CN101359593B - 金属-绝缘-金属型电容器、存储器单元及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
一种金属-绝缘-金属型电容器的形成方法，包括下列步骤：在半导体衬底上形成第一金属层；对第一金属层进行退火，形成带有分立金属颗粒的第一金属层，作为第一电极；在分立金属颗粒及分立金属颗粒间的第一金属层上形成绝缘介质层；在绝缘介质层上形成第二金属层，作为第二电极。本发明还提供金属-绝缘-金属型电容器、存储器单元及其形成方法。本发明第一电极包括第一金属层和位于第一金属层上的分立金属颗粒，分立金属颗粒可以增大金属-绝缘-金属型电容器第一电极的表面积，即使在芯片尺寸不断缩小，金属-绝缘-金属型电容器的电容量也不会减小。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件及其制作方法，特别涉及金属-绝缘-金属型电容器、存储器单元及其形成方法。
背景技术
在超大规模集成电路中，电容器是常用的无源元件之一。电容器经常整合在双极(Bipolar)晶体管或互补式金属氧化物半导体(CMOS，ComplementaryMetal Oxide Semiconductor)晶体管等有源元件之中。目前制造的电容器可分成以多晶硅为电极以及以金属为电极两种，以多晶硅为电极会有载子缺乏的问题，使得跨越电容器两端的表面电压改变时，电容量也会随着改变，因此以多晶硅为电极的电容器无法满足现今逻辑电路要求的线性需求。而以金属为电极的电容器则无上述的问题，此种以金属为电极的电容器泛称为金属-绝缘-金属型(MIM，Metal-Insulator-Metal)电容器。
现有在存储器单元中形成MIM电容器的制作工艺，如图1所示，在半导体衬底21上依次形成隔离沟槽22、栅介质层23、栅极结构24、位于半导体衬底21中的栅极结构24两侧的源极26a和漏极26b构成的MOS晶体管；在整个半导体衬底21上及MOS晶体管上形成第一层间介电层27，用于半导体器件的纵向隔离。
如图2所示，在第一层间介电层27和栅介质层23中对着MOS晶体管的源极26a或者漏极26b位置形成通孔27a；在第一层间介电层27上形成导电层28，且导电层28填充满通孔27a；对导电层28进行平坦化至露出第一层间介电层27。
如图3所示，在第一层间介电层27上形成第二层间介电层29，在对着第一层间介电层27中的通孔27a位置形成第一开口29a，所述第一开口29a暴露出第一层间介电层27的通孔27a及通孔27a中填充的导电层28。
参照图4，用化学气相沉积法在第二层间介电层29上及第一开口29a内侧沉积第一金属层30，作为电容器的第一电极；蚀刻第一金属层30至露出第二层间介电层29；然后，用化学气相沉积法在第二层间介电层29和第一金属层30上沉积绝缘介质层31，用于电容器电极间的隔离。
参照图5，用化学气相沉积法或原子层沉积法在绝缘介质层31上沉积第二金属层32，作为电容器的第二电极。
在如下中国专利申请200410091236还可以发现更多与上述技术方案相关的信息，直接沉积第一金属层、绝缘介质层和第二金属层，形成MIM电容器。
现有技术形成的金属-绝缘-金属型电容器电极的表面积小，因此随着芯片尺寸的不断减小，金属-绝缘-金属型电容器的线宽也随之缩小，此时很难保证金属-绝缘-金属型电容器的原有电容量。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种金属-绝缘-金属型电容器、存储器单元及其形成方法，保证金属-绝缘-金属型电容器的电容量。
为解决上述问题，本发明提供一种金属-绝缘-金属型电容器的形成方法，包括下列步骤：在半导体衬底上形成第一金属层；对第一金属层进行退火，形成带有分立金属颗粒的第一金属层，作为第一电极；在分立金属颗粒及分立金属颗粒间的第一金属层上形成绝缘介质层；在绝缘介质层上形成第二金属层，作为第二电极。
可选的，形成所述带有分立金属颗粒的第一金属层进一步包括：对第一金属层在氮气气氛中、在500℃至600℃下进行退火2分钟至7分钟，形成所述分立金属颗粒的直径为100埃至300埃。
可选的，形成第一金属层的方法为化学气相沉积法或物理气相沉积法。所述第一金属层的材料为铜或钛或金或银。所述第一金属层在退火前的厚度为400埃～600埃。
本发明提供一种存储器单元的形成方法，包括下列步骤：在半导体衬底上依次形成栅介质层、栅极结构、半导体衬底中的栅极结构两侧的源极和漏极，构成MOS晶体管；在整个半导体衬底上及MOS晶体管上形成第一层间介电层；在第一层间介电层和栅介质层中对着MOS晶体管的源极或者漏极位置形成通孔；在通孔中填入导电层至与第一层间介电层相平；在第一层间介电层上形成第二层间介电层，在对着第一层间介电层中的通孔位置形成第一开口，所述第一开口暴露出第一层间介电层的通孔；在第一开口内侧形成形成第一金属层；对第一金属层进行退火，形成带有分立金属颗粒的第一金属层，作为第一电极；在分立金属颗粒及分立金属颗粒间的第一金属层上形成绝缘介质层；在绝缘介质层上形成第二金属层，作为第二电极。
可选的，形成所述带有分立金属颗粒的第一金属层进一步包括：对第一金属层在氮气气氛中、在500℃至600℃下进行退火2分钟至7分钟，形成所述分立金属颗粒的直径为100埃至300埃。
可选的，形成第一金属层的方法为化学气相沉积法或物理气相沉积法。所述第一金属层的材料为铜或钛或金或银。所述第一金属层在退火前的厚度为400埃～600埃。
本发明提供一种金属-绝缘-金属型电容器的形成方法，包括下列步骤：在半导体衬底上依次形成第一金属层和第三金属层；进行退火工艺，第三金属层成分立金属颗粒，与第一金属层构成第一电极；在分立金属颗粒及分立金属颗粒间的第一金属层上形成绝缘介质层；在绝缘介质层上形成第二金属层，作为第二电极。
可选的，形成所述分立金属颗粒进一步包括：对第三金属层在氮气气氛中、在500℃至600℃下进行退火2分钟至7分钟，形成所述分立金属颗粒直径为100埃至300埃。
可选的，形成第三金属层的方法为化学气相沉积法或物理气相沉积法。所述第三金属层的材料为铜或钛或金或银，厚度为80埃～120埃。形成第一金属层的方法为化学气相沉积法或物理气相沉积法。所述第一金属层的材料为氮化钛，厚度为250埃～350埃。所述第三金属层的熔点比第一金属层的熔点低。
