MIM电容器的制备方法与流程

本申请涉及半导体，具体涉及一种mim电容器的制备方法。

背景技术：

1、在beol mim(metal-insulator-metal，金属层-绝缘层-金属层)电容制程中，为提高mim电容的电容密度，会选择高k(high-k)介质材料作为mim电容绝缘层的一种新材料，以高k介质材料替代传统的氮化硅材料作为mim电容的中间绝缘层。

2、为了将mim电容密度做到6ff/μm2以上，高k绝缘层的厚度需要控制在以下，同时为了保证mim电容的reliability(可靠性)&tddb(time dependent dielectricbreakdown，与时间相关的栅介质击穿)性能，刻蚀mim电容上极板的过程中，需停在高k绝缘层上表面并尽可能地保证高k绝缘层不被误刻蚀，这对mim电容上极板的刻蚀工艺带来了巨大挑战。

3、但是，目前刻蚀mim电容上极板的过程中，很难停在mim电容绝缘层的上表面，目前mim电容绝缘层总是在刻蚀mim电容上极板的过程中被误刻蚀，这导致mim电容的reliability&tddb性能受到严重影响。

技术实现思路

1、本申请提供了一种mim电容器的制备方法，可以解决目前mim电容绝缘层总是在刻蚀mim电容上极板的过程中被误刻蚀的问题。

2、本申请实施例提供了一种mim电容器的制备方法，包括：

3、提供一衬底，所述衬底上形成有下极板层、中间绝缘层和上极板层；

4、形成硬掩膜层，所述硬掩膜层覆盖所述上极板层；

5、执行第一刻蚀工艺，以刻蚀所述硬掩膜层和部分厚度的所述上极板层；

6、执行第二刻蚀工艺，以刻蚀剩余厚度的所述上极板层，其中，所述第二刻蚀工艺中的参与反应气体包括：cl2和ch4。

7、可选的，在所述mim电容器的制备方法中，所述中间绝缘层为高k介质层。

8、可选的，在所述mim电容器的制备方法中，所述中间绝缘层的厚度小于且大于

9、可选的，在所述mim电容器的制备方法中，在执行第二刻蚀工艺，以刻蚀剩余厚度的上极板层的过程中，刻蚀剩余厚度的所述上极板层的刻蚀工艺参数包括：源功率为400w～1000w；偏置功率为0w～45w；工艺腔压力为5mt～10mt。

10、可选的，在所述mim电容器的制备方法中，在执行第二刻蚀工艺，以刻蚀剩余厚度的所述上极板层的过程中，cl2和ch4的流量配比为3.8:1。

11、可选的，在所述mim电容器的制备方法中，ch4的流量大于0sccm且小于或者等于50sccm。

12、可选的，在所述mim电容器的制备方法中，在执行第一刻蚀工艺，以刻蚀所述硬掩膜层和部分厚度的上极板层的过程中，刻蚀去除的所述上极板层的部分厚度大于所述上极板层的总厚度的五分之四。

13、可选的，在所述mim电容器的制备方法中，在执行第一刻蚀工艺，以刻蚀所述硬掩膜层和部分厚度的所述上极板层的过程中，刻蚀所述部分厚度的上极板层的刻蚀工艺参数包括：源功率为0w～1000w；偏置功率为0w～500w；工艺腔压力为0mt～20mt；参与反应气体包括：cl2和bcl3。

14、可选的，在所述mim电容器的制备方法中，在执行第一刻蚀工艺，以刻蚀所述硬掩膜层和部分厚度的上极板层的过程中，cl2和bcl3的流量配比为1:1。

15、可选的，在所述mim电容器的制备方法中，所述第一刻蚀工艺的刻蚀速率大于所述第二刻蚀工艺的刻蚀速率。

16、本申请技术方案，至少包括如下优点：

17、本申请先执行第一刻蚀工艺去除大部分厚度的上极板层，再执行第二刻蚀工艺将剩余的上极板层刻蚀干净；并且在第二刻蚀工艺中引入ch4，使得第二刻蚀工艺过程中可有效地、不断地产生聚合物(主要是cxhy)，聚合物cxhy可以沿着上极板层的侧壁外延以及在中间绝缘层的上表面形成钝化层，在第二刻蚀工艺中，该钝化层不断地被刻蚀气体刻蚀，又不断地重新生成，所以不断形成的钝化层可以在第二刻蚀工艺中动态保护中间绝缘层不被误刻蚀，改善了mim电容器的reliability&tddb性能。

技术特征：

1.一种mim电容器的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的mim电容器的制备方法，其特征在于，所述中间绝缘层为高k介质层。

3.根据权利要求2所述的mim电容器的制备方法，其特征在于，所述中间绝缘层的厚度小于且大于

4.根据权利要求2所述的mim电容器的制备方法，其特征在于，在执行第二刻蚀工艺，以刻蚀剩余厚度的上极板层的过程中，刻蚀剩余厚度的所述上极板层的刻蚀工艺参数包括：源功率为400w～1000w；偏置功率为0w～45w；工艺腔压力为5mt～10mt。

5.根据权利要求1所述的mim电容器的制备方法，其特征在于，在执行第二刻蚀工艺，以刻蚀剩余厚度的所述上极板层的过程中，cl2和ch4的流量配比为3.8:1。

6.根据权利要求1所述的mim电容器的制备方法，其特征在于，ch4的流量大于0sccm且小于或者等于50sccm。

7.根据权利要求1所述的mim电容器的制备方法，其特征在于，在执行第一刻蚀工艺，以刻蚀所述硬掩膜层和部分厚度的上极板层的过程中，刻蚀去除的所述上极板层的部分厚度大于所述上极板层的总厚度的五分之四。

8.根据权利要求1所述的mim电容器的制备方法，其特征在于，在执行第一刻蚀工艺，以刻蚀所述硬掩膜层和部分厚度的所述上极板层的过程中，刻蚀所述部分厚度的上极板层的刻蚀工艺参数包括：源功率为0w～1000w；偏置功率为0w～500w；工艺腔压力为0mt～20mt；参与反应气体包括：cl2和bcl3。

9.根据权利要求8所述的mim电容器的制备方法，其特征在于，在执行第一刻蚀工艺，以刻蚀所述硬掩膜层和部分厚度的上极板层的过程中，cl2和bcl3的流量配比为1:1。

10.根据权利要求1所述的mim电容器的制备方法，其特征在于，所述第一刻蚀工艺的刻蚀速率大于所述第二刻蚀工艺的刻蚀速率。

技术总结
本申请提供一种MIM电容器的制备方法，包括：提供一衬底，衬底上形成有下极板层、中间绝缘层和上极板层；形成硬掩膜层；执行第一刻蚀工艺，以刻蚀所述硬掩膜层和部分厚度的上极板层；执行第二刻蚀工艺，以刻蚀剩余厚度的上极板层，第二刻蚀工艺中的参与反应气体包括Cl<subgt;2</subgt;和CH<subgt;4</subgt;。本申请先执行第一刻蚀工艺去除大部分厚度的上极板层，再执行第二刻蚀工艺将剩余上极板层刻蚀干净；并且在第二刻蚀工艺中引入CH<subgt;4</subgt;，使得第二刻蚀工艺过程中可不断地产生聚合物，聚合物可以在上极板层的侧壁和中间绝缘层的上表面形成钝化层，从而在第二刻蚀工艺中动态保护中间绝缘层不被误刻蚀，改善了MIM电容器的Reliability&TDDB性能。

技术研发人员：赵雁雁,王玉新,汪健,姚道州,姚智
受保护的技术使用者：华虹半导体（无锡）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1