專利名稱：存儲(chǔ)電容器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種存儲(chǔ)電容器的制造方法。
技術(shù)背景動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元一般包括一個(gè)存儲(chǔ)電容及一個(gè)MOS晶體管。其 存儲(chǔ)密度的增加需要單位面積上集成更多的存儲(chǔ)單元以及單位存儲(chǔ)單元存儲(chǔ) 更多的信息。單位面積上集成更多的存儲(chǔ)單元依賴于器件尺寸減小光刻工藝 進(jìn)步；對(duì)于單位存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)更多的信息，除了尋找高介電常數(shù)材料及減小 電容極板距離外，目前人們大多采用增大極板表面積的方法，例如，電容極 板被設(shè)計(jì)成桶狀、柱狀、冠狀等形狀以增加極板的面積。專利申請(qǐng)?zhí)枮?98118488.X的中國(guó)專利提出了一種存儲(chǔ)電容器的制造方法。該方法通過自對(duì) 準(zhǔn)工藝形成冠狀極板來增加存儲(chǔ)容量，圖l是該專利公開的方法形成第一極板 后的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖l所示，半導(dǎo)體襯底100中形成有溝槽隔離區(qū)110,源極 120a,漏極120b，在所述襯底100上形成氧化層125及柵極130,在所述氧化層 125及柵極130上形成有介質(zhì)層125，在所述介質(zhì)層中形成有連接孔150。在所 述介質(zhì)層125上形成有電容器的冠狀第一極板155,所述第一極板155底部與所 述連接孔150相連接。通過自對(duì)準(zhǔn)刻蝕將第一極板155的極板可以做的很薄， 然而該方法形成的較薄的垂直電容極板卻容易在清洗過程中造成極板倒塌， 而使電容器的形狀難以控制。現(xiàn)有冠狀電容器另一制造方法如圖2 圖10所示。如圖2所示，在所述絕緣層100中形成有連接孔101，其中，絕緣層100覆 蓋于晶體管之上。連接孔101中的金屬與晶體管的源極相連。在所述絕緣層IOO 上依次形成刻蝕停止層102,第一介質(zhì)層104，第一氧化層106及硬掩膜層108。 在所述硬掩膜層108上旋涂光刻膠11 O并形成溝槽圖案112 。如圖3所示，刻蝕將所述溝槽圖案轉(zhuǎn)移到所述硬掩膜層108上形成圖案 112a，去除所述光刻膠IIO。如圖4所示，以硬掩膜層108作為阻擋層，繼續(xù)刻蝕所述圖案112a，形成溝 槽112b,所述溝槽112b底部露出連接孔101中的金屬。
如圖5所示，在所述溝槽中沉積第一多晶硅層114，并在所述第一多晶硅層114上形成第二氧化層116。如圖6所示，通過化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)去除所述第一氧化層106上部的第一 多晶硅層114及第二氧化層116。如圖7所示，回刻所述多晶硅層114在所述溝槽112a側(cè)壁形成第二多晶硅 114a。所述第二多晶硅層114a為電容器的第一極板。如圖8所示，在所述第一氧化層106上旋涂光刻膠并圖形化，刻蝕所述第 二多晶硅層114a之間的第一氧化層106形成溝槽106a。通過灰化(Ashing)去 除所述光刻膠并濕法清洗。如圖9所示，在所述第二多晶硅層114a上及溝槽106a底部形成第二介質(zhì)層 118,所述第二介質(zhì)層118為氧化硅。如圖IO所示，在所述第二介質(zhì)層l 18上形成第二極板119。在上述制造方法中，形成溝槽106a后，所述第一極板114a之間的第一氧化 層106被去除，從而在后步去除光致抗蝕劑及清洗過程中容易使第一極板114a 倒塌，造成極板形狀難以控制，影響后序步驟介質(zhì)層及第二極板的形成。由于溝槽106a較深，會(huì)造成溝槽106a側(cè)壁的第二極板119材料在沉積過程 中堵塞溝槽106a的頂部，而在溝槽106a中形成密封的空氣間隙119a,如圖10a 所示。在后步工藝的烘烤過程中，該空氣間隙119a中的空氣受熱膨脹而爆出 造成電容器制造失敗。減小溝槽106a深度可以避免形成所述空氣間隙119a,但 是卻犧牲了電容極板的表面積而使存儲(chǔ)電容器的容量減小。