專利名稱：電容器、隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電容器、隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的 形成方法。
背景技術(shù)：
隨機(jī)存儲(chǔ)器是一種廣泛應(yīng)用的集成電路器件。目前常見(jiàn)的隨機(jī)存儲(chǔ)器單 元大多由晶體管和電容器構(gòu)成。電容器是用來(lái)儲(chǔ)存電荷以提供電子信息的， 應(yīng)具有足夠大的電容量，方可避免數(shù)據(jù)的流失并減低充電更新的頻率。
隨著集成電路制作工藝中半導(dǎo)體器件的集成度不斷增加，隨機(jī)存儲(chǔ)器存 儲(chǔ)單元的密度也越來(lái)越高，電容器在隨機(jī)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元所能利用的面積就 越小。為了在電容器的面積減小的同時(shí)，仍能維持可靠的性能，因此在電容 器所占的面積縮小的同時(shí)，仍能維持每個(gè)電容器的電容量是4艮重要的。為了
提高電容器的電容量，理論上可從以下幾個(gè)方向著手(l)增加儲(chǔ)存電極的表 面積，(2)提高介電層的介電常數(shù)，(3)減小介電層的厚度。近來(lái)，還發(fā)展出三 維空間的電容器結(jié)構(gòu)用以增加存儲(chǔ)單元電容量，例如雙疊式結(jié)構(gòu)，鰭狀結(jié) 構(gòu)，分散堆疊式結(jié)構(gòu)或皇冠型結(jié)構(gòu)等。此外，在使用多晶硅存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)時(shí)，借 助于在此多晶硅層之上形成半球形顆粒的多晶硅層(HSG),也可以增加電 容量。
現(xiàn)有在隨才幾存儲(chǔ)器單元中形成電容器的制作工藝，如圖1所示，在半導(dǎo) 體襯底21上依次形成隔離溝槽22、柵介質(zhì)層23、柵極結(jié)構(gòu)24、位于半導(dǎo)體 襯底21中的棚-極結(jié)構(gòu)24兩側(cè)的源極26a和漏極26b構(gòu)成的MOS晶體管；在 整個(gè)半導(dǎo)體襯底21上及MOS晶體管上形成第一層間介電層27,用于半導(dǎo)體 器件的縱向隔離。
如圖2所示，在第一層間介電層27和柵介質(zhì)層23中對(duì)著MOS晶體管的源極 26a或者漏極26b位置形成通孔27a;在第一層間介電層27上形成導(dǎo)電層28，且 導(dǎo)電層28填充滿通孔27a;對(duì)導(dǎo)電層28進(jìn)行平坦化至露出第一層間介電層27。
如圖3所示，在第一層間介電層27上形成第二層間介電層29,在對(duì)著第 一層間介電層27中的通孔27a位置形成第一開(kāi)口 29a，所述第一開(kāi)口 29a暴 露出第 一層間介電層27的通孔27a及通孔27a中填充的導(dǎo)電層28 。
參照?qǐng)D4，在第一開(kāi)口 29a內(nèi)側(cè)形成半球形顆粒多晶硅層30b和多晶硅層 30a,作為電容器的第一電極。所述多晶硅層30a通過(guò)通孔27a中填充的導(dǎo)電 層28與MOS晶體管的源極26a相電連接。形成所述半J求形顆粒多晶硅層30b 的目的為增大電容器的第一電極與后續(xù)形成的介質(zhì)層之間的接觸面積，增大 電容器的電容。
參照?qǐng)D5，用化學(xué)氣相沉積法在第二層間介電層29和半球形顆粒多晶硅 層30b上沉積絕緣介質(zhì)層31,用于電容器電極間的隔離；用化學(xué)氣相沉積法 或原子層沉積法在絕緣介質(zhì)層31上沉積第二金屬層32，作為電容器的第二電 極。
在如下中國(guó)專利申請(qǐng)02160883還可以發(fā)現(xiàn)更多與上述技術(shù)方案相關(guān)的信 息，在此多晶硅層之上形成半球形顆粒的多晶硅層，也可以增加電容量。
如圖6所示，用電子掃描顯示鏡觀察到現(xiàn)有技術(shù)形成半球形顆粒的多晶硅 層時(shí)，由于半球形顆粒的大小及密度不好控制，隨著半導(dǎo)體器件尺寸的減小， 很容易導(dǎo)致半球形顆粒間產(chǎn)生連接，電容器表面積減小，電容量降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供電容器、隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的形成方法，用以提 高電容器表面積，提高電容量。
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種電容器的形成方法，包括下列步驟
在依次帶有層間介電層和多晶硅層的半導(dǎo)體襯底上形成均勻的離散的原子
島；進(jìn)行退火工藝，使原子島與多晶硅層反應(yīng)，形成離散的球形顆粒；以離 散的球形顆粒為掩膜，蝕刻多晶硅層和層間介電層，在層間介電層內(nèi)形成凹 槽；在凹槽內(nèi)外的層間介電層上依次形成第一導(dǎo)電層、絕緣介質(zhì)層和第二導(dǎo) 電層。
可選的，形成凹槽的方法為濕法蝕刻法。所述凹槽的深度為200埃 400埃。