本发明提供一种存储器单元的形成方法，包括下列步骤：在半导体衬底上依次形成栅介质层、栅极结构、半导体衬底中的栅极结构两侧的源极和漏极，构成MOS晶体管；在整个半导体衬底上及MOS晶体管上形成第一层间介电层；在第一层间介电层和栅介质层中对着MOS晶体管的源极或者漏极位置形成通孔；在通孔中填入导电层至与第一层间介电层相平；在第一层间介电层上形成第二层间介电层，在对着第一层间介电层中的通孔位置形成第一开口，所述第一开口暴露出第一层间介电层的通孔；在第一开口内侧依次形成第一金属层和第三金属层；进行退火工艺，第三金属层成分立金属颗粒，与第一金属层构成第一电极；在分立金属颗粒及分立金属颗粒间的第一金属层上形成绝缘介质层；在绝缘介质层上形成第二金属层，作为第二电极。
可选的，形成所述分立金属颗粒进一步包括：对第三金属层在氮气气氛中、在500℃至600℃下进行退火2分钟至7分钟，形成所述分立金属颗粒直径为100埃至300埃。
可选的，形成第三金属层的方法为化学气相沉积法或物理气相沉积法。所述第三金属层的材料为铜或钛或金或银，厚度为80埃～120埃。形成第一金属层的方法为化学气相沉积法或物理气相沉积法。所述第一金属层的材料为氮化钛，厚度为250埃～350埃。所述第三金属层的熔点比第一金属层的熔点低。
本发明提供一种金属-绝缘-金属型电容器的形成方法，包括下列步骤：在半导体衬底上形成第一金属层；在第一金属层上形成离散的金属原子颗粒；对金属原子颗粒进行退火，形成分立金属颗粒，与第一金属层作为第一电极；在分立金属颗粒及分立金属颗粒间的第一金属层上形成绝缘介质层；在绝缘介质层上形成第二金属层，作为第二电极。
可选的，形成离散的金属原子颗粒的方法为原子层沉积法。
可选的，所述分立金属颗粒的材料为铜或钛或金或银，直径为100埃至300埃。
可选的，形成第一金属层的方法为化学气相沉积法或物理气相沉积法。所述第一金属层的材料为氮化钛，厚度为250埃～350埃。
本发明提供一种存储器单元的形成方法，包括下列步骤：在半导体衬底上依次形成栅介质层、栅极结构、半导体衬底中的栅极结构两侧的源极和漏极，构成MOS晶体管；在整个半导体衬底上及MOS晶体管上形成第一层间介电层；在第一层间介电层和栅介质层中对着MOS晶体管的源极或者漏极位置形成通孔；在通孔中填入导电层至与第一层间介电层相平；在第一层间介电层上形成第二层间介电层，在对着第一层间介电层中的通孔位置形成第一开口，所述第一开口暴露出第一层间介电层的通孔；在第一开口内侧依次形成第一金属层和离散的金属原子颗粒；对金属原子颗粒进行退火，形成分立金属颗粒，与第一金属层作为第一电极；在分立金属颗粒及分立金属颗粒间的第一金属层上形成绝缘介质层；在绝缘介质层上形成第二金属层，作为第二电极。
可选的，形成离散的金属原子颗粒的方法为原子层沉积法。
可选的，所述分立金属颗粒的材料为铜或钛或金或银，直径为100埃至300埃。
可选的，形成第一金属层的方法为化学气相沉积法或物理气相沉积法。所述第一金属层的材料为氮化钛，厚度为250埃～350埃。
本发明提供一种金属-绝缘-金属型电容器，包括：依次位于半导体衬底上的第一电极、绝缘介质层和第二电极，所述第一电极包括第一金属层和位于第一金属层上的分立金属颗粒，所述绝缘介质层位于分立金属颗粒及分立金属颗粒间的第一金属层上。
可选的，所述分立金属颗粒的材料为铜或钛或金或银。所述分立金属颗粒的直径为100埃至300埃。
本发明提供一种存储器单元，包括：形成于半导体衬底上的由栅介质层、栅极结构、形成于半导体衬底中的栅极结构两侧的源极和漏极构成的MOS晶体管和第一层间介电层；第一层间介电层中对着MOS晶体管的源极或者漏极位置形成的通孔；通孔中填充的导电层且与第一层间介电层相平；位于第一层间介电层上的第二层间介电层，第二层间介电层中的对着第一层间介电层中的通孔位置形成的第一开口，所述第一开口暴露出第一层间介电层的通孔和导电层；第一开口内侧依次形成的第一电极、绝缘介质层和第二电极，所述第一电极包括第一金属层和位于第一金属层上的分立金属颗粒，所述绝缘介质层位于分立金属颗粒及分立金属颗粒间的第一金属层上。
可选的，所述分立金属颗粒的材料为铜或钛或金或银。所述分立金属颗粒的直径为100埃至300埃。
与现有技术相比，以上方案具有以下优点：第一电极包括第一金属层和位于第一金属层上的分立金属颗粒，分立金属颗粒可以增大金属-绝缘-金属型电容器第一电极的表面积，即使在芯片尺寸不断缩小，金属-绝缘-金属型电容器的电容量也不会减小。
附图说明
图1至图5是现有制作存储器单元的示意图；
图6是本发明形成金属-绝缘-金属型电容器的第一实施例流程图；
图7至图10是本发明形成金属-绝缘-金属型电容器的第一实施例示意图；
图11是本发明形成带有金属-绝缘-金属型电容器的存储器单元的第一实施例流程图；
图12至图18是本发明形成带有金属-绝缘-金属型电容器的存储器单元的第一实施例示意图；
图19是本发明形成金属-绝缘-金属型电容器的第二实施例流程图；
图20至图23是本发明形成金属-绝缘-金属型电容器的第二实施例示意图；
图24是本发明形成带有金属-绝缘-金属型电容器的存储器单元的第二实施例流程图；
图25至图31是本发明形成带有金属-绝缘-金属型电容器的存储器单元的第二实施例示意图；
图32是本发明形成金属-绝缘-金属型电容器的第三实施例流程图；
图33至图36是本发明形成金属-绝缘-金属型电容器的第三实施例示意图；
图37是本发明形成带有金属-绝缘-金属型电容器的存储器单元的第三实施例流程图；
图38至图44是本发明形成带有金属-绝缘-金属型电容器的存储器单元的第三实施例示意图。
具体实施方式
本发明第一电极包括第一金属层和位于第一金属层上的分立金属颗粒，分立金属颗粒可以增大金属-绝缘-金属型电容器第一电极的表面积，即使在芯片尺寸不断缩小，金属-绝缘-金属型电容器的电容量也不会减小。
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明提供一种金属-绝缘-金属型电容器，包括：依次位于半导体衬底上的第一电极、绝缘介质层和第二电极，所述第一电极包括第一金属层和位于第一金属层上的分立金属颗粒，所述绝缘介质层位于分立金属颗粒及分立金属颗粒间的第一金属层上。
本发明提供一种存储器单元，包括：形成于半导体衬底上的由栅介质层、栅极结构、形成于半导体衬底中的栅极结构两侧的源极和漏极构成的MOS晶体管和第一层间介电层；第一层间介电层中对着MOS晶体管的源极或者漏极位置形成的通孔；通孔中填充的导电层且与第一层间介电层相平；位于第一层间介电层上的第二层间介电层，第二层间介电层中的对着第一层间介电层中的通孔位置形成的第一开口，所述第一开口暴露出第一层间介电层的通孔和导电层；第一开口内侧依次形成的第一电极、绝缘介质层和第二电极，所述第一电极包括第一金属层和位于第一金属层上的分立金属颗粒，所述绝缘介质层位于分立金属颗粒及分立金属颗粒间的第一金属层上。
