CN112103179B - Mim电容器的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种MIM电容器的制作方法，包括提供前端结构，并在所述前端结构上形成第一电极层，对所述第一电极层采用DSP溶液清洗，然后在所述第一电极层上依次形成电介质层和第二电极层。本发明采用DSP溶液对第一电极层进行清洗，减少第一电极层表面的杂质，提高了器件的可靠性，提升了产品的良率。进一步的，本发明采用DSP溶液对第一电极层进行单片式清洗，能够使稳定地控制第一电极层表面的杂质数量，保证了器件性能的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件制造技术领域，特别涉及一种MIM电容器的制作方法。
背景技术
在半导体制造技术领域中，金属-绝缘体-金属(MIM，Metal-Insulator-Metal)电容技术将电容制作在互连层，即后道工艺(BEOL，Back End Of Line)中，既与集成电路工艺相兼容，又通过拉远被动器件与导电衬底间的距离，克服了寄生电容大、器件性能随频率增大而明显下降等问题，使得该技术逐渐成为了RF集成电路中制作被动电容器件的主流。此外，MIM电容还可以降低与CMOS前端工艺整合的困难度及复杂度技术。因此，MIM电容技术正得到快速的发展。
MIM电容器通常是一种三明治结构，包括位于上层的金属电极和位于下层的金属电极，上层金属电极和下层金属电极之间隔离有一层电介质。MIM电容器作为一重要的无源器件组成，在制作过程中要保证下极板表面平整度，并在淀积两层金属电极之间电介质前，清洗下层金属电极以控制下层金属电极上残留的杂质。经过大量研究证明，如果下层金属电极上残留的杂质没控制好的话，会造成后续形成的电介质存在缺陷，造成电容器的可靠性问题，如TDDB击穿等，此外也会对后续工艺如淀积，黄光，蚀刻可能也会造成影响，并影响产品的良率，因此，对下层金属电极清洗工艺，是制作MIM电容器里重要的一环。
发明内容
本发明的目的在于提供一种MIM电容器的制作方法，以减少第一电极层表面的杂质，提高器件的可靠性。
本发明提供一种MIM电容器的制作方法，包括：
提供前端结构，并在所述前端结构上形成第一电极层；
采用DSP溶液对所述第一电极层进行清洗；以及
在所述第一电极层上依次形成电介质层和第二电极层；
所述DSP溶液包括硫酸、过氧化氢及水，以体积百分比计，所述硫酸、过氧化氢及水的比例为1:1:20~1:1:50。
可选的，所述DSP溶液还包括氢氟酸，所述DSP溶液中所述氢氟酸的浓度为100ppm~130ppm。
可选的，对所述第一电极层采用单片式方法清洗。
可选的，对所述第一电极层采用DSP溶液清洗的过程包括：
在第一设定时间内，向所述第一电极层喷洒DSP溶液，且所述第一电极层以第一转速旋转；
在第二设定时间内，停止向所述第一电极层喷洒DSP溶液，且所述第一电极层以第二转速旋转，以回收所述DSP溶液；
在第三设定时间内，向所述第一电极层喷洒去离子水，且所述第一电极层以第三转速旋转；以及
在第四设定时间内，向所述第一电极层继续喷洒去离子水，且所述第一电极层以第四转速旋转，以在所述第一电极层的表面形成水膜。
可选的，所述第二转速大于所述第一转速，所述第四转速大于所述第三转速。
可选的，所述第一转速为390rpm~410rpm，所述第二转速为1100rpm~1300rpm，所述第三转速为450rpm~550rpm，所述第四转速为1400rpm~1600rpm。
可选的，所述第一设定时间为14s~16s，所述第二设定时间为2.7s~3.3s，所述第三设定时间为23s~27s，所述第四设定时间为4.5s~5.5s。
可选的，在所述第一电极层的表面形成水膜后还包括：
停止向所述第一电极层喷洒去离子水，并对所述第一电极层进行氮气吹扫以实现所述第一电极层的干燥。
可选的，在所述第一电极层上制作电介质层后，制作第二电极层前还包括对所述电介质层进行清洗。
可选的，所述第一电极层为由钛/氮化钛/铜铝合金构成的三明治结构。
可选的，所述电介质层的材料为加强型氮化硅。