可選的，形成原子島的方法為原子層沉積法。所述原子層沉積法包括 先將前體氣體流向原子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底上形成均勻 的離散的原子島；然后，惰性吹掃氣體流向在原子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體襯底， 去除沒(méi)有形成原子島的前體氣體。所述前體氣體為SfflU時(shí)，前體氣體流向原 子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體4t底上的流量為50sccm 100sccm,流入時(shí)間3秒~10 秒，壓力10帕 100帕，溫度為450°C 550°C。所述惰性吹掃氣體為He、 Ne 或Ar。
可選的，所述原子島的材料為硅。所述球形顆粒的直徑為200埃 400埃。 所述相鄰5求形顆粒間的中心距離為300埃 500埃。
可選的，形成第一導(dǎo)電層的方法為化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法。 所述第一導(dǎo)電層的材料為多晶硅、氮化鈦或釕。
可選的，形成絕緣介質(zhì)層的方法為化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法。 所述絕緣介質(zhì)層的材料為氧化硅、氧化鋁、氧化鉭、氧化鎬或氧化鉿。
可選的，形成第二導(dǎo)電層的方法為化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法。 所述第二導(dǎo)電層的材料為多晶硅、氮化鈦或釕。
本發(fā)明提供一種隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的形成方法，包括下列步驟在半導(dǎo)體襯 底上依次形成柵介質(zhì)層、柵極結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體襯底中的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源極和 漏極，構(gòu)成MOS晶體管；在整個(gè)半導(dǎo)體襯底上及MOS晶體管上形成第一層 間介電層；在第一層間介電層和柵介質(zhì)層中對(duì)著MOS晶體管的源極或者漏極
位置形成通孔，其中通孔中填充有與第一層間介電層相平的導(dǎo)電層；在第一 層間介電層上形成第二層間介電層，在對(duì)著第一層間介電層中的通孔位置形 成第一開(kāi)口，所述第一開(kāi)口暴露出第一層間介電層的通孔；在第一開(kāi)口內(nèi)側(cè)
及第二層間介電層上依次形成多晶硅層和均勻的離散的原子島；進(jìn)行退火工 藝，使原子島與多晶硅層反應(yīng)，形成離散的球形顆粒；以離散的球形顆粒為 掩膜，蝕刻層間介電層，在層間介電層內(nèi)形成凹槽；在凹槽內(nèi)外的第二層間 介電層上形成第一導(dǎo)電層；平坦化第一開(kāi)口外的第一導(dǎo)電層至露出第二層間 介電層；在第一導(dǎo)電層及第二層間介電層上依次形成絕緣介質(zhì)層和第二導(dǎo)電 層。
可選的，形成凹槽的方法為濕法蝕刻法。所述凹槽的深度為200埃~400埃。
可選的，形成原子島的方法為原子層沉積法。所述原子層沉積法包括 先將前體氣體流向原子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體村底上形成均勻 的離散的原子島；然后，惰性吹掃氣體流向在原子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體襯底， 去除沒(méi)有形成原子島的前體氣體。所述前體氣體為SiHt時(shí)，前體氣體流向原 子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體襯底上的流量為50sccm 100sccm，流入時(shí)間3秒 10 秒，壓力10帕 100帕，溫度為450°C~550°C。所述惰性吹掃氣體為He、 Ne 或Ar。
可選的，所述原子島的材料為硅。所述球形顆粒的直徑為200埃 400埃。 所述相鄰J求形顆粒間的中心距離為300埃~500埃。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，以上方案具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)以離散的球形顆粒為掩 膜，蝕刻多晶硅層和層間介電層，在層間介電層內(nèi)形成凹槽，用以增大電容 器的表面積。
進(jìn) 一 步形成均勻的離散的原子島，對(duì)原子島進(jìn)行退火后形成的離散的球 形顆粒也是均勻的，使后續(xù)形成的凹槽也是均勻的，因此隨著半導(dǎo)體器件的
減小，使凹槽間不產(chǎn)生連接，進(jìn)而增大電容器表面積，提高電容量。
(2)用原子層沉積法形成離散原子島，形成的離散分布的原子島大小為 準(zhǔn)確的原子尺寸大小，并且原子尺寸大小均勻一致。
進(jìn)一步所述原子層沉積方法通過(guò)控制前體氣體流向原子層沉積室內(nèi)的工 藝，在半導(dǎo)體襯底上形成離散原子島，并且通過(guò)控制前體氣體流向原子層沉 積室內(nèi)的流量和時(shí)間，控制形成的離散原子島在半導(dǎo)體襯底上的分布密度， 使離散原子島分布均勻。