实施例一
本实施例提供一种形成金属-绝缘-金属型电容器的方法，参考附图6所示的工艺流程图，包括如下步骤：执行步骤S101，在半导体衬底上形成第一金属层；执行步骤S102，对第一金属层进行退火，形成带有分立金属颗粒的第一金属层，作为第一电极；执行步骤S103，在分立金属颗粒及分立金属颗粒间的第一金属层上形成绝缘介质层；执行步骤S104，在绝缘介质层上形成第二金属层，作为第二电极。
图7至图10是本发明形成金属-绝缘-金属型电容器的第一实施例示意图。参照图7，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100为带有导电层和介电层的衬底，本发明仅以一空白半导体衬底100为例。
在半导体衬底100上沉积厚度为400埃～600埃的第一金属层102，具体厚度例如400埃、420埃、440埃、460埃、480埃、500埃、520埃、540埃、560埃、580埃或600埃等；所述第一金属层102的材料为铜或钛或金或银，沉积方法为公知的化学气相沉积法或物理气相沉积法等。
参考图8，将带有第一金属层102的半导体衬底100放入退火炉中，第一金属层102经过退火后，形成连续第一金属层102a和位于连续第一金属层102a上的分立金属颗粒102b，作为电容器的第一电极；所述连续第一金属层102a厚度为250埃～350埃，具体厚度例如250埃、270埃、290埃、310埃、330埃或350埃等，本实施例优选300埃；所述分立金属颗粒102b可以是球形、半球形、1/4球形或3/4球形等，直径为100埃～300埃，具体直径例如100埃、120埃、140埃、160埃、180埃、200埃、220埃、240埃、260埃、280埃或300埃等；所述形成分立金属颗粒102b目的为增大电容器第一电极与后续形成的电容器第二电极之间的接触面积，增大电容器的电容量。
本实施例中，在氮气气氛中，在500℃至600℃下进行退火2分钟至7分钟，具体退火温度为500℃、520℃、540℃、560℃、580℃或600℃等，退火时间具体为2分钟、3分钟、4分钟、5分钟、6分钟或7分钟，退火后形成连续第一金属层102a和分立金属颗粒102b。
如图9所示，用化学气相沉积法或物理气相沉积法在分立金属颗粒102b及分立金属颗粒102b间的连续第一金属层102a上沉积厚度为40埃～60埃的绝缘介质层104，用于电容器电极间的隔离，所述绝缘介质层104的材料可以是氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化钽或氧化镐等。
本实施例中，绝缘介质层104的厚度具体为40埃、42埃、44埃、46埃、48埃、50埃、52埃、54埃、56埃、58埃或60埃等，优选50埃。
参照图10，在绝缘介质层104上形成厚度为250埃～350埃的第二金属层106，作为电容器的第二电极，所述第二金属层106的材料为氮化钛或钌等，形成第二金属层106的方法为化学气相沉积法或物理气相沉积法。
本实施例中，第二金属层106的具体厚度例如250埃、270埃、290埃、310埃、330埃或350埃等，优选300埃。
基于上述工艺实施后，形成本发明的电容器，所述电容器包括：依次位于半导体衬底100上的连续第一金属层102a和位于连续第一金属层102a上的分立金属颗粒102b，作为电容器的第一电极；位于分立金属颗粒102b及分立金属颗粒间的连续第一金属层102a上的绝缘介质层104；位于绝缘介质层104上的第二金属层106，作为电容器的第二电极。
本实施例还提供一种带有金属-绝缘-金属型电容器的存储器单元的形成方法，参考附图11所示的工艺流程图，包括如下步骤：执行步骤S201，在半导体衬底上依次形成栅介质层、栅极结构、半导体衬底中的栅极结构两侧的源极和漏极，构成MOS晶体管；执行步骤S202，在整个半导体衬底上及MOS晶体管上形成第一层间介电层；执行步骤S203，在第一层间介电层和栅介质层中对着MOS晶体管的源极或者漏极位置形成通孔；执行步骤S204，在通孔中填入导电层至与第一层间介电层相平；执行步骤S205，在第一层间介电层上形成第二层间介电层，在对着第一层间介电层中的通孔位置形成第一开口，所述第一开口暴露出第一层间介电层的通孔；执行步骤S206，在第一开口内侧形成第一金属层；执行步骤S207，对第一金属层进行退火，形成带有分立金属颗粒的第一金属层，作为第一电极；执行步骤S208，在分立金属颗粒及分立金属颗粒间的第一金属层上形成绝缘介质层；执行步骤S209，在绝缘介质层上形成第二金属层，作为第二电极。
图12至图18是本发明形成带有金属-绝缘-金属型电容器的存储器单元的第一实施例示意图。参照图12，提供半导体衬底200，在半导体衬底200上依次形成隔离沟槽202、栅介质层203、栅极结构204、位于半导体衬底200中的栅极结构204两侧的源极206a和漏极206b构成的MOS晶体管。所述栅介质层203为由氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或者它们的组合构成，作为本发明一个实施方式，所述栅介质层203为氧化硅。所述栅极结构204包括多晶硅层、硅化物层和难熔金属层，所述硅化钨层和难熔金属层为降低栅极和引出电极之间的接触电阻。所述MOS晶体管还包括位于栅极结构204两侧的侧墙205，形成所述MOS晶体管为本技术领域人员公知技术。
在整个半导体衬底200上及MOS晶体管上形成第一层间介电层207，所述第一层间介电层207用于半导体器件的纵向隔离。所述第一层间介电层207可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、加氟的硅酸盐玻璃层(FSG)、氢化硅倍半氧化物(HSQ)、以及掺碳的氧化硅(CoralTM，Black Diamond)等无机材料或者象聚芳香烯醚(Flare)、芳香族碳氢化合物(SILK)以及二甲苯塑料等有机材料或者它们的组合。作为本发明的一个实施方式，采用氧化硅作为第一层间介电层207。所述形成第一层间介电层207为本技术领域人员公知技术。
参照图13，在第一层间介电层207和栅介质层203中对着MOS晶体管的源极206a或者漏极206b位置形成通孔207a，作为本发明的一个实施方式，在对着MOS晶体管的源极206a位置形成通孔207a，所述通孔207a暴露出源极206a。
参照图14，在通孔207a中填入导电层208至与第一层间介电层207相平，所述导电层208可以为金属铝、钨、铝铜合金或者掺杂多晶硅等，所述本发明的一个实施方式，所述导电层208为金属钨。所述导电层208与MOS晶体管的源极206a相电连接。
