TWI673736B - 電容結構的製作方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電容結構的製作方法，首先，提供一基底，基底上形成有一下電極，該下電極具有一粗糙頂面，接著對該下電極進行一平坦化步驟，以將該下電極的該粗糙頂面全部轉換為一平坦頂面，且形成一氮氧化物層於該平坦頂面上，然後對該氮氧化物層進行一氮氣處理，以移除該氮氧化物層，以及依序形成一介電層以及一上電極於該下電極的該平坦頂面上。

Description

電容結構的製作方法

本發明係有關於半導體製程領域，尤其是關於一種改善電容結構良率與品質的方法。

電容結構是半導體技術領域中重要的元件之一，尤其是針對記憶體元件製作，電容結構更是不可或缺的元件。電容結構的品質，也將會直接影響到後續完成的記憶體元件之品質。

電容結構一般由上電極、下電極，以及位於上下電極中間的介電層所組成。在製作電容結構的過程中，由於電極常會採用物理氣相沉積的方式形成，所製作成的電極表面較為粗糙，如此將會影響到電容以及記憶體的品質與良率。因此如何解決上述問題並提高電容的品質與良率，為半導體製程領域的研究目標之一。

本發明提供一種電容結構的製作方法，首先，提供一基底，基底上形成有一下電極，該下電極具有一粗糙頂面，接著對該下電極進行一平坦化步驟，以將該下電極的該粗糙頂面全部轉換為一平坦頂面，且形成一氮氧化物層 於該平坦頂面上，然後對該氮氧化物層進行一氮氣處理，以移除該氮氧化物層，以及依序形成一介電層以及一上電極於該下電極的該平坦頂面上。

本發明所述的電容結構，其包含有下電極、介電層以及上電極，此外由於下電極的表面依序經過平坦化處理以及氮氣處理，因此不但可以降低下電極的表面粗糙度，更可以同時避免由水氣所產生的氮氧化物層影響電容結構的品質。總而言之，本發明提供一種提高電容結構製程良率與品質的方法。

100‧‧‧基底

102‧‧‧下電極

104‧‧‧粗糙頂面

106‧‧‧平坦頂面

108‧‧‧氮氧化物層

110‧‧‧介電層

112‧‧‧上電極

114‧‧‧電容結構

P1‧‧‧平坦化步驟

P2‧‧‧氮氣處理

第1圖繪示本發明製作電容結構的方法的結構示意圖。

第2圖繪示本發明製作電容結構的方法的結構示意圖。

第3圖繪示本發明製作電容結構的方法的結構示意圖。

第4圖繪示本發明製作電容結構的方法的結構示意圖。

為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。

為了方便說明，本發明之各圖式僅為示意以更容易了解本發明，其詳細的比例可依照設計的需求進行調整。在文中所描述對於圖形中相對元件之上下關係，在本領域之人皆應能理解其係指物件之相對位置而言，因此皆可以翻轉而呈現相同之構件，此皆應同屬本說明書所揭露之範圍，在此容先敘明。

請參考第1圖至第4圖，其繪示本發明製作電容結構的方法的結構示意圖。首先，如第1圖所示，提供一基底100，例如為一矽基底。接下來，預定在基底100上形成一電容結構，其中電容結構一般係由導電層-介電層-導電層所堆疊形成的結構。上下兩層導電層分別作為上下電極使用，而兩電極之間夾有一介電材質層。首先，形成一下電極102於基底100上，其中值得注意的是，下電極102可能已經經過圖案化步驟，形成所需的圖案於基底100上，材質例如為氮化鈦(TiN)或氮化鉭(TaN)，但不限於此。形成下電極102的方法例如為物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，PVD)。申請人發現，當使用物理氣相沉積形成下電極102時，仔細觀察可發現所形成的下電極102表面具有一粗糙頂面104。當粗糙頂面104接觸到後續的介電層時，粗糙頂面104容易影響後續電容結構的品質，例如會在特定區域產生較大的電流，不利於電容結構用於儲存電荷所需的穩定度。

因此，如第2圖所示，本發明在形成下電極102後，於後續繼續形成介電層之前，先對下電極102的粗糙頂面104進行一平坦化步驟P1，例如為化學機械研磨(Chemical-Mechanical Planarization)製程。由於下電極102位於平坦的基底100上，從剖面圖來看也具有一平坦結構，因此平坦化步驟P1之後，所有下電極102的粗糙頂面104被完全移除，進而磨平取代成為一平坦頂面106。此時，對於上述下電極102頂面粗糙的問題已經解決。根據申請人的實驗，未進行平坦化步驟P1之前，粗糙頂面104的表面粗糙度(Ra)大於1.9奈米，而進行平坦化步驟P1之後，平坦頂面106的表面粗糙度(Ra)小於0.39奈米。其中此處所述的表面粗糙度之計算方法為整個樣本上取多個計算點(例如n個計算點)，中心線距離外形偏差值的算術平均數，換句話說，Ra=(|Y1|+|Y2|+.....+|Yn|)/n。其中|Y1|為第一個計算點與中心線的垂直距離之絕對值，|Y2|為第二個計算點與中心線的垂直距離之絕對 值，以此類推。其他關於表面粗糙度的取點或計算方式屬於本領域的已知技術，在此不多加贅述。