综上，本发明提供一种MIM电容器的制作方法，包括提供前端结构，并在所述前端结构上形成第一电极层，对所述第一电极层采用DSP溶液清洗，然后在所述第一电极层上依次形成电介质层和第二电极层。本发明采用DSP溶液对第一电极层进行清洗，减少第一电极层表面的杂质，提高了器件的可靠性，提升了产品的良率。进一步的，本发明采用DSP溶液对第一电极层进行单片式清洗，能够使稳定地控制第一电极层表面的杂质数量，保证了器件性能的稳定性。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的MIM电容器的制作方法的流程图；
图2a至图2c为本发明一实施例提供的MIM电容器的制作方法各步骤对应的结构示意图。
其中，附图标记为：
100-前端结构；101-第一电极层；102-电介质层；103-第二电极层。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的MIM电容器的制作方法作进一步详细说明。根据下面的说明和附图，本发明的优点和特征将更清楚，然而，需说明的是，本发明技术方案的构思可按照多种不同的形式实施，并不局限于在此阐述的特定实施例。附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在说明书中的术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换，例如可使得本文所述的本发明实施例能够以不同于本文所述的或所示的其他顺序来操作。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。若某附图中的构件与其他附图中的构件相同，虽然在所有附图中都可轻易辨认出这些构件，但为了使附图的说明更为清楚，本说明书不会将所有相同构件的标号标于每一图中。
图1为本实施例提供的一种MIM电容器的制作方法的流程图。如图1所示，本实施例提供的MIM电容器的制作方法包括：
S01：提供前端结构，并在所述前端结构上形成第一电极层；
S02：采用DSP溶液对所述第一电极层进行清洗；以及
S03：在所述第一电极层上依次形成电介质层和第二电极层。
图2a至图2c为本实施例提供的MIM电容器的制作方法各步骤对应的结构示意图。以下将参考参考图1、图2a至图2c详细说明本实施例提供的MIM电容器的制作方法。
参考图2a所示，执行步骤S01，提供前端结构100，并在所述前端结构上形成第一电极层101。
所述前端结构100包括诸如硅衬底的半导体衬底，所述半导体衬底也可以由其它材料制成，例如锗（Ge）、硅锗（SiGe）、砷化镓（GaAs）或碳化硅（SiC）材料等。所述半导体衬底上形成诸如金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)、互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管、双极结晶体管(BJT)、高压晶体管、高频晶体管、p-沟道和/或n-沟道场效应晶体管(PFET/NFET等)、二极管或其他合适的元件的集成电路器件，及连接所述集成电路器件的互连结构（图中未示），所述互连结构包括金属线和通孔，金属线和通孔可以铜或者铜合金形成。
在所述前端结构100上形成第一电极层101。所述第一电极层101的材料包括氧化铟锡(ITO)、铝(Al)、钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钽(Ta)、氮化钽(TaN)、铜(Cu)、铂(Pt)等，本实施例中所述第一电极层101为由钛/氮化钛/铜铝合金（Ti/TIN/Al-Cu）构成的三明治结构，例如可以采用化学气相沉积(CVD)、物理汽相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD) 或其他适用的方法沉积所述第一电极层101。
参考图2b所示，执行步骤S02，对所述第一电极层101采用DSP溶液清洗。
