TWI833450B

TWI833450B - 半導體結構及其形成方法

Info

Publication number: TWI833450B
Application number: TW111143622A
Authority: TW
Inventors: 潘威禎
Original assignee: 南亞科技股份有限公司
Priority date: 2022-11-15
Filing date: 2022-11-15
Publication date: 2024-02-21

Abstract

一種半導體結構包括半導體基板、複數個柱電容以及第一窗口。柱電容設置於半導體基板的頂面上。柱電容包括排列在沿第一方向延伸的第一橫列上的第一柱電容、第二柱電容與第三柱電容。第二柱電容位於第一柱電容與第三柱電容之間。第一窗口沿第一方向延伸且從第一柱電容、第二柱電容與第三柱電容上凹陷。第一柱電容的一頂面或第三柱電容的一頂面高於第二柱電容的任一頂面。

Description

半導體結構及其形成方法

本揭露有關於半導體結構與形成半導體結構的方法。

記憶體裝置的一或多個記憶體單元能夠由電晶體與電容所組成。舉例而言，能夠在半導體基板上形成連接多個電晶體的電容陣列，來形成集成的記憶體裝置，並且記憶體裝置能夠通過電容陣列裡的一或多個電容與其他的外部結構連接。然而，在形成與電容陣列裡的一或多個電容連接的結構時，可能會因為非預期的偏移導致連接失效，而對於非預期偏移的容忍度有限而產生缺陷。

因此，如何提供一種技術方案，能夠改善電容器非預期偏移所導致的電性缺陷問題，是所屬領域技術人員所欲解決的問題之一。

本揭露的一態樣有關於一種半導體裝置。

根據本揭露的一或多個實施方式，一種半導體結構包括半導體基板、複數個柱電容以及第一窗口。柱電容設置於半導體基板的頂面上。柱電容包括排列在沿第一方向延伸的第一橫列上的第一柱電容、第二柱電容與第三柱電容。第二柱電容位於第一柱電容與第三柱電容之間。第一窗口沿第一方向延伸且從第一柱電容、第二柱電容與第三柱電容上方凹陷。第一柱電容的一頂面或第三柱電容的一頂面高於第二柱電容的任一頂面。

在本揭露的一或多個實施方式中，柱電容的每一者在垂直第一方向的第二方向上具有第一寬度。第一窗口在第二方向上具有第二寬度。第二寬度等於第一寬度。

在本揭露的一或多個實施方式中，半導體結構進一步包括支撐層。支撐層位於第一窗口之外且接觸第一柱電容與第三柱電容。

在一些實施方式中，柱電容中的每一者包括介電層。第一柱電容與第三柱電容的介電層接觸支撐層。第二柱電容的介電層分離於支撐層。

在本揭露的一或多個實施方式中，半導體結構進一步包括複數個電晶體與複數個導電墊。電晶體設置於半導體基板內。導電墊分別連接電晶體且從半導體基板的頂面暴露。導電墊分別連接至柱電容。

在本揭露的一或多個實施方式中，該些柱電容進一步包括排列在沿該第一方向延伸的一第二橫列上的一第四柱電容、一第五柱電容與一第六柱電容。該第五柱電容位於該第四柱電容與該第六柱電容之間。半導體裝置進一步包括第二窗口。第二窗口沿第一方向延伸且從第四柱電容、第五柱電容與第六柱電容上方凹陷。第四柱電容的頂面或第六柱電容的頂面高於第五柱電容的任一頂面。

在一些實施方式中，第一柱電容與第二柱電容之間的距離等於第一柱電容與第四柱電容之間的距離。第一柱電容與第四柱電容在第一方向上錯開。

在本揭露的一或多個實施方式中，第一窗口在第一方向上的長度是從第一柱電容的中心延伸至第三柱電容的中心。

在本揭露的一或多個實施方式中，第一窗口為長方形。

本揭露的一態樣有關於一種形成半導體裝置的方法。

根據本揭露的一或多個實施方式，一種形成半導體裝置的方法包括以下流程。形成複數個柱狀下電極板在一半導體基板的頂面上，其中柱狀下電極板的第一柱狀下電極板、第二柱狀下電極板與第三柱狀下電極板排列於在第一方向上延伸的第一橫列，第二柱狀下電極板位於第一柱狀下電極板與第三柱狀下電極板之間。凹陷第一柱狀下電極板、第二柱狀下電極板與第三柱狀下電極板，以形成於第一方向延伸的第一窗口，其中第一柱狀下電極板的頂面與第三柱狀下電極板的頂面高於第二柱狀下電極板的任一頂面。形成分別覆蓋柱狀下電極板的複數個介電層。形成分別覆蓋介電層的複數個上電極板，以形成複數個柱電容。

在本揭露的一或多個實施方式中，形成柱狀下電極板包括形成柱狀下電極板於在半導體基板之頂面上的容器內，容器包括絕緣層與支撐層，絕緣層與支撐層接觸柱狀下電極板。形成第一窗口包括移除第一窗口內的支撐層。形成半導體裝置的方法進一步包括移除絕緣層以暴露柱狀下電極板的底面與側壁。

在一些實施方式中，在形成分別覆蓋柱狀下電極板的介電層後，覆蓋第一柱狀下電極板的介電層與覆蓋第三柱狀下電極板的介電層延伸至支撐層之上，覆蓋第二柱狀下電極板的介電層分離於支撐層。

在本揭露的一或多個實施方式中，第一窗口在第一方向的長度從第一柱狀下電極板的中心延伸至第三柱狀下電極板的中心。第一窗口在垂直於第一方向之第二方向的寬度等於柱電容的任何一者在第二方向上的寬度。

在本揭露的一或多個實施方式中，半導體基板進一步包括複數個電晶體與連接電晶體的複數個導電墊。導電墊於半導體基板上暴露。柱狀下電極板分別形成於導電墊之上。

綜上所述，通過設置僅在單一方向的單一橫列上延伸的窗口來連接一或多個電容器，有利於增加形成整體半導體裝置時容忍非預期偏移的能力。

應當理解，上述一般性描述與以下詳細描述都僅是示例，旨在對所要求保護的揭露內容提供進一步解釋。

下文係舉實施例配合所附圖式進行詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本揭露所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本揭露所涵蓋的範圍。另外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為便於理解，下述說明中相同元件或相似元件將以相同之符號標示來說明。

