專利名稱：半導(dǎo)體器件電容器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，特別涉及可應(yīng)用于半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)電容器的半導(dǎo)體器件的電容器結(jié)構(gòu)，及其制備方法。
存儲(chǔ)電容器是半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)單元的主要部件之一。
一般說來，存儲(chǔ)單元的輸出電壓是與單元的存儲(chǔ)電容器的電容量值成正比，因此，電容器需要具有滿意的大電容量值以確保單元的穩(wěn)定操作或改善單元的操作可靠性。另一方面，電容器需要隨著最近小型化和單元的集成化的進(jìn)步而進(jìn)一步小型化。因此，在近年中，對(duì)發(fā)展新的電容器結(jié)構(gòu)存在強(qiáng)勁的需求，盡管單元被進(jìn)一步小型化，但新結(jié)構(gòu)使得實(shí)現(xiàn)滿意地大電容量值是可能的。為滿足這個(gè)需求，各種各樣的電容器結(jié)構(gòu)被研制出來并已經(jīng)公開，

圖1所示是其中之一。圖1顯示了半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)單元的一部分，在該圖中，現(xiàn)有技術(shù)存儲(chǔ)電容器130形成在沿著金屬-氧化-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)131的半導(dǎo)體基底101的表面上。MOSFET 131之一和對(duì)應(yīng)的電容器130之一構(gòu)成該單元。
絕緣介質(zhì)102選擇性地形成在基底101的表面上，在其上定義有源區(qū)域(未示出)。在每一個(gè)有源區(qū)域內(nèi)，柵極絕緣體120選擇性地形成在基底101的表面上，柵極電極103形成在柵極絕緣體120上，一對(duì)源/漏區(qū)121a和121b形成在基底101內(nèi)的柵極電極103的兩側(cè)。源/漏區(qū)121a和121b對(duì)、柵極絕緣體120和柵極電極103在每一個(gè)有源區(qū)域構(gòu)成了MOSFET 131。
所形成的第一層間介質(zhì)層104覆蓋絕緣介質(zhì)102、柵極電極103和暴露的源/漏區(qū)121a和121b對(duì)。第二層間介質(zhì)層105形成在第一層間介質(zhì)層104上。層105比第一層間介質(zhì)層104厚，因?yàn)椴季€層106被形成在層105內(nèi)。布線層106電連接到分別的源/漏區(qū)121a。布線層106沒有出現(xiàn)在圖1所示的器件的橫界面圖內(nèi)，因此它由虛線所顯示。
氮化硅(SiNx)層107形成在第二層間介質(zhì)層105上。層107在覆蓋在層107上的蝕刻層的處理中可作為蝕刻停止層。
形成接觸孔122以穿透SiNx層107和第二和第一層間介質(zhì)層105和104。孔122達(dá)到對(duì)應(yīng)的源/漏區(qū)121b，并暴露在此?？?22由導(dǎo)電接觸插拴117填充。插拴117與對(duì)應(yīng)的源/漏區(qū)121b接觸并電連接到對(duì)應(yīng)的源/漏區(qū)。
作為各自存儲(chǔ)單元的電荷存儲(chǔ)電極的下部電極16形成在SiNx層107上以與各自的有源區(qū)域重疊。這些電極16通過小隙縫相互之間分開。象在圖1中看到的一樣，每一個(gè)電極116由圓環(huán)平板型的底部116a和連接到底部116a的周邊的圓筒側(cè)壁116b形成。側(cè)壁116b從底部116a的周邊向上延伸。底部116a的中心與對(duì)應(yīng)的接觸插拴117之一的頂部接觸并與它電連接。
所形成的電容器介質(zhì)114覆蓋全部下電極116。介質(zhì)114不僅與電極116的暴露區(qū)域接觸也與從電極116之間的隙縫暴露的氮化硅層107接觸。介質(zhì)114是所有電極116共用的。
上部電極115形成在電容器介質(zhì)114上以相對(duì)所有下部電極116。電極115是所有電極116共用的。電極115沿著介質(zhì)114延伸。
上部電極115、電容器介質(zhì)114和下部電極之一構(gòu)成了一個(gè)存儲(chǔ)電容器130。每一個(gè)MOSFET 130和對(duì)應(yīng)的電容器130之一構(gòu)成了存儲(chǔ)單元。
其次，圖1所示的制備現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的方法參考圖2A至2H在下面解釋。
首先，如圖2A所示，由二氧化硅(SiO2)制備的絕緣介質(zhì)102選擇性地形成在半導(dǎo)體基底101的表面上，在此定義有源區(qū)域。其次，SiO2層(未示出)形成在基底的整個(gè)表面上，摻雜多晶硅層(未示出)被淀積在所形成的SiO2層上。SiO2和多晶硅層形成具有特殊形狀的圖案，因此，在各自的有源區(qū)域內(nèi)的基底101的表面上形成柵極絕緣體120和柵極電極103。
使用絕緣介質(zhì)102和柵極電極103作為掩膜，摻雜選擇性地注入基底101，因此，在各自的有源區(qū)域內(nèi)形成源/漏區(qū)121a和121b對(duì)。每一對(duì)源/漏區(qū)121a和121b本身與對(duì)應(yīng)的柵極電極103之一成一直線。