在形成第一电极层101时，会在所述第一电极层101的表面残留碳氮氧化物、金属等杂质（defect），在制作电介质层前需进行相应的清洗。现有对MIM电容器中第一电极层的清洗主要是EKC湿法清洗，采用的清洗方式为批量式（Batch式）清洗，这种将多个待清洗的半导体结构同步浸入式的清洗工艺，对第一电极层上杂质数量的控制会出现不稳定的情况，即第一电极层上杂质无法长期控制在一定的数量以下，造成器件的可靠性问题。
为解决上述问题，本实施例中采用DSP（Dilute Sulfuric Peroxide）溶液对所述第一电极层101进行清洗，所述DSP溶液包括硫酸（H2SO4)、过氧化氢（H2O2）及水（H2O），其中，以体积百分比计，硫酸（H2SO4)、过氧化氢（H2O2）及水（H2O）的比例为1:1:20-1:1:50，可选的，H2SO4:H2O2:H2O= 4.5:4.5:50。所述硫酸（H2SO4)例如可以采用9.8%的稀硫酸溶液，所述过氧化氢（H2O2）例如可以采用30%的H2O2溶液，所述DSP溶液还包括氢氟酸（HF），所述DSP溶液中所述氢氟酸的浓度为100ppm-130ppm，例如可以添加一定剂量的49%HF至硫酸（H2SO4)、过氧化氢（H2O2）及水（H2O）组成的混合溶液中以达到HF在DSP溶液中的所需浓度。
具体的，采用DSP溶液清洗的过程包括：
在第一设定时间T1内，向所述第一电极层101喷洒DSP溶液，且所述第一电极层101以第一转速R1旋转，以清洗去除所述第一电极层101表面上的杂质；
在第二设定时间T2内，停止向所述第一电极层101喷洒DSP溶液，且所述第一电极层101以第二转速R2旋转，以回收所述DSP溶液；
在第三设定时间T3内，向所述第一电极层101喷洒去离子水（DIW），且所述第一电极层101以第三转速R3旋转，清洗去除残余的DSP溶液；以及
在第四设定时间T4内，向所述第一电极层101继续喷洒去离子水（DIW），且所述第一电极层101以第四转速R4旋转，以在所述第一电极层101的表面形成水膜，避免水回溅到第一电极层101表面时形成弧形条状残留（residue）。
其中，所述第二转速R2大于所述第一转速R1，所述第四转速R4大于所述第三转速R3，所述第一转速R1为390rpm~410rpm，例如R1=400rpm，所述第二转速R2为1100rpm~1300rpm，例如R2=1200rpm，所述第三转速R3为450rpm~550rpm，例如R3=500rpm，所述第四转速R4为1400rpm~ 1600rpm，例如R3=1500rpm。
示例性的，所述第一设定时间T1为14s~16s，例如T1=15s，所述第二设定时间T2为2.7s~3.3s，例如T2=3s，所述第三设定时间T3为23s~27s，例如T3=25s，所述第四设定时间T4为4.5s~5.5s, 例如T4=5s。在本发明其他实施例中也可以根据DSP溶液的组成及第一电极层各阶段的转速来调整上述工艺时间。
本实施例对所述第一电极层101采用DSP溶液清洗的过程还包括：在所述第一电极层101的表面形成水膜后，停止向所述第一电极层101喷洒去离子水（DIW），并对所述第一电极层101进行氮气吹扫以实现所述第一电极层101的干燥，其中对所述第一电极层101进行氮气（N2）吹扫过程中，所述第一电极层101可以以第五转速R5旋转以加快干燥进度。所述第五转速R5为1200rpm~1800rpm，例如R5=1500 rpm，氮气吹扫的工艺时间T5为23s~27s，例如T5=12s。
本实施例中对所述第一电极层101的清洗采用的是单片（Single wafer）式清洗方法，相较于Batch式清洗，单片式清洗不需要将多个待清洗的半导体结构同步浸入清洗液中，采用向单个半导体衬底上的第一电极层101的表面喷洒DSP清洗溶液的方式，并结合第一电极层101的旋转设置，更能快速并全面的去除第一电极层101表面上的杂质，达到更好的清洗效果。
本实施例采用上述方法对第一电极层101进行清洗，使第一电极层101表面的杂质大幅减少，且维持第一电极层表面的杂质的数量在一范围内，提高第一电极层表面的稳定性，进而满足实际应用中对器件可靠性的要求。
