專利名稱：一種改善半導體晶圓電容制程中介質分層的方法
—種改善半導體晶圓電容制程中介質分層的方法
技術領域：
本發(fā)明是關于半導制程領域，特別是關于一種改善半導體晶圓電容制程中介質分層的方法。
背景技術：
通常一個集成電路中經常會用到電容，而在半導體晶圓的生產過程中在一塊硅片上形成電容通常需要制作電容的上電極板、下電極板以及位于上電極板和下電極板之間的介質層。如果在電容的下電極板和介質之間產生粘合不緊密，甚至產生分層的情況，這對電容器的功能以及整體芯片的良率將會產生致命的殺傷，甚至可以直接導致元器件的失效。現(xiàn)有的電容的制造中，經常會發(fā)生電容的分層的情況，之前在發(fā)生電容層次分層時，主要懷疑是AIXU工藝后面的一道水洗工藝，懷疑為水殘留導致的介質和下電極板分層，但經過分片試驗后確認，即使不做水洗，也會出現(xiàn)分層的情況。后來也懷疑是電容的下電極板制作工藝和介質制作時有油污掉落在圓片表面導致的分層，但是沒有共同機臺，并且檢查機臺后未發(fā)現(xiàn)異常。所以電容分層的問題形成現(xiàn)有技術的長期困擾。

發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種解決半導體晶圓電容制程中介質分層的方法。為達成前述目的，本發(fā)明一種改善半導體晶圓電容制程中介質分層的方法，其在制造電容時包括如下步驟:先在硅片上沉積電容下電極板、然后在電容下電極板上沉積介質層，再在電容的介質層上沉積一層氮化鈦緩沖層、最后在氮化鈦緩沖層上沉積電容上電極板。 進一步地，所述電容上電極板金屬層的結構為自下而上相互疊加的鋁銅金屬層和氮化鈦層，所述電容下電極板金屬層的結構為自下而上相互疊加的鈦金屬層、氮化鈦層、鋁銅金屬層、鈦金屬層、氮化鈦層，所述介質層為氮化硅層。進一步地，所述氮化鈦緩沖層是通過物理氣相沉積工藝形成于介質層上。進一步地，所述物理氣相沉積氮化鈦的工藝采用的氣體為氬和氮氣。進一步地，所述物理氣相沉積氮化鈦的靶材為鈦金屬靶材。進一步地，所述物理氣相沉積氮化鈦工藝溫度為300攝氏度。進一步地，所述物理氣相沉積氮化鈦工藝的壓力為4200— 4800兆托。進一步地，所述氮化鈦緩沖層沉積的厚度為285— 315埃。本發(fā)明的解決半導體晶圓電容制程中介質分層的方法在電容上電極板的金屬層與介質層之間沉積一層氮化鈦緩沖層作為應力緩沖層，使得介質層上下應力達到平衡，能夠從本質上改善電容分層的情況。


圖1為現(xiàn)有的電容的介質層的應力分布示意圖。圖2是本發(fā)明的方法的流程圖。圖3是本發(fā)明的方法制造的電容的介質層的應力分布示意圖。
具體實施方式此處所稱的“一個實施例”或“實施例”是指可包含于本發(fā)明至少一個實現(xiàn)方式中的特定特征、結構或特性。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個實施例中”并非均指同一個實施例，也不是單獨的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實施例。電容結構在半導體生產流程中經常稱之為MM結構:M =Metall,金屬層1，即電容的下電極板，其通常采用的結構為Ti+TiN+AlCu+Ti+TiN的結構，即在硅片上形成電容的下電極板上時，實際上是在硅片上自下而上依次形成鈦金屬層、氮化鈦層、鋁銅金屬層、鈦金屬層和氮化鈦層，也就是電容的下電極板實際上也是由多層疊加形成的，具體每一層的厚度根據實際生產流程有所不同。