因此，在基底101上制作成MOSFET 131，每個(gè)制作成MOSFET 131是由一對(duì)源/漏區(qū)121a和121b、對(duì)應(yīng)的一個(gè)柵極絕緣體120和對(duì)應(yīng)的一個(gè)柵極電極103構(gòu)成。
隨后，形成由SiO2制備的第一層間介質(zhì)層104覆蓋基底101的整個(gè)表面。在這時(shí)，絕緣介質(zhì)102和MOSFET 131由層104覆蓋。然后，由硼硅酸鹽玻璃(BPSG)制備的第二層間介質(zhì)層105形成在第一層間介質(zhì)層104上。包含在內(nèi)部布線層106內(nèi)的層105電連接到各自的源/漏區(qū)121a。SiNx層107形成在由化學(xué)蒸發(fā)淀積(CVD)法形成的第二層間介質(zhì)層105上。
在所形成的SiNx層107上，具有開口109a的圖形抗蝕膜109被形成。開口109a被用于形成接觸孔122，并且，開口109a正好位于各自源/漏區(qū)121b的上部。這個(gè)階段的狀態(tài)由圖2A示出。跟隨這個(gè)步驟，使用圖形抗蝕膜109作為掩膜，SiNx層107和第二及第一層間介質(zhì)層105和104選擇地和連續(xù)地被蝕刻。因此，如圖2B所示，形成的接觸孔122穿透層107、105和104，并暴露出下面的源/漏區(qū)121b。其后，抗蝕膜109被除去。
用于填充接觸孔122的具有足夠大的厚度的第一導(dǎo)電層(未示出)形成在SiNx層107上。例如，作為第一導(dǎo)電層，使用摻雜(即n-或p型)多晶硅層。所形成的第一導(dǎo)電層被蝕刻掉，直到暴露出下面的SiNx層107，因此，剩下選擇地第一導(dǎo)電層在孔122內(nèi)。因此，如圖2C所示，導(dǎo)電接觸插拴117由剩余的第一導(dǎo)電層形成在孔122內(nèi)。
隨后，如圖2D所示，由SiO2制備的第一層間介質(zhì)層108形成在SiNx層107上。層108與插拴117的頂部接觸。在所形成的層108上，形成圖形抗蝕膜112。膜112有開口112a，開口112a選擇性地暴露下部電極116被形成的區(qū)域。使用膜112作為掩膜，選擇性地蝕刻第一層間介質(zhì)層108以在層107上形成隔離層108a。如圖2E所示，隔離層108a有開口128，開口128暴露下面的SiNx層107和接觸插拴117的頂部，并被用來定義下部電極116。
下一步，如圖2F所示，由摻雜(即n-或p型)多晶硅制備的第二導(dǎo)電層113形成在SiNx層107上，以覆蓋隔離層108a和暴露的接觸插拴117。然后，由SiO2制備的第二介質(zhì)層111通過CVD法淀積在層113上。層111具有足夠大的厚度掩蓋層108a的整個(gè)開口128。
其后，第二介質(zhì)層111和第二導(dǎo)電層113被繼續(xù)向后蝕刻直到暴露出隔離層108a的頂部。因此，如圖2G所示，存在于開口128外部的層113的部分選擇性地被蝕刻掉，只在開口128內(nèi)留下層113。結(jié)果，由層113剩余部分在SiNx層107上形成下部電極116。
為完全蝕刻掉隔離層108a和剩余的第二介質(zhì)層111，當(dāng)SiNx層107被用作為蝕刻停止層時(shí)，層108a和111進(jìn)一步被蝕刻。這個(gè)階段的狀態(tài)顯示在圖2H中。
跟隨此狀態(tài)，象圖1所示的一樣，具有SiO2和SiNx層的層結(jié)構(gòu)的電容器介質(zhì)114被形成以覆蓋下部電極116。介質(zhì)114通過電極116之間的隙縫與SiNx層107的暴露區(qū)域接觸。
最后，如圖1所示，由摻雜多晶硅制備的上部電極115形成在電容器介質(zhì)114上。電極115沿著介質(zhì)114延伸。因此，制備了現(xiàn)有技術(shù)的含有存儲(chǔ)電容器130的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件。
象上面解釋的一樣，根據(jù)顯示在圖1的現(xiàn)有技術(shù)存儲(chǔ)電容器130，下部電極和上部電極116和115之間的相對(duì)面可以因?yàn)橄虏侩姌O116的圓筒側(cè)壁116b的存在而增加，提高它的電容量值。然而，應(yīng)付存儲(chǔ)單元進(jìn)一步的小型化和集成化所要求的電容量值是不可能完成的。
此外，另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)存儲(chǔ)電容器的結(jié)構(gòu)公開在日本未審查專利公開中，1997年10月，公開號(hào)9-275194。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，下部電極有一個(gè)“雙圓筒結(jié)構(gòu)”，下部電極具有連接內(nèi)部和外部圓筒的部分，因此，獲得的電容器支大于圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)電容器結(jié)構(gòu)的電容旗幟。然而，甚至在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，應(yīng)付存儲(chǔ)單元進(jìn)一步的小型化和集成化所要求的電容量值是不可能完成的。
