CN1957442A - 包括带有金属电极的电容器的集成电路以及制造这种电容器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种集成电路(IC)，其包括至少一个带有金属电极的电容器，其中该电容器的两个电极(10或30)中的至少一个由至少表面硅化的半球状晶粒硅或者硅合金形成。本发明还涉及制造这种带有硅化的金属电极的电容器的方法。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路，更具体而言，涉及带有金属电极的电容器。这种电容器尤其适用于存储面的存储单元中。
背景技术
电容器的制造日益面临着与高集成密度相关的问题。这是因为增加集成密度意味着减少存储单元的面积，同时还要维持有效的电容量。因此，在现有技术中，有几种方法是可行的。
最普通的方法是在沟槽中形成电容器，使得电容器的面积增加，而存储单元的面积不增加。通过使用掺杂的半球状晶粒(HSG，HemisphericalGrain)类型的多晶硅作为底电极，电容器的面积可以进一步增加约2倍。
为了获得更高的集成密度，有几种可行的方法使电容器集成到越来越小的单元中。
常规的方法在于增加沟槽的深度。然而，这种方法会导致形成一些不易控制的因素。另一种方法在于减小电介质的厚度，而这样有增加泄漏电流的风险。
最近的研究使用了具有高介电常数的绝缘体和金属电极，可以克服掺杂的三维多晶硅电极的问题并且可以减少与多晶硅电极有关的电容量的损耗。然而，常规的金属电极(例如，由TiN制造)是平面的，因而使用它们与使用HSG多晶硅相比面积损失2倍。
发明内容
本发明的目的是提供一种解决这些问题的办法。
本发明的一个目的是获得电容器，该电容器的尺寸与越来越小的集成电路尺寸相匹配，而不减少它们的电容量。
本发明的另一个目的是使用金属电极克服与三维多晶硅电极有关的掺杂和电容量损耗的问题，同时仍然保持半球状晶粒类型的沉积形态。
本发明的电容器还具有保持有效电容量而不增加电介质泄漏电流的优点。
因此，本发明基于例如HSG多晶硅电极的硅化作用(形成金属硅化物)。
因此，本发明提出一种集成电路，该集成电路包括至少一个带有金属电极的电容器，该电容器的两个电极中的至少一个由至少表面硅化的半球状晶粒硅或者硅合金形成。
因此，这种电极或者被部分硅化，或者优选地被完全硅化，即完全由金属硅化物形成。
根据本发明的第二实施例，该电容器的第二金属电极也由部分或完全硅化的半球状晶粒硅或者硅合金的层形成。
作为一种变形，该电容器的第二金属电极可以包括金属层，例如TiN层。
该电容器可以具有平面结构或者沟槽结构。
本发明还提出一种在上述集成电路内部制造电容器的方法，其中制造第一电极包括形成半球状晶粒硅或者硅合金的层，以及使所述层至少表面硅化。
这种方法可以获得一种电容器，其中所述第一电极或者被部分硅化，或者优选地被完全硅化。
根据本发明的一种变形，第二电极或者按照与第一电极相似的方式制造，即沉积半球状晶粒的多晶硅，然后硅化，或者通过沉积金属例如TiN制造。
附图说明
在对非限制性实施例和实施方法的详细描述以及对附图进行研究后，本发明的其他优点和特征将变得清楚，在附图中：
图1示意性地显示了本发明第一实施例的集成电路；
图2-图4示意性地显示了获得图1集成电路方法的主要步骤；以及
图5示意性地显示了本发明第二实施例的集成电路。
具体实施方式
图1显示了本发明的集成电路IC，它包括电容器CP，该电容器具有半球状晶粒硅化的两个金属电极。
所述集成电路IC包括形成有中空沟槽的基底SB，基底包括第一半球状晶粒的硅化的金属电极10，该硅化的金属电极由电介质2覆盖，该电介质由第二半球状晶粒的硅化的金属电极30覆盖。
现在，将更详细地描述实施本发明过程的方法的主要步骤，从而可以获得图1的电容器。
在图2中，标记SB表示半导体基底，例如由硅制造的半导体基底。按照常规本身已知的方法，在基底SB中形成沟槽4。
该过程的下一步是形成第一电极10。为此，同样按照常规本身已知的方法，例如沉积法，形成半球状晶粒硅、锗或者硅合金例如硅锗合金的层1(图3)。例如，在Fabrication and performance of selective HSGstorage cells for 256 Mb and 1 Gb DRAM applications，A.Banerjee，R.L.Wise，D.L.Plunton，M.Bevan，M.L.Crenshaw，S.Aoyama和M.M.Mansoori，IEEE Transactions on Electron Devices，2000年3月第47卷第3期中描述了这种沉积法的特征。