另外，在全篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞(terms)，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞，將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本揭露之描述上額外的引導。

在本文中，「第一」、「第二」等等用語僅是用於區隔具有相同技術術語的元件或操作方法，而非旨在表示順序或限制本揭露。

此外，「包含」、「包括」、「提供」等相似的用語，在本文中都是開放式的限制，意指包含但不限於。

進一步地，在本文中，除非內文中對於冠詞有所特別限定，否則「一」與「該』可泛指單一個或多個。將進一步理解的是，本文中所使用之「包含」、「包括」、「具有」及相似詞彙，指明其所記載的特徵、區域、整數、步驟、操作、元件與/或組件，但不排除其所述或額外的其一個或多個其它特徵、區域、整數、步驟、操作、元件、組件，與/或其中之群組。

為了改善形成的半導體結構通過一或多個電容與外部連接時對非預期偏移的容忍能力，避免用於連接的窗口與電容錯位而產生的電性缺陷，本揭露提供具有改良之窗戶的半導體結構。改良後的用於連接的窗口能夠顯著地增加對非預期偏移的容忍能力。

請參照第1圖與第2圖。第1圖根據本揭露的一或多個實施方式繪示半導體基板100的俯視示意圖。第2圖繪示第1圖的局部剖面示意圖。在一些實施方式中，半導體基板100例如為半導體晶圓，並能夠於半導體晶圓上形成一或多個功能元件與接線，形成集成的積體電路。

如第1圖與第2圖所示，在本揭露的一或多個實施方式中，半導體基板100包括多個導電墊102與多個電晶體101。導電墊102設置於半導體基板100。電晶體101分別連接至導電墊102。為了簡單說明的目的，第2圖示意地繪示基板100的頂部以及在基板100內部連接至多個導電墊102的多個電晶體101。在一些實施方式中，導電墊102的材料為導電材料，例如鎢(W)金屬。在一些實施方式中，導電墊102可以使用其他合適的金屬或非金屬導電材料形成。

在第1圖與第2圖中，基板100的頂面上進一步設置容器110。容器110包括支撐層111與絕緣層112。為了簡單說明的目的，第2圖示意地繪示的一層支撐層111與一層絕緣層112堆疊的結構，但並不以此限制本揭露。舉例而言，在一些實施方式中，容器110可包括多層的支撐層111與多層的絕緣層112，且多層支撐層111與多層絕緣層112在方向z上是交錯堆疊的。

在一些實施方式中，支撐層111與絕緣層112可以為介電材料。舉例而言，絕緣層112的材料可以為氧化矽(化學式例如為SiO ₂)，絕緣層112的材料可以為氮化矽(化學式例如為Si ₃N ₄)，且絕緣層112的材料相較絕緣層112具有更高的結構強度，進而用以支撐後續形成的多個下電極板120。

在本揭露的一或多個實施方式中，容器110係用以容置一或多個下電極板120。下電極板120例如包括下電極板121、下電極板122與下電極板123。如第1圖與第2圖所示，容器110包括穿過支撐層111與絕緣層112且分別對準多個導電墊102的多個開口，而下電極板120形成於容器110之對準多個導電墊102的多個開口中，使得下電極板120是容置於容器110內。容器110的支撐層111與絕緣層112直接接觸下電極板120。多個下電極板120是分別連接至多的導電墊102。

應留意到，第1圖僅是示意地繪示基板100的一個局部與在基板100上的多個下電極板120，而不應以此限制本揭露。在一些實施方式中，基板100上的容器110可以容置更多數量的下電極板。

多個下電極板120係沿方向x排列。參照第1圖，多個下電極板120排列在沿方向x延伸的橫列R1上。舉例而言，下電極板121與下電極板122排列在沿方向x延伸的橫列R1上。同時參照第2圖。下電極板121與下電極板122沿方向x排列。

此外，多個下電極板120排列在沿方向x延伸的橫列R2上。舉例而言，下電極板123排列在沿方向x延伸的橫列R2上，如第1圖所示。在第1圖中，下電極板121在方向x與方向y上都與下電極板123位置錯開。

在本實施方式中，下電極板120是柱狀的，且下電極板120是沿方向z延伸。從第1圖來看，在本實施方式中，下電極板120為圓柱。在第2圖繪示的示意剖面圖中，下電極板121與下電極板122是沿方向z延伸的中空柱體。下電極板120的材料為導電材料。在本揭露的一或多個實施方式中，多個下電極板120能夠作為多個電容的其中一個電極，具體請參照後續的說明。

請參照第3圖與第4圖。第3圖根據本揭露的一或多個實施方式繪示在半導體基板100上形成窗口140的俯視示意圖。第4圖繪示第3圖的局部剖面示意圖。

在第3圖繪示的示意俯視圖中，多個窗口140形成於基板100上的容器110之內。在本實施方式中，每一個窗口140是形成於三個最鄰近的下電極板120的上方。在本實施方式中，如第3圖所示，窗口140為涵蓋到三個最鄰近的下電極板120的圓形。舉例而言，其中一個窗口140從其中三個最鄰近的下電極板121、下電極板122與下電極板123的上方凹陷。請參照第4圖，窗口140形成在容器110內，使得部份的下電極板121與下電極板122被移除。

在一些實施方式中，窗口140可以通過蝕刻製程來形成。舉例而言，可以在容器110上及下電極板121、下電極板122與下電極板123上沉積光阻，能夠通過微影製程將光阻圖案化使光阻具有窗口140的圖案，進而通過圖案化的光阻執行蝕刻製程以凹陷容器110與下電極板120的頂部，形成窗口140。在一些實施方式中，可以在容器110上及下電極板121、下電極板122與下電極板123內填充遮罩材料，依據圖案化的光阻移除部分的遮罩材料以在容器110中暴露出與窗口140具有相似形狀的區域，進而通過蝕刻製程凹陷容器110與下電極板120，形成窗口140。