概要地說，對(duì)于上面解釋的現(xiàn)有技術(shù)的電容器結(jié)構(gòu)，根據(jù)發(fā)展小型化的趨勢(shì)，由于他們不能滿足電容量的值，所以不能夠在存儲(chǔ)電容器中存儲(chǔ)足夠量的電荷。結(jié)果，存在的問題不能確保存儲(chǔ)單元的穩(wěn)定操作，因此，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的操作可靠性降低了。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種電容器，其即使小型化，也能使得增加它的下部電極和上部電極之間的相對(duì)區(qū)域尺寸很容易，以及制備這種電容器的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種電容器，盡管小型化，該電容器確保所要求的電容量值足夠大，用于半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的穩(wěn)定操作，及制備電容器的方法。
從下面的論述中，上述目的與沒有特別提到的其它目的一起，對(duì)于本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將是顯而易見的。
按照本發(fā)明的第一方面，提供一種電容器，該電容器包括(a)具有層間介質(zhì)層的基底；(b)形成在層間介質(zhì)層上的下部電極；具有第一電極部分和第二電極部分相互之間連接的下部電極；第一電極部分包括底部子部分和從底部子部分的圓周向上延伸的側(cè)壁子部分；底部子部分和側(cè)壁子部分形成內(nèi)部空間；至少第二電極部分的一部分位于內(nèi)部空間，致使在底部子部分和第二電極部分之間形成第一隙縫，在側(cè)壁子部分和第二電極部分之間形成第二隙縫。
(c)沿著底部子部分和第一電極部分的側(cè)壁子部分的暴露區(qū)域延伸和在所述的第一和第二隙縫內(nèi)的沿著第二電極部分的暴露區(qū)域延伸形成的電容器介質(zhì)。
(d)上部電極形成在電容器介質(zhì)上；上部電極相對(duì)下部電極的第一電極部分的底部子部分和在第一隙縫內(nèi)的第二電極部分；上部電極相對(duì)下部電極的第一電極部分的側(cè)壁子部分和在第二隙縫內(nèi)的第二電極部分。
按照本發(fā)明第一方面的電容器，下部電極具有相互連接在一起的第一電極部分和第二電極部分。第一電極部分包括底部子部分和從底部子部分的圓周向上延伸的側(cè)壁子部分。至少部分第二電極部分位于由底部子部分和第一電極部分的側(cè)壁子部分形成的內(nèi)部空間，所以，在下部電極的底部子部分和第二電極部分之間形成第一隙縫，同時(shí)，在下部電極的側(cè)壁子部分和第二電極部分之間形成第二隙縫。
同樣，上部電極與下部電極的第一電極部分的底部子部分和在第一隙縫內(nèi)通過電容器介質(zhì)的下部電極的第二電極部分相對(duì)。此外，上部電極與下部電極的第一電極部分的側(cè)壁子部分和在第二隙縫內(nèi)通過電容器介質(zhì)的第二電極部分相對(duì)。
因此，在上部電極和下部電極之間的相對(duì)區(qū)域可以容易地?cái)U(kuò)展。換句話說，盡管小型化，下部電極和上部電極之間的相對(duì)區(qū)域尺寸仍可以容易地增加。這確保要求的電容量值足夠大，以進(jìn)行半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的穩(wěn)定操作。
在根據(jù)本發(fā)明第一方面電容器的優(yōu)選實(shí)施例中，第一電極部分的底部子部分有一個(gè)開口，層間介質(zhì)層有一個(gè)開口。第二電極部分與在層間介質(zhì)層和基底之間形成的布線層或在基底內(nèi)通過開口形成的導(dǎo)電區(qū)域接觸并與其電連接。
在這個(gè)實(shí)施例中，第一電極部分的底部子部分最好是平板型，第二電極部分包括平板型主子部分和從主子部分向下延伸的接觸子部分。主子部分完全位于下部電極的內(nèi)部空間。接觸子部分與布線層或通過開口的導(dǎo)電區(qū)接觸并將與電連接。
在根據(jù)本發(fā)明第一方面電容器的另一優(yōu)選實(shí)施例中，下部電極的第二電極部分包括主子部分和從主子部分朝著基底方向向下延伸的接觸子部分。接觸子部分穿透第一電極部分的底部子部分并與其連接。
在這個(gè)實(shí)施例中，第二電極部分的接觸子部分最好與在層間介質(zhì)層和基底之間的布線層或在基底內(nèi)通過開口形成的導(dǎo)電區(qū)接觸并與其電連接。
在根據(jù)本發(fā)明第一方面電容器的另一優(yōu)選實(shí)施例中，第一電極部分的底部子部分是圓環(huán)平板型，側(cè)壁子部分是圓筒形。第二電極的主子部分是圓環(huán)平板型。
按照本發(fā)明的第二方面，提供了制備電容器的方法，該方法是按照本發(fā)明第一方面制備電容器。這種方法包括步驟(a)至(j)。
在步驟(a)中，制備具有層間介質(zhì)層的基底。
在步驟(b)中，第一隔離層形成在層間介質(zhì)層上。第一隔離層有一穿透開口。
在步驟(c)中，第一導(dǎo)電層形成在層間介質(zhì)層上以覆蓋第一隔離層。
在步驟(d)中，第二隔離層形成在第一導(dǎo)電層上。
在步驟(e)中，第二隔離層、第一導(dǎo)電層和層間介質(zhì)層被選擇性地除去，因此，形成穿透第二隔離層、第一導(dǎo)電層和層間介質(zhì)層的接觸孔。
