專(zhuān)利名稱(chēng)：Mim結(jié)構(gòu)的電容器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬/絕緣體/金屬(MIM)結(jié)構(gòu)的電容器的制造方法， 尤其涉及一種MIM結(jié)構(gòu)的電容器的制造方法，其中該方法可防止在MIM結(jié) 構(gòu)的電容器中進(jìn)行圖案化的時(shí)候，由于同時(shí)粘附在MIM電容器的側(cè)壁上絕 緣層的副產(chǎn)品所引起的短路。
背景技術(shù)：
通常，使用在半導(dǎo)體器件中的電容器根據(jù)結(jié)構(gòu)大致劃分為多晶硅(Poly) /絕緣體/多晶硅(PIP)電容器和MIM電容。根據(jù)半導(dǎo)體器件所需要的特性， 適當(dāng)?shù)剡x擇和使用具有PIP或MIM結(jié)構(gòu)的電容器。
在使用無(wú)線頻率的半導(dǎo)體器件中，經(jīng)常使用MIM結(jié)構(gòu)的電容器。這是 因?yàn)?，在PIP結(jié)構(gòu)的電容器中，使用由導(dǎo)電多晶硅形成的上/下電極，會(huì)在上 /下電極的表面上和在絕緣薄膜上發(fā)生氧化反應(yīng)，因此，減少了電容器的電容。 另一方面，由于MIM結(jié)構(gòu)的電容器具有低阻抗并且不具有由于損耗引起的 寄生電容，因此可實(shí)現(xiàn)具有高電容的MIM結(jié)構(gòu)的電容器。
換句話說(shuō)，由于RC延遲，可改變使用無(wú)線頻率的半導(dǎo)體器件的器件特 性。因此，使用無(wú)線頻率的半導(dǎo)體器件通常使用MIM結(jié)構(gòu)的電容器，其中 所述MIM結(jié)構(gòu)的電容器由金屬制成并且具有良好的電特性。
圖1A是傳統(tǒng)MIM電容器的剖面圖。如圖1A所示，為了形成MIM結(jié) 構(gòu)，形成包括Ti/TiN膜100和102， AlCu層104，以及Ti/TiN膜106和108 的下電極金屬層。在下電極金屬層上沉積作為絕緣層的氮化物膜110。在氮 化物膜110上沉積包括Ti/TiN膜112和114的上電極金屬層。在上電極金屬 層上涂覆光致抗蝕劑。將光致抗蝕劑層圖案化。然后，通過(guò)使用經(jīng)圖案化的 光致抗蝕劑層作為蝕刻掩模，使用反應(yīng)離子蝕刻(RIE)工藝順序地蝕刻絕 緣層的上電極金屬層U2和114以及氮化物膜110，從而完成MIM結(jié)構(gòu)。
4然而，在上述傳統(tǒng)的MIM電容器的結(jié)構(gòu)中，在金屬R正工藝中，會(huì)產(chǎn)
生氮化物殘留物116，如圖IB所示。這是因?yàn)橛捎谧鳛橥Ｖ共牧系牡?膜110很薄，所以不能應(yīng)用諸如具有窄小的蝕刻裕度(etch margins)或良 好的氮化物去除能力等工藝條件。
另外，在金屬清洗工藝中，氮化物殘留物116的薄膜特性產(chǎn)生了變化， 并且，即使在后續(xù)的工藝中也不能被除去。在后續(xù)的圖案化的工藝中，氮化 物殘留物U6也可引起圖案失效，導(dǎo)致圖案短路。如果為了除去氮化物殘留 物116而增加蝕刻時(shí)間，那么由于增加了對(duì)子層(sub-layers)的蝕刻，這樣 會(huì)導(dǎo)致子層變薄，從而產(chǎn)生問(wèn)題。
在背景技術(shù)部分中公開(kāi)的上述信息僅用于幫助對(duì)本發(fā)明的背景技術(shù)的 理解，因此可能會(huì)含有并非來(lái)自本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的現(xiàn)有技術(shù)的信 息。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種MIM結(jié)構(gòu)的電容器的制造方法，包括如下步驟 在下電極金屬層的上方順序地沉積氮化物膜、Ti膜、以及TiN膜，所述氮化 物膜作為絕緣層，并且所述Ti/TiN層的組合作為上金屬電極，用于所述MIM 結(jié)構(gòu)的電容器；在所述上電極金屬層上涂覆光致抗蝕劑層，并且圖案化所述 光致抗蝕劑層；使用經(jīng)圖案化的所述光致抗蝕劑層作為蝕刻掩模，選擇性地 蝕刻所述上金屬電極層和所述氮化物膜；以及通過(guò)濕法清洗工藝，除去在所 述MIM結(jié)構(gòu)的電容器的側(cè)壁上殘留的氮化物。
