CN1773710A - 堆叠式电容器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示一种具有指叉电极的堆叠式电容器及其制备方法。本发明的堆叠式电容器包含一下指叉电极、一上指叉电极以及一设置于该下指叉电极及该上指叉电极之间的介电材料。该下指叉电极与上指叉电极各包含一体部以及多个电气连接于该体部的指部。该介电材料可为氮化硅或二氧化硅，该下指叉电极与该上指叉电极的指部是由不同导电材料构成。优选地，该下指叉电极的指部可由氮化钛构成，该上指叉电极的指部是由多晶硅构成，且该下指叉电极与上指叉电极的体部是由氮化钛构成。
Description
技术领域
本发明涉及一种堆叠式电容器及其制备方法，尤其涉及一种具有指叉电极的堆叠式电容器及其制备方法。
背景技术
动态随机存取存储器是一种广泛应用的集成电路元件。随着产业发展，对于更高容量的动态随机存取存储器的需求也随之增加。动态随机存取存储器的存储单元是由彼此电气连接的MOS晶体管及电容器构成。电容器主要是用以储存代表数据的电荷，必须具有高电容量才可确保数据不易漏失。增加电容器的电荷储存能力的方法除了增加介电材料的介电系数以及减少介电材料的厚度外，还可以利用增加电容器的表面积来达成。然而，随着半导体技术持续朝向亚微米及深亚微米推进时，传统的电容器工艺已经不符使用，因此研究人员尝试开发具有高介电系数的介电材料以及增加电容器的表面积，以增加电容器的电容值。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种具有指叉电极的堆叠式电容器及其制备方法。
为达成上述目的，本发明揭示一种具有指叉电极的堆叠式电容器及其制备方法。本发明的堆叠式电容器包含一下指叉电极、一上指叉电极以及一设置于该下指叉电极及该上指叉电极之间的介电材料。该下指叉电极与上指叉电极各包含一体部以及多个电气连接于该体部的指部。该介电材料可为氮化硅或二氧化硅，且该下指叉电极与该上指叉电极的指部可由不同导电材料构成。优选地，该下指叉电极的指部是由氮化钛构成，该上指叉电极的指部是由多晶硅构成。该上指叉电极的体部是由氮化钛构成，而其指部是由多晶硅构成，即由不同的导电材料构成。
该堆叠式电容的制备方法首先形成一沟渠于一基板中，并形成多个堆叠的电容结构于该基板上，其中该电容结构包含一第一导电层、一第一介电层及一第二导电层。之后，淀积一第二介电层于该沟渠内的电容结构表面，并进行一蚀刻工艺以去除在该沟渠内的第二介电层及电容结构，用以于该沟渠内的电容结构中形成一开口。接着，电气绝缘在该开口内部的第二导电层，并形成一第三导电层于该开口中以电气连接在该开口内部的第一导电层。然后，曝露在该基板表面的第二导电层，并淀积一第四导电层于该基板表面以电气连接该第二导电层。
附图说明
图1至图10例示本发明的堆叠式电容器的制备方法；以及
图11是本发明的堆叠式电容器的结构示意图。
具体实施方式
图1至图10例示本发明的堆叠式电容器10的制备方法，而图11是该堆叠式电容器10的结构示意图。如图1所示，本发明首先制备一基板12，其包含四个栅极结构14、一位元线接触插塞16、两个电容器接触插塞18以及一介电层20。之后，利用光刻及蚀刻工艺形成沟渠22于该介电层20之中，其中该沟渠22曝露该电容器接触插塞18，如图2所示。
参考图3，进行淀积工艺以形成两个堆叠的电容结构30于该基板12上以及一夹于该电容结构30之间的介电层32，其中该电容结构30包含一导电层24、一介电层26及一导电层28。之后，淀积一介电层34于该电容结构30表面。该导电层24是利用原子层淀积技术形成的氮化钛层，该介电层26及该介电层32是利用原子层淀积技术或化学汽相淀积技术形成的氮化硅层，而该导电层28是利用外延技术或化学汽相淀积技术形成的多晶硅层。优选地，该导电层24的厚度约为50埃，该介电层26及该介电层32的厚度约为50埃，而该导电层28的厚度约为100埃。