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種存儲(chǔ)電容器的制造方法，該方法能夠在不犧牲電容器容 量的情況下避免制造過程中造成電容極板倒塌的缺陷。 本發(fā)明提供的一種存儲(chǔ)電容器的制造方法，包括 在襯底的絕緣層上形成第一介質(zhì)層； 在所述第一介質(zhì)層上形成第一導(dǎo)電層；有選擇性地刻蝕所述第一導(dǎo)電層和第一介質(zhì)層形成溝槽，所述溝槽底部 露出所述絕緣層表面；在所述溝槽側(cè)壁形成第二介質(zhì)層； 在所述溝槽底部及第二介質(zhì)層表面形成第二導(dǎo)電層；
在所述溝槽中的第二導(dǎo)電層表面形成第三介質(zhì)層；在所述第一導(dǎo)電層及溝槽中的第三介質(zhì)層上填充第三導(dǎo)電層。所述第 一介質(zhì)層材料可以是硼磷硅玻璃。所述第一導(dǎo)電層為多晶硅。所述絕緣層及第一介質(zhì)層之間形成有刻蝕停止層。所述第二介質(zhì)層材料包括氧化硅、氮化硅或其組合。所述第二導(dǎo)電層的形成步驟為在所述溝槽中的第二介質(zhì)層上填充導(dǎo)電層；在所述導(dǎo)電層上旋涂光刻膠并圖形化所述光刻膠；通過刻蝕去除溝槽中未被光刻膠覆蓋的導(dǎo)電層形成第二導(dǎo)電層；去除所述光刻膠。所述第二導(dǎo)電層材料包括多晶硅。所述第三介質(zhì)層的形成步驟為在所述溝槽中的第二導(dǎo)電層上填充介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層上旋涂光刻膠并圖形化所述光刻膠；通過刻蝕去除溝槽中未被光刻膠覆蓋的介質(zhì)層形成第三介質(zhì)層；去除所述光刻膠。所述第三介質(zhì)層材料包括氧化硅、氮化硅或其組合。 所述第三導(dǎo)電層包括多晶硅、鈦、鎢、氮化鈦中的一種或其組合。 該方法進(jìn)一步包括在所述第三導(dǎo)電層和所述第三介質(zhì)層之間形成粘結(jié)層。所述粘結(jié)層材料可以是鈦或氮化鈦。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明制造電容器方法形成冠 狀電容器過程中，在所述第一介質(zhì)層上沉積形成第一導(dǎo)電層，所述第一導(dǎo)電 層作為電容第二極板的 一部分首先被形成，避免在后續(xù)工藝中為形成該部分 而先刻蝕溝槽再填充的過程，克服了填充溝槽而形成空隙的問題。同時(shí)也避 免了在多步去除光刻膠清洗過程中電容極板倒塌的問題，使得形成的電容器 具有更高的堅(jiān)固性(robust),減小制造過程中形成的缺陷從而減少形成的器件 的電性的失敗，但是卻沒有犧牲電容器的存儲(chǔ)容量。


圖1~圖IO為現(xiàn)有冠狀存儲(chǔ)電容器制造方法的剖面示意圖；圖10a為現(xiàn)有冠狀存儲(chǔ)電容器制造方法產(chǎn)生缺陷的剖面示意圖；圖11為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造方法的流程圖；圖12~圖26為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造方法剖面示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。 圖11為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造方法流程圖。如圖11所示，首先。提 供一半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有器件層，如金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。在所述器件成上沉積一絕緣層例如氧化硅，在所述絕緣層中形成連 接孔，連接孔中填有導(dǎo)電物質(zhì)，所述連接孔底部與晶體管源極相連(S300 )。在所述絕緣層上形成第一介質(zhì)層(S310);所述第一介質(zhì)層材料可以是硼磷 硅玻璃(BPSG )。在所述第一介質(zhì)層上形成第一導(dǎo)電層(S320)，所述第一導(dǎo)電層可以是多晶硅。