1:1nsulator,電容的介質層，其通常采用氮化娃、氧化娃等絕緣材料作為介質層。M:Metal2，金屬層2，即電容的上電極板，其通常采用AlCu+TiN的結構，即電容的上電極板自下而上依次由鋁銅金屬層和氮化鈦層疊加形成。也就是整個電容實際上從硅片開始，由下而上依次是(Ti+TiN+AlCu+Ti+TiN)+SiN+ (AlCu+TiN)的結構。在形 成電容的下電極板和介質層之后并不會出現(xiàn)電容的分層，電容的分層經常是電容的上電極板金屬生長完成之后才出現(xiàn)分層，經過使用TEM (Transmission electronmicroscope)分析電容分層的樣本，發(fā)現(xiàn)該分層實際上是發(fā)生在介質層本身，而介質層與電容上電極板的鋁銅金屬層，以及介質層與電容下電極板的氮化鈦層粘附性都很好。如圖1所示，經過分析發(fā)現(xiàn)是由于現(xiàn)有的電容結構中位于介質層上方的鋁銅金屬層是正應力，而位于介質層下方的鈦化氮是負應力，而夾在中間的介質層為負應力，夾在中間的介質層由于受到上下兩層反方向的應力差，所以才會出現(xiàn)分層。根據以上分析，如圖2所示，本發(fā)明提出在介質層與上電極的金屬層之間設置一層負應力層，這樣介質層上下兩層的應力是相同方向的，就不會出現(xiàn)介質層分層的情況。請參閱圖3所示，其顯示根據本發(fā)明的方法制造電容的流程圖。本領域的技術人員應當知道，半導體制程中在硅片上每形成一層物質可能都會經歷氧化、光刻、蝕刻、清洗等常規(guī)步驟，為突出本發(fā)明的實質步驟，關于半導體制程中的氧化、光刻、蝕刻、清洗等常規(guī)步驟本發(fā)明在下面的步驟中省略，但并不代表本發(fā)明不具備這些步驟。如圖3所示，本發(fā)明的電容的制造方法包括:步驟S1:先在硅片上沉積電容下電極板。其中下電極板的結構為Ti+TiN+AlCu+Ti+TiN，其制造方法為在硅片上依次沉積鈦金屬層、氮化鈦層、鋁銅金屬層、鈦金屬層、氮化鈦層。其中金屬層的沉積可以采用物理氣相沉積的方法形成，本發(fā)明不再對沉積的每一步驟詳細說明。步驟S2:然后在電容下電極板上沉積介質層。其中介質層為氮化硅。介質層可以通過化學氣相沉積的方式形成。
步驟S3:再在電容的介質層上沉積一層氮化鈦緩沖層。所述氮化鈦緩沖層是通過物理氣相沉積工藝形成于電容上電極板金屬層上。所謂物理氣相沉積即利用等離子體中的離子，對被濺鍍物體電極(即:靶材)轟擊，使靶面原子脫離靶材運動到圓片表面沉積成膜。在本發(fā)明的實施例中所述物理氣相沉積氮化鈦的工藝采用的氣體為氬(Ar)和氮氣。所述物理氣相沉積氮化鈦的靶材為鈦金屬靶材。在進行物理氣相沉積的設備腔體內磁控直流使腔體內的Ar離解為Ar+，轟擊氮化鈦靶材，使原子脫離靶材，原子在重力作用下到達硅片表面，按照膜成長機構淀積成膜。其中本發(fā)明的一個實施例中所述物理氣相沉積氮化鈦工藝溫度為300攝氏度。所述物理氣相沉積氮化鈦工藝的壓力為4200— 4800兆托(MT)。最終形成的氮化鈦緩沖層的厚度為285— 315埃(Ah步驟S4:最后在氮化鈦緩沖層上沉積電容上電極板。