提高MOM電容密度的方法技術

一種提高MOM電容密度的方法，包括：執行步驟S1：在襯底上沉積刻蝕阻擋層、低介電常數介質層、緩沖層、刻蝕調整層、金屬硬掩模層、上覆層；執行步驟S2：金屬互連區的刻蝕停止在所述刻蝕調整層上形成第一溝槽圖形；執行步驟S3：MOM電容區的刻蝕停止在所述緩沖層上形成第二溝槽圖形；執行步驟S4：互連通孔的圖形定義；執行步驟S5：溝槽和互連通孔的一體化刻蝕；執行步驟S6：沉積擴散阻擋層、銅籽晶層，以及銅填充層；執行步驟S7：獲得MOM電容結構和金屬互連結構。通過本發明專利技術所述提高MOM電容目的的方法，在保證不影響所述雙嵌入式金屬互連結構溝槽深度和所述互連通孔高度的情況下，可以使所述MOM電容區的低介電常數介質層的厚度降低，從而達到提升電容密度，改善MOM電容性能的目的。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體器件
，尤其涉及一種提高MOM電容密度的方法。
技術介紹
隨著半導體集成電路制造技術的不斷進步，在性能不斷提升的同時也伴隨著器件小型化和微型化的進程。電容器是集成電路 中的重要組成單元，廣泛運用于存儲器，微波，射頻，智能卡，高壓和濾波等芯片中，具體用途有帶通濾波器，鎖相環，動態隨機存儲器等坐寸ο集成電路芯片中的電容結構多種多樣，如MOS場效應管電容，PIP (poly-insulator-poly)電容，可變結電容以及后段互連中的MIM(metal-insulator-metal)電容和 MOM (metal-oxide-metal)電容。存在于后段互連層中的電容結構不占用器件層的面積，且電容的線性特征要遠好遠其他類型的電容。目前最常見的后段電容結構有兩種其一，如圖9所示的金屬-絕緣層-金屬的(MIM)平板電容模型，其典型結構是將水平方向平行的金屬板40疊成數層，并將所述介電層41間隔于所述金屬板41之間，所形成的堆疊結構即為MM電容器。常見的MM電容器結構是由銅金屬層-氮化硅介質層-坦金屬層的三明治結構。MM電容器盡管結構簡單，但形成至少兩層金屬板40的工藝步驟繁雜，從而增加了制造成本。其二，如圖10 (a)、圖10(b)所示的MOM電容，其主要是利用上下兩層金屬導線50及同層金屬之間的整體電容。所述MOM電容器可以用現有的的互連制造工藝來實現，即可以同時完成MOM電容與銅互連結構。且電容密度較高，還可以通過堆疊多層MOM電容來實現較大的電容值，因此在高階制程有更為廣泛的應用。但是，在現有工藝中，因為MOM電容與互連結構同時完成，所以其介質厚度由通孔的高度和金屬線的厚度決定。該厚度會影響金屬線的方塊電阻，通孔的電阻值，互連層的機械性能及可靠性，而無法獨立更改。因此，MOM電容密度受互連工藝參數決定而在傳統工藝中較難實現電容密度的提高和調整。隨著芯片尺寸的減少及性能對大電容的需求，如何在有限的面積下獲得高密度的電容成為一個非常有吸引力的課題。根據電容公式^ = 為了獲得較高單位面積的電 容密度，通常采用的方法有三種第一、采用更高介電常數的介電材料來提高電容密度。但是目前可用的高介電材料有限，可以與現有后段工藝結合的更少，因此換用高介電常數材料的提升電容密度的方法運用較少。第二、根據物理學電容計算原理，減少兩極板的距離也可以增大電容。而在具體制造過程中就是減少介質層的厚度。但是很顯然的是，介質層厚度降低，則在同等工作電壓下，介質材料所承受的電場強度也相應增加。而介質材料的耐擊穿程度是一定的，為了獲得可靠的器件減少擊穿損壞的危險，通常利用減少介質的厚度來實現電容密度提高的程度是有限的，而且犧牲了耐擊穿的可靠性。第三、在單層電容器的結構下，利用起伏的形貌或者半球狀晶粒，增加單位面積上的電容極板面積，如中國專利CN1199245A揭露的技術方案，即利用粗糙的高低起伏表面來提高電容器兩極板之間的交疊面積，達到提高電容密度的效果。但是這種方法所能提高的幅度有限，而且高低起伏的形貌對工藝帶來很大難度。另外，中國專利CN1624894A所揭露的技術方案為一種利用互連線上下兩層，及層間介質層作為電容的多層金屬層電容器堆疊。該方法根本目的在于利用較厚的金屬層間介質作為電容器的介質層而使電容的擊穿電壓增大。然而由于介質層太厚，所以電容密度很低，即便疊加多層也難以達到普通單層電容器水平。此外，這種方法需要占用多個互連層的空間，在這些電容存在的所有互聯層區域都不能存在其它互連線，因此芯片的后段可用布線面積大幅降低，不利于器件的小型化，也為電路設計帶來困難。故針對現有技術存在的問題，本案設計人憑借從事此行業多年的經驗，積極研究改良，于是有了專利技術一種提高MOM電容密度的方法
技術實現思路