在所述第一導(dǎo)電層上形成硬掩膜層(S330)，所述硬掩膜層可以是氮化硅。在所述硬掩膜層上旋涂光刻膠，曝光顯影形成溝槽圖案，通過刻蝕將所 述溝槽圖案轉(zhuǎn)移到所述硬掩膜層上，移除所述硬掩膜層上的光刻膠，刻蝕所 述硬掩膜層上溝槽圖案底部的第 一導(dǎo)電層及第 一介質(zhì)層形成溝槽，所述溝槽 底部露出所述絕緣層中連接孔中的導(dǎo)電物質(zhì)(S340 )。在所述溝槽側(cè)壁形成第二介質(zhì)層(S350)。所述第二介質(zhì)層可以是氧化硅 或氮化硅或其組合。在所述溝槽底部及第二介質(zhì)層側(cè)壁形成第二導(dǎo)電層(S360)。所述第二導(dǎo) 電層可以是多晶硅，該第二導(dǎo)電層即為電容器的第一極板。所述第二導(dǎo)電層 與所述第 一導(dǎo)電層通過第二介質(zhì)層隔離絕緣。移除所述第一導(dǎo)電層上的硬掩膜層至所述第一導(dǎo)電層頂部露出(S370)。在所述溝槽中的第二導(dǎo)電層側(cè)壁及上面形成第三介質(zhì)層(S380)，所述第 三介質(zhì)層為氧化硅或氮化硅或其組合。在所述第一導(dǎo)電層及溝槽中的第三介質(zhì)層上填充第三導(dǎo)電層(S380)。所 述第三導(dǎo)電層與第一導(dǎo)電層物理連接及電連接。所述第三導(dǎo)電層材料可以是 多晶硅，鴒，氮化鎢，鈦中的一種或其組合。所述第三導(dǎo)電層和第一導(dǎo)電層 共同組成電容的第二才及4反。下面對(duì)本發(fā)明制造方法的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。圖12~圖25為根據(jù)本發(fā)明方法實(shí)施例的制造方法的剖面示意圖。 如圖12所示，提供一半導(dǎo)體村底200,所述半導(dǎo)體襯底上有器件層，所 述器件層為金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(MOS)，在所述器件層上覆蓋一絕緣層 200a,所述絕緣層200a材料可以是氧化硅。在所述絕緣層200a中形成連接孔201，所述連接孔201中填充有導(dǎo)電物質(zhì)，連接孔201底部與所述金屬氧化物 半導(dǎo)體晶體管源極電連接。如圖13所示，在所述絕緣層200a上依次沉積刻蝕停止層202，第一介質(zhì) 層204，氧化層206。所述刻蝕停止層202材料可以是氮化硅，第一介質(zhì)層204 材料可以是硼磷硅玻璃(BPSG )，在所述氧化層206上旋涂光刻膠并行成圖案 211。如圖14所示，刻蝕去除所述未被光刻力交覆蓋的氧化層206。被光刻膠覆 蓋的氧化層206a區(qū)域用來形成外圍電路。通過灰化(Ashing)和濕法清洗去 除所述光致抗蝕劑210。如圖15所示，在所述第一介質(zhì)層204及氧化層206a上沉積第一導(dǎo)電層207, 所述第一導(dǎo)電層材料可以是多晶硅或摻雜多晶硅。形成的方式可以為化 學(xué)氣相沉積。通過化學(xué)機(jī)械研磨去除所述氧化層206a上方的多晶硅。如圖16所示，在所述第一導(dǎo)電層207及氧化層206a表面形成硬掩膜層208, 所述硬掩膜層為氮化硅，形成的方式為化學(xué)氣相沉積。在所述硬掩膜層 上旋涂光刻膠210a，通過曝光顯影形成溝槽圖案212。如圖17所示，通過刻蝕將所述溝槽圖案轉(zhuǎn)移到硬掩膜層208上形成溝槽 圖案212a。移除所述光刻膠210a如圖18所示，以所述硬掩膜層208作為刻蝕阻擋層，刻蝕所述硬掩膜層 208上溝槽圖案212a底部的第一導(dǎo)電層207及第一介質(zhì)層204至所述刻蝕停 止層202露出，形成溝槽212b。所述刻蝕停止層202即為形成該溝槽212b的 刻蝕終點(diǎn)檢測(cè)層，在形成溝槽212b過程中刻蝕在所述刻蝕停止層202露出時(shí) 停止，能夠保護(hù)所述刻蝕停止層202下層的連接孔201中的導(dǎo)電物質(zhì)免受刻 蝕等離子體損傷。所述形成溝槽212b的步驟為首先通過刻蝕將所述溝槽圖案212從光刻膠