其中上電極的結構為AlCu+TiN，即在前述氮化鈦緩沖層上依次沉積鋁銅金屬層和氮化鈦層。至此，根據本發(fā)明的方法制造的電容即完成，等于本發(fā)明的電容的結構從硅片開始，由下而上依次是(Ti+TiN+AlCu+Ti+TiN) +SiN+TiN+ (AlCu+TiN)的結構，即整個電容從下而上依次是鈦金屬層、氮化鈦層、鋁銅金屬層、鈦金屬層、氮化鈦層、氮化硅層、氮化鈦層、鋁銅金屬層、氮化鈦層。請參閱下表所示，本發(fā)明對三組使用不同的制造方法制造的電容進行分層測試分析，其中:測試I是現(xiàn)有的下電極板為(Ti+TiN+AlCu+Ti+TiN)結構，介質層為SiN，上電極為(AlCu+TiN)結構的電容。測試2是采用本發(fā)明的方法的電容，即電容的結構為下電極為(Ti+TiN+AlCu+Ti+TiN)結構，介質層為SiN，上電極為(AlCu+TiN)結構，在介質層和上電極之間設置有一層TiN緩沖層。測試3是下電極板為(Ti+TiN+AlCu+Ti+TiN)結構，介質層為SiN，上電極為(AlCu+TiN)結構的電容，但對介質層進行降低應力處理。測試結果如下:
權利要求
1.一種改善半導體晶圓電容制程中介質分層的方法，其包括:先在硅片上沉積電容下電極板、然后在電容下電極板上沉積介質層，再在電容的介質層上沉積一層氮化鈦緩沖層、最后在氮化鈦緩沖層上沉積電容上電極板。
2.如權利要求1所述的改善半導體晶圓電容制程中介質分層的方法，其特征在于:所述電容上電極板金屬層的結構為自下而上相互疊加的鋁銅金屬層和氮化鈦層，所述電容下電極板金屬層的結構為自下而上相互疊加的鈦金屬層、氮化鈦層、鋁銅金屬層、鈦金屬層、氮化鈦層，所述介質層為氮化硅層。
3.如權利要求1所述的改善半導體晶圓電容制程中介質分層的方法，其特征在于:所述氮化鈦緩沖層是通過物理氣相沉積工藝形成于介質層上。
4.如權利要求3所述的改善半導體晶圓電容制程中介質分層的方法，其特征在于:所述物理氣相沉積氮化鈦的工藝采用的氣體為氬和氮氣。
5.如權利要求3所述的改善半導體晶圓電容制程中介質分層的方法，其特征在于:所述物理氣相沉積氮化鈦的靶材為鈦金屬靶材。
6.如權利要求3所述的改善半導體晶圓電容制程中介質分層的方法，其特征在于:所述物理氣相沉積氮化鈦工藝溫度為300攝氏度。
7.如權利要求3所述的改善半導體晶圓電容制程中介質分層的方法，其特征在于:所述物理氣相沉積氮化鈦工藝的壓力為4200— 4800兆托。
8.如權利要求1所述的改善半導體晶圓電容制程中介質分層的方法，其特征在于:所述氮化鈦緩沖層沉積的厚度為285— 315埃。
全文摘要
本發(fā)明提供一種改善半導體晶圓電容制程中介質分層的方法，其包括先在硅片上沉積電容下電極板、然后在電容下電極板上沉積介質層，再在電容的介質層上沉積一層氮化鈦緩沖層、最后在氮化鈦緩沖層上沉積電容上電極板。本發(fā)明的方法在電容上電極板的金屬層與介質層之間沉積一層氮化鈦緩沖層作為應力緩沖層，使得介質層上下應力達到平衡，能夠從本質上改善電容分層的情況。
文檔編號H01L21/02GK103187244SQ20131011573
公開日2013年7月3日 申請日期2013年4月3日 優(yōu)先權日2013年4月3日
發(fā)明者閔煉鋒, 繆海生, 劉長安 申請人:無錫華潤上華科技有限公司