在步驟(f)中，第二導(dǎo)電層形成在第二隔離層上。第二導(dǎo)電層與第一導(dǎo)電層接觸。
在步驟(g)中，第二和第一導(dǎo)電層及第二隔離層選擇性地被除去直到暴露出第一隔離層，因此，選擇性地把第二和第一導(dǎo)電層及第二隔離層留在第一隔離層的開口內(nèi)。
留在第一隔離層的開口內(nèi)的第一導(dǎo)電層用作下部電極的第一電極部分，其中，第一電極部分包括底部子部分和從底部子部分的圓周向上延伸的側(cè)壁子部分。底部子部分和側(cè)壁子部分形成內(nèi)部空間。
留在第一隔離層的開口內(nèi)的第二導(dǎo)電層的作用象下部電極的第二電極部分。至少部分第二電極部分位于內(nèi)部空間內(nèi)，致使在底部子部分和第二電極部分之間形成第一隙縫，在側(cè)壁子部分和第二電極部分之間形成第二隙縫。
在步驟(h)中，留在第一隔離層的開口內(nèi)的第二隔離層和第一隔離層完全被除去。
在步驟(I)中，電容器介質(zhì)形成在下部電極的第一電極部分和第二電極部分的暴露區(qū)域。
在步驟(j)中，上部電極形成在電容器介質(zhì)上，以便填充下部電極的第一電極部分和第二電極部分之間的第一和第二隙縫。
按照本發(fā)明第二方面制備電容器的方法，在步驟(b)中，第一隔離層形成在層間介質(zhì)層上，其中，第一隔離層有一個(gè)選擇性地暴露層間介質(zhì)層的開口。在步驟(c)中，第一導(dǎo)電層形成在層間介質(zhì)層上以覆蓋第一隔離層。在步驟(d)中，第二隔離層形成在第一導(dǎo)電層上。其后，在步驟(e)中，第二隔離層、第一導(dǎo)電層和層間介質(zhì)層被選擇性地除去，因此，形成穿透第二隔離層、第一導(dǎo)電層和層間介質(zhì)層的接觸孔。
同樣，在步驟(f)中，第二導(dǎo)電層形成在第二隔離層上并與第一導(dǎo)電層接觸。在步驟(g)中，第二和第一導(dǎo)電層及第二隔離層選擇性地被除去直到暴露出第一隔離層，因此，選擇性地把第二和第一導(dǎo)電層及第二隔離層留在第一隔離層的開口內(nèi)。
留在第一隔離層的開口內(nèi)的第一導(dǎo)電層用作下部電極的第一電極部分，其中，第一電極部分包括底部子部分和從底部子部分的圓周向上延伸的側(cè)壁子部分。底部子部分和側(cè)壁子部分形成內(nèi)部空間。
留在第一隔離層的開口內(nèi)的第二導(dǎo)電層的作用象下部電極的第二電極部分。至少部分第二電極部分位于內(nèi)部空間內(nèi)，致使在底部子部分和第二電極部分之間形成第一隙縫，在側(cè)壁子部分和第二電極部分之間形成第二隙縫。
此外，在步驟(h)中，留在第一隔離層的開口內(nèi)的第二隔離層和第一隔離層完全被除去。
因此，按照本發(fā)明第一方面的電容器可以被制備。因?yàn)椴灰筇厥獾奶幚?，所以這個(gè)方法可以容易地完成，換句話說，電容器可以容易地制備。
在根據(jù)本發(fā)明第二方面方法的優(yōu)選實(shí)施例中，留在第一隔離層的開口內(nèi)的第二導(dǎo)電層，它的作用象下部電極的第二電極部分，與在層間介質(zhì)層和基底之間形成的布線層或在基底內(nèi)通過接觸孔形成的導(dǎo)電區(qū)域接觸并與其電連接。
在根據(jù)本發(fā)明第二方面方法的另一優(yōu)選實(shí)施例中，第一電極部分的底部子部分是圓環(huán)平板型，側(cè)壁子部分是圓筒形。第二電極部分是圓環(huán)平板型。
在根據(jù)本發(fā)明第二方面方法的另一優(yōu)選實(shí)施例中，步驟(g)由蝕刻處理完成。
在根據(jù)本發(fā)明第二方面方法的進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施例中，在步驟(j)之后附加執(zhí)行平整上部電極的表面的步驟。
在根據(jù)本發(fā)明第二方面方法的進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施例中，在步驟(h)中，第一和第二隔離層同時(shí)由蝕刻處理除去。
為本發(fā)明可以容易地實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)參考附圖論述本發(fā)明。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)電容器設(shè)置的局部橫截面圖。
圖2A至2H是圖1制備現(xiàn)有技術(shù)存儲(chǔ)電容器方法的處理步驟的局部橫截面圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)電容器設(shè)置的局部橫截面圖。
圖4A至4H是圖3制備存儲(chǔ)電容器方法的處理步驟的局部橫截面圖。
圖5是按照?qǐng)D3實(shí)施例存儲(chǔ)電容器的下部電極和上部電極的布局平面圖。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例將在下面參考附圖詳細(xì)論述。
圖3顯示了一部分半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)單元，按照本發(fā)明的實(shí)施例，存儲(chǔ)電容器30沿著MOSFET 31形成在半導(dǎo)體基底1的表面上。存儲(chǔ)器件在基底1上包括許多規(guī)則排列的存儲(chǔ)單元。在此，每一個(gè)單元由一個(gè)MOSFET 31和對(duì)應(yīng)的一個(gè)電容器30構(gòu)成。