第4圖繪示出包括窗口140的剖面圖。在第4圖繪示的窗口140中，下電極板121與下電極板122的頂部凹陷。舉例而言，沿正的方向x，下電極板121具有頂面121T1與頂面121T2，且在方向z上頂面121T1的高度高於頂面121T2的高度。相似地，沿正的方向x，下電極板122具有頂面122T1與頂面122T2，且在方向z上頂面122T2的高度高於頂面122T1的高度。

此外，在窗口140中，容器110的支撐層111與部份的絕緣層112被移除。如第4圖所示，在窗口140內，容器110的支撐層111被完全移除，且容器110之絕緣層112被移除到其頂面齊平於頂面121T2與頂面122T1。從另一角度來看，窗口140可以認為是由下電極板121的側壁121S與頂面121T2以及下電極板122的側壁122S與頂面122T1所形成，絕緣層112在下電極板121與下電極板122之間的頂面位於窗口140內。

接續第4圖，請參照第5圖。第5圖根據本揭露的一或多個實施方式繪示形成的半導體結構150的局部剖面示意圖。

在第5圖中，絕緣層112被進一步移除，而在窗口140外的容器110只剩下支撐層111，支撐層111在z方向懸空以連接多個下電極板120(例如下電極板121與下電極板122)。

在絕緣層112被移除之後，介電層與下電極板進一步形成在暴露的柱狀下電極板120上，以形成多個柱狀電容器。

舉例而言，針對下電極板121，在絕緣層112被移除後，下電極板121在頂面121T2下方與在支撐層111下方的側壁121S將被進一步暴露，隨後形成介電層121D覆蓋下電極板121暴露的側壁121S與底面121B。在第5圖中，介電層121D從其中一個導電墊102的頂面沿著下電極板121暴露的側壁121S與底面121B延伸，並且介電層121D延伸覆蓋到支撐層111。另一方面，在支撐層111下方的另一介電層121D覆蓋在支撐層111下方的側壁121S，且在支撐層111下方的介電層121D直接接觸支撐層111的底面與其中一個導電墊102的頂面。

在一些實施方式中，介電層122D能夠與介電層121D在同一流程形成。詳細而言，針對下電極板122，在絕緣層112被移除後，下電極板122在頂面121T1下方與在支撐層111下方的側壁122S將被進一步暴露，隨後形成介電層122D覆蓋下電極板122暴露的側壁122S與底面122B。在第5圖中，介電層122D從其中一個導電墊102的頂面沿著下電極板122暴露的側壁122S與底面122B延伸，並且介電層122D延伸覆蓋到支撐層111。另一方面，在支撐層111下方的另一介電層122D覆蓋在支撐層111下方的側壁122S，且在支撐層111下方的介電層122D直接接觸支撐層111的底面與另一個導電墊102的頂面。

在形成介電層121D與介電層122D之後，進一步形成分別覆蓋介電層121D與介電層122D的上電極板121E與上電極板122E。

如第5圖所示，上電極板121E覆蓋在支撐層111下方的介電層121D以及在下電極板121上方的介電層121D，以形成柱狀電容151。柱狀電容151實質包括二組電容器，其中一組電容器由下電極板121、在支撐層111下方的介電層121D以及在支撐層111下方的上電極板121E所形成，另一組電容器由下電極板121、在下電極板121上方的介電層121D以及在窗口140內的上電極板121E所形成，二組電容器共用同一個下電極板121。

相似地，在第5圖中，上電極板122E覆蓋在支撐層111下方的介電層122D以及在下電極板122上方的介電層122D，以形成柱狀電容151。柱狀電容151實質包括二組電容器，其中一組電容器由下電極板122、在支撐層111下方的介電層122D以及在支撐層111下方的上電極板122E所形成，另一組電容器由下電極板122、在下電極板122上方的介電層122D以及在窗口140內的上電極板122E所形成，二組電容器共用同一個下電極板122。

類似於介電層121D/122D與上電極板121E/122E的結構也可以通過相似的流程形成在其他的下電極板120(例如下電極板123)之上，以形成多個柱狀電容，並且窗口140從三個最鄰近的柱狀電容中間凹陷。

如此一來，半導體結構150形成。形成的半導體結構150包括半導體基板100、形成在半導體基板100上方的多個柱狀電容(例如柱狀電容151、柱狀電容152)以及從柱狀電容上方凹陷的窗口140。形成的柱狀電容可以通過多個導電墊102分別連接置基板100內的多個電晶體101，以形成多個一電晶體-一電容(1T1C)記憶體單元，這些記憶體單元可以用以形成集成的動態隨機存取記憶體(DRAM)結構。窗口140能夠用於進一步連接一或多個形成的柱狀電容，以將柱狀電容與其他外部的電路結構做連接。

請分別參照第6圖、第7圖與第8圖。第6圖、第7圖與第8圖根據本揭露的一或多個實施方式繪示形成的半導體結構150容忍不同方向位置偏移的示意圖。為了方便說明的目的，第6圖、第7圖與第8圖示意地繪示半導體基板100上多個柱狀電容對應的下電極板121、下電極板122與下電極板123以及窗口140所在的相對位置，其中偏移的窗口以虛線示意的繪示。

第6圖示意地繪示在方向x上具有非預期偏移的窗口140S1。相較於設計上能夠涵蓋到三個下電極板121、下電極板122與下電極板123的窗口140，偏移的窗口140S1向負的方向x偏移，而剛好與下電極板122相切。此為窗口140S1能夠同時接觸下電極板121、下電極板122與下電極板123的一種極限狀況，對應到窗口140在方向x上最多能夠偏移多少的容忍度。相對於理想的窗口140的中心O1，偏移的窗口140S1的中心O2相距中心O1具有偏移距離d1。

在一些實施方式中，三個下電極板121、下電極板122與下電極板123在第6圖的俯視圖上為相同的圓形。理想的中心O1係設計相距三個下電極板121、下電極板122與下電極板123是等距的。舉例而言，當在方向x上下電極板121與下電極板122以56奈米的週期長度等間距週期性排列，圓柱狀的下電極板122的半徑為17奈米(nm)，且窗口的半徑為25奈米時，偏移距離d1極限可為11.8奈米，為半導體結構150最多可以容忍窗口140在方向x上偏移的一個指標。