圖1至圖5是現(xiàn)有在隨機(jī)存儲(chǔ)器單元中形成電容器的結(jié)構(gòu)示意圖6為現(xiàn)有制作隨機(jī)存儲(chǔ)器單元工藝中形成的半球形顆粒多晶硅層的電 鏡圖7是本發(fā)明形成電容器的實(shí)施例流程圖； 圖8至圖12是本發(fā)明形成電容器的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖； 圖13是本發(fā)明形成隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的實(shí)施例流程圖； 圖14至圖21是本發(fā)明形成隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明(1)以離散的球形顆粒為掩膜，蝕刻多晶硅層和層間介電層，在 層間介電層內(nèi)形成凹槽，用以增大電容器的表面積。
進(jìn)一步形成均勻的離散的原子島，對(duì)原子島進(jìn)行退火后形成的離散的球 形顆粒也是均勻的，使后續(xù)形成的凹槽也是均勻的，因此隨著半導(dǎo)體器件的 減小，使凹槽間不產(chǎn)生連接，進(jìn)而增大電容器表面積，提高電容量。
(2)用原子層沉積法形成離散原子島，形成的離散分布的原子島大小為 準(zhǔn)確的原子尺寸大小，并且原子尺寸大小均勻一致。
進(jìn)一步所述原子層沉積方法通過(guò)控制前體氣體流向原子層沉積室內(nèi)的工 藝，在半導(dǎo)體襯底上形成離散原子島，并且通過(guò)控制前體氣體流向原子層沉 積室內(nèi)的流量和時(shí)間，控制形成的離散原子島在半導(dǎo)體村底上的分布密度， 使離散原子島分布均勻。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。
實(shí)施例
本實(shí)施例提供一種形成電容器的方法，參考附圖7所示的工藝流程圖，包
括下列步驟執(zhí)行步驟S301，在依次帶有層間介電層和多晶硅層的半導(dǎo)體襯 底上形成均勻的離散的原子島；執(zhí)行步驟S302,進(jìn)行退火工藝，使原子島與 多晶硅層反應(yīng)，形成離散的球形顆粒；執(zhí)行步驟S303,以離散的球形顆粒為 掩膜，蝕刻多晶硅層和層間介電層，在層間介電層內(nèi)形成凹槽；執(zhí)行步驟S304， 在凹槽內(nèi)外的層間介電層上依次形成第一導(dǎo)電層、絕緣介質(zhì)層和第二導(dǎo)電層。
圖8至圖12是本發(fā)明形成電容器的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。如圖8所示，提 供半導(dǎo)體襯底300,所述半導(dǎo)體襯底300為依次帶有層間介電層301和多晶硅 層302的襯底；用原子層沉積法在多晶硅層302上形成均勻的離散的原子島 303。
本實(shí)施例中，所述離散的原子島303的材料為硅；半徑為10埃 50埃， 具體半徑例如10埃、20埃、30埃、40?；?0埃等；相鄰原子島303間的中 心距離為300埃 500埃，具體中心距離例如300埃、320埃、340埃、360埃、 380埃、400埃、420埃、440埃、420埃、440埃、460埃、480?；?00埃等。
本實(shí)施例中，所述層間介電層301的厚度為1000埃 30000埃，具體厚度 例如1000埃、2000埃、3000埃、4000埃、5000埃、6000埃、7000埃、8000 埃、9000埃、10000埃、11000埃、12000埃、13000埃、14000埃、15000埃、
16000埃、17000埃、18000埃、19000埃、20000埃、21000埃、22000埃、 23000埃、24000埃、25000埃、26000埃、27000埃、28000埃、29000埃或 30000埃等；層間介電層301的材料為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、加氟的硅 酸鹽玻璃層(FSG)、氫化硅倍半氧化物(HSQ)、以及摻碳的氧化硅(Coral , Black Diamond)等無(wú)機(jī)材料或者象聚芳香烯醚(Flare )、芳香族碳?xì)浠衔?(SILK)以及二曱苯塑料等有機(jī)材料或者它們的組合。
本實(shí)施例中，形成多晶硅層302的方法為化學(xué)氣相沉積法；所述多晶硅 層302厚度為20埃~50埃，具體厚度例如20埃、25埃、30埃、35埃、40 埃、45埃或50埃等。
所述原子層沉積法為，前體氣體流向原子層沉積室內(nèi)的帶有多晶硅層302 的半導(dǎo)體襯底300,前體氣體與多晶硅層302之間發(fā)生物理或者化學(xué)吸附，在 多晶硅層302上形成離散的原子島303,由于前體氣體原子之間的互相吸附作 用，在與多晶硅層302直接接觸的離散的原子島303上還吸附有前體氣體的 原子。
本實(shí)施例中，通過(guò)控制前體氣體在原子層沉積室內(nèi)的流量以及流入時(shí)間， 可以控制形成離散的原子島303的前體氣體在多晶硅層302上的分布密度， 使離散的原子島303分布均勻。其中，本實(shí)施例中采用SiH4作為前體氣體， 流量為50sccm 100sccm、通入時(shí)間3秒 10秒、壓力10帕~100帕、溫度為 420。C 480。C。其中，流量具體為50sccm、 60sccm、 70sccm、 80sccm、 90sccm 或100sccm等；通入時(shí)間具體為3秒、4秒、5秒、6秒、7秒、8秒、9秒或 IO秒等；壓力具體為10帕、20帕、30帕、40帕、50帕、60帕、70帕、80 帕、90帕或100帕等；溫度具體例如420。C、 430°C、 440°C、 450°C、 460°C、 470 。C或480。C等。