此外，在淀积由氮化硅构成的介电层26及介电层32之后，可利用盐酸为氧化剂将该介电层26及该介电层32的表面氧化成氮氧化硅以形成氮化硅/氮氧化硅的双层结构，其有助于降低漏电流。该介电层34可由四乙氧基硅烷(TEOS)沉积的二氧化硅构成，或由氮化硅/二氧化硅构成的双层结构。
参考图4，进行一蚀刻工艺，蚀刻在该沟渠22底部的介电层34、电容结构30及该介电层32直到该电容器接触插塞18的表面，以将开口36形成于该沟渠22内的电容结构30中。之后，在含氮环境将具有导电性的多晶硅转化成绝缘的氮化硅以将曝露的导电层28绝缘。具体而言，曝露于该开口36及该基板12表面的多晶硅将被转化为构成该介电层26及该介电层32的氮化硅，如图5所示。
该蚀刻工艺是一使用四氟化碳及氧气为蚀刻气体的干蚀刻工艺，其反应腔的压力优选地约为60mTorr，功率约为100W，且频率约13.56MHz。由于该介电层34在y方向的厚度大于在x方向的厚度，因此该干蚀刻可移除在该电容器接触插塞18上方的介电层34、电容结构30及介电层32，而不会移除在该沟渠22侧壁的介电层34及电容结构30。亦即，该干蚀刻工艺是自我对准地形成该开口36，以曝露该电容器接触插塞18。
参考图6，淀积一导电层38于该沟渠22中，以及淀积一介电层40于该导电层38上。在该开口36内的导电层38电气连接该导电层24及该电容器接触插塞18，且该介电层40填满该开口36。该导电层38是利用原子层淀积技术形成的氮化钛层，而该介电层40是由四乙基正硅酸盐构成。之后，进行一化学机械研磨工艺以平坦化该基板12的表面。
参考图7，进行一湿蚀刻工艺，蚀刻部分在该基板12表面的介电层26及介电层32，其中该湿蚀刻工艺是使用160℃的磷酸为蚀刻液以去除构成介电层26及介电层32的氮化硅。之后，进行另一湿蚀刻工艺，蚀刻部分在该基板12表面的导电层24及导电层38(由氮化钛构成)以形成一空隙42于导电层28(由多晶硅构成)之间，其中用以蚀刻氮化钛的蚀刻液优选地包含22％的硝酸铈氨(NH4)2Ce(NO3)6及8％的乙酸，且其反应温度优选地约为20℃。
参考图8，淀积一介电层44于该基板12表面并填满该空隙42，其中该介电层44是利用原子层淀积技术形成的氮化硅层。之后，进行一湿蚀刻工艺或平坦化工艺以去除在基板12表面的介电层44，而保留在该空隙42内的介电层44，如图9所示。去除在基板12表面的介电层44即曝露了由多晶硅构成的导电层28。相对地，由氮化钛构成的导电层24及导电层38则被残留在该空隙42内的介电层44覆盖。
参考图10，淀积一导电层46于该基板12表面以电气连接该导电层28，其中该导电层46是由氮化钛构成。之后，淀积一介电层48于该导电层46上以完成该堆叠式电容器10，如图11的局部示意图所示。该堆叠式电容器10包含一上指叉电极70及一下指叉电极60以及一夹于该上指叉电极70及该下指叉电极60之间的介电材料。该上指叉电极70是由该导电层46及该导电层28构成，该下指叉电极60是由该导电层38及该导电层24构成，而该介电材料是由该介电层26、该介电层32、该介电层34及该介电层40构成。优选地，夹于该上指叉电极70及该下指叉电极60之间的介电材料的介电系数大于或等于3.9，例如氮化硅、氧化硅、氧化铝及氧化钛等介电材料。
该下指叉电极60的指部可由氮化钛(即导电层24)或钛构成，而该上指叉电极70的指部可由多晶硅(即导电层28)或铝构成，亦即该下指叉电极60与该上指叉电极70的指部可由不同导电材料构成。更特别地，该上指叉电极70的体部(即导电层46)可由氮化钛或钛构成，而其指部可由多晶硅构成(即导电层28)或铝，亦即该上指叉电极70的指部及体部可由不同导电材料构成。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为以下的权利要求所涵盖。
Claims (21)
1.一种堆叠式电容器，包括：
一上指叉电极；
一下指叉电极；以及
一介电材料，设置于该上指叉电极与该下指叉电极之间。
2.根据权利要求1的堆叠式电容器，其中该上指叉电极与该下指叉电极包括：
一体部；以及
多个指部，电气连接于该体部。