第6圖示意的繪示窗口140向負的方向x偏移的情況。相似地，當一窗口140往正的方向x偏移，則能夠設置窗口140向正的方向x偏移至與下電極板121相切。在一些實施方式中，由於下電極板121與下電極板122在方向x上是等間距週期排列，因此同樣能夠得出窗口140在正的方向x偏移最多只能夠偏移11.8奈米，否則將無法接觸到下電極板121。

第7圖示意地繪示在方向y上具有非預期偏移的窗口140S2。相較於設計上能夠涵蓋到三個下電極板121、下電極板122與下電極板123的窗口140，偏移的窗口140S2向正的方向y偏移，而剛好與下電極板121、下電極板122相切。此為窗口140S2能夠同時接觸下電極板121、下電極板122與下電極板123的一種極限狀況，對應到窗口140在方向y上最多能夠偏移多少的容忍度。相對於理想的窗口140的中心O1，偏移的窗口140S2的中心O3相距中心O1具有偏移距離d2。

在一些實施方式中，三個下電極板121、下電極板122與下電極板123在第7圖的俯視圖上為相同的圓形。理想的中心O1係設計相距三個下電極板121、下電極板122與下電極板123是等距的。舉例而言，當在方向x上下電極板121與下電極板122以56奈米的週期長度等間距週期性排列，圓柱狀的下電極板122的半徑為17奈米(nm)，且窗口的半徑為25奈米時，偏移距離d2極限可為18奈米，為半導體結構150最多可以容忍窗口140在方向y上偏移的一個指標。

第8圖示意地繪示在方向y上具有非預期偏移的窗口140S3。相較於設計上能夠涵蓋到三個下電極板121、下電極板122與下電極板123的窗口140，偏移的窗口140S2向負的方向y偏移，而剛好與下電極板123。此為窗口140S2能夠同時接觸下電極板121、下電極板122與下電極板123的一種極限狀況，對應到窗口140在方向y上最多能夠偏移多少的容忍度。相對於理想的窗口140的中心O1，偏移的窗口140S3的中心O4相距中心O1具有偏移距離d3。

在一些實施方式中，三個下電極板121、下電極板122與下電極板123在第8圖的俯視圖上為相同的圓形。理想的中心O1係設計相距三個下電極板121、下電極板122與下電極板123是等距的。舉例而言，當在方向x上下電極板121與下電極板122以56奈米的週期長度等間距週期性排列，圓柱狀的下電極板122的半徑為17奈米(nm)，且窗口的半徑為25奈米時，偏移距離d3極限可為15.4奈米，為半導體結構150最多可以容忍窗口140在方向y上偏移的一個指標。

綜合第6圖、第7圖與第8圖可知，在方向x上形成的半導體結構150容許窗口140偏移最多11.8奈米。而受限於下電極板123，形成的半導體結構150在方向y上至多容許窗口140偏移15.4奈米。

為了進一步提升形成的半導體結構150容許窗口140在方向x與方向y上偏移的容忍度，請參照後續的說明。

請參照第9圖與第10圖。第9圖根據本揭露的一或多個實施方式繪示在半導體基板200上形成窗口240的俯視示意圖。為了方便說明的目的，第10圖根據本揭露的一或多個實施方式繪示在半導體基板200的剖面示意圖，其中在第10圖裝窗口240尚未形成在基板200之上。

相似於第1圖與第2圖，在本揭露的一或多個實施方式中，在第9圖與第10圖中，半導體基板200包括多個導電墊202與多個電晶體201。導電墊202設置暴露於半導體基板200。電晶體201分別連接至導電墊202。在一些實施方式中，導電墊202的材料為導電材料，例如鎢(W)金屬。在一些實施方式中，導電墊202可以使用其他合適的金屬或非金屬導電材料形成。

在第10圖中，基板200的頂面上進一步設置容器210。容器210包括支撐層211與絕緣層212。容器210係用以容置一或多個下電極板220。下電極板220之間彼此電性絕緣。

在一些實施方式中，容器210可包括多層的支撐層211與多層的絕緣層212，且多層支撐層211與多層絕緣層212在方向z上的交錯堆疊的。在一些實施方式中，支撐層211與絕緣層212可以為介電材料。舉例而言，絕緣層212的材料可以為氧化矽(化學式例如為SiO ₂)，絕緣層212的材料可以為氮化矽(化學式例如為Si ₃N ₄)，且絕緣層212的材料相較絕緣層212具有更高的結構強度，進而用以支撐後續形成的多個下電極板220。

下電極板220例如包括下電極板221、下電極板222、下電極板223、下電極板224、下電極板225、下電極板226。在第10圖中，容器110包括穿過支撐層211與絕緣層212且分別對準多個導電墊202的多個開口，而下電極板220形成於容器210之對準多個導電墊202的多個開口中，使得下電極板220是容置於容器210內。容器210的支撐層211與絕緣層212直接接觸下電極板220。多個下電極板220是分別連接至多的導電墊202。

多個下電極板220係沿方向x排列。參照第9圖，多個下電極板220排列在沿方向x延伸的橫列R1上。舉例而言，下電極板221、下電極板222與下電極板223排列在沿方向x延伸的橫列R1上。同時參照第10圖。下電極板221、下電極板222與下電極板223沿方向x排列。此外，多個下電極板220排列在沿方向x延伸的橫列R2上。舉例而言，下電極板224、下電極板225與下電極板226排列在沿方向x延伸的橫列R2上，如第9圖所示。

如第9圖繪示的俯視示意圖所示，在本實施方式中，多個下電極板220(例如下電極板221、下電極板222、下電極板223下電極板224、下電極板225與下電極板226)為形狀相同的圓形，且多個下電極板220沿方向x等間距週期性排列。