·本專利技術是針對現有技術中，傳統的提高MOM電容密度的方法對電容密度的提升改善有限、工藝難度大，以及芯片的后段可用布線面積大幅降低，不利于器件的小型化，也為電路設計帶來困難等缺陷提供一種提高MOM電容密度的方法。為了解決上述問題，本專利技術提供一種提高MOM電容密度的方法，所述提高MOM電容密度的方法包括執行步驟SI :在具有金屬互連結構的襯底上依次沉積所述刻蝕阻擋層、低介電常數介質層、緩沖層、刻蝕調整層、金屬硬掩模層，以及上覆層，形成晶片；執行步驟S2 :在所述上覆層表面涂覆所述光阻并光刻、刻蝕，所述金屬互連區的刻蝕停止在所述刻蝕調整層上，以形成所述金屬互連結構的第一溝槽圖形；執行步驟S3 :在所述上覆層表面涂覆所述光阻并光刻、刻蝕，所述MOM電容區的刻蝕停止在所述緩沖層上，以形成MOM電容區的第二溝槽圖形；執行步驟S4:互連通孔的圖形定義，所述互連通孔的圖形經過光刻、刻蝕，并在部分刻蝕工藝下將所述互連通孔的圖形停留在所述低介電常數介質層的預定深度，以減少所述互連通孔結構在去除光阻時受到損傷；執行步驟S5 :去除所述光阻，以晶片表面的所述金屬硬掩模層為掩模層，對所述晶片進行溝槽和互連通孔的一體化刻蝕，以形成位于所述金屬互連區的第一溝槽、位于所述MOM電容區的第二溝槽，以及互連通孔，所述第一溝槽的刻蝕深度低于所述第二溝槽的刻蝕深度，所述互連通孔刻蝕至所述低介電常數介質層底部，并與所述襯底的金屬互連結構相連；執行步驟S6 :在所述第一溝槽、第二溝槽，以及互連通孔中沉積擴散阻擋層、銅籽晶層，以及銅填充層；執行步驟S7 :通過化學機械研磨去除所述冗余的銅填充層、擴散阻擋層、金屬硬掩模層、刻蝕調整層，以及緩沖層，以同時獲得所述MOM電容結構和所述雙層嵌入式金屬互連結構。可選的，所述金屬互連結構為金屬銅互連結構。可選的，所述刻蝕阻擋層為摻氮的碳化硅。可選的，所述低介電常數介質層的介電常數系數為2 4. 2。可選的，所述緩沖層為氧化硅。可選的，所述刻蝕調整層為致密的介質材料，其材料為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅，碳化硅至少其中之一。可選的，所述刻蝕調整層的沉積方式為化學氣相沉積，爐管熱生長及原子層沉積中的其中之一。可選的，所述刻蝕調整層的厚度由刻蝕選擇比和電容密度的提升量所決定。可選的，所述刻蝕調整層為氮化硅，所述刻蝕調整層的厚度范圍為5 500納米。 可選的，所述金屬硬掩模層為氮化鈦。可選的，所述上覆層為氧化硅。綜上所述，通過本專利技術所述提高MOM電容目的的方法，在保證不影響所述雙嵌入式金屬互連結構溝槽深度和所述互連通孔高度的情況下，可以使所述MOM電容區的低介電常數介質層的厚度降低，從而達到提升電容密度，改善MOM電容性能的目的。附圖說明圖I所示為本專利技術提高MOM電容密度的方法的流程圖；圖2所示為本專利技術所述晶片的結構示意圖；圖3所示為本專利技術所述金屬互連區的第一溝槽圖形結構示意圖；圖4所示為本專利技術所述MOM電容區的第二溝槽圖形結構示意圖；圖5所示為本專利技術所述互連通孔的結構示意圖；圖6所示為本專利技術所述溝槽和互連通孔的一體化刻蝕結構示意圖；圖7所示為本專利技術所述擴散阻擋層、銅籽晶層、銅填充層的結構示意圖；圖8所不為本專利技術所述MOM電容結構和雙層嵌入式金屬互連結構的不意圖；圖9所示為現有MIM電容結構示意圖；圖10 Ca)所示為現有MOM電容結構側視圖；圖10 (b)所示為現有MOM電容結構俯視圖。具體實施例方式為詳細說明本專利技術創造的技術本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種提高MOM電容密度的方法，其特征在于，所述提高MOM電容密度的方法包括：執行步驟S1：在具有金屬互連結構的襯底上依次沉積所述刻蝕阻擋層、低介電常數介質層、緩沖層、刻蝕調整層、金屬硬掩模層，以及上覆層，形成晶片；執行步驟S2：在所述上覆層表面涂覆所述光阻并光刻、刻蝕，所述金屬互連區的刻蝕停止在所述刻蝕調整層上，以形成所述金屬互連結構的第一溝槽圖形；執行步驟S3：在所述上覆層表面涂覆所述光阻并光刻、刻蝕，所述MOM電容區的刻蝕停止在所述緩沖層上，以形成MOM電容區的第二溝槽圖形；執行步驟S4：互連通孔的圖形定義，所述互連通孔的圖形經過光刻、刻蝕，并在部分刻蝕工藝下將所述互連通孔的圖形停留在所述低介電常數介質層的預定深度，以減少所述互連通孔結構在去除光阻時受到損傷；執行步驟S5：去除所述光阻，以晶片表面的所述金屬硬掩模層為掩模層，對所述晶片進行溝槽和互連通孔的一體化刻蝕，以形成位于所述金屬互連區的第一溝槽、位于所述MOM電容區的第二溝槽，以及互連通孔，所述第一溝槽的刻蝕深度低于所述第二溝槽的刻蝕深度，所述互連通孔刻蝕至所述低介電常數介質層底部，并與所述襯底的金屬互連結構相連；執行步驟S6：在所述第一溝槽、第二溝槽，以及互連通孔中沉積擴散阻擋層、銅籽晶層，以及銅填充層；執行步驟S7：通過化學機械研磨去除所述冗余的銅填充層、擴散阻擋層、金屬硬掩模層、刻蝕調整層，以及緩沖層，以同時獲得所述MOM電容結構和所述雙層嵌入式金屬互連結構。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張亮，
申請(專利權)人：上海華力微電子有限公司，
類型：發明
國別省市：