通入前體氣體為帶有硅原子成核體物質(zhì)的反應(yīng)氣體，因此除采用SiH4作 為前體氣體外，還可以用Si(OC2H5)4、 SiH2[NH(C4H9)]2、 SiH(OC2H5)3、 Si2Cl6 或SiHN[(CH3)2]3等作為前體氣體。
接著，惰性吹掃氣流向在原子層沉積室內(nèi)的多晶硅層302,去除沒(méi)有在多 晶硅層302上形成離散的原子島303的前體氣體。本步驟中，不僅可以去除 原子層沉積室內(nèi)沒(méi)有吸附在多晶硅層302上的前體氣體，還可以去除與多晶 硅層302直接接觸的前體氣體上吸附的前體氣體，只留下與多晶硅層302直 接接觸的前體氣體，在多晶硅層302上形成離散的原子島303的前體原子。 所述的惰性氣體例如He， Ne， Ar等氣體。
惰性氣體吹掃之后，所述的多晶硅層302上形成呈單原子狀態(tài)離散分布 的、均勻分布的離散的原子島303。
所述惰性氣流吹掃的工藝條件為現(xiàn)有技術(shù)的任何常規(guī)工藝，為了本領(lǐng)域 技術(shù)人員更好的實(shí)施本發(fā)明，本實(shí)施例給出一種具體的實(shí)施方式，在10帕 40 帕的壓力下，將流量為5slm的N2吹掃原子層沉積室。
參考圖9，將帶有層間介電層301、多晶硅層302和離散的原子島303的 半導(dǎo)體村底301放入退火爐中，使離散的原子島303中的硅原子與多晶硅層 302中的硅原子結(jié)合，使離散的原子島303體積增大，形成離散的球形顆粒 303a。
本實(shí)施例中，所述退火在N2氣氛中進(jìn)^f亍，退火溫度為500。C 550。C,具 體例如500°C、 510°C、 520°C、 530°C、 54(TC或55(TC等；所述退火時(shí)間為 lmins 3mins, 具體例如lmins、 2mins或3mins等。
退火后形成離散的^求形顆粒303a的直徑為200埃 400埃，具體例如200 埃、250埃、300埃、350?；?00埃等；相鄰的球形顆粒303a間中心距離為 300埃 500埃，具體例如300埃、320埃、340埃、360埃、380埃、400埃、 420埃、440埃、460埃、480埃或500埃。
如圖10所示，以離散的球形顆粒303a為掩膜，蝕刻多晶硅層302和層 間介電層301,形成凹槽304,其中，在蝕刻過(guò)程中，離散的球形顆粒303a
被蝕刻掉或僅留下一部分。
本實(shí)施例中，蝕刻多晶硅層302和層間介電層301的方法為濕法蝕刻法， 所用的蝕刻液體為氧化物蝕刻緩沖液或氟化氬溶液。
所述凹槽304的深度為200埃 400埃，具體深度例如200埃、220埃、 240埃、260埃、280埃、300埃、320埃、340埃、360埃、380?；?00埃
等，其作用為增大電容器電極的接觸表面積。
如圖ll所示，用化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法在凹槽304內(nèi)外側(cè)的 層間介電層301上形成第一導(dǎo)電層305,作為電容器的第一電極，所述第一導(dǎo) 電層305厚度為200埃 500埃，材料為多晶硅、氮化鈦或釕等。
本實(shí)施例中，第一導(dǎo)電層305的厚度具體例如200埃、220埃、240埃、 260埃、280埃、300埃、320埃、340埃、360埃、380埃、400埃、420埃、 440埃、460埃、480?；?00埃等。
如圖12所示，用化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法在第一導(dǎo)電層305上 沉積厚度為40埃~60埃的絕緣介質(zhì)層306，作為電容器電極間的介電層，所 述絕緣介質(zhì)層306的材料可以是氧化硅、氧化鋁、氧化鉭、氧化鎬或氧化鉿 等；在絕緣介質(zhì)層306上形成厚度為200埃~500埃的第二導(dǎo)電層307,作為 電容器的第二電極，所述第二導(dǎo)電層307的材料為多晶硅、氮化鈦或釕等， 形成第二導(dǎo)電層307的方法為化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法。
本實(shí)施例中，絕緣介質(zhì)層306的厚度具體例如40埃、50埃或60埃等； 第二導(dǎo)電層307的厚度具體例如200埃、220埃、240埃、260埃、280埃、 300埃、320埃、340埃、360埃、380埃、400埃、420埃、440埃、460埃、 480?；?00埃等。
圖13是本發(fā)明形成隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的實(shí)施例流程圖。如圖13所示，執(zhí) 行步驟S401，在半導(dǎo)體襯底上依次形成柵介質(zhì)層、柵極結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體襯底中