在第9圖中，下電極板221在方向x與方向y上都與下電極板224位置錯開。在一些實施方式中，下電極板221的中心2210與下電極板224的中心2240之間相距長度l1。相似地，下電極板221的中心2210與下電極板225的中心(未繪示) 之間亦可以相距長度l1，其中下電極板224與下電極板225為下電極板221在橫列R2上最鄰近的二個下電極板。此外，針對在橫列R1上其中二個最鄰近的下電極板221與下電極板222，下電極板221的中心2210與下電極板222的中心2220之間相距長度l2，長度l1等於長度l2。如此，下電極板221、下電極板222與下電極板224三者的中心可實質形成一正三角形。相似地，在橫列R2上，下電極板224的中心2240與下電極板225的中心(未繪示) 之間亦可以相距長度l2，這使得下電極板224、下電極板225與下電極板222三者的中心亦可實質形成一正三角形。換言之，在第9圖繪示的實施例中，其中一個下電極板220(例如在橫列R1上的下電極板221)與相鄰橫列上最鄰近的二個下電極板220(例如在橫列R2上的下電極板224與下電極板225)三者的中心能夠形成正三角形，使得下電極板220能夠密集地排列。

應留意到，第9圖僅是示意地繪示基板200的一個局部與在基板200上的多個下電極板220，而不應以此限制本揭露。在一些實施方式中，基板200上的容器210可以容置更多數量的下電極板220。

在本實施方式中，下電極板220是柱狀的，且下電極板220是沿方向z延伸。從第9圖來看，在本實施方式中，下電極板220為圓柱。在第10圖繪示的示意剖面圖中，下電極板221、下電極板222與下電極板223是沿方向z延伸的中空柱體。下電極板220的材料為導電材料。在本揭露的一或多個實施方式中，多個下電極板220能夠作為多個電容的其中一個電極。

第9圖進一步繪示窗口240的設置。如第9圖所示，在本實施方式中，能夠設置只在單一橫列(例如橫列R1與橫列R2)上延伸的窗口240。預計形成的窗口240的設置在第9圖中以虛線表示。

不同於第3圖所繪示的多個圓形窗口140，在本實施方式中，如第9圖所示，窗口240(例如窗口241與窗口242)為長方形。舉例而言，窗口241在方向x上具有長度l，窗口241在方向y上具有寬度W。窗口241的長度l在方向x從下電極板221的中心2210橫跨下電極板222而延伸至下電極板223的中心。窗口241在方向y上的寬度W等於下電極板221、下電極板222或下電極板223在方向y上的長度。在本實施方式中，窗口241在方向y上的寬度W等於下電極板221、下電極板222或下電極板223任一者在x-y平面上的直徑。

第11圖繪示第9圖的局部剖面示意圖，對應窗口240已設置於基板200上的情況，以進一步說明窗口240的設置。

延續第10圖，在第11圖中，形成從三個下電極板221、下電極板222與下電極板223上方凹陷而形成的窗口241，其中下電極板221、下電極板222與下電極板223是位在同一個沿方向x延伸的橫列R1上。

在一些實施方式中，窗口241可以通過蝕刻製程來形成。舉例而言，可以在容器210上及下電極板221、下電極板222與下電極板223內填充遮罩材料。之後，於遮罩材料上沉積光阻，並將光阻圖案化使光阻具有窗口241的圖案。通過圖案化的光阻，能夠通過微影製程移除光阻以在容器210暴露出與窗口241具有相似形狀的區域，進而通過蝕刻製程凹陷容器210與下電極板221、下電極板222及下電極板223，進而形成窗口241。在窗口241形成時，在窗口241位置內的支撐層211被移除，這使得下電極板222之頂面的高度隨之下降。

如第11圖所示，在窗口241形成以及移除絕緣層212之後，位於下電極板221與下電極板223之間的下電極板222凹陷，使得下電極板222的頂面222T1與頂面222T2中的任一者都低於下電極板221的頂面221T1或下電極板223的頂面221T2。換言之，窗口241可以認為是由下電極板221的側壁221S與頂面221T2、下電極板222的頂面222T1與頂面222T2以及下電極板223的頂面223T1與側壁223S所形成。

在窗口241形成之後，能夠進一步選擇性地蝕刻容器210的絕緣層212。如此，容器210的支撐層211被保留以連接窗口241以外的下電極板221與下電極板223。在第11圖中，支撐層211的頂面齊平於下電極板221的頂面221T1以及下電極板223的頂面223T2。

請參照第12圖。第12圖根據本揭露的一或多個實施方式繪示在半導體基板200上形成多個介電層的局部剖面示意圖。

在絕緣層212被移除後，如第12圖所示，針對下電極板221，下電極板221在頂面221T2下方與在支撐層211下方的側壁221S將被進一步暴露，隨後形成介電層221D覆蓋下電極板221暴露的側壁221S與底面221B。在第12圖中，其中一個介電層221D從其中一個導電墊202的頂面沿著下電極板221暴露的側壁221S與底面221B延伸，並且介電層221D延伸覆蓋到支撐層211。另一方面，在支撐層211下方的另一介電層121D覆蓋在支撐層211下方的側壁221S，且在支撐層211下方的介電層221D直接接觸支撐層211的底面與其中一個導電墊202的頂面。

在一些實施方式中，介電層223D能夠與介電層221D在同一流程形成。詳細而言，針對下電極板223，在絕緣層212被移除後，下電極板223在頂面223T1下方與在支撐層211下方的側壁223S將被進一步暴露，隨後形成介電層223D覆蓋下電極板223暴露的側壁223S與底面222B。在第12圖中，介電層223D從其中一個導電墊202的頂面沿著下電極板223暴露的側壁223S與底面223B延伸，並且介電層223D延伸覆蓋到支撐層211之上。另一方面，在支撐層211下方的另一介電層223D覆蓋在支撐層211下方的側壁223S，且在支撐層211下方的介電層223D直接接觸支撐層111的底面與另一個導電墊202的頂面。

而針對位於下電極板221與下電極板223之間的下電極板222，由於絕緣層212被移除，下電極板222的側壁222S在窗口241內是完全地暴露。如此，介電層222D形成以覆蓋下電極板222暴露的側壁222S、頂面222T1、頂面222T2以及底面222B。介電層222D進一步地分別直接接觸相應導電墊102位於下電極板222之相對兩側的頂面上。