絕緣介質(zhì)2選擇性地形成在基底1的表面上，在此定義了有源區(qū)域(未示出)。在每一個(gè)有源區(qū)域內(nèi)，柵極絕緣體20選擇性地形成在基底1的表面上，柵極電極3形成在柵極絕緣體20上，一對(duì)源/漏區(qū)21a和21b形成在基底1內(nèi)的柵極電極3的兩側(cè)。源/漏區(qū)對(duì)21a和21b、柵極絕緣體120和柵極電極103在每一有源區(qū)域構(gòu)成MOSFET 31。因此，MOSFET31位于各自的有源區(qū)域內(nèi)。
形成第一層間介質(zhì)層4以覆蓋絕緣介質(zhì)2、柵極電極3和源/漏區(qū)對(duì)21a和21b。第二層間介質(zhì)層5形成在第一層間介質(zhì)層4上。層5比第一層間介質(zhì)層4厚，因?yàn)椴季€層6形成在層5內(nèi)。布線層6電連接到源/漏區(qū)21a。布線層沒有呈現(xiàn)在圖3所示的器件的橫截面圖內(nèi)，因此，由虛線在圖中示出。
SiNx層7形成在第二層間介質(zhì)層5上。層7用作在蝕刻位于層7上的層的處理中作為蝕刻停止層，稍后進(jìn)行解釋。
作為各自存儲(chǔ)單元的電荷存儲(chǔ)電極的下電極16被形成并被規(guī)則地排列在SiNx層7上。每一個(gè)電極116由第一電極部分10和第二電極部分13形成。
下部電極16的第一電極部分10具有在SiNx層7上形成的圓環(huán)平板型底部子部分10a和從底部子部分10a的圓周向上延伸的圓筒側(cè)壁子部分10b。這兩個(gè)子部分10a和10b在此形成圓筒內(nèi)部空間。
第二電極部分13具有比側(cè)壁子部分10b小的直徑的圓環(huán)平板型的主子部分和從子部分13a的中心向下延伸的柱形接觸子部分13b。整個(gè)底部子部分13a位于由第一電極部分10的子部分10a和10b確定的內(nèi)部空間內(nèi)。
主子部分13a的底面近似與底部子部分10a的頂面平行并與之相對(duì)。主子部分13a的外側(cè)面近似與側(cè)壁子部分10b的內(nèi)側(cè)面平行并與之相對(duì)。主子部分13a通過一小隙縫遠(yuǎn)離底部子部分10a。主子部分13a通過另一小隙縫遠(yuǎn)離側(cè)壁子部分10b。
接觸子部分13b位于對(duì)應(yīng)的一個(gè)接觸孔22中。每一個(gè)孔22穿透第一電極部分10的底部子部分10a、SiNx層7、第二和第一層間介質(zhì)層5和4，到達(dá)對(duì)應(yīng)的一個(gè)源/漏區(qū)21b。
底部子部分10a的內(nèi)端與在孔22內(nèi)接觸子部分13b的外表面接觸，從而將第二部分13與第一部分10接觸。子部分13b的底端與相應(yīng)的一個(gè)源/漏區(qū)21b接觸，從而將下部電極16與相應(yīng)的源/漏區(qū)21b電連接。
形成的膜狀的電容器介質(zhì)14沿著下部電極16的第一和第二電極部分10和13的暴露區(qū)域延伸。介質(zhì)14不僅與電極16的暴露區(qū)域接觸，也與通過臨近下部電極16之間的隙縫的SiNx層7的暴露區(qū)域接觸。因此，第一和第二電極部分10和13的暴露區(qū)域完全與介質(zhì)14的一側(cè)接觸。介質(zhì)14通常被用于所有的下部電極16，即用于所有的單元。
具有平坦表面的公共上部電極15被形成在電容器介質(zhì)14的另一側(cè)。電極15延伸到所有下部電極16的第一和第二電極部分10和13之間的隙縫。換句話說，介質(zhì)14和電極15填充了隙縫。電極15通常被用于所有下部電極16或所有單元。
下部電極16、電容器介質(zhì)14和上部電極15構(gòu)成每一存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)電容器30下面參考圖4A到4H解釋制備按照?qǐng)D3實(shí)施例的具有存儲(chǔ)電容器30的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的方法。
首先，如圖4A所示，由SiO2制備的絕緣介質(zhì)2選擇性地形成在硅基底1的表面上，在此定義了有源區(qū)域。其次，SiO2層(未示出)形成在基底1的整個(gè)表面上，摻雜的(即n-或p型)多晶硅層(未示出)被淀積在所形成的SiO2層上。SiO2和多晶硅層形成具有特殊形狀的圖案，因此，在各自的有源區(qū)域中在基底1的表面上形成柵極絕緣體20和柵極電極3。
使用絕緣介質(zhì)2和柵極電極3作為掩膜，n-或p型的摻雜選擇性地注入基底1，因此，在各自的有源區(qū)域內(nèi)形成源/漏區(qū)21a和21b對(duì)。每一對(duì)源/漏區(qū)21a和21b本身與對(duì)應(yīng)的柵極電極3之一成一直線。
因此，在基底1上形成MOSFET 31，每一個(gè)MOSFET 31由一對(duì)源/漏區(qū)21a和21b、柵極絕緣體20和柵極電極3形成。
隨后，形成由SiO2制備的第一層間介質(zhì)層4覆蓋基底1。絕緣介質(zhì)2和MOSFET 31由層4覆蓋。然后，由硼硅酸鹽玻璃(BPSG)制備的第二層間介質(zhì)層5形成在第一層間介質(zhì)層4上。層5包含電連接到在它內(nèi)部的各自的源/漏區(qū)21a的布線層6。布線層6可由鎢硅化物制備(Wsi2)。