参照图15，在第一层间介电层207上形成第二层间介电层209，在对着第一层间介电层207中的通孔207a位置形成第一开口209a，所述第一开口209a暴露出第一层间介电层207的通孔207a及通孔207a中填充的导电层208。所述第二层间介电层209可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、加氟的硅酸盐玻璃层(FSG)、氢化硅倍半氧化物(HSQ)、以及掺碳的氧化硅(CoralTM，BlackDiamond)等无机材料或者象聚芳香烯醚(Flare)、芳香族碳氢化合物(SILK)以及二甲苯塑料等有机材料或者它们的组合。作为本发明的一个实施方式，采用氧化硅作为第二层间介电层209。所述形成第一开口209a为本领域技术人员公知技术。
参照图16，在第一开口209a内侧沉积厚度为400埃～600埃的第一金属层210，具体厚度例如400埃、420埃、440埃、460埃、480埃、500埃、520埃、540埃、560埃、580埃或600埃等；所述第一金属层210的材料为铜或钛或金或银，沉积方法为公知的化学气相沉积法或物理气相沉积法等；将半导体衬底200放入退火炉中，第一金属层210经过退火后，形成连续第一金属层210a和位于连续第一金属层210a上的分立金属颗粒层210b，作为电容器的第一电极，所述连续第一金属层210a厚度为250埃～350埃，具体厚度例如250埃、270埃、290埃、310埃、330埃或350埃等，本实施例优选300埃；分立金属颗粒210b的形状为球形、半球形、1/4球形或3/4球形等，直径为100埃～300埃，具体厚度例如100埃、120埃、140埃、160埃、180埃、200埃、220埃、240埃、260埃、280埃或300埃等。
其中，连续第一金属层210a通过通孔207a中填充的导电层208与MOS晶体管的源极206a相电连接；所述形成分立金属颗粒210b目的为增大电容器第一电极与后续形成的电容器第二电极之间的接触面积，增大电容器的电容量。
本实施例中，在氮气气氛中，在500℃至600℃下进行退火2分钟至7分钟，具体退火温度为500℃、520℃、540℃、560℃、580℃或600℃等，退火时间具体为2分钟、3分钟、4分钟、5分钟、6分钟或7分钟，退火后形成连续第一金属层210a和分立金属颗粒210b。
参照图17，在第一开口209a内的分立金属颗粒210b、分立金属颗粒210b间的连续第一金属层210a以及第一开口209a以外区域的第二层间介电层209上的形成厚度为40埃～60埃的绝缘介质层211，用于电容器电极间的隔离，所述绝缘介质层211位于分立金属颗粒210b的表面，二者接触面积较大，形成所述绝缘介质层211的方法为公知的技术，具体为化学气相沉积法或物理气相沉积法等。
其中，绝缘介质层211的具体厚度为40埃、42埃、44埃、46埃、48埃、50埃、52埃、54埃、56埃、58埃或60埃等，优选50埃；所述绝缘介质211的材料可以是氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化钽或氧化镐等。
参照图18，在绝缘介质层211上形成厚度为250埃～350埃的第二金属层212，作为电容器的第二电极，形成第二金属层212的方法为公知的化学气相沉积法或物理气相沉积法等。
本实施例中，第二金属层212的具体厚度例如250埃、270埃、290埃、310埃、330埃或350埃等，优选300埃；第二金属层212的材料为氮化钛或钌等。
基于上述工艺实施后，形成本实施例的存储器单元，包括：半导体衬底200上依次形成的由栅介质层203、栅极结构204、源极206a和漏极206b构成的MOS晶体管和第一层间介电层207；在第一层间介电层207中对着MOS晶体管的源极206a位置形成的通孔207a；在通孔207a中填充的导电层208且与第一层间介电层207相平；位于第一层间介电层207上的第二层间介电层209，第二层间介电层209中对着第一层间介电层中的通孔位置形成的第一开口209a，所述第一开口209a暴露出第一层间介电层207的通孔207a和导电层208；第一开口209a内形成的作为电容器第一电极的连续第一金属层210a和位于连续第一金属层210a上的分立金属颗粒210b，连续第一金属层210a通过通孔207a中填充的导电层208与MOS晶体管的源极206a相电连接；于分立金属颗粒210b及分立金属颗粒210b间的连续第一金属层210a上依次形成有绝缘介质层211以及作为电容器第二电极的第二金属层212。
实施例二
本实施例提供一种形成金属-绝缘-金属型电容器的方法，参考附图19所示的工艺流程图，包括如下步骤：执行步骤S301，在半导体衬底上依次形成第一金属层和第三金属层；执行步骤S302，进行退火工艺，第三金属层成分立金属颗粒，与第一金属层构成第一电极；执行步骤S303在分立金属颗粒及分立金属颗粒间的第一金属层上形成绝缘介质层；执行步骤S304，在绝缘介质层上形成第二金属层，作为第二电极。
图20至图23是本发明形成金属-绝缘-金属型电容器的第二实施例示意图。参照图20，提供半导体衬底300，所述半导体衬底300为带有导电层和介电层的衬底，本发明仅以一空白半导体衬底300为例。
在半导体衬底300上沉积厚度为250埃～350埃的第一金属层301，沉积方法为公知的化学气相沉积法或物理气相沉积法等；于第一金属层301上沉积厚度为80埃～120埃的第三金属层302，沉积方法为公知的化学气相沉积法或物理气相沉积法等。
本实施例中，所述第一金属层301的具体要求厚度为250埃、270埃、290埃、310埃、330埃或350埃等，优选300埃；第一金属层301的材料为氮化钛；所述第三金属层302的材料为铜、钛、金或银等；其中，第三金属层302的具体厚度例如80埃、90埃、100埃、110埃或120埃等。
第三金属层302的熔点比第一金属层301的熔点低；作为一实施例，第三金属层302用的材料为金，熔点为1064℃，第一金属层301用的材料为氮化钛，熔点为2930℃。
参考图21，将带有第一金属层301和第三金属层302的半导体衬底300放入退火炉中，由于第三金属层302的熔点比第一金属层301的熔点低，因此，第三金属层302经过退火后，形成分立金属颗粒302a，而第一金属层301仍为连续金属层，分立金属颗粒302a与第一金属层301作为电容器的第一电极，分立金属颗粒302a的形状为球形、半球形、1/4球形或3/4球形等，直径为100埃～300埃，具体直径例如100埃、120埃、140埃、160埃、180埃、200埃、220埃、240埃、260埃、280埃或300埃等。所述形成分立金属颗粒302a目的为增大电容器第一电极与后续形成的电容器第二电极之间的接触面积，增大电容器的电容。