在一些實施方式中，介電層221D、介電層222D與介電層223D可以通過共形的沉積製程分別形成在下電極板221、下電極板222與下電極板223的暴露處。

請參照第13圖。第13圖延續第12圖，第13圖根據本揭露的一或多個實施方式繪示半導體結構250的局部剖面示意圖。在形成介電層221D、介電層223D與介電層223D之後，進一步形成分別覆蓋介電層221D、介電層223D與介電層223D的上電極板221E、上電極板222E與上電極板223E。

如第13圖所示，上電極板221E覆蓋在支撐層211下方的介電層221D以及在下電極板221上方的介電層221D，以形成柱狀電容251。柱狀電容251實質包括二組電容器，其中一組電容器由下電極板221、在支撐層211下方的介電層221D以及在支撐層211下方的上電極板221E所形成，另一組電容器由下電極板221、在下電極板221上方的介電層221D以及在窗口241內的上電極板221E所形成，二組電容器共用同一個下電極板221。換言之，由於介電層221D被支撐層211分隔開成兩組分離的層，因此柱狀電容251能夠包括二組電容器。

相似地，在第13圖中，上電極板223E覆蓋在支撐層211下方的介電層223D以及在下電極板223上方的介電層223D，以形成柱狀電容253。柱狀電容253實質包括二組電容器，其中一組電容器由下電極板223、在支撐層211下方的介電層223D以及在支撐層211下方的上電極板223E所形成，另一組電容器由下電極板223、在下電極板223上方的介電層223D以及在窗口241內的上電極板223E所形成，二組電容器共用同一個下電極板223。由於介電層223D被支撐層211分隔開成兩組分離的層，因此柱狀電容253也能夠包括二組電容器。

進一步地，在形成上電極板221E與上電極板223E的同時能夠在窗口241內形成上電極板222E，上電極板222E覆蓋在介電層222D之上，以形成柱狀電容252。柱狀電容252由下電極板222、上電極板222E以及被夾在下電極板222與上電極板222E兩者之間的介電層222D所形成。

請回到第9圖。在一些實施方式中，下電極板224、下電極板225、下電極板226與窗口242可以分別具有類似於下電極板221、下電極板222、下電極板223與窗口241，並在後續以相似的方式形成柱狀電容。

詳細而言，下電極板224、下電極板225、下電極板226是等間距地排列於橫列R2之上。窗口242限制只在橫列R2的範圍內沿方向x延伸，其中窗口242可以具有相似於窗口241的結構，窗口242從下電極板224、下電極板225與下電極板226的上方凹陷，並且下電極板225的任一頂面將低於下電極板224的最高頂面與下電極板226的最高頂面。在一些實施方式中，窗口242與其他的窗口240能夠與形成窗口241的相同製程形成。

在形成窗口242之後，容器210的絕緣層212被移除，以暴露下電極板224、下電極板225與下電極板226的底板與側壁。隨後，依序共形地形成介電層與上電極板，形成分別包括下電極板224、下電極板225、下電極板226的多個柱狀電容，其中包括下電極板225的柱狀電容的任一表面將低於包括下電極板224之柱狀電容的最頂面與包括下電極板226之柱狀電容的最頂面。在一些實施方式中，覆蓋下電極板224、下電極板225與下電極板226的多個介電層能夠與介電層221D、介電層222D與介電層223D是在同一製程流程形成，並且覆蓋下電極板224、下電極板225、下電極板226之多個介電層的多個上電極板能夠上電極板221E、上電極板222E與上電極板223E是在同一製程流程形成。

如此一來，半導體結構250形成。形成的半導體結構250包括半導體基板200、形成在半導體基板200上方的多個柱狀電容(例如柱狀電容251、柱狀電容252與柱狀電容253)以及從柱狀電容上方凹陷的窗口240(例如窗口241)。形成的柱狀電容可以通過多個導電墊202分別連接置基板200內的多個電晶體201，以形成多個一電晶體-一電容(1T1C)記憶體單元，這些記憶體單元可以用以形成集成的動態隨機存取記憶體(DRAM)結構。窗口240能夠用於進一步連接一或多個形成的柱狀電容，以將柱狀電容與其他外部的電路結構做連接。在一些實施方式中，可以在窗口240內形成用於電性接觸的導電材料。舉例而言，柱狀電容251的下電極板221、柱狀電容252的下電極板222與柱狀電容253的下電極板223彼此電性絕緣。通過在窗口241中填充導電材料，能夠藉以連接柱狀電容251的上電極板221E、柱狀電容252的上電極板222E與柱狀電容253的上電極板223E，使得柱狀電容251、柱狀電容252與柱狀電容253通過形成在窗口241內的導電材料實現電性連接。

在一些實施方式中，上電極板221E、上電極板222E與上電極板222E可以通過沉積製程共形地分別形成在介電層221D、介電層222D與介電層223D之上。

請參照第14圖與第15圖。第14圖與第15圖根據本揭露的一或多個實施方式繪示半導體結構150容忍不同方向位置偏移的示意圖。第14圖與第15圖示意地繪示半導體基板200上多個柱狀電容對應的下電極板221、下電極板222與下電極板223以及窗口241所在的相對位置，其中偏移的窗口以虛線示意的繪示。

第14圖示意地繪示在方向x上具有非預期偏移的窗口241S1。相較於設計上能夠涵蓋到三個下電極板221、下電極板222與下電極板223的窗口241，偏移的窗口141S1向負的方向x偏移，而剛好與下電極板223相切。此為窗口241S1能夠同時接觸下電極板221、下電極板222與下電極板2223的一種極限狀況，對應到窗口140在方向x上最多能夠偏移多少的容忍度。相對於理想的窗口241，偏移的窗口241S1向負的方向x偏移距離d4。