的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源極和漏極，構(gòu)成MOS晶體管；執(zhí)行步驟S402,在整個(gè) 半導(dǎo)體襯底上及MOS晶體管上形成第一層間介電層；執(zhí)行步驟S403,在第 一層間介電層和柵介質(zhì)層中對(duì)著MOS晶體管的源極或者漏極位置形成通孔， 其中通孔中填充有與第一層間介電層相平的導(dǎo)電層；執(zhí)行步驟S404，在第一 層間介電層上形成第二層間介電層，在對(duì)著第一層間介電層中的通孔位置形 成第一開(kāi)口，所述第一開(kāi)口暴露出第一層間介電層的通孔；執(zhí)行步驟S405， 在第一開(kāi)口內(nèi)側(cè)及第二層間介電層上依次形成多晶硅層和均勻的離散的原子 島；執(zhí)行步驟S406,進(jìn)行退火工藝，使原子島與多晶硅層反應(yīng)，形成離散的 球形顆粒；執(zhí)行步驟S407,以離散的球形顆粒為掩膜，蝕刻層間介電層，在 層間介電層內(nèi)形成凹槽；4丸行步驟S408,在凹槽內(nèi)外的第二層間介電層上形 成第一導(dǎo)電層；執(zhí)行步驟S409,平坦化第一開(kāi)口外的第一導(dǎo)電層至露出第二 層間介電層；執(zhí)行步驟S410，在第一導(dǎo)電層及第二層間介電層上依次形成絕 緣介質(zhì)層和第二導(dǎo)電層。
圖14至圖21是本發(fā)明形成隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。 如圖14所示，提供半導(dǎo)體襯底400,在半導(dǎo)體村底400上依次形成隔離溝槽 402、柵介質(zhì)層403、柵極結(jié)構(gòu)404、位于半導(dǎo)體襯底400中的柵極結(jié)構(gòu)404 兩側(cè)的源極406a和漏極406b構(gòu)成的MOS晶體管。所述柵介質(zhì)層403為由氧 化硅、氮氧化硅、氮化硅或者它們的組合構(gòu)成，作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式， 所述柵介質(zhì)層403為氧化硅。所述柵極結(jié)構(gòu)404包括多晶硅層、硅化物層和 難熔金屬層，所述硅化鴒層和難熔金屬層為降低柵極和引出電極之間的接觸 電阻。所述MOS晶體管還包括位于柵極結(jié)構(gòu)404兩側(cè)的側(cè)墻405。形成所述 MOS晶體管為本技術(shù)領(lǐng)域人員公知技術(shù)。
在整個(gè)半導(dǎo)體襯底400上及MOS晶體管上形成第一層間介電層407,所 述第一層間介電層407用于半導(dǎo)體器件的縱向隔離。所述第一層間介電層407 可以為氧化珪、氮化硅、氮氧化硅、加氟的硅酸鹽玻璃層(FSG)、氫化硅倍
半氧化物(HSQ)、以及摻碳的氧化硅(Coral , Black Diamond)等無(wú)機(jī)材料 或者象聚芳香烯醚(Flare )、芳香族碳?xì)浠衔?SILK)以及二甲苯塑料等有 機(jī)材料或者它們的組合。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，釆用氧化硅作為第一 層間介電層407。所述形成第一層間介電層407為本技術(shù)領(lǐng)域人員公知技術(shù)， 即化學(xué)氣相沉積法等。
參照?qǐng)D15,在第一層間介電層407和柵介質(zhì)層403中對(duì)著MOS晶體管 的源極406a或者漏極406b位置形成通孔407a,作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式， 在對(duì)著MOS晶體管的源極406a位置形成通孔407a，所述通孔407a暴露出源 極楊a。
參照?qǐng)D16 ，在通孔407a中填入導(dǎo)電層408至與第 一層間介電層407相平， 所述導(dǎo)電層408可以為金屬鋁、鎢、鋁銅合金或者摻雜多晶硅等，所述本發(fā) 明的一個(gè)實(shí)施方式，所述導(dǎo)電層408為金屬鎢。所述導(dǎo)電層408與MOS晶體 管的源極406a相電連接。
參照?qǐng)D17,在第一層間介電層407上形成厚度為1000埃~30000埃的第 二層間介電層409，在對(duì)著第一層間介電層407中的通孔407a位置形成第一 開(kāi)口 409a,所述第一開(kāi)口 409a暴露出第一層間介電層407的通孔407a及通 孔407a中填充的導(dǎo)電層408。所述第二層間介電層409可以為氧化硅、氮化 硅、氮氧化硅、加氟的硅酸鹽玻璃層(FSG)、氫化硅倍半氧化物(HSQ)、以 及摻碳的氧化硅(Coral , Black Diamond)等無(wú)機(jī)材料或者象聚芳香烯醚 (Flare )、芳香族碳?xì)浠衔?SILK)以及二甲苯塑料等有機(jī)材料或者它們的 組合。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，采用氧化石圭作為第二層間介電層409。所 述形成第 一開(kāi)口 409a為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。
然后，用化學(xué)氣相沉積法在第一開(kāi)口 409a內(nèi)側(cè)及第二層間介電層409上 沉積多晶硅層410;然后在多晶硅層410上沉積離散的原子島412，所述沉積
方法為原子層沉積法。
本實(shí)施例中，第二層間介電層409具體厚度例如1000埃、2000埃、3000 埃、4000埃、5000埃、6000埃、7000埃、8000埃、9000埃、10000埃、11000 埃、12000埃、13000埃、14000埃、15000埃、16000埃、17000埃、18000 埃、19000埃、20000埃、21000埃、22000埃、23000埃、24000埃、25000 埃、26000埃、27000埃、28000埃、29000?；?0000埃等。
