第一金屬12表面的異常析出，從而保證后續(xù)沉積的絕緣層的質(zhì)量。
[0036]在步驟S03中，在所述第一金屬層12上依次沉積第一絕緣層14、第二絕緣層16與第三絕緣層18，其中，所述第二絕緣層16中硅元素與氮元素的比值大于所述第一絕緣層14與所述第三絕緣層18中硅元素與氮元素的比值，形成如圖3所示的結(jié)構(gòu)。
[0037]本實(shí)施例中，所述第一絕緣層14、所述第二絕緣層16以及所述第三絕緣層18均為氮化硅層；并且采用SiH4與NH3反應(yīng)在所述第一金屬層12上沉積所述第一絕緣層14、所述第二絕緣層16與所述第三絕緣層18 ;沉積所述第一絕緣層14所采用的SiH4與NH3的流量比為1.2:1?1:1，例如1.2:1,1.15:1,1.1: 1、1.05: 1、1: 1，優(yōu)選的為1.1:1 ;沉積所述第二絕緣層16所采用的SiH4與NH3的流量比為3.3:1?2.5:1，例如3.3:1、3.1:1、2.9:1、
2.7:1,2.5:1，優(yōu)選的為2.9:1 ;沉積所述第三絕緣層18所采用的SiH4與NH3的流量比為
1.2:1 ?1:1，例如 1.2: 1、1.15: 1、1.1: 1、1.05: 1、1: 1，優(yōu)選的為 1.1:1。
[0038]與現(xiàn)有技術(shù)相比，所述第一絕緣層14與所述第三絕緣層18中硅元素與氮元素的比值減小，即與硅元素相結(jié)合的氮元素增多，從而減小了第一金屬層12與第一絕緣層接觸表面以及第三絕緣層18與第二金屬層接觸表面的懸空鍵，提高電容器的電場(chǎng)耐受力。
[0039]需要說明的是，步驟S02與步驟S03在同一機(jī)臺(tái)上進(jìn)行，即在所述半導(dǎo)體襯底10上形成第一金屬層12之后，將所述半導(dǎo)體10放入沉積絕緣層的機(jī)臺(tái)上，先進(jìn)行退火，然后依次沉積所述第一絕緣層14、所述第二絕緣層16與所述第三絕緣層18，以保證在進(jìn)行退火之后立即沉積絕緣層，減少半導(dǎo)體襯底10的搬運(yùn)工序，節(jié)省時(shí)間，并且可以最大程度改善第一金屬層12表面的異常析出現(xiàn)象。
[0040]在步驟S04中，在所述第三絕緣層18上形成第二金屬層20，形成如圖4所示的結(jié)構(gòu)。
[0041]本發(fā)明還提供一種M頂電容器，采用上述的M頂電容器的制造方法制作，請(qǐng)參照?qǐng)D4，所述M頂電容器包括:第一金屬層12、絕緣層以及第二金屬層20，其中絕緣層包含第一絕緣層14、第二絕緣層16與第三絕緣層18,并且所述第二絕緣層16中硅元素與氮元素的比值大于所述第一絕緣層14與所述第三絕緣層18中硅元素與氮元素的比值。
[0042]按照本發(fā)明所提供的M頂電容器的制造方法制作的M頂電容器，不但改善了第一金屬層表面的異常析出現(xiàn)象，而且減小了與第一金屬層以及第二金屬層相接觸的表面上的懸空鍵，提尚了電容器的電場(chǎng)耐受力，最終提尚了廣品的可靠性。
[0043]綜上所述，本發(fā)明提供的M頂電容器及其制作方法，在形成第一金屬層之后先進(jìn)行退火，然后依次在第一金屬層上沉積第一絕緣層、第二絕緣層與第三絕緣層，并且第二絕緣層中硅元素與氮元素的比值大于所述第一絕緣層與所述第三絕緣層中硅元素與氮元素的比值，從而降低第一金屬層的表面應(yīng)力，改善第一金屬層表面的異常析出現(xiàn)象，并且由于第一絕緣層與第三絕緣層中硅元素與氮元素的比值減小，從而減小了與第一金屬層以及第二金屬層相接觸的表面上的懸空鍵，提高了電容器的電場(chǎng)耐受力，最終提高了產(chǎn)品的可靠性。
[0044]上述描述僅是對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例的描述，并非對(duì)本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種MIM電容器的制造方法，其特征在于，包括:提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一金屬層；對(duì)所述第一金屬層進(jìn)行退火；在所述第一金屬層上依次沉積第一絕緣層、第二絕緣層與第三絕緣層，其中，所述第二 絕緣層中娃元素與氮元素的比值大于所述第一絕緣層與所述第三絕緣層中娃元素與氮元 素的比值；在所述第三絕緣層上形成第二金屬層。2.如權(quán)利要求1所述的M頂電容器的制造方法，其特征在于，所述退火的溫度為 300 °C?400 °C，在所述退火過程中通入氮?dú)狻?.如權(quán)利要求1所述的M頂電容器的制造方法，其特征在于，所述第一絕緣層、所述第 二絕緣層以及所述第三絕緣層均為氮化硅層。4.如權(quán)利要求3所述的M頂電容器的制造方法，其特征在于，采用SiH4與NH3反應(yīng)在 所述第一金屬層上沉積所述第一絕緣層、所述第二絕緣層與所述第三絕緣層。5.如權(quán)利要求4所述的M頂電容器的制造方法，其特征在于，沉積所述第一絕緣層所采 用的SiH4與NH3的流量比為1.2:1?1:1。6.如權(quán)利要求4所述的M頂電容器的制造方法，其特征在于，沉積所述第二絕緣層所采 用的SiH4與NH3的流量比為3.3:1?2.5:1。7.如權(quán)利要求6所述的M頂電容器的制造方法，其特征在于，沉積所述第三絕緣層所采 用的SiH4與NH3的流量比為1.2:1?1:1。8.如權(quán)利要求1?7任意一項(xiàng)所述的M頂電容器的制造方法，其特征在于，對(duì)所述第一 金屬層進(jìn)行退火的步驟與在所述第一金屬層上依次沉積第一絕緣層、第二絕緣層與第三絕 緣層的步驟在同一機(jī)臺(tái)上進(jìn)行。9.如權(quán)利要求1?7任意一項(xiàng)所述的M頂電容器的制造方法，其特征在于，所述第一金 屬層的材質(zhì)為銅。10.—種M頂電容器，其特征在于，采用權(quán)利要求1?9中任意一項(xiàng)所述的M頂電容器 的制作方法制作而成，包括:第一金屬層、絕緣層以及第二金屬層，其中絕緣層包含第一絕 緣層、第二絕緣層與第三絕緣層，并且所述第二絕緣層中硅元素與氮元素的比值大于所述 第一絕緣層與所述第三絕緣層中硅元素與氮元素的比值。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK105990099SQ201510095276
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年3月3日
【發(fā)明人】王亮, 李廣寧
【申請(qǐng)人】中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司