在一些實施方式中，三個下電極板221、下電極板222與下電極板223在第9圖的俯視圖上為相同形狀的圓形。理想的窗口241是設計於三個下電極板221、下電極板222與下電極板223的中間。舉例而言，當在方向x上下電極板221與下電極板222以56奈米的週期長度等間距週期性排列，圓柱狀的下電極板222的半徑為17奈米(nm)，偏移距離d4極限可為17奈米，即下電極板221、下電極板222與下電極板223中任一者的半徑。換言之，在本實施方式中的窗口241設置，半導體結構250在方向x上可以容忍相同於下電極板221、下電極板222與下電極板223中任一者的半徑的偏移距離，為半導體結構250最多可以容忍窗口241在方向x上偏移的一個指標。

第15圖示意地繪示在方向y上具有非預期偏移的窗口241S2。相較於設計上能夠涵蓋到三個下電極板221、下電極板222與下電極板223的窗口241，偏移的窗口241S2向正的方向y偏移，而剛好與下電極板221、下電極板222與下電極板223相切。此為窗口241S2能夠同時接觸下電極板221、下電極板222與下電極板223的一種極限狀況，對應到窗口241在方向y上最多能夠偏移多少的容忍度。相對於理想的窗口241，偏移的窗口241S1向正的方向y上偏移距離d5。

在一些實施方式中，三個下電極板221、下電極板222與下電極板223在第9圖的俯視圖上為相同的圓形。理想的窗口241是設計於三個下電極板221、下電極板222與下電極板223的中間。舉例而言，當圓柱狀的下電極板221、下電極板222與下電極板223的半徑為17奈米(nm)，且窗口的寬度W為34奈米時，偏移距離d5極限可為34奈米，即下電極板221、下電極板222與下電極板223的直徑。這可作為半導體結構250最多可以容忍窗口241在方向y上偏移的一個指標。

綜合第14圖與第15圖可知，在方向x上形成的半導體結構250容許窗口240(例如窗口241)偏移最多17奈米，形成的半導體結構150在方向y上至多容許窗口2400(例如窗口241)偏移34奈米。換言之。當要設置窗口來連接半導體基板上的一或多個電容器時，通過限制窗口的延伸方向與寬度，能夠更進一步提升承受窗口不同方向上非預期偏移的容忍特性，避免因非預期偏所導致的電性問題。

請參照第16圖。第16圖根據本揭露的一或多個實施方式繪示形成半導體結構250的方法300的流程圖。

請同時參照第9圖與第10圖。在流程301，形成複數個柱狀下電極板220在半導體基板200上，其中柱狀下電極板220在平行於半導體基板200之頂面的第一方向x上等間距週期性排列，例如下電極板221、下電極板222與下電極板223排列在沿方向x延伸的橫列R1之上。

請同時參照第9圖與第11圖。在流程302，暴露柱狀下電極板(例如下電極板221、下電極板222與下電極板223)的底面與側壁。

請同時參照第9圖與第11圖。在流程303，在第一方向x上凹陷多個柱狀下電極板220，形成只在單一橫列R1上橫跨過多個柱狀下電極板220的窗口240，例如橫跨過下電極板221、下電極板222與下電極板223的窗口241。

請同時參照第12圖。在流程304，形成介電層(例如介電層221D、介電層222D與介電層223D)覆蓋柱狀下電極板220暴露的底面與側壁。

請同時參照第13圖。在流程305，形成覆蓋介電層(例如介電層221D、介電層222D與介電層223D)的柱狀上電極板(例如上電極板221E、上電極板222E與上電極板223E)在相應的柱狀下電極板(例如下電極板221、下電極板222與下電極板223)上，形成複數個柱狀電容器(例如柱狀電容251、柱狀電容252與柱狀電容253)。

綜上所述，在本揭露一或多個實施方式的半導體結構中，能夠通過設置僅在單一方向的單一橫列上延伸的窗口來連接一或多個電容器，進而增加形成整體半導體裝置時容忍非預期偏移的能力。在一些實施方式中，這些電容器的形狀是圓柱狀的，通過相應這些圓柱狀的電容器的半徑以及電容器之間的間距設置長方形的窗口，能夠使得在彼此垂直的兩個不同方向上對窗口的位置偏移能夠分別具有一個電容器的半徑與一個電容器直徑的位置偏移容忍度。

雖然本揭露已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何本領域具通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

對本領域技術人員來說顯而易見的是，在不脫離本公開的範圍或精神的情況下，可以對本揭露的實施例的結構進行各種修改和變化。鑑於前述，本揭露旨在涵蓋本發明的修改和變化，只要它們落入所附的保護範圍內。

100:基板 101:電晶體 102:導電墊 110:容器 111:支撐層 112:絕緣層 120:下電極板 121:下電極板 121B:底面 121D:介電層 121E:上電極板 121T1,121T2:頂面 121S:側壁 122:下電極板 122B:底面 122D:介電層 122E:上電極板 122T1,122T2:頂面 122S:側壁 123:下電極板 140:窗口 140S1,140S2,140S3:窗口 150:半導體結構 151:電容 152:電容 200:基板 201:電晶體 202:導電墊 210:容器 211:支撐層 212:絕緣層 220:下電極板 221:下電極板 221B:底面 221D:介電層 221E:上電極板 2210:中心 221S:側壁 221T1,221T2:頂面 222:下電極板 222B:底面 222D:介電層 222E:上電極板 2220:中心 222S:側壁 222T1,222T2:頂面 223:下電極板 223B:底面 223D:介電層 223E:上電極板 223S:側壁 223T1,223T2:頂面 224:下電極板 2240:中心 225:下電極板 226:下電極板 240:窗口 241:窗口 241S1, 241S2:窗口 242:窗口 250:半導體結構 251:電容 252:電容 253:電容 300:方法 301~305:流程 d1,d2,d3,d4,d5:距離 l:長度 l1,l2:長度 O1,O2,O3,O4:中心 R1,R2:橫列 W:寬度 x,y,z:方向