本實(shí)施例中，所述原子島412的材料為硅；半徑為10埃 50埃，具體半 徑例如10埃、20埃、30埃、40埃或50埃等；相鄰原子島412間的中心距離 為300埃 500埃，具體中心距離例如300埃、320埃、340埃、360埃、380 埃、400埃、420埃、440埃、420埃、440埃、460埃、480?；?00埃等。
所述原子層沉積法為，前體氣體流向原子層沉積室內(nèi)的帶有多晶硅層410 的半導(dǎo)體襯底400,前體氣體與多晶硅層410之間發(fā)生物理或者化學(xué)吸附，在 多晶硅層410上形成離散的原子島412，由于前體氣體原子之間的互相吸附作 用，在與多晶硅層410直接接觸的離散的原子島412上還吸附有前體氣體的 原子。
本實(shí)施例中，通過(guò)控制前體氣體在原子層沉積室內(nèi)的流量以及流入時(shí)間， 可以控制形成離散的原子島412的前體氣體在多晶硅層410上的分布密度， 使離散的原子島412分布均勻。其中，本實(shí)施例中采用SiH4作為前體氣體， 流量為50sccm 100sccm、通入時(shí)間3秒 10秒、壓力10帕~100帕、溫度為 420。C 480。C。其中，流量具體為50sccm、 60sccm、 70sccm、 80sccm、 90sccm 或100sccm等；通入時(shí)間具體為3秒、4秒、5秒、6秒、7秒、8秒、9秒或 IO秒等；壓力具體為10帕、20帕、30帕、40帕、50帕、60帕、70帕、80 帕、90帕或100帕等;溫度具體例如420。C、 430°C、 440°C、 450°C、 460。C、 470 。C或480。C等。
通入前體氣體為帶有硅原子成核體物質(zhì)的反應(yīng)氣體，因此除采用SiH4作
為前體氣體外，還可以用Si(OC2H5)4、 SiH2[NH(C4H9)]2、 SiH(OC2H5)3、 Si2Cl6 或SiHN[(CH3)2]3等作為前體氣體。
接著，惰性吹掃氣流向在原子層沉積室內(nèi)的多晶硅層410，去除沒(méi)有在多 晶硅層410上形成離散的原子島412的前體氣體。本步驟中，不僅可以去除 原子層沉積室內(nèi)沒(méi)有吸附在多晶硅層410上的前體氣體，還可以去除與多晶 硅層410直接接觸的前體氣體上吸附的前體氣體，只留下與多晶硅層410直 接接觸的前體氣體，在多晶硅層410上形成離散的原子島412的前體原子。 所述的惰性氣體例如He， Ne, Ar等氣體。
惰性氣體吹掃之后，所述的多晶硅層410上形成呈單原子狀態(tài)離散分布 的、均勻分布的離散的原子島412。
所述惰性氣流吹掃的工藝條件為現(xiàn)有技術(shù)的任何常規(guī)工藝，為了本領(lǐng)域 技術(shù)人員更好的實(shí)施本發(fā)明，本實(shí)施例給出一種具體的實(shí)施方式，在10帕~40 帕的壓力下，將流量為5slm的N2吹掃原子層沉積室。
參照?qǐng)D18,將帶有各膜層的半導(dǎo)體襯底400放入退火爐中，使離散的原 子島412中的硅原子與多晶硅層410中的硅結(jié)合，使離散的原子島412體積 增大，形成離散的球形顆粒412a。
本實(shí)施例中，所述退火在N2氣氛中進(jìn)行，退火溫度為500。C 550。C,具 體例如500°C、 510°C、 520°C、 530°C、 54(TC或55(TC等；所述退火時(shí)間為 lmins 3mins， 具體例3口 lmins、 2mins或3mins等。
退火后，形成的離散的球形顆粒412a的直徑為200埃 400埃，具體例如 200埃、250埃、300埃、350埃或400埃等；相鄰球形顆粒412a間中心距離 為300埃~500埃，具體例如300埃、320埃、340埃、360埃、380埃、400 埃、420埃、440埃、460埃、480埃或500埃等。
如圖19所示，以離散的球形顆粒412a為掩膜，蝕刻多晶硅層410和第
二層間介電層409,形成凹槽411，其中，在蝕刻過(guò)程中，離散的球形顆粒412a 被蝕刻掉或僅留下一部分。
本實(shí)施例中，蝕刻多晶硅層410和第二層間介電層409的方法為濕法蝕 刻法，所用的蝕刻液體為氧化物蝕刻緩沖液或氟化氫溶液。
所述凹槽411的深度為200埃 400埃，具體深度例如200埃、220埃、 240埃、260埃、280埃、300埃、320埃、340埃、360埃、380?；?00埃 等；凹槽411的作用為增大電容器電極的接觸表面積。
如圖20所示，用化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法在凹槽411內(nèi)外的第 二層間介電層409上形成第一導(dǎo)電層413,作為電容器的第一電極，所述第一 導(dǎo)電層413厚度為200埃 500埃，材料為多晶硅、氮化鈦或釕等。
本實(shí)施例中，所述第一導(dǎo)電層413的厚度具體例如200埃、220埃、240 埃、260埃、280埃、300埃、320埃、340埃、360埃、380埃、400埃、420 埃、440埃、460埃、480?；?00埃等。