本实施例中，在氮气气氛中，在500℃至600℃下进行退火2分钟至7分钟，具体退火温度为500℃、520℃、540℃、560℃、580℃或600℃等，退火时间具体为2分钟、3分钟、4分钟、5分钟、6分钟或7分钟，退火后形成分立金属颗粒302a。
如图22所示，用化学气相沉积法或物理气相沉积法在分立金属颗粒302a及分立金属颗粒302a间的第一金属层301上沉积厚度为40埃～60埃的绝缘介质层304，用于电容器电极间的隔离。
本实施例中，绝缘介质层304的具体厚度为40埃、42埃、44埃、46埃、48埃、50埃、52埃、54埃、56埃、58埃或60埃等，优选50埃；所述绝缘介质304的材料可以是氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化钽或氧化镐等。
参照图23，在绝缘介质层304上形成厚度为250埃～350埃的第二金属层306，作为电容器的第二电极，形成第二金属层306的方法为化学气相沉积法或物理气相沉积法。
本实施例中，第二金属层306的具体厚度例如250埃、270埃、290埃、310埃、330埃或350埃等，优选300埃；第二金属层306的材料为氮化钛或钌等。
基于上述工艺实施后，形成本发明的电容器，所述电容器包括：依次位于半导体衬底300上的第一金属层301和位于第一金属层301上的分立金属颗粒302a，作为电容器的第一电极；位于分立金属颗粒302a及分立金属颗粒302a间的第一金属层301上的绝缘介质层304；位于绝缘介质层304上的第二金属层306，作为电容器的第二电极。
本实施例还提供一种带有金属-绝缘-金属型电容器的存储器单元的形成方法，参考附图24所示的工艺流程图，包括如下步骤：执行步骤S401，在半导体衬底上依次形成栅介质层、栅极结构、半导体衬底中的栅极结构两侧的源极和漏极，构成MOS晶体管；执行步骤S402，在整个半导体衬底上及MOS晶体管上形成第一层间介电层；执行步骤S403，在第一层间介电层和栅介质层中对着MOS晶体管的源极或者漏极位置形成通孔；执行步骤S404，在通孔中填入导电层至与第一层间介电层相平；执行步骤S405，在第一层间介电层上形成第二层间介电层，在对着第一层间介电层中的通孔位置形成第一开口，所述第一开口暴露出第一层间介电层的通孔；执行步骤S406，在第一开口内侧依次形成第一金属层和第三金属层；执行步骤S407，进行退火工艺，第三金属层成分立金属颗粒，与第一金属层构成第一电极；执行步骤S408，在分立金属颗粒及分立金属颗粒间的第一金属层上形成绝缘介质层；执行步骤S409，在绝缘介质层上形成第二金属层，作为第二电极。
图25至图31是本发明形成带有金属-绝缘-金属型电容器的存储器单元的第二实施例示意图。参照图25，提供半导体衬底400，在半导体衬底400上依次形成隔离沟槽402、栅介质层403、栅极结构404、位于半导体衬底400中的栅极结构404两侧的源极406a和漏极406b构成的MOS晶体管。所述栅介质层403为由氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或者它们的组合构成，作为本发明一个实施方式，所述栅介质层403为氧化硅。所述栅极结构404包括多晶硅层、硅化物层和难熔金属层，所述硅化钨层和难熔金属层为降低栅极和引出电极之间的接触电阻。所述MOS晶体管还包括位于栅极结构404两侧的侧墙405。形成所述MOS晶体管为本技术领域人员公知技术。
在整个半导体衬底400上及MOS晶体管上形成第一层间介电层407，所述第一层间介电层407用于半导体器件的纵向隔离。所述第一层间介电层407可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、加氟的硅酸盐玻璃层(FSG)、氢化硅倍半氧化物(HSQ)、以及掺碳的氧化硅(CoralTM，Black Diamond)等无机材料或者象聚芳香烯醚(Flare)、芳香族碳氢化合物(SILK)以及二甲苯塑料等有机材料或者它们的组合。作为本发明的一个实施方式，采用氧化硅作为第一层间介电层407。所述形成第一层间介电层407为本技术领域人员公知技术。
参照图26，在第一层间介电层407和栅介质层403中对着MOS晶体管的源极406a或者漏极406b位置形成通孔407a，作为本发明的一个实施方式，在对着MOS晶体管的源极406a位置形成通孔407a，所述通孔407a暴露出源极406a。
参照图27，在通孔407a中填入导电层408至与第一层间介电层407相平，所述导电层408可以为金属铝、钨、铝铜合金或者掺杂多晶硅等，所述本发明的一个实施方式，所述导电层408为金属钨。所述导电层408与MOS晶体管的源极406a相电连接。
参照图28，在第一层间介电层407上形成第二层间介电层409，在对着第一层间介电层407中的通孔407a位置形成第一开口409a，所述第一开口409a暴露出第一层间介电层407的通孔407a及通孔407a中填充的导电层408。所述第二层间介电层409可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、加氟的硅酸盐玻璃层(FSG)、氢化硅倍半氧化物(HSQ)、以及掺碳的氧化硅(CoralTM，BlackDiamond)等无机材料或者象聚芳香烯醚(Flare)、芳香族碳氢化合物(SILK)以及二甲苯塑料等有机材料或者它们的组合。作为本发明的一个实施方式，采用氧化硅作为第二层间介电层409。所述形成第一开口409a为本领域技术人员公知技术。
参照图29，在第一开口409a内侧沉积厚度为250埃～350埃的第一金属层410，沉积方法为公知的化学气相沉积法或物理气相沉积法等；在第一金属层上沉积厚度为80埃～120埃的第三金属层413，沉积方法为公知的化学气相沉积法或物理气相沉积法等。
本实施例中，所述第一金属层410的具体要求厚度为250埃、270埃、290埃、310埃、330埃或350埃等，优选300埃；第一金属层410的材料为氮化钛；所述第三金属层413的材料为铜、钛、金或银等；其中，第三金属层413的具体厚度例如80埃、90埃、100埃、110埃或120埃等。