210a上轉(zhuǎn)移到硬掩膜層208上，去除所述光刻膠210a，然后以所述硬掩膜層 208作為刻蝕阻擋層，繼續(xù)刻蝕所述第一導(dǎo)電層207及第一介質(zhì)層204形成溝 槽212b的方法能夠提高形成的溝槽212b的分辨率且形成的溝槽212b的側(cè)壁 輪廓較好。所述硬掩膜層208也可以保護(hù)在去除光刻膠210a過程中，所述第一導(dǎo)電 層207的材料不受灰化的損傷。如圖19所示，刻蝕溝槽212b底部的刻蝕停止層202至所述連接孔201 中的導(dǎo)電物質(zhì)露出，在所述溝槽212b內(nèi)填充介質(zhì)層214,所述介質(zhì)層材料為 氧化硅、氮化硅或其組合。如圖20所示，回刻所述介質(zhì)層214，并在所述溝槽212b側(cè)壁的保留部分 介質(zhì)層材料而形成第二介質(zhì)層214a，溝槽212b底部露出所述連接孔201中的 導(dǎo)電物質(zhì)。如圖21所示，在所述溝槽212b中填充導(dǎo)電層218，所述導(dǎo)電層218材料 可以是多晶硅。形成所述導(dǎo)電層218的方法為物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積。如圖22所示，在所述導(dǎo)電層218上旋涂光刻膠并圖形化，通過刻蝕去除 未被光刻膠覆蓋的導(dǎo)電層材料，在所述第二介質(zhì)層214a側(cè)壁及溝槽212b底 部形成第二導(dǎo)電層218a，所述第二導(dǎo)電層218a即為電容器的第一極板，所述第 二導(dǎo)電層218a頂部低于所述第一導(dǎo)電層207頂部。去除所述光刻膠。如圖23所示，移除所述第一導(dǎo)電層207上方的硬掩膜層208及第二介質(zhì) 層214a,使所述第一導(dǎo)電層207上表面露出。如圖24所示，在所述第二導(dǎo)電層218a上方的溝槽中及所述第一導(dǎo)電層 207上形成介質(zhì)層220,所述介質(zhì)層220材料可以是氧化硅、氮化硅或其組合。如圖25所示，在所述介質(zhì)層220上旋涂光刻膠并圖形化，刻蝕形成第三 介質(zhì)層220a,并除去所述第一導(dǎo)電層207上的介質(zhì)層220至所述第一導(dǎo)電層 207頂部露出。如圖26所示，在所述第一介質(zhì)層207上及溝槽中的第三介質(zhì)層220a上 形成第三導(dǎo)電層222。所述第三導(dǎo)電層222材料可以是多晶硅、鈦、鎢、氮化 鈦中的一種或其組合。在形成第三導(dǎo)電層222前也可以先行成粘結(jié)層(本實(shí) 施例附圖中沒有畫出)，所述粘結(jié)層材料可以是鈥，氮化鈦等材料，所述粘結(jié) 層增加第三導(dǎo)電層222與第三介質(zhì)層220a的粘結(jié)性并阻止第三導(dǎo)電層222材
料向所述第三介質(zhì)層220a擴(kuò)散以改變第三介質(zhì)層220a介電常數(shù)。所述第三 導(dǎo)電層222與所述第一導(dǎo)電層207電連接，共同組成電容器第二極板。所述 第三介質(zhì)層220a與所述第二導(dǎo)電層218a和第一導(dǎo)電層2O7之間的第二介質(zhì) 層214a共同組成電容器極板間電介質(zhì)。本發(fā)明制造方法中，在所述第一介質(zhì)層204上沉積形成第一導(dǎo)電層207， 所述第一導(dǎo)電層作為電容第二極板的一部分首先被形成，相對(duì)與現(xiàn)有技術(shù)， 避免在后續(xù)工藝中為形成該部分而先刻蝕溝槽再填充的過程，克服了填充溝 槽形成空隙的問題。同時(shí)也避免了在后序多步去除光刻膠清洗過程中電容極 板倒塌的問題，使得形成的電容器具有更高的堅(jiān)固性(robust)，減小制造過程 中形成的缺陷從而減少形成的器件的電性的失敗。本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何 本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和 修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、 一種存儲(chǔ)電容器的制造方法，其特征在于包括 在襯底的絕緣層上形成第 一介質(zhì)層； 在所述第一介質(zhì)層上形成第一導(dǎo)電層；有選擇性地刻蝕所述第一導(dǎo)電層和第一介質(zhì)層形成溝槽，所述溝槽底部 露出所述絕緣層表面；在所述溝槽側(cè)壁形成第二介質(zhì)層； 在所述溝槽底部及第二介質(zhì)層表面形成第二導(dǎo)電層； 在所述溝槽中的第二導(dǎo)電層表面形成第三介質(zhì)層； 在所述第一導(dǎo)電層及溝槽中的第三介質(zhì)層上填充第三導(dǎo)電層。