SiNx層7由CVD法形成在第二層間介質(zhì)層5上。由SiO2制備的第一介質(zhì)層8形成在SiNx層7上。
然后，具有開口9a的圖形抗蝕膜9形成在層8上，選擇性地暴露形成下部電極16的區(qū)域。這個(gè)階段的狀態(tài)由圖4A示出。
跟隨這個(gè)步驟，使用圖形抗蝕膜9作為掩膜，由SiO2制備的第一介質(zhì)層8選擇性地被蝕刻，因此，在SiNx層7上形成第一隔離層8a，如圖4B所示。由SiO2制備的第一隔離層8a在對(duì)應(yīng)下部電極16的位置上有圓形開口28。然后，除去抗蝕膜9。這個(gè)階段的狀態(tài)顯示在圖4B。
其后，如圖4C所示，摻雜多晶硅層由CVD法淀積在SiNx層7上，因此，形成第一導(dǎo)電層40。層40與第一隔離層8a和SiNx層7的暴露區(qū)域接觸。例如，層40的厚度是30毫微米。
隨后，SiO2層由CVD法淀積在第一導(dǎo)電層40上，從而形成第二隔離層11，如圖4C所示。第二隔離層11沿著第一導(dǎo)電層40延伸。例如，層11的厚度是80毫微米。這個(gè)階段的狀態(tài)顯示在圖4C。
如圖4D所示，圖形抗蝕膜12然后形成在第二隔離層11上。具有開口12a的膜12位于各自源/漏區(qū)12b的對(duì)應(yīng)位置。這個(gè)階段的狀態(tài)顯示在圖4D。
使用圖形抗蝕膜12作為掩膜，第二隔離層11、第一導(dǎo)電層40、SiNx層7、第二和第一層間介質(zhì)層5和4選擇性地和連續(xù)地被蝕刻。因此，形成的接觸孔22穿透層11、40、7、5和4，暴露了下面的源/漏區(qū)21b，如圖4E所示。然后，抗蝕膜12被除去。這個(gè)階段的狀態(tài)顯示在圖4E中。
跟隨這個(gè)步驟，摻雜多晶硅層由CVD法淀積在第二隔離層11上。因此，形成第二導(dǎo)電層43，如圖4F所示。層43具有足夠大的厚度用于填充接觸孔22和開口28a的內(nèi)部。例如，層43的厚度是500毫微米。這個(gè)階段的狀態(tài)顯示在圖4F。
下一步，第二導(dǎo)電層43、第二隔離層11和第一導(dǎo)電層40被連續(xù)地蝕刻直到暴露出第一隔離層8a的頂部。因此，存在與開口28外部的層40和43的部分選擇性地被除去，如圖4G所示。因此，第一和第二導(dǎo)電層40和43選擇性地只留在開口28內(nèi)。留在開口28內(nèi)的第一導(dǎo)電層40構(gòu)成了位于SiNx層7上的下部電極16的第一電極部分10。留在開口28內(nèi)的第二導(dǎo)電層43構(gòu)成了位于SiNx層7上稍高一點(diǎn)的下部電極16的第二電極部分13，這個(gè)階段的狀態(tài)顯示在圖4G。
使用SiNx層7作為蝕刻停止層，剩下的第一和第二隔離層8a和11完全被除去。因此，隙縫24形成在鄰近的兩個(gè)第一電極部分10之間，同時(shí)，隙縫25分別形成在第一和第二電極部分10和13之間。如圖4H所示。隙縫24隔開了兩個(gè)相鄰的第一電極部分10。隙縫25暴露了第一和第二電極部分10和13的內(nèi)表面。這個(gè)階段的狀態(tài)顯示在圖4H中。
此外，如圖3所示，所形成的電容器介質(zhì)14覆蓋下部電極16的第一和第二電極基底10和13的暴露區(qū)域及SiNx層7的暴露區(qū)域。例如層7，所用的層結(jié)構(gòu)是SiO2層和SiNx層。
最后，厚度為200毫微米的摻雜多晶硅層由CVD法淀積在電容器介質(zhì)14上。淀積的多晶硅層的頂部根據(jù)需要進(jìn)行平整化。因此，形成公共上電極15，如圖3所示。
通過上面解釋的處理步驟，在存儲(chǔ)單元內(nèi)，制備了配備有存儲(chǔ)電容器30和MOSFET 31的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件。
如圖3所示，利用本發(fā)明的實(shí)施例的存儲(chǔ)電容器30，由第一和第二電極部分10和13形成下部電極16。第一電極部分10包括圓環(huán)平板型的底部子部分和從子部分10a圓周向上延伸的圓筒側(cè)壁子部分10b。第二電極部分13位于由第一電極部分10形成的內(nèi)部空間內(nèi)。第一電極部分10的底部和側(cè)壁子部分10a和10b通過隙縫25與第二電極部分13隔開。電容器介質(zhì)14沿著下部電極16的第一和第二電極部分10和13與上部電極15的相對(duì)面延伸。形成上部電極15填充隙縫24和25。
結(jié)果，在下部和上部電極10和15之間的有效表面區(qū)域可以容易地增加，因此，盡管電容器30被小型化，仍然可以獲得滿意的大電容量值。因此，可以確保半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的穩(wěn)定操作，并提高了器件的操作可靠性。
此外，根據(jù)上面解釋的制備電容器30的方法，使用第一和第二隔離層8a和11形成隙縫24和25。因此，可以容易地制備存儲(chǔ)電容器30。
從上面的解釋可以看到，在上面的實(shí)施例中，下部電極16的第一電極部分10近似是圓筒形，第二電極部分13近似是圓環(huán)平板型。然而，應(yīng)當(dāng)說明，本發(fā)明沒有限制到這些形狀。如果它滿足在權(quán)利要求中確定的范圍，第一和第二電極部分10和13可以是任何形狀。