然而，如第2圖所示，根據申請人的實驗，當平坦化步驟P1之後，下電極102的粗糙表面雖然被移除，並且產生一平坦頂面106。然而，平坦頂面106的親水性較原先的粗糙頂面更好，且由於平坦化步驟P1的過程中含有研磨液等水氣，因此水氣會與裸露的下電極102材質(例如為氮化鈦)產生反應而形成氧化物。舉例來說，在平坦頂面106頂面將會額外形成一氮氧化物層108，本實施例中氮氧化物層為氮氧化鈦(TiON)，但不限於此。根據不同的下電極材質，氮氧化物層108的材質也會隨之改變。申請人發現，若在執行平坦化步驟P1之後，直接繼續形成介電層以及上電極而堆疊於下電極102表面的氮氧化物層108上，對於電容結構的良率改善效果有限。原因在於氮氧化物將會隔絕下電極102與介電層直接接觸。

為了解決氮氧化物所產生的問題，本發明中如第3圖所示，在形成氮氧化物層108之後，繼續進行一氮氣處理P2，其中氮氣處理P2包含通入氮氣並且加熱至攝氏300度至500度。經過氮氣處理P2之後，可以有效地移除殘留於下電極表面的水氣，並且將已形成的氮氧化物層108還原，舉例來說，以本實施例來說，以形成的氮氧化鈦將會被還原成為氮化鈦，也就是還原成為下電極的材質。因此經過氮氣處理P2之後，氮氧化物層將不復存在於下電極102上，並且留下具有平坦頂面106的下電極102於基底100上。至此步驟為止，已經藉由平坦化步驟P1以及氮氣處理P2依序解決下電極表面粗糙，以及表面將會產生氮氧化物層的問題。

後續，如第4圖所示，在下電極102上依序形成介電層110以及上電極112。其中上電極112的材質可以與下電極102材質相同或是不同，例如為氮化鈦、氮化鉭等材質，但本發明不限於此。至於介電層110則可能包含例如介電常數大於4的介電材料，例如係選自氧化鉿(hafnium oxide，HfO₂)、矽酸鉿氧化合物(hafnium silicon oxide，HfSiO₄)、矽酸鉿氮氧化合物(hafnium silicon oxynitride，HfSiON)、氧化鋁(aluminum oxide，Al₂O₃)、氧化鑭(lanthanum oxide，La₂O₃)、氧化鉭(tantalum oxide，Ta₂O₅)、氧化釔(yttrium oxide，Y₂O₃)、氧化鋯(zirconium oxide，ZrO₂)、鈦酸鍶(strontium titanate oxide，SrTiO₃)、矽酸鋯氧化合物(zirconium silicon oxide，ZrSiO₄)、鋯酸鉿(hafnium zirconium oxide，HfZrO₄)、鍶鉍鉭氧化物(strontium bismuth tantalate,SrBi₂Ta₂O₉,SBT)、鋯鈦酸鉛(lead zirconate titanate,PbZrxTi₁-xO₃,PZT)、鈦酸鋇鍶(barium strontium titanate,BaxSr₁-xTiO₃,BST)、或其組合所組成之群組，但不限於此，上述材質仍可依照實際需求而調整。此外關於此處所述介電層110與上電極112的材質與製作方法，屬於本領域的已知技術，在此不多加贅述。

此外，在上述的實施例中，先對下電極102進行圖案化步驟，形成所需的電極圖案之後才進行平坦化步驟以及氮氣處理。然而在本發明的其他實施例中，圖案化步驟的時間點或是順序可以調整。舉例來說，可以先形成一下電極材料層(圖未示)，覆蓋整個基底100，此時先不進行圖案化步驟，直接進行平坦化步驟P1與氮氣處理P2，並且形成介電層110與上電極材料層之後，再進行圖案化的步驟，以形成所需的電容圖案。該實施順序也屬於本發明的涵蓋範圍內。

至此步驟為止，已經完成本發明所述的電容結構114，其包含有下電極102、介電層110以及上電極112，此外由於下電極102的表面依序經過平坦化處理P1以及氮氣處理P2，因此不但可以降低下電極102的表面粗糙度，更可以同時 避免由水氣所產生的氮氧化物層108影響電容結構的品質。總而言之，本發明提供一種提高電容結構製程良率與品質的方法。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

Claims (8)

1. 一種電容結構的製作方法，包含：提供一基底，基底上形成有一下電極，該下電極具有一粗糙頂面；對該下電極進行一平坦化步驟，其中該平坦化步驟包含一化學機械研磨，以將該下電極的該粗糙頂面全部轉換為一平坦頂面，且在該平坦化步驟執行後形成一氮氧化物層於該平坦頂面上；對該氮氧化物層進行一氮氣處理，以移除該氮氧化物層；以及依序形成一介電層以及一上電極於該下電極的該平坦頂面上。
2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該基底具有一平坦面，且該下電極形成於該基底的該平坦面上。
3. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該下電極的材質包含有氮化鈦。
4. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該氮氧化物層材質包含有氮氧化鈦。
5. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該氮氣處理包含有一通入氮氣並進行一加熱步驟。
6. 如申請專利範圍第5項所述的方法，其中該加熱步驟之一溫度介於攝氏300度至500度。
7. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該粗糙頂面的一表面粗糙度(Ra)大於1.9奈米。
8. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該平坦頂面的一表面粗糙度(Ra)小於0.39奈米。