還根據(jù)本發(fā)明，提供一種MIM結(jié)構(gòu)的電容器，包括下電極金屬層， 所述下電極金屬層包括第一Ti膜、第一TiN膜、AlCu層、第二Ti膜、以及 第二TiN膜；氮化物膜，形成在所述下電極金屬層上；以及上電極金屬層， 形成在所述氮化物膜上，所述上電極金屬層包括第三Ti膜和第三TiN膜， 其中所述電容器不含位于所述電容器側(cè)壁上的氮化物殘留物。
通過(guò)本發(fā)明的MIM結(jié)構(gòu)的電容器的制造方法，使用濕法清洗工藝除去 當(dāng)圖案化MIM電容器時(shí)產(chǎn)生的絕緣層的殘留物，從而可抑制短路的發(fā)生， 并且可提高M(jìn)IM結(jié)構(gòu)的電容器的特性。本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)部分將在以下說(shuō)明書(shū)中闡述，并將在說(shuō)明書(shū)部分明顯 獲知，或者可通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐而得到。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)隨附權(quán)利要求 所具體指出的元件及組合實(shí)現(xiàn)和獲得。
可以理解的是，前文的概括描述和下文的詳細(xì)描述僅僅是示例性和說(shuō)明 性的，并不用于限制本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以隨附的權(quán)利要求書(shū)所確 定的范圍為準(zhǔn)。


隨附附圖被結(jié)合進(jìn)本說(shuō)明書(shū)并作為說(shuō)明書(shū)的組成部分，示出本發(fā)明至少 一個(gè)實(shí)施例，并與說(shuō)明書(shū)一起，用以解釋說(shuō)明本發(fā)明的原理。
圖1A是現(xiàn)有的MIM電容器的剖面圖。
圖1B是未經(jīng)濕法清洗工藝的現(xiàn)有的MIM電容器的剖面圖。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的MIM結(jié)構(gòu)的電容器的制造方法的流程圖。
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖2中的濕法清洗工藝的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下文將參照隨附附圖中示出的實(shí)例，詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。在可能 的情況下，在全部附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似部分。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的MIM結(jié)構(gòu)的電容器的制造方法的流程 圖。圖3是示出圖2中的濕法清洗工藝的流程圖。
參見(jiàn)圖2和圖3，在步驟200中，在下電極金屬層的上方順序地沉積作 為絕緣層的氮化物膜和組成上金屬電極層的Ti/TiN膜。在步驟210中，在上 電極金屬層上涂覆光致抗蝕劑層并且圖案化所述光致抗蝕劑層。在步驟220 中，使用經(jīng)圖案化的光致抗蝕劑層作為蝕刻掩模，可選擇性地蝕刻組成上金 屬電極層的Ti/TiN膜和氮化物膜。然后，在步驟230中，通過(guò)濕法清洗工藝， 除去殘留在MIM結(jié)構(gòu)的電容器的側(cè)壁上的氮化物。
此處，通過(guò)濕法清洗工藝除去殘留在MIM結(jié)構(gòu)的電容器的側(cè)壁上的氮 化物的步驟230包括第一清洗步驟232:通過(guò)在清洗裝置的清洗槽中提供清洗液，主要除去殘留的氮化物；第二清洗步驟234:降低氮化物的表面和 MIM結(jié)構(gòu)的電容器，其中氮化物是在第一清洗步驟之后所殘留的；第三清 洗步驟236:在第二清洗步驟之后，除去最終殘留的氮化物；以及步驟238: 在第三清洗步驟之后，使用氮?dú)鈱?shí)施干燥處理(dryprocess)。
下面將參照?qǐng)D2和圖3以及圖1A和圖1B詳細(xì)描述上述各個(gè)步驟。