经证实，半球状晶粒硅或者硅合金的层1厚度为1000～1500。
在所述实施例中，硅化作用(即形成金属硅化物)是从钴获得的。然而，这种硅化作用可以使用其他金属获得，例如钨、钛或者镍。
例如，通过等离子体气相沉积(PVD)在半球状晶粒硅或者硅合金的层1上沉积镍层。
当然，镍层的厚度根据所要获得的最终金属硅化物的状态和厚度决定，已知当使用镍时，1的镍得到2.2的硅化物。
下一步，通常在低于600℃的温度下，例如在450℃的温度下，进行初始退火操作。退火温度由用于硅化作用的材料的性质决定。然后，镍与层1的硅反应，形成NiSi(图4)。
然后，相对于硅化物，可以选择性地除去未反应的过量镍。例如，通过湿法蚀刻来进行这种选择性除去操作。这种湿法蚀刻是常规的，本身是已知的，例如使用H2SO4/H2O2/H2O化学蚀刻剂或者HCl/H2O2/H2O化学蚀刻剂。
因此，所生产的是带有半球状晶粒形态的硅化的金属电极10，其上沉积着电介质2。
电介质可以是常规的电介质，例如相对介电常数k为5的电介质。在这种情况下，对现有技术的主要改进来自对电容量缺失的改进、使串联阻抗大幅减小以及使过程简化，从而就不必通过向电极中植入硅或者硅合金来进行掺杂，有时这种操作在沟槽侧壁上特别困难。
还可以使用具有高介电常数的电介质，例如氧化铪HfO2(k＝17)，来进一步增加电容器的电容量。
电介质2由第二电极覆盖。如图1所示，可以按照与第一电极10相似的方式形成电极30，即沉积HSG多晶硅，然后硅化，优选完全硅化，再除去未反应的金属。
例如，通过直接在电介质上沉积金属(如TiN)也可以形成第二电极。在这种情况下(图5)，电容器包括第一半球状晶粒的硅化的金属电极10，该硅化的金属电极由电介质2覆盖，该电介质由第二金属电极31覆盖。
在本发明的集成电路中，电容器不限于上述的这些沟槽结构，例如也可以是平面型结构。
Claims (9)
1.集成电路(IC)，其包括至少一个带有金属电极的电容器，其特征在于，所述电容器的两个电极(10，30)中的至少一个由至少表面硅化的半球状晶粒硅或者硅合金形成。
2.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述电极(10)完全由金属硅化物形成。
3.如权利要求1或2所述的集成电路，其特征在于，所述电容器的第二电极(30)由至少表面硅化的半球状晶粒硅或者硅合金形成。
4.如权利要求3所述的集成电路，其特征在于，所述电容器的第二电极(30)完全由金属硅化物形成。
5.如权利要求1-3中任一项所述的集成电路，其特征在于，所述电容器的第二电极(31)包括金属层。
6.在集成电路内部制造电容器的方法，包括制造第一电极、制造电介质以及制造第二电极，其特征在于，制造第一电极包括形成半球状晶粒硅或者硅合金的层，以及使所述层至少表面硅化。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述半球状晶粒硅或者硅合金的层被完全硅化。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述第二电极的制造与所述第一电极的制造相似。
9.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述第二电极的制造包括沉积金属。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: NXP CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: ROYAL PHILIPS ELECTRONICS CO., LTD. |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20100429 Address after: France grams Ruo Lin Si Applicant after: ST Microelectronics Crolles 2 S. Co-applicant after: Koninkl Philips Electronics NV Address before: France grams Ruo Lin Si Applicant before: ST Microelectronics Crolles 2 S. Co-applicant before: Koninklike Philips Electronics N. V. |
|
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20070502 |