第三金属层413的熔点比第一金属层410的熔点低；作为一实施例，第三金属层302用的材料为金，熔点为1064℃，第一金属层301用的材料为氮化钛，熔点为2930℃。
参照图30，将半导体衬底400放入退火炉中，由于第三金属层413的熔点比第一金属层410的熔点低，因此，第三金属层413经过退火后，形成分立金属颗粒413a，而第一金属层410仍为连续金属层，第一金属层410与分立金属颗粒413a构成电容器的第一电极，所述分立金属颗粒413a可以是球形、半球形、1/4球形或3/4球形等，直径为100埃～300埃，具体厚度例如100埃、120埃、140埃、160埃、180埃、200埃、220埃、240埃、260埃、280埃或300埃等；其中，第一金属层410通过通孔407a中填充的导电层408与MOS晶体管的源极406a相电连接；所述形成分立金属颗粒413a目的为增大电容器第一电极与后续形成的电容器第二电极之间的接触面积，增大电容器的电容。
在第一开口409a内的分立金属颗粒413a上以及第二层间介电层409上的第一开口409a以外区域用化学气相沉积法或物理气相沉积法形成厚度为40埃～60埃的绝缘介质层411，用于电容器电极间的隔离，所述绝缘介质层411位于分立金属颗粒413a的表面，二者接触面积较大，形成所述绝缘介质层411的方法为公知的技术，具体为化学气相沉积法或物理气相沉积法等。
本实施例中，在氮气气氛中，在500℃至600℃下进行退火2分钟至7分钟，具体退火温度为500℃、520℃、540℃、560℃、580℃或600℃等，退火时间具体为2分钟、3分钟、4分钟、5分钟、6分钟或7分钟，退火后形成分立金属颗粒413a。
本实施例中，绝缘介质层411的具体厚度为40埃、42埃、44埃、46埃、48埃、50埃、52埃、54埃、56埃、58埃或60埃等，优选50埃；所述绝缘介质411的材料可以是氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化钽或氧化镐等。
参照图31，在绝缘介质层411上形成厚度为250埃～350埃的第二金属层412，作为电容器的第二电极，形成第二金属层412的方法为公知的化学气相沉积法或物理气相沉积法等。
本实施例中，第二金属层412的具体厚度例如250埃、270埃、290埃、310埃、330埃或350埃等，优选300埃；第二金属层412的材料为氮化钛或钌等。
基于上述工艺实施后，形成本发明的存储器单元，包括：半导体衬底400上依次形成的由栅介质层403、栅极结构404、源极406a和漏极406b构成的MOS晶体管和第一层间介电层407；在第一层间介电层407中对着MOS晶体管的源极406a位置形成的通孔407a；在通孔407a中填充的导电层408且与第一层间介电层407相平；位于第一层间介电层407上的第二层间介电层409，第二层间介电层409中对着第一层间介电层中的通孔位置形成的第一开口409a，所述第一开口409a暴露出第一层间介电层407的通孔407a和导电层408；第一开口409a内形成的作为电容器第一电极的第一金属层410和分立金属颗粒413a，第一金属层410通过通孔407a中填充的导电层408与MOS晶体管的源极406a相电连接；于分立金属颗粒413a和分立金属颗粒413a间的第一金属层410上依次形成有绝缘介质层411以及作为电容器第二电极的第二金属层412。
实施例三
本实施例提供一种形成金属-绝缘-金属型电容器的方法，参考附图32所示的工艺流程图，包括如下步骤：执行步骤S501，在半导体衬底上形成第一金属层；执行步骤S502，在第一金属层上形成离散的金属原子颗粒；执行步骤S503对金属原子颗粒进行退火，形成分立金属颗粒，与第一金属层作为第一电极；执行步骤S504在分立金属颗粒及分立金属颗粒间的第一金属层上形成绝缘介质层；执行步骤S505，在绝缘介质层上形成第二金属层，作为第二电极。
图33至图36是本发明形成金属-绝缘-金属型电容器的第三实施例示意图。参照图33，提供半导体衬底500，所述半导体衬底500为带有导电层和介电层的衬底，本发明仅以一空白半导体衬底500为例。
在半导体衬底500上沉积厚度为250埃～350埃的第一金属层501，沉积方法为公知的化学气相沉积法或物理气相沉积法等；用原子层沉积法于第一金属层501上沉积金属原子颗粒502。
本实施例中，所述第一金属层501的具体要求厚度为250埃、270埃、290埃、310埃、330埃或350埃等，优选300埃；第一金属层501的材料为氮化钛；所述金属原子颗粒502的材料为铜、钛、金或银等。
所述原子层沉积法为，第一前体气体流向原子层沉积室内的半导体衬底500，第一前体气体与第一金属层501之间发生物理或者化学吸附，在第一金属层501上形成离散的金属原子颗粒502，由于第一前体气体原子之间的互相吸附作用，在与第一金属层501直接接触的金属原子颗粒502上还吸附有金属原子颗粒502的原子。
为使第一前体气体在第一金属层501上形成离散的金属原子颗粒502，应该控制第一前体气体流向原子层沉积室内的具体工艺条件，对第一前体气体在第一金属层501上的离散分布起作用的是第一前体气体流向原子层沉积室内的气体流量、流入时间、流入温度、压力等。
其中，对实现离散分布起决定作用的工艺在于第一前体气体流入沉积室内的流量和流入时间，在本发明的实施例中，为了实现第一前体气体在第一金属层501上形成离散的金属原子颗粒502，应该在现有技术形成密集的金属原子颗粒502的工艺基础上，降低第一前体气体在原子层沉积室内的流量以及流入时间，在第一金属层501上吸附的第一前体气体形成密集分布之前，停止第一前体气体的流入，即可形成离散分布的金属原子颗粒502。在本实施例更加优选的实施方式中，可以较大的降低第一前体气体在原子层沉积室内的流量，而适当的提高第一前体气体在原子层沉积室内的流入时间，以提高工艺的可控制性。
本实施例中，通过控制第一前体气体在原子层沉积室内的流量以及流入时间，可以控制形成金属原子颗粒502的第一前体气体在第一金属层501上的分布密度。
接着，惰性吹扫气流向在原子层沉积室内的第一金属层501，去除没有在第一金属层501上形成金属原子颗粒502的第一前体气体。本步骤中，不仅可以去除原子层沉积室内没有吸附在第一金属层501上的第一前体气体，还可以去除与第一金属层501直接接触的第一前体气体上吸附的第一前体气体，只留下与第一金属层501直接接触的第一前体气体，在第一金属层501上形成金属原子颗粒502的第一前体原子。所述的惰性气体例如He，Ne，Ar等气体。
惰性气体吹扫之后，所述的第一金属层501上形成呈单原子状态离散分布的、均匀或者不均匀分布的金属原子颗粒502。
