[发明专利]改善电容器件击穿电压的方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种改善电容器件击穿电压的方法。

背景技术

电容器在电场作用下，瞬间发生的击穿为电压击穿，即电容器介质中的自由电子在电场作用下，碰撞中性粒子，使之电离产生新的自由电子，这种电离过程的急剧进行，形成雪崩式的电子流，导致介质击穿。

上述的电压击穿的发生与电容介质的微观结构有着密切的关系，尤其是在电容器的边缘，由于边缘电场的畸变更易导致电容器击穿现象的发生。

图1是MIM电容的结构示意图；如图1所示，在MIM电容结构中，由于上下极板长短不齐，必然会造成了电场的畸变，即：

高斯定律计算：S1区：Q1=S5*δ=D1*S1

S2区：Q2=S4*δ=D3*S2*COSθ

在S4=S5时：D1*S1=D3*S2*COSθ另：D=εE

E2/E1=(D3*COSθ)/D1=S1/S2

由于在计算上极板边缘的电场强度时，会假设S2足够小即S1》S2;

所以可以得到的结论是：E2》E1（即电容器件边缘区的电场强度要远大于平板区域）；

其中，Q为自由电荷量，δ为下极板电荷密度，D为电场中的电位移矢量，S为电极板面积，θ为S3面与S2面的夹角，E为电场强度，ε为介电常数。

另外，在集成电路制造工艺中，电容器件刻蚀过程会产生金属聚合生成物，这些金属聚合物如果残留在器件边缘，在边缘强电场的作用下，会引发残留金属离子电离，进而导致电容器件击穿电压耐受性能下降，从而影响产品性能。

目前，去除上述金属聚合物残留的技术方案中，主要是在电容器件刻蚀后，通过湿法清洗硅片表面的工艺流程来完成清除器件表面的金属聚合物；图2-4是传统制备电容器件的流程结构示意图；如图2-4所示，在制备电容器件的工艺中，在SiN薄膜的刻蚀工艺中，是采用光阻作为掩膜刻蚀SiN薄膜至TiN薄膜的表面，以形成保护层，即于SiN薄膜刻蚀步骤后，形成如图2所示的半导体结构，且该半导体结构中介质层14位于下电极15的上方，TiN薄膜13位于介质层14的上方，保护层12（上述刻蚀SiN薄膜后剩余的部分）部分覆盖TiN薄膜13的表面，且光刻胶阻挡层11覆盖保护层12的上表面，且于保护层12和光刻胶阻挡层11的侧壁上残留有反应金属聚合物16。

继续，去除光刻胶阻挡层11后，以保护层12为掩膜刻蚀TiN薄膜13至介质层14中，去除光刻胶阻挡层11后，形成如图3所示的具有上电极131的半导体结构，且于保护层12的上表面和剩余的介质层141暴露的表面上会形成反应非金属聚合生成物17。

最后，采用湿法清洗工艺，去除上述的反应非金属聚合生成物17，形成如图4所示的结构；其中，剩余的介质层141暴露的表面上会继续残留有金属聚合物18。

但是，在进行上述工艺步骤时，会存在以下问题：

1）在SiN硬质掩膜工艺（形成保护层12）中，是采用CF₄工艺气体刻蚀该硬质掩膜（SiN薄膜），并停止在TiN薄膜13的表面，而在该步骤中的过刻蚀工艺中含F的气体会与下层（TiN薄膜13）中的金属（Ti）反应形成Ti_xF_y金属化合物残留16，并且在TiN薄膜13刻蚀后仍然会残留在晶圆上。

2）TiN薄膜13刻蚀后的聚合物残留是通过湿法清洗去除，而目前湿法清洗工艺中采用的弱碱性有机药液对金属化合物清洗性能较弱，且受到清洗液对电容介质（ONO）会造成损伤的限制，使得湿法清洗时间不能过度加长，进而使得金属化合物清洗不彻底，容易残留（如图4所示）。

由于上述问题的存在，使得采用传统工艺制备的电容器件经常会发生因为金属化合物残留导致击穿电压偏低的现象，进而降低的产品的性能和良率。

中国专利（CN102473596A）记载了一种高击穿电源嵌入式MIM电容器结构，包括栅极材料，其嵌入于绝缘体中；多个金属接触件，以及多个电容器；其多个电容器包括：下部电极，覆盖该下部电极的电介质及覆盖该电介质的上部电极。

中国专利（CN1441319A）记载了一种残余聚合物去除剂及其使用方法，应用于后金属去除工艺中，以有效去除基材上的残余聚合物；该去除剂主要由链烷醇胺、糖醇、及20％的水所组成。使用方法是，将含有待去除的残余聚合物的基材侵置于温度约60℃-70℃的组合物中约5-15分钟。残余聚合物去除剂的最初含水量自15％增加至本发明的20％，可使残余聚合物去除剂的生命周期自12小时延长48小时。

发明内容