已經(jīng)論述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)于本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來說，沒有遠(yuǎn)離本發(fā)明的精神，修改本發(fā)明是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍唯一由下面權(quán)利要求所確定。
權(quán)利要求
1.電容器包括(a)具有層間介質(zhì)層的基底；(b)形成在所述的層間介質(zhì)層上的下部電極；所述的下部電極具有相互之間連接的第一電極部分和第二電極部分；所述的第一電極部分包括底部子部分和從所述的底部子部分的圓周向上延伸的側(cè)壁子部分；所述的底部子部分和所述的側(cè)壁子部分形成內(nèi)部空間；至少部分所述的第二電極部分位于所述的內(nèi)部空間，致使在所述的底部子部分和所述的第二電極部分之間形成第一隙縫，在所述的側(cè)壁子部分和所述的第二電極部分之間形成第二隙縫。(c)沿著所述的第一電極部分的所述的底部子部分和側(cè)壁子部分的暴露區(qū)域延伸和沿著所述第二電極部分的暴露區(qū)域延伸形成的電容器介質(zhì)；所述的電容器介質(zhì)與所述的第一電極部分的所述的底部子部分和所述的側(cè)壁子部分的暴露區(qū)域及沿著所述的第二電極部分的暴露區(qū)域接觸。(d)將與所述的電容器介質(zhì)形成接觸的上部電極；所述的上部電極與所述的下部電極的所述的第一電極部分的所述的底部子部分和在所述的第一隙縫內(nèi)的所述的下部電極的所述的第二電極部分相對(duì)；上部電極與所述的下部電極的所述的第一電極部分的所述的側(cè)壁子部分和在所述的第二隙縫內(nèi)的所述的下部電極的所述的第二電極部分相對(duì)。
2.按照權(quán)利要求1所述的電容器，其特征是所述的第一電極部分的所述的底部子部分有一個(gè)開口，所述的層間介質(zhì)層有一個(gè)開口；其中，所述的第二電極部分與在所述的層間介質(zhì)層和所述的基底之間形成的布線層或在所述的基底內(nèi)通過開口形成的導(dǎo)電區(qū)域接觸并與其電連接。
3.按照權(quán)利要求2所述的電容器，其特征是所述的第一電極部分的所述的底部子部分是平板型，所述的第二電極部分包括平板型主子部分和從所述的主子部分向下延伸的接觸子部分；其中，所述的主子部分完全位于所述的下部電極的內(nèi)部空間，所述的接觸子部分與所述的布線層或通過所述的開口的所述的導(dǎo)電區(qū)接觸并與其電連接。
4.按照權(quán)利要求1所述的電容器，其特征是所述的下部電極的所述的第二電極部分包括主子部分和從所述的主子部分朝著所述的基底方向向下延伸的接觸子部分；其中，所述的接觸子部分穿透所述的第一電極部分的所述的底部子部分并與其連接。
5.按照權(quán)利要求4所述的電容器，其特征是所述的第二電極部分的接觸子部分與在所述的層間介質(zhì)層和所述的基底之間形成的布線層或通過開口在所述基底中形成的導(dǎo)電區(qū)接觸并與其電連接。
6.按照權(quán)利要求4所述的電容器，其特征是所述的第一電極部分的所述的底部子部分是圓環(huán)平板型，它的所述的側(cè)壁子部分是圓筒形；其中，所述的第二電極的所述的主子部分是圓環(huán)平板型。
7.制備電容器的方法，包括步驟(a)制備具有層間介質(zhì)層的基底。(b)在所述的層間介質(zhì)層上形成第一隔離層；所述的第一隔離層有一穿透開口；(c)在所述的層間介質(zhì)層上形成第一導(dǎo)電層以覆蓋所述的第一隔離層；(d)在所述的第一導(dǎo)電層上形成第二隔離層；(e)選擇性地除去所述的第二隔離層、所述的第一導(dǎo)電層和所述的層間介質(zhì)層，從而形成穿透所述的第二隔離層、所述的第一導(dǎo)電層和所述的層間介質(zhì)層的接觸孔；(f)在所述的第二隔離層上形成第二導(dǎo)電層；所述的第二導(dǎo)電層與所述的第一導(dǎo)電層接觸；(g)選擇性地除去所述的第二和第一導(dǎo)電層及所述的第二隔離層直到暴露出所述的第一隔離層，從而選擇性地把所述的第二和第一導(dǎo)電層及所述的第二隔離層留在所述的第一隔離層的開口內(nèi)；留在所述的第一隔離層的所述的開口內(nèi)的第一導(dǎo)電層用作下部電極的第一電極部分，其中，所述的第一電極部分包括底部子部分和從所述的底部子部分的圓周向上延伸的側(cè)壁子部分；所述的底部子部分和所述的側(cè)壁子部分形成內(nèi)部空間；留在所述的第一隔離層的開口內(nèi)的第二導(dǎo)電層用作所述的下部電極的所述的第二電極部分；至少部分所述的第二電極部分位于所述的內(nèi)部空間內(nèi)，致使在所述的底部子部分和所述的第二電極部分之間形成第一隙縫，在所述的側(cè)壁子部分和第二電極部分之間形成第二隙縫；(h)完全除去留在所述的第一隔離層的開口內(nèi)的所述的第二隔離層和所述第一隔離層；(i)在所述的下部電極的所述第一電極部分和第二電極部分的暴露區(qū)域上形成電容器介質(zhì)；(j)在所述的電容器介質(zhì)上形成上部電極，以便填充所述的下部電極的所述的第一電極部分和所述的第二電極部分之間的所述的第一和第二隙縫。
8.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征是留在所述的第一隔離層的所述的開口內(nèi)的所述的第二導(dǎo)電層，它作為所述的下部電極的所述的第二電極部分，與在所述的層間介質(zhì)層和所述的基底之間形成的布線層或在所述的基底內(nèi)通過接觸孔形成的導(dǎo)電區(qū)域接觸并與其電連接。