参考图34，将带有第一金属层501和金属原子颗粒502的半导体衬底500放入退火炉中，金属原子颗粒502经过退火后，形成分立金属颗粒502a，分立金属颗粒502a与第一金属层501作为电容器的第一电极，分立金属颗粒502a可以是球形、半球形、1/4球形或3/4球形等，直径为100埃～300埃，具体直径例如100埃、120埃、140埃、160埃、180埃、200埃、220埃、240埃、260埃、280埃或300埃等，所述形成分立金属颗粒502a目的为增大电容器第一电极与后续形成的电容器第二电极之间的接触面积，增大电容器的电容。
本实施例中，在氮气气氛中，在500℃至800℃下进行退火2分钟至7分钟，具体退火温度为500℃、520℃、540℃、560℃、580℃或600℃等，退火时间具体为2分钟、3分钟、4分钟、5分钟、6分钟或7分钟，退火后形成分立金属颗粒502a。
如图35所示，用化学气相沉积法或物理气相沉积法在分立金属颗粒502a及分立金属颗粒502a间的第一金属层501上沉积厚度为40埃～60埃的绝缘介质层504，用于电容器电极间的隔离。
本实施例中，绝缘介质层504的具体厚度为40埃、42埃、44埃、46埃、48埃、50埃、52埃、54埃、56埃、58埃或60埃等，优选50埃；所述绝缘介质504的材料可以是氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化钽或氧化镐等。
参照图36，在绝缘介质层504上形成厚度为250埃～350埃的第二金属层506，作为电容器的第二电极，形成第二金属层506的方法为化学气相沉积法或物理气相沉积法。
本实施例中，第二金属层506的具体厚度例如250埃、270埃、290埃、310埃、330埃或350埃等，优选300埃；第二金属层506的材料为氮化钛或钌等。
基于上述工艺实施后，形成本发明的电容器，所述电容器包括：依次位于半导体衬底500上的第一金属层501和位于第一金属层501上的分立金属颗粒502a，作为电容器的第一电极；位于分立金属颗粒502a及分立金属颗粒502a间的第一金属层501上的绝缘介质层504；位于绝缘介质层504上的第二金属层506，作为电容器的第二电极。
本实施例还提供一种带有金属-绝缘-金属型电容器的存储器单元的形成方法，参考附图37所示的工艺流程图，包括如下步骤：执行步骤S601，在半导体衬底上依次形成栅介质层、栅极结构、半导体衬底中的栅极结构两侧的源极和漏极，构成MOS晶体管；执行步骤S602，在整个半导体衬底上及MOS晶体管上形成第一层间介电层；执行步骤S603，在第一层间介电层和栅介质层中对着MOS晶体管的源极或者漏极位置形成通孔；执行步骤S604，在通孔中填入导电层至与第一层间介电层相平；执行步骤S605，在第一层间介电层上形成第二层间介电层，在对着第一层间介电层中的通孔位置形成第一开口，所述第一开口暴露出第一层间介电层的通孔；执行步骤S606，在第一开口内侧依次形成第一金属层和离散的金属原子颗粒；执行步骤S607，对金属原子颗粒进行退火，形成分立金属颗粒，与第一金属层作为第一电极；执行步骤S608，在分立金属颗粒及分立金属颗粒间的第一金属层上形成绝缘介质层；执行步骤S609，在绝缘介质层上形成第二金属层，作为第二电极。
图38至图44是本发明形成带有金属-绝缘-金属型电容器的存储器单元的第三实施例示意图。参照图38，提供半导体衬底600，在半导体衬底600上依次形成隔离沟槽602、栅介质层603、栅极结构604、位于半导体衬底600中的栅极结构404两侧的源极406a和漏极406b构成的MOS晶体管。所述栅介质层603为由氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或者它们的组合构成，作为本发明一个实施方式，所述栅介质层603为氧化硅。所述栅极结构604包括多晶硅层、硅化物层和难熔金属层，所述硅化钨层和难熔金属层为降低栅极和引出电极之间的接触电阻。所述MOS晶体管还包括位于栅极结构604两侧的侧墙605。形成所述MOS晶体管为本技术领域人员公知技术。
在整个半导体衬底600上及MOS晶体管上形成第一层间介电层607，所述第一层间介电层607用于半导体器件的纵向隔离。所述第一层间介电层607可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、加氟的硅酸盐玻璃层(FSG)、氢化硅倍半氧化物(HSQ)、以及掺碳的氧化硅(CoralTM，Black Diamond)等无机材料或者象聚芳香烯醚(Flare)、芳香族碳氢化合物(SILK)以及二甲苯塑料等有机材料或者它们的组合。作为本发明的一个实施方式，采用氧化硅作为第一层间介电层607。所述形成第一层间介电层607为本技术领域人员公知技术。
参照图39，在第一层间介电层607和栅介质层603中对着MOS晶体管的源极606a或者漏极606b位置形成通孔607a，作为本发明的一个实施方式，在对着MOS晶体管的源极606a位置形成通孔607a，所述通孔607a暴露出源极606a。
参照图40，在通孔607a中填入导电层608至与第一层间介电层607相平，所述导电层608可以为金属铝、钨、铝铜合金或者掺杂多晶硅等，所述本发明的一个实施方式，所述导电层608为金属钨；所述导电层608与MOS晶体管的源极606a相电连接。
参照图41，在第一层间介电层607上形成第二层间介电层609，在对着第一层间介电层607中的通孔607a位置形成第一开口609a，所述第一开口609a暴露出第一层间介电层607的通孔607a及通孔607a中填充的导电层608。所述第二层间介电层609可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、加氟的硅酸盐玻璃层(FSG)、氢化硅倍半氧化物(HSQ)、以及掺碳的氧化硅(CoralTM，Black Diamond)等无机材料或者象聚芳香烯醚(Flare)、芳香族碳氢化合物(SILK)以及二甲苯塑料等有机材料或者它们的组合。作为本发明的一个实施方式，采用氧化硅作为第二层间介电层609。所述形成第一开口609a为本领域技术人员公知技术。
参照图42，在第一开口609a内侧沉积厚度为250埃～350埃的第一金属层610，沉积方法为公知的化学气相沉积法或物理气相沉积法等；用原子层沉积法于第一金属层610上沉积金属原子颗粒613。
本实施例中，所述第一金属层610的具体要求厚度为250埃、270埃、290埃、310埃、330埃或350埃等，优选300埃；第一金属层610的材料为氮化钛；所述金属原子颗粒613的材料为铜、钛、金或银等。