如圖21所示，用化學(xué)機(jī)械拋光法對(duì)第一開(kāi)口 409a以外區(qū)域的第一導(dǎo)電 層413進(jìn)行研磨至露出第二層間介電層409,使第二層間介電層409平坦化； 用化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法在第一開(kāi)口 409a內(nèi)的第一導(dǎo)電層413上 及第二層間介電層409上沉積厚度為40埃 60埃的絕緣介質(zhì)層414，用于電 容器電極間的隔離，所述絕緣介質(zhì)層414的材料可以是氧化硅、氧化鋁、氧 化鉭、氧化鎬或氧化鉿；在絕緣介質(zhì)層414上形成厚度為200埃 500埃的第 二導(dǎo)電層415,作為電容器的第二電極，所述第二導(dǎo)電層415的材料為多晶硅、 氮化鈦或釕等，形成第二導(dǎo)電層415的方法為化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉 積法。
本實(shí)施例中，絕緣介質(zhì)層414的厚度具體例如40埃、45埃、50埃、55 ?；?0埃等；第二導(dǎo)電層415的厚度具體例如200埃、220埃、240埃、260
埃、280埃、300埃、320埃、340埃、360埃、380埃、400埃、420埃、440 埃、460埃、480?；?00埃等。
雖然本發(fā)明己以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本 領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改， 因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種電容器的形成方法，其特征在于，包括下列步驟在依次帶有層間介電層和多晶硅層的半導(dǎo)體襯底上形成均勻的離散的原子島；進(jìn)行退火工藝，使原子島與多晶硅層反應(yīng)，形成離散的球形顆粒；以離散的球形顆粒為掩膜，蝕刻多晶硅層和層間介電層，在層間介電層內(nèi)形成凹槽；在凹槽內(nèi)外的層間介電層上依次形成第一導(dǎo)電層、絕緣介質(zhì)層和第二導(dǎo)電層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述電容器的形成方法，其特征在于形成凹槽的方法為 濕法蝕刻法。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述電容器的形成方法，其特征在于所述凹槽的深度為 200埃 400埃。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述電容器的形成方法，其特征在于形成原子島的方法 為原子層沉積法。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述電容器的形成方法，其特征在于所述原子層沉積法 包括先將前體氣體流向原子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底上形 成均勻的離散的原子島；然后，惰性吹掃氣體流向在原子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體襯底，去除沒(méi)有形 成原子島的前體氣體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述電容器的形成方法，其特征在于所述前體氣體為SiH4 時(shí)，前體氣體流向原子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體村底上的流量為50sccm 100sccm， 流入時(shí)間3秒 10秒，壓力10帕~100帕，溫度為450°C~550°C。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述電容器的形成方法，其特征在于所述惰性吹掃氣體 為He、 Ne或Ar。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述電容器的形成方法，其特征在于所述原子島的材料 為硅。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述電容器的形成方法，其特征在于所述球形顆粒的直 徑為200埃~400埃。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述電容器的形成方法，其特征在于所述相鄰球形顆粒 間的中心距離為300埃~500埃。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述電容器的形成方法，其特征在于形成第一導(dǎo)電層的 方法為化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述電容器的形成方法，其特征在于所述第一導(dǎo)電層 的材料為多晶硅、氮化鈦或釕。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述電容器的形成方法，其特征在于形成絕緣介質(zhì)層的 方法為化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述電容器的形成方法，其特征在于所述絕緣介質(zhì)層 的材料為氧化硅、氧化鋁、氧化鉭、氧化鎬或氧化鉿。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述電容器的形成方法，其特征在于形成第二導(dǎo)電層的 方法為化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述電容器的形成方法，其特征在于所述第二導(dǎo)電層 的材料為多晶硅、氮化鈦或釕。