参考图2c所示，执行步骤S03，在所述第一电极层101上依次形成电介质层102和第二电极层103。所述电介质层102的材料包括氧化硅（SiO2）、氮化硅(SiN)、硅酸铪(HfSiO4)、氧化镧(La2O4)、氧化钇(Y2O4)等，形成所述电介质层102的方法可以是物理气相沉积或化学气相沉积或原子层沉积。所述电介质层102的材质和厚度根据MIM电容的目标值确定。所述第二电极层103的材料可以与所述第一电极层101相同，也可以不同，本发明并不做限定。优选的，本实施例中所述电介质层102的材料为加强型氮化硅（PE-SiN）, 所述第二电极层103的材料同所述第一电极层101的相同，为Ti/TIN/Al-Cu。
本实施例提供的MIM电容器的制作方法还包括：在所述第一电极层101上制作电介质层102后，制作第二电极层103前还包括对所述电介质层102进行清洗，以去除电介质层102表面上的杂质，例如可以采用离子水（DIW）进行清洗，当然也可以采用EKC湿法清洗或上述DSP溶液清洗。
综上所述，本发明提供一种MIM电容器的制作方法，包括提供前端结构，并在所述前端结构上形成第一电极层，对所述第一电极层采用DSP溶液清洗，然后在所述第一电极层上依次形成电介质层和第二电极层。本发明采用DSP溶液对第一电极层进行清洗，减少第一电极层表面的杂质，提高了器件的可靠性，提升了产品的良率。进一步的，本发明采用DSP溶液对第一电极层进行单片式清洗，能够使稳定地控制第一电极层表面的杂质数量，保证了器件性能的稳定性。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (10)
1.一种MIM电容器的制作方法，其特征在于，包括：
提供前端结构，并在所述前端结构上形成第一电极层；
采用DSP溶液对所述第一电极层进行清洗；以及
在所述第一电极层上依次形成电介质层和第二电极层；
所述DSP溶液包括硫酸、过氧化氢及水，以体积百分比计，所述硫酸、过氧化氢及水的比例为1:1:20~1:1:50,
对所述第一电极层采用DSP溶液清洗的过程包括：
在第一设定时间内，向所述第一电极层喷洒DSP溶液，且所述第一电极层以第一转速旋转；
在第二设定时间内，停止向所述第一电极层喷洒DSP溶液，且所述第一电极层以第二转速旋转，以回收所述DSP溶液；
在第三设定时间内，向所述第一电极层喷洒去离子水，且所述第一电极层以第三转速旋转；以及
在第四设定时间内，向所述第一电极层继续喷洒去离子水，且所述第一电极层以第四转速旋转，以在所述第一电极层的表面形成水膜。
2.根据权利要求1所述的MIM电容器的制作方法，其特征在于，所述DSP溶液还包括氢氟酸，所述DSP溶液中所述氢氟酸的浓度为100ppm~130ppm。
3.根据权利要求1所述的MIM电容器的制作方法，其特征在于，对所述第一电极层采用单片式方法清洗。
4.根据权利要求1所述的MIM电容器的制作方法，其特征在于，所述第二转速大于所述第一转速，所述第四转速大于所述第三转速。
5.根据权利要求4所述的MIM电容器的制作方法，其特征在于，所述第一转速为390rpm~410rpm，所述第二转速为1100rpm~1300rpm，所述第三转速为450rpm~550rpm，所述第四转速为1400rpm~1600rpm。
6.根据权利要求1所述的MIM电容器的制作方法，其特征在于，所述第一设定时间为14s~16s，所述第二设定时间为2.7s~3.3s，所述第三设定时间为23s~27s，所述第四设定时间为4.5s~5.5s。
7.根据权利要求1所述的MIM电容器的制作方法，其特征在于，在所述第一电极层的表面形成水膜后还包括：
停止向所述第一电极层喷洒去离子水，并对所述第一电极层进行氮气吹扫以实现所述第一电极层的干燥。
8.根据权利要求1所述的MIM电容器的制作方法，其特征在于，在所述第一电极层上制作电介质层后，制作第二电极层前还包括对所述电介质层进行清洗。
9.根据权利要求1所述的MIM电容器的制作方法，其特征在于，所述第一电极层为由钛/氮化钛/铜铝合金构成的三明治结构。
10.根据权利要求1所述的MIM电容器的制作方法，其特征在于，所述电介质层的材料为加强型氮化硅。
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