3.根据权利要求2的堆叠式电容器，其中该上指叉电极与该下指叉电极的指部由不同导电材料构成。
4.根据权利要求2的堆叠式电容器，其中该下指叉电极的指部是由氮化钛或钛构成，而该上指叉电极的指部是由多晶硅或铝构成。
5.根据权利要求2的堆叠式电容器，其中该上指叉电极的体部与该指部是由不同的导电材料构成。
6.根据权利要求2的堆叠式电容器，其中该上指叉电极的体部是由氮化钛或钛构成，而其指部是由多晶硅或铝构成。
7.根据权利要求1的堆叠式电容器，其中该介电材料的介电系数大于或等于3.9。
8.根据权利要求7的堆叠式电容器，其中该介电材料是选自氮化硅、氧化硅、氧化铝及氧化钛组成的群。
9.一种堆叠式电容器的制备方法，包括下列步骤：
形成一沟渠于一基板中；
形成多个堆叠的电容结构于该基板上，其中该电容结构包括一第一导电层、一第一介电层及一第二导电层；
形成一开口于该沟渠内的电容结构中；
电气连接该开口内的第一导电层；以及
电气连接该基板表面的第二导电层。
10.根据权利要求9的堆叠式电容器的制备方法，其中该第一导电层是利用原子层淀积技术形成的氮化钛层，该第一介电层是利用原子层淀积技术或化学汽相沉积技术形成的氮化硅层，而该第二导电层是利用外延技术或化学汽相沉积技术形成的多晶硅层。
11.根据权利要求9的堆叠式电容器的制备方法，其中形成一开口于该沟渠内的电容结构中包括下列步骤：
淀积一第二介电层于该沟渠内的电容结构表面；以及
进行蚀刻工艺，去除在该沟渠底部的第二介电层及电容结构以形成该开口。
12.根据权利要求11的堆叠式电容器的制备方法，其中该蚀刻工艺是一干蚀刻工艺，其使用四氟化碳及氧气为蚀刻气体。
13.根据权利要求9的堆叠式电容器的制备方法，其中电气连接该开口内的第一导电层包括下列步骤：
电气绝缘在该开口内的第二导电层；以及
形成一第三导电层于该开口中以电气连接该第一导电层。
14.根据权利要求13的堆叠式电容器的制备方法，其中该第二导电层是由多晶硅构成，且电气绝缘在该开口内部的第二导电层是通过在含氮环境将多晶硅转化成氮化硅。
15.根据权利要求9的堆叠式电容器的制备方法，其中电气连接该基板表面的第二导电层包括下列步骤：
曝露该基板表面的第二导电层；以及
淀积一第四导电层于该基板表面以电气连接该第二导电层。
16.根据权利要求15的堆叠式电容器的制备方法，其中曝露该基板表面的第二导电层包括下列步骤：
进行蚀刻工艺，去除在该基板表面的第一介电层及第一导电层以形成一空隙于该第二导电层之间；
淀积一第三介电层于该基板表面及该空隙中；以及
去除在基板表面的第三介电层以曝露该第二导电层。
17.根据权利要求16的堆叠式电容器的制备方法，其中该蚀刻工艺包括使用包含硝酸铈氨及乙酸的蚀刻液去除该第一导电层以及使用磷酸去除该第一介电层。
18.一种堆叠式电容器的制备方法，包括下列步骤：
形成一沟渠于一基板中；
形成至少一电容结构于该基板上，其中该电容结构包括一第一导电层、一第一介电层及一第二导电层；
形成一第二介电层于该电容结构上；
形成一开口于该沟渠内的第二介电层及电容结构中；
电气绝缘该开口内的第二导电层；以及
形成一第三导电层于该第二介电层上及该开口内。
19.根据权利要求18的堆叠式电容器的制备方法，其中该第一导电层是利用原子层淀积技术形成的氮化钛层，该第一介电层是利用原子层淀积技术或化学汽相沉积技术形成的氮化硅层，而该第二导电层是利用外延技术或化学汽相沉积技术形成的多晶硅层。
20.根据权利要求19的堆叠式电容器的制备方法，其中电气绝缘该开口内的第二导电层是通过在含氮环境将多晶硅转化成氮化硅。
21.根据权利要求18的堆叠式电容器的制备方法，其中形成一开口于该沟渠内的第二介电层及电容结构中是利用一干蚀刻工艺，其使用四氟化碳及氧气为蚀刻气体。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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Open date: 20060517 |