[發明專利]在金屬電容上電極刻蝕制程中改善TDDB性能的方法

有效

• 申請號: 201410094237.0
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN104916523B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: 彭精衛;黨華
• 申請（專利權）人: 上海華虹宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/28
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張妍;張靜潔

一種在金屬電容上電極刻蝕制程中改善TDDB性能的方法，對上電極進行光刻，并用濕法刻蝕去除了光刻膠之后，利用混合氣體對電容器件表面進行清洗，去除在蝕刻和清洗過程中引入的H離子，從而提高電容器的抗擊穿性能，避免晶片失效。

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種在金屬電容上電極刻蝕制程中改善TDDB性能的方法。

背景技術

半導體工藝集成中，使用金屬/電介質/金屬的結構來制造電容，如圖1所示，鋁Al金屬層上依次沉積氮化硅SiN電介質層和氮化鈦TiN金屬層，氮化鈦TiN金屬層作為上電極，鋁Al金屬層作為下電極，通過將上電極和下電極分別刻蝕，得到一個金屬/電介質/金屬電容。

上電極刻蝕的過程我們稱為金屬電容上電極（Metal Capacitor Top簡稱MCT）刻蝕制程，該MCT刻蝕制程包含以下步驟：

步驟1、對上電極進行光刻；

如圖2所示，將沉積有鋁Al金屬層/氮化硅SiN電介質層/氮化鈦TiN金屬層結構的晶片放入ET刻蝕機臺的刻蝕腔體內，在氮化鈦TiN金屬層表面設置光刻膠，如圖3所示，采用等離子體刻蝕的方法，對氮化硅SiN電介質層和氮化鈦TiN金屬層進行刻蝕，把事先定義好的圖形轉移到金屬/電介質/金屬的結構表面形成器件；

步驟2、去除光刻膠；

如圖4所示，采用干法去除光刻膠，這個過程不能完全去除光刻膠，如圖5所示，再采用化學溶劑濕法清洗去除剩余的光刻膠，達到表面完全干凈；

步驟3、測量剩余電介質的厚度；

如圖5所示，清洗后需要監控剩余的電介質層的厚度T，以表征ET刻蝕機臺是否穩定；

步驟4、刻蝕后檢查；

AEI (After Etch Inspection) 刻蝕后檢查，對晶片表面和背面全面檢查。

步驟2中，刻蝕后清洗是半導體工藝的重要步驟之一，晶片在專用的化學溶劑中清洗一定的時間來去除表面的反應副產物，因為溶劑也會與表面材料進行反應，如果清洗超過設定時間，會引起產品性能受損，這種工藝問題被稱為過度清洗Over Dip，在金屬電容上電極刻蝕制程中的過度清洗會造成TDDB問題，TDDB（Time Dependent DielectricBreakdown）是與時間相關電介質擊穿，TDDB是評價電介質層質量的可靠性指標之一，在器件兩端加恒定的電壓，使器件處于積累狀態，經過一段時間后，電介質就會擊穿，這期間經歷的時間就是在該條件下的壽命，如果器件的TDDB性能下降，那么電容器就容易擊穿造成芯片失效。

發明內容

本發明提供的一種在金屬電容上電極刻蝕制程中改善TDDB性能的方法，能夠提高電容器的抗擊穿性能，避免晶片失效。

為了達到上述目的，本發明提供一種在金屬電容上電極刻蝕制程中改善TDDB性能的方法，該方法包含以下步驟：

步驟1、對上電極進行光刻；

將沉積有鋁Al金屬層/氮化硅SiN電介質層/氮化鈦TiN金屬層結構的晶片放入ET刻蝕機臺的刻蝕腔體內，在氮化鈦TiN金屬層表面設置光刻膠，采用等離子體刻蝕的方法，對氮化硅SiN電介質層和氮化鈦TiN金屬層進行刻蝕，把事先定義好的圖形轉移到金屬/電介質/金屬的結構表面形成電容器件；

步驟2、去除光刻膠；

采用干法去除大部分光刻膠后，再采用化學溶劑濕法清洗去除剩余的光刻膠；

步驟3、對電容器件表面進行混合氣體處理；