参照图43，将半导体衬底600放入退火炉中，金属原子颗粒613经过退火后，形成分立金属颗粒613a，分立金属颗粒613a与第一金属层610作为电容器的第一电极，分立金属颗粒613a可以是球形、半球形、1/4球形或3/4球形等，直径为100埃～300埃；所述形成分立金属颗粒613a目的为增大电容器第一电极与后续形成的电容器第二电极之间的接触面积，增大电容器的电容量。
在第一开口609a内的分立金属颗粒613a、分立金属颗粒613a间的第一金属层610以及第二层间介电层609上的第一开口609a以外区域形成厚度为40埃～60埃的绝缘介质层611，用于电容器电极间的隔离，所述绝缘介质层611位于分立金属颗粒613a的表面，二者接触面积较大，形成所述绝缘介质层611的方法为公知的技术，具体为化学气相沉积法或物理气相沉积法等。
本实施例中，在氮气气氛中，在500℃至600℃下进行退火2分钟至7分钟，具体退火温度为500℃、520℃、540℃、560℃、580℃或600℃等，退火时间具体为2分钟、3分钟、4分钟、5分钟、6分钟或7分钟，退火后形成分立金属颗粒613a。所述分立金属颗粒613a直径为具体例如100埃、120埃、140埃、160埃、180埃、200埃、220埃、240埃、260埃、280埃或300埃等。
本实施例中，绝缘介质层611的具体厚度为40埃、42埃、44埃、46埃、48埃、50埃、52埃、54埃、56埃、58埃或60埃等，优选50埃；所述绝缘介质611的材料可以是氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化钽或氧化镐等。
参照图44，在绝缘介质层611上形成厚度为250埃～350埃的第二金属层612，作为电容器的第二电极形成第二金属层612的方法为公知的化学气相沉积法或物理气相沉积法等。
本实施例中，第二金属层612的具体厚度例如250埃、270埃、290埃、310埃、330埃或350埃等，优选300埃；第二金属层612的材料为氮化钛或钌等。
基于上述工艺实施后，形成本发明的存储器单元，包括：半导体衬底600上依次形成的由栅介质层603、栅极结构604、源极606a和漏极606b构成的MOS晶体管和第一层间介电层607；在第一层间介电层607中对着MOS晶体管的源极606a位置形成的通孔607a；在通孔607a中填充的导电层608且与第一层间介电层607相平；位于第一层间介电层607上的第二层间介电层609，第二层间介电层609中对着第一层间介电层中的通孔位置形成的第一开口609a，所述第一开口609a暴露出第一层间介电层607的通孔607a和导电层608；第一开口609a内形成的作为电容器第一电极的第一金属层610和分立金属颗粒613a，第一金属层610通过通孔607a中填充的导电层608与MOS晶体管的源极606a相电连接；于分立金属颗粒613a、分立金属颗粒613a间的第一金属层610及上依次形成绝缘介质层611以及作为电容器第二电极的第二金属层612。
虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (8)
1.一种金属-绝缘-金属型电容器的形成方法，其特征在于，包括下列步骤：
在半导体衬底上形成第一金属层；
在第一金属层上形成离散的金属原子颗粒；
所述形成离散的金属原子颗粒的方法为原子层沉积法；
对金属原子颗粒进行退火，形成分立金属颗粒，与第一金属层作为第一电极；
在分立金属颗粒及分立金属颗粒间的第一金属层上形成绝缘介质层；
在绝缘介质层上形成第二金属层，作为第二电极。
2.根据权利要求1所述金属-绝缘-金属型电容器的形成方法，其特征在于：所述分立金属颗粒的材料为铜或钛或金或银，直径为100埃至300埃。
3.根据权利要求1所述金属-绝缘-金属型电容器的形成方法，其特征在于：形成第一金属层的方法为化学气相沉积法或物理气相沉积法。
4.根据权利要求2所述金属-绝缘-金属型电容器的形成方法，其特征在于：所述第一金属层的材料为氮化钛，厚度为250埃～350埃。
5.一种存储器单元的形成方法，其特征在于，包括下列步骤：
在半导体衬底上依次形成栅介质层、栅极结构、半导体衬底中的栅极结构两侧的源极和漏极，构成MOS晶体管；
在整个半导体衬底上及MOS晶体管上形成第一层间介电层；
在第一层间介电层和栅介质层中对着MOS晶体管的源极或者漏极位置形成通孔；
在通孔中填入导电层至与第一层间介电层相平；
在第一层间介电层上形成第二层间介电层，在对着第一层间介电层中的通孔位置形成第一开口，所述第一开口暴露出第一层间介电层的通孔；
在第一开口内侧依次形成第一金属层和离散的金属原子颗粒；
所述形成离散的金属原子颗粒的方法为原子层沉积法；
对金属原子颗粒进行退火，形成分立金属颗粒，与第一金属层作为第一电极；
在分立金属颗粒及分立金属颗粒间的第一金属层上形成绝缘介质层；
在绝缘介质层上形成第二金属层，作为第二电极。
6.根据权利要求5所述存储器单元的形成方法，其特征在于：所述分立金属颗粒的材料为铜或钛或金或银，直径为100埃至300埃。
7.根据权利要求5所述存储器单元的形成方法，其特征在于：形成第一金属层的方法为化学气相沉积法或物理气相沉积法。
8.根据权利要求7所述存储器单元的形成方法，其特征在于：所述第一金属层的材料为氮化钛，厚度为250埃～350埃。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6060355A (en) * | 1996-11-15 | 2000-05-09 | Micron Technology, Inc. | Process for improving roughness of conductive layer |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6060355A (en) * | 1996-11-15 | 2000-05-09 | Micron Technology, Inc. | Process for improving roughness of conductive layer |
| CN1649127A (zh) * | 2003-06-05 | 2005-08-03 | 因芬尼昂技术股份公司 | 形成电容器之方法及电容器 |
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