2、 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)電容器的制造方法，其特征在于所述第一 介質(zhì)層材料可以是硼磷硅玻璃。
3、 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)電容器的制造方法，其特征在于所述第一 導(dǎo)電層為多晶硅。
4、 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)電容器的制造方法，其特征在于所述絕緣 層及第 一介質(zhì)層之間形成有刻蝕停止層。
5、 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)電容器的制造方法，其特征在于所述第二 介質(zhì)層材料包括氧化硅、氮化硅或其組合。
6、 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)電容器的制造方法，其特征在于所述第二 導(dǎo)電層的形成步驟為在所述溝槽中的第二介質(zhì)層上填充導(dǎo)電層；在所述導(dǎo)電層上旋涂光刻膠并圖形化所述光刻膠；通過刻蝕去除溝槽中未被光刻膠覆蓋的導(dǎo)電層形成第二導(dǎo)電層；去除所述光刻膠。
7、 如權(quán)利要求1或6所述的存儲(chǔ)電容器的制造方法，其特征在于所述 第二導(dǎo)電層材料包括多晶硅。
8、 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)電容器的制造方法，其特征在于所述第三 介質(zhì)層的形成步驟為在所述溝槽中的第二導(dǎo)電層上填充介質(zhì)層； 在所述介質(zhì)層上旋涂光刻膠并圖形化所述光刻膠； 通過刻蝕去除溝槽中未被光刻膠覆蓋的介質(zhì)層形成第三介質(zhì)層； 去除所述光刻膠。
9、 如權(quán)利要求1或8所述的存儲(chǔ)電容器的制造方法，其特征在于所述 第三介質(zhì)層材料包括氧化硅、氮化硅或其組合。
10、 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)電容器的制造方法，其特征在于所述第 三導(dǎo)電層包括多晶硅、鈦、鎢、氮化鈦中的一種或其組合。
11、 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)電容器的制造方法，其特征在于該方法 進(jìn)一步包括在所述第三導(dǎo)電層和所述第三介質(zhì)層之間形成粘結(jié)層。
12、 如權(quán)利要求ll所述的存儲(chǔ)電容器的制造方法，其特征在于所述粘 結(jié)層材料可以是鈦或氮化鈦。
全文摘要
一種存儲(chǔ)電容器的制造方法，包括在襯底的絕緣層上形成第一介質(zhì)層；在所述第一介質(zhì)層上形成第一導(dǎo)電層；有選擇性地刻蝕所述第一導(dǎo)電層和第一介質(zhì)層形成溝槽，所述溝槽底部露出所述絕緣層表面；在所述溝槽側(cè)壁形成第二介質(zhì)層；在所述溝槽底部及第二介質(zhì)層表面形成第二導(dǎo)電層；在所述溝槽中的第二導(dǎo)電層側(cè)壁及上面形成第三介質(zhì)層；在所述第一導(dǎo)電層及溝槽中的第三介質(zhì)層上填充第三導(dǎo)電層。該制造方法避免在制造過程中電容極板倒塌的缺陷。
文檔編號(hào)H01L21/70GK101123169SQ20061002991
公開日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2006年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月10日
發(fā)明者黃子倫 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司