9.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征是所述的第一電極部分的所述的底部子部分是圓環(huán)平板型，所述的側(cè)壁子部分是圓筒形；其中，所述的第二電極部分是圓環(huán)平板型。
10.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征是所述的步驟(g)是由回蝕(etch back)處理完成。
11.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征是進(jìn)一步包括在所述的步驟(j)之后的平整所述的上部電極的表面的步驟。
12.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征是在步驟(h)中所述的第一和第二隔離層同時(shí)由蝕刻處理除去。
13.制備含有電容器的半導(dǎo)體器件的方法，包括步驟(a)制備具有層間介質(zhì)層的基底。(b)在所述的層間介質(zhì)層上形成第一隔離層；所述的第一隔離層有一穿透開口；(c)在所述的層間介質(zhì)層上形成第一導(dǎo)電層以覆蓋所述的第一隔離層；(d)在所述的第一導(dǎo)電層上形成第二隔離層；(e)選擇性地除去所述的第二隔離層、所述的第一導(dǎo)電層和所述的層間介質(zhì)層，從而形成穿透所述的第二隔離層、所述的第一導(dǎo)電層和所述的層間介質(zhì)層的接觸孔；(f)在所述的第二隔離層上形成第二導(dǎo)電層；所述的第二導(dǎo)電層與所述的第一導(dǎo)電層接觸；(g)選擇性地除去所述的第二和第一導(dǎo)電層及所述的第二隔離層直到暴露出所述的第一隔離層，從而選擇性地把所述的第二和第一導(dǎo)電層及所述的第二隔離層留在所述的第一隔離層的開口內(nèi)；留在所述的第一隔離層的所述的每一個(gè)開口內(nèi)的第一導(dǎo)電層用作每一個(gè)電容器的下部電極的第一電極部分，其中，所述的第一電極部分包括底部子部分和從所述的底部子部分的圓周向上延伸的側(cè)壁子部分；所述的底部子部分和所述的側(cè)壁子部分形成內(nèi)部空間；留在所述的第一隔離層的每一個(gè)所述的開口內(nèi)的第二導(dǎo)電層的用作每一個(gè)所述的電容器的下部電極的所述的第二電極部分；在每一個(gè)所述開口內(nèi)，至少部分所述的第二電極部分位于所述的內(nèi)部空間內(nèi)，致使在所述的底部子部分和所述的第二電極部分之間形成第一隙縫，在所述的側(cè)壁子部分和第二電極部分之間形成第二隙縫；(h)完全除去留在所述的第一隔離層的開口內(nèi)的所述的第二隔離層和第一隔離層；(i)在所述的下部電極的第一電極部分和第二電極部分的暴露區(qū)域上形成電容器介質(zhì)；(j)在所述的電容器介質(zhì)上形成上部電極，以便填充所述的下部電極的所述的第一電極部分和所述的第二電極部分之間的所述的第一和第二隙縫。
14.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征是留在所述的第一隔離層的所述的每一個(gè)開口內(nèi)的所述的第二導(dǎo)電層，它的作用象所述的下部電極的所述的第二電極部分，與在所述的層間介質(zhì)層和所述的基底之間形成的布線層或在所述的基底內(nèi)通過接觸孔形成的導(dǎo)電區(qū)域接觸并與其電連接。
15.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征是所述的每一個(gè)第一電極部分的所述的底部子部分是圓環(huán)平板型，所述的每一個(gè)側(cè)壁子部分是圓筒形；其中，所述的每一個(gè)第二電極部分是圓環(huán)平板型。
16.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征是所述的步驟(g)是由回蝕(etch back)處理完成。
17.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征是進(jìn)一步包括在所述的步驟(j)之后的平整所述的公共上部電極的表面的步驟。
18.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征是在步驟(h)中所述的第一和第二隔離層同時(shí)由蝕刻處理除去。
全文摘要
一種電容器,盡管小型化,該電容器使得增加下部電極和上部電極之間的相對(duì)區(qū)域尺寸很容易。該電容器確保所要求的電容量值足夠大,用于半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的穩(wěn)定操作。電容器由形成在基底的層間介質(zhì)層上的下部電極、上部電極和位于下部和上部電極之間的介質(zhì)組成。下部電極具有相互連接的第一電極部分和第二電極部分。第一電極部分包括平板型底部子部分和從底部子部分的圓周向上延伸的側(cè)壁子部分。底部子部分和側(cè)壁子部分形成內(nèi)部空間。
文檔編號(hào)H01L21/768GK1271180SQ0010589
公開日2000年10月25日 申請(qǐng)日期2000年4月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月19日
發(fā)明者巖崎治夫 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社