17. —種隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的形成方法，其特征在于，包括下列步驟 在半導(dǎo)體襯底上依次形成柵介質(zhì)層、柵極結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體襯底中的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源極和漏極，構(gòu)成MOS晶體管；在整個(gè)半導(dǎo)體襯底上及MOS晶體管上形成第一層間介電層； 在第一層間介電層和柵介質(zhì)層中對(duì)著MOS晶體管的源極或者漏極位置形成通孔，其中通孔中填充有與第一層間介電層相平的導(dǎo)電層；在第一層間介電層上形成第二層間介電層，在對(duì)著第一層間介電層中的通 孔位置形成第一開(kāi)口，所述第一開(kāi)口暴露出第一層間介電層的通孔；在第 一開(kāi)口內(nèi)側(cè)及第二層間介電層上依次形成多晶硅層和均勻的離散的原子島；進(jìn)行退火工藝，使原子島與多晶硅層反應(yīng)，形成離散的球形顆粒； 以離散的球形顆粒為掩膜，蝕刻層間介電層，在層間介電層內(nèi)形成凹槽； 在凹槽內(nèi)外的第二層間介電層上形成第一導(dǎo)電層； 平坦化第一開(kāi)口外的第一導(dǎo)電層至露出第二層間介電層； 在第一導(dǎo)電層及第二層間介電層上依次形成絕緣介質(zhì)層和第二導(dǎo)電層。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的形成方法，其特征在于形成凹 槽的方法為濕法蝕刻法。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的形成方法，其特征在于'.所述凹 槽的深度為200埃 400埃。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的形成方法，其特征在于形成原 子島的方法為原子層沉積法。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的形成方法，其特征在于所述原 子層沉積法包括先將前體氣體流向原子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體村底，在半導(dǎo) 體襯底上形成均勻的離散的原子島；然后，惰性吹掃氣體流向在原子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體襯底，去除沒(méi)有形 成原子島的前體氣體。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的形成方法，其特征在于所述前 體氣體為SiH4時(shí)，前體氣體流向原子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體襯底上的流量為 50sccm 100sccm,流入時(shí)間3秒~10秒，壓力10帕 100巾自，溫度為 450。C 550。C。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的形成方法，其特征在于所述惰 性吹掃氣體為He、 Ne或Ar。
24. 根據(jù)權(quán)利要求17所述隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的形成方法，其特征在于所述原 子島的材料為硅。
25. 根據(jù)權(quán)利要求17所述隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的形成方法，其特征在于所述球 形顆粒的直徑為200埃~400埃。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的形成方法，其特征在于所述相 鄰^求形顆粒間的中心距離為300埃 500埃。
全文摘要
一種電容器的形成方法，包括下列步驟在依次帶有層間介電層和多晶硅層的半導(dǎo)體襯底上形成均勻的離散的原子島；進(jìn)行退火工藝，使原子島與多晶硅層反應(yīng)，形成離散的球形顆粒；以離散的球形顆粒為掩膜，蝕刻多晶硅層和層間介電層，在層間介電層內(nèi)形成凹槽；在凹槽內(nèi)外的層間介電層上依次形成第一導(dǎo)電層、絕緣介質(zhì)層和第二導(dǎo)電層。本發(fā)明還提供隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的形成方法。由于原子顆粒的大小及密集度可控，經(jīng)過(guò)退火后形成的導(dǎo)電顆粒大小及密度也可控，因此隨著半導(dǎo)體器件的減小，也不會(huì)造成導(dǎo)電顆粒間產(chǎn)生連接，增大電容器表面積，提高電容量。
文檔編號(hào)H01L21/70GK101359624SQ20071004463
公開(kāi)日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2007年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月5日
發(fā)明者三重野文健, 華 季, 季明華 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司