首先，在步驟200中，使用濺射沉積包括Ti層100和106、 TiN層102 和108、以及AlCu層104的下電極金屬層。在下電極金屬層上沉積氮化層 110，以將其作為MIM結(jié)構(gòu)的電容器的絕緣層。在氮化層110上形成包括 Ti層112和TiN層114的上電極金屬層。
在步驟210和220中，在上電極金屬層上涂覆光致抗蝕劑層，然后圖案 化光致抗蝕劑層。使用經(jīng)圖案化的光致抗蝕劑層作為蝕刻掩模(未示出)， 通過(guò)RIE工藝，選擇性地順序蝕刻組成上金屬電極層的Ti/TiN膜112和114 以及作為絕緣體的氮化物膜110，從而形成MIM結(jié)構(gòu)。
此處，可形成厚度范圍大約為500至5000埃的下電極金屬層，可形成 厚度范圍大約為50至300埃的絕緣層的氮化物膜220。此外，上電極金屬層 包括Ti/TiN膜112和114，各自具有的厚度范圍大約分別從50至1000埃和 從100至5000埃，以及光致抗蝕劑掩模具有的厚度大約為13000埃。
同時(shí)，如上所述，在上電極金屬層和絕緣層的氮化物膜110上實(shí)施金屬 RIE工藝期間，會(huì)出現(xiàn)由于氮化物殘留物大致形成在氮化物膜的表面所產(chǎn)生 的問(wèn)題。
因此，本發(fā)明的實(shí)施例，通過(guò)如步驟230中的濕法清洗工藝，可除去氮 化物殘留物。
下面將參照?qǐng)D3詳細(xì)描述除去殘留的氮化物的濕法清洗工藝。首先，通 過(guò)裝載(load)半導(dǎo)體器件，實(shí)施第一清洗步驟232，以基本除去所殘留的 氮化物，其中在該半導(dǎo)體器件中包括金屬材料的圖案形成在清洗裝置的清洗 槽中(未示出)。
在第一清洗步驟232中，主要通過(guò)運(yùn)用諸如氯化氫(HC1)等清洗液， 進(jìn)行大約30秒的清洗。然后，使用超純凈水實(shí)施大約30秒的沖洗工藝。 在第二清洗步驟234中，為了保護(hù)Ti/TiN膜的側(cè)壁，并且在某種程度上也除去殘留在MIM結(jié)構(gòu)的電容器表面的氮化物，可使用稀釋的HF (DHF) 進(jìn)行大約12秒的清洗。然后，可使用超純凈水實(shí)施大約12秒的沖洗工藝 (rinse process)。
接下來(lái)，在第三清洗步驟236中，為了除去仍殘存的氮化物殘留物，可 使用四甲基氫氧化銨(TMAH)進(jìn)行大約5秒的清洗，然后使用超純凈水實(shí) 施大約30秒的沖洗工藝。
最后，在第三清洗步驟236之后，使用氮?dú)鈱?shí)施干燥處理，從而完成濕 法清洗工藝。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在制造MIM結(jié)構(gòu)的電容器的過(guò)程中，在進(jìn)行 金屬RIE工藝的同時(shí)，除去由MIM結(jié)構(gòu)的絕緣層形成的氮化物殘留物。因 此，可提高M(jìn)IM結(jié)構(gòu)的電容器的特性。此外，可確保金屬蝕刻工藝的穩(wěn)定 性，從而可提高成品率。最后，可提高后續(xù)工藝的工藝裕度(process margin)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的MIM結(jié)構(gòu)的電容器的制造方法，使用濕法清 洗工藝除去當(dāng)圖案化MIM電容器時(shí)產(chǎn)生的絕緣層的殘留物。因此，可抑制 短路的發(fā)生，并可改善MIM結(jié)構(gòu)的電容器的特性。
從對(duì)此處公開(kāi)的對(duì)說(shuō)明書(shū)所進(jìn)行的思考與對(duì)本發(fā)明的實(shí)踐中，本發(fā)明的 其它實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也是清楚的。因此說(shuō)明書(shū)和實(shí)例僅為示 例性的，本發(fā)明的真正的范圍和精神由所述權(quán)利要求書(shū)所給出。
權(quán)利要求
1. 一種金屬/絕緣體/金屬結(jié)構(gòu)的電容器的制造方法，包括如下步驟在下電極金屬層的上方順序地沉積氮化物膜、Ti膜、以及TiN膜，所述氮化物膜作為絕緣膜，并且所述Ti/TiN層的組合作為上金屬電極，用于該金屬/絕緣體/金屬結(jié)構(gòu)的電容器；在所述上電極金屬層上涂覆光致抗蝕劑層，并且圖案化所述光致抗蝕劑層；通過(guò)使用經(jīng)圖案化的所述光致抗蝕劑層作為蝕刻掩模，選擇性地蝕刻所述上金屬電極層和所述氮化物膜；以及通過(guò)濕法清洗工藝，除去在所述金屬/絕緣體/金屬的結(jié)構(gòu)的電容器的側(cè)壁上殘留的氮化物。
2. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中通過(guò)濕法清洗工藝除去殘留在所述金屬/絕緣體/金屬的結(jié)構(gòu)的電容器的側(cè)壁上的氮化物包括順序地執(zhí)行如下步驟通過(guò)在清洗裝置的清洗槽中提供第一清洗液，除去所述殘留的氮化物；通過(guò)在所述清洗裝置的所述清洗槽中提供第二清洗液，除去所述殘留的氮化物；通過(guò)在所述清洗裝置的所述清洗槽中提供第三清洗液，除去所述殘留的氮化物；以及使用氮?dú)鈱?shí)施干燥處理。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述第一清洗液包括HC1。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述第二清洗液包括稀釋的HF。
5. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述第三清洗液包括四甲基氫氧化銨。
6. 如權(quán)利要求2所述的方法，還包括如下步驟在提供各所述第一、第二、以及第三清洗液之后，實(shí)施使用超純凈水的清洗工藝。
7. —種金屬/絕緣體/金屬的結(jié)構(gòu)的電容器，包括下電極金屬層，所述下電極金屬層包括第一Ti膜，第一TiN膜，AlCu層，第二Ti膜，以及第二TiN膜；氮化物膜，形成在所述下電極金屬層上；以及上電極金屬層，形成在所述氮化物膜上，所述上電極金屬層包括第三Ti膜和第三TiN膜，其中所述電容器不含位于所述電容器側(cè)壁上的氮化物殘留
8. 如權(quán)利要求7所述的金屬/絕緣體/金屬的結(jié)構(gòu)的電容器，其中使用經(jīng)圖案化的光致抗蝕劑層作為蝕刻掩模，所述上電極金屬層和所述氮化物使用反應(yīng)離子蝕刻工藝順序地蝕刻。
9. 如權(quán)利要求7所述的金屬/絕緣體/金屬的結(jié)構(gòu)的電容器，其中所述下電極金屬層的厚度范圍約為從500A至5000A。
10. 如權(quán)利要求7所述的金屬/絕緣體/金屬的結(jié)構(gòu)的電容器，其中所述絕緣層的所述氮化物膜具的厚度范圍約為從50A至300A。
11. 如權(quán)利要求7所述的金屬/絕緣體/金屬的結(jié)構(gòu)的電容器，其中所述第三Ti膜的厚度范圍約為從100A至5000A。
12. 如權(quán)利要求8所述的金屬/絕緣體/金屬的結(jié)構(gòu)的電容器，其中所述光致抗蝕劑層的厚度范圍約為從3000A至18000A。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種MIM結(jié)構(gòu)的電容器的制造方法。該方法包括在下電極金屬層的上方順序地沉積氮化物膜、Ti膜、以及TiN膜，所述氮化物膜作為絕緣膜，并且所述Ti/TiN層的組合作為上金屬電極，用于所述MIM結(jié)構(gòu)的電容器。該方法還包括在所述上電極金屬層上涂覆光致抗蝕劑層，并且圖案化所述光致抗蝕劑層；然后使用所述圖案化的光致抗蝕劑層作為蝕刻掩模，選擇性地蝕刻所述上金屬電極層和所述氮化物膜；以及通過(guò)濕法清洗工藝，最終除去殘留在所述MIM結(jié)構(gòu)的電容器的側(cè)壁上的氮化物。通過(guò)本發(fā)明的MIM結(jié)構(gòu)的電容器的制造方法，使用濕法清洗工藝除去當(dāng)圖案化MIM電容器時(shí)產(chǎn)生的絕緣層的殘留物，從而可抑制短路的發(fā)生，并且可提高M(jìn)IM結(jié)構(gòu)的電容器的特性。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101471243SQ20081017868
公開(kāi)日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2008年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月24日
發(fā)明者李康縣, 梁澤承 申請(qǐng)人:東部高科股份有限公司