本揭露的優點與圖式，應由接下來列舉的實施方式，並參考附圖，以獲得更好的理解。這些圖式的說明僅僅是列舉的實施方式，因此不該認為是限制了個別實施方式，或是限制了發明申請專利範圍的範圍。第1圖根據本揭露的一或多個實施方式繪示半導體基板的俯視示意圖；第2圖繪示第1圖的局部剖面示意圖；第3圖根據本揭露的一或多個實施方式繪示在半導體基板上形成窗口的俯視示意圖；第4圖繪示第3圖的局部剖面示意圖；第5圖根據本揭露的一或多個實施方式繪示半導體結構的局部剖面示意圖；第6圖、第7圖與第8圖根據本揭露的一或多個實施方式繪示半導體結構容忍不同方向位置偏移的示意圖；第9圖根據本揭露的一或多個實施方式繪示在半導體基板上形成窗口的俯視示意圖；第10圖根據本揭露的一或多個實施方式繪示在半導體基板的剖面示意圖；第11圖繪示第9圖的局部剖面示意圖；第12圖根據本揭露的一或多個實施方式繪示在半導體基板上形成介電層的局部剖面示意圖；第13圖根據本揭露的一或多個實施方式繪示半導體結構的局部剖面示意圖；第14圖與第15圖根據本揭露的一或多個實施方式繪示半導體結構容忍不同方向位置偏移的示意圖；以及第16圖根據本揭露的一或多個實施方式繪示形成半導體結構的方法的流程圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

300:方法

301~305:流程

Claims

一種半導體結構，包括：一半導體基板；複數個柱電容，設置於該半導體基板的一頂面上，其中該些柱電容包括排列在沿一第一方向延伸的一第一橫列上的一第一柱電容、一第二柱電容與一第三柱電容，該第二柱電容位於該第一柱電容與該第三柱電容之間；一第一窗口，沿該第一方向延伸且從該第一柱電容、該第二柱電容與該第三柱電容上方凹陷，其中該第一柱電容的一頂面或該第三柱電容的一頂面高於該第二柱電容的任一頂面；以及一支撐層，位於該第一窗口之外且接觸該第一柱電容與該第三柱電容，其中該些柱電容中的每一者包括一介電層，該第一柱電容與該第三柱電容的該些介電層接觸該支撐層，該第二柱電容的該介電層分離於該支撐層。
如請求項1所述之半導體結構，其中該些柱電容的每一者在垂直該第一方向的一第二方向上具有一第一寬度，該第一窗口在該第二方向上具有一第二寬度，該第二寬度等於該第一寬度。
如請求項1所述之半導體結構，進一步包括；複數個電晶體，設置於該半導體基板內；以及複數個導電墊，分別連接該些電晶體且從該半導體基板的該頂面暴露，該些導電墊分別連接至該些柱電容。
如請求項1所述之半導體結構，其中該些柱電容進一步包括排列在沿該第一方向延伸的一第二橫列上的一第四柱電容、一第五柱電容與一第六柱電容，該第五柱電容位於該第四柱電容與該第六柱電容之間，該半導體裝置進一步包括：一第二窗口，沿該第一方向延伸且從該第四柱電容、該第五柱電容與該第六柱電容上方凹陷，其中該第四柱電容的一頂面或該第六柱電容的一頂面高於該第五柱電容的任一頂面。
如請求項4所述之半導體結構，其中該第一柱電容與該第二柱電容之間的一距離等於該第一柱電容與該第四柱電容之間的一距離，該第一柱電容與該第四柱電容在該第一方向上錯開。
如請求項1所述之半導體結構，其中該第一窗口在該第一方向上的一長度是從該第一柱電容的一中心延伸至該第三柱電容的一中心。
如請求項1所述之半導體結構，其中該第一窗口為一長方形。
一種形成半導體結構的方法，包括：形成複數個柱狀下電極板在一半導體基板的一頂面上，其中該些柱狀下電極板的一第一柱狀下電極板、一第二柱狀下電極板與一第三柱狀下電極板排列於在一第一方向上延伸的一第一橫列，該第二柱狀下電極板位於該第一柱狀下電極板與該第三柱狀下電極板之間；凹陷該第一柱狀下電極板、該第二柱狀下電極板與該第三柱狀下電極板，以形成於該第一方向延伸的一第一窗口，其中該第一柱狀下電極板的一頂面與該第三柱狀下電極板的一頂面高於該第二柱狀下電極板的任一頂面；形成分別覆蓋該些柱狀下電極板的複數個介電層；以及形成分別覆蓋該些介電層的複數個上電極板，以形成複數個柱電容，其中該第一窗口在該第一方向的一長度從該第一柱狀下電極板的一中心延伸至該第三柱狀下電極板的一中心，該第一窗口在垂直於該第一方向之一第二方向的一寬度等於該些柱電容的任何一者在該第二方向上的一寬度。
如請求項8所述之方法，其中該些柱狀下電極板的一第四柱狀下電極板、一第五柱狀下電極板與一第六柱狀下電極板排列於在該第一方向上延伸的一第二橫列，該第五柱狀下電極板位於該第四柱狀下電極板與該第六柱狀下電極板之間，該方法進一步包括：凹陷該第四柱狀下電極板、該第五柱狀下電極板與該第六柱狀下電極板，以形成於該第一方向延伸的一第二窗口，其中該第四柱狀下電極板的一頂面與該第六柱狀下電極板的一頂面高於該第五柱狀下電極板的任一頂面。
如請求項8所述之方法，其中，形成該些柱狀下電極板包括形成該些柱狀下電極板於在該半導體基板之該頂面上的一容器內，該容器包括一絕緣層與一支撐層，該絕緣層與該支撐層接觸該些柱狀下電極板，形成該第一窗口包括移除該第一窗口內的該支撐層，以及該方法進一步包括移除該絕緣層以暴露該些柱狀下電極板的複數個底面與複數個側壁。
如請求項10所述之方法，其中在形成分別覆蓋該些柱狀下電極板的該些介電層後，覆蓋該第一柱狀下電極板的該介電層與覆蓋該第三柱狀下電極板的該介電層延伸至該支撐層之上，覆蓋該第二柱狀下電極板的該介電層分離於該支撐層。
如請求項8所述之方法，其中該半導體基板進一步包括複數個電晶體與連接該些電晶體的複數個導電墊，該些導電墊於該半導體基板上暴露，該些柱狀下電極板分別形成於該些導電墊之上。