[发明专利]一种对金属电容上电极的刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种半导体制造过程中对MCT（Metal Capacitor Top electrode，金属电容上电极）的刻蚀方法。

背景技术

在半导体技术领域中，金属电容是一个MIM（Metal-Insulator-Metal，金属-绝缘体-金属）的三层结构。如图1所示，所述金属电容包含：在晶圆衬底1’上溅射生成第一金属层2’，利用CVD（化学气相沉积）方法在所述第一金属层2’上淀积形成的绝缘层3’，以及在所述绝缘层3’上通过溅射形成的第二金属层4’。所述金属电容的电容值由第二金属层4’与第一金属层2’的相对顶部表面积确定。

在半导体金属电容的制造过程中，在晶圆上完成上述各层淀积之后，需要对金属电容的上电极（也就是第二金属层4’）进行图案化刻蚀，以在晶圆上形成若干凹槽而制成若干分隔的金属电容半导体器件。刻蚀完成后对所剩余的绝缘层3’的电介质厚度有非常严格的标准和要求，其对于整个金属电容的制造过程具有非常关键和决定性的作用。

如果对金属电容的上电极图案化刻蚀完成后所剩余的绝缘层3’的电介质厚度太薄的话，会导致绝缘层3’极有可能发生经时击穿（TDDB，Time Dependent Dielectric Breakdown），从而导致金属电容失效。但如果刻蚀完成后所剩的绝缘层3’的电介质厚度太厚的话，会导致在接下去的制程中使得金属电容MIM结构的第一金属层2’产生刻蚀不足的情况，从而使得晶圆边缘区域损失。

因此，在对金属电容的上电极进行图案化刻蚀的过程中，如何有效控制刻蚀后剩余绝缘层3’的电介质厚度始终稳定的保持一致性，对于金属电容的制造过程是非常关键的。

另外，现有技术中，在对金属电容的上电极进行图案化刻蚀的过程中，除了上述已经提到的无法保证剩余绝缘层3’的电介质厚度的稳定性和一致性的缺陷外，如果不能在主刻蚀步骤中产生足够的聚合物保护侧壁，还会导致以下情况发生，即在图案化刻蚀过程中由于形成凹槽而被分隔的金属电容上电极的侧壁，将会同时被横向水平刻蚀，从而使得侧壁具有向内凹的形状（如图1所示），无法保证刻蚀后上电极侧壁的完整性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对金属电容上电极的刻蚀方法，能有效克服背景技术中存在的缺点和限制，避免金属电容上电极的侧壁被横向水平刻蚀，同时有效提高刻蚀后剩余绝缘层的电介质厚度的一致性。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种对金属电容上电极的刻蚀方法，所述金属电容包含在晶圆衬底上淀积生成的第一金属层，在所述第一金属层上淀积生成的绝缘层，以及在所述绝缘层上淀积生成作为金属电容上电极的第二金属层；所述对金属电容上电极的刻蚀方法包含以下步骤：

步骤1、主刻蚀：使用化学刻蚀结合物理轰击的方法，图案化垂直刻蚀金属电容的上电极第二金属层，形成若干凹槽，该主刻蚀步骤由特征波长的光谱发射强度变化控制刻蚀终点，此时将在凹槽底部剩余部分第二金属层残留，并且凹槽侧壁被该步骤中所产生的聚合物保护；

步骤2、过刻蚀：使用纯化学刻蚀方法进一步刻蚀凹槽内剩余部分的第二金属层残留及一定厚度的绝缘层，特点是同时施加一个低偏压射频功率，并且由于凹槽侧壁已经在步骤1的主刻蚀过程中被所产生的聚合物吸附保护，故在该过刻蚀过程中不再使用物理轰击性气体，以达到刻蚀后剩余绝缘层的较好的电介质厚度的稳定性和一致性。

所述绝缘层由氮氧化硅，氧化硅或氮化硅的电介质材料形成。

所述第二金属层由氮化钛形成；或由氮化钛-钛-氮化钛的三层结构形成。

所述的步骤1的主刻蚀过程中，采用氯气、氩气和三氟甲烷的混合气体作为反应气体，对第二金属层进行图案化垂直刻蚀；其中，所述的氯气和三氟甲烷形成的等离子体对第二金属层进行图案化化学刻蚀；所述的氩气形成的氩离子束流物理轰击光刻胶并吸附在凹槽侧壁上形成聚合物。

所述的步骤1的主刻蚀过程中，采用氯气、三氯化硼和三氟甲烷的混合气体作为反应气体，对第二金属层进行图案化垂直刻蚀；其中，所述的氯气和三氟甲烷形成的等离子体对第二金属层进行图案化化学刻蚀；所述的三氯化硼形成的BCl₂⁺离子束流物理轰击光刻胶并吸附在凹槽侧壁上形成聚合物。

所述的步骤2的过刻蚀过程中，采用氯气作为反应气体，使用纯化学刻蚀方法，进一步刻蚀凹槽内剩余的部分第二金属层残留及一定厚度的绝缘层。