專利名稱：堆疊式電容器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種堆疊式電容器及其制備方法，尤其涉及一種具有指叉電極的堆疊式電容器及其制備方法。
背景技術(shù)：
動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器是一種廣泛應(yīng)用的集成電路元件。隨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對(duì)于更高容量的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的需求也隨之增加。動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元是由彼此電氣連接的MOS晶體管及電容器構(gòu)成。電容器主要是用以儲(chǔ)存代表數(shù)據(jù)的電荷，必須具有高電容量才可確保數(shù)據(jù)不易漏失。增加電容器的電荷儲(chǔ)存能力的方法除了增加介電材料的介電系數(shù)以及減少介電材料的厚度外，還可以利用增加電容器的表面積來達(dá)成。然而，隨著半導(dǎo)體技術(shù)持續(xù)朝向亞微米及深亞微米推進(jìn)時(shí)，傳統(tǒng)的電容器工藝已經(jīng)不符使用，因此研究人員嘗試開發(fā)具有高介電系數(shù)的介電材料以及增加電容器的表面積，以增加電容器的電容值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種具有指叉電極的堆疊式電容器及其制備方法。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明揭示一種具有指叉電極的堆疊式電容器及其制備方法。本發(fā)明的堆疊式電容器包含一下指叉電極、一上指叉電極以及一設(shè)置于該下指叉電極及該上指叉電極之間的介電材料。該下指叉電極與上指叉電極各包含一體部以及多個(gè)電氣連接于該體部的指部。該介電材料可為氮化硅或二氧化硅，且該下指叉電極與該上指叉電極的指部可由不同導(dǎo)電材料構(gòu)成。優(yōu)選地，該下指叉電極的指部是由氮化鈦構(gòu)成，該上指叉電極的指部是由多晶硅構(gòu)成。該上指叉電極的體部是由氮化鈦構(gòu)成，而其指部是由多晶硅構(gòu)成，即由不同的導(dǎo)電材料構(gòu)成。
該堆疊式電容的制備方法首先形成一溝渠于一基板中，并形成多個(gè)堆疊的電容結(jié)構(gòu)于該基板上，其中該電容結(jié)構(gòu)包含一第一導(dǎo)電層、一第一介電層及一第二導(dǎo)電層。之后，淀積一第二介電層于該溝渠內(nèi)的電容結(jié)構(gòu)表面，并進(jìn)行一蝕刻工藝以去除在該溝渠內(nèi)的第二介電層及電容結(jié)構(gòu)，用以于該溝渠內(nèi)的電容結(jié)構(gòu)中形成一開口。接著，電氣絕緣在該開口內(nèi)部的第二導(dǎo)電層，并形成一第三導(dǎo)電層于該開口中以電氣連接在該開口內(nèi)部的第一導(dǎo)電層。然后，曝露在該基板表面的第二導(dǎo)電層，并淀積一第四導(dǎo)電層于該基板表面以電氣連接該第二導(dǎo)電層。


圖1至圖10例示本發(fā)明的堆疊式電容器的制備方法；以及圖11是本發(fā)明的堆疊式電容器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1至圖10例示本發(fā)明的堆疊式電容器10的制備方法，而圖11是該堆疊式電容器10的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明首先制備一基板12，其包含四個(gè)柵極結(jié)構(gòu)14、一位元線接觸插塞16、兩個(gè)電容器接觸插塞18以及一介電層20。之后，利用光刻及蝕刻工藝形成溝渠22于該介電層20之中，其中該溝渠22曝露該電容器接觸插塞18，如圖2所示。
參考圖3，進(jìn)行淀積工藝以形成兩個(gè)堆疊的電容結(jié)構(gòu)30于該基板12上以及一夾于該電容結(jié)構(gòu)30之間的介電層32，其中該電容結(jié)構(gòu)30包含一導(dǎo)電層24、一介電層26及一導(dǎo)電層28。之后，淀積一介電層34于該電容結(jié)構(gòu)30表面。該導(dǎo)電層24是利用原子層淀積技術(shù)形成的氮化鈦層，該介電層26及該介電層32是利用原子層淀積技術(shù)或化學(xué)汽相淀積技術(shù)形成的氮化硅層，而該導(dǎo)電層28是利用外延技術(shù)或化學(xué)汽相淀積技術(shù)形成的多晶硅層。優(yōu)選地，該導(dǎo)電層24的厚度約為50埃，該介電層26及該介電層32的厚度約為50埃，而該導(dǎo)電層28的厚度約為100埃。
此外，在淀積由氮化硅構(gòu)成的介電層26及介電層32之后，可利用鹽酸為氧化劑將該介電層26及該介電層32的表面氧化成氮氧化硅以形成氮化硅/氮氧化硅的雙層結(jié)構(gòu)，其有助于降低漏電流。該介電層34可由四乙氧基硅烷(TEOS)沉積的二氧化硅構(gòu)成，或由氮化硅/二氧化硅構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)。
參考圖4，進(jìn)行一蝕刻工藝，蝕刻在該溝渠22底部的介電層34、電容結(jié)構(gòu)30及該介電層32直到該電容器接觸插塞18的表面，以將開口36形成于該溝渠22內(nèi)的電容結(jié)構(gòu)30中。之后，在含氮環(huán)境將具有導(dǎo)電性的多晶硅轉(zhuǎn)化成絕緣的氮化硅以將曝露的導(dǎo)電層28絕緣。具體而言，曝露于該開口36及該基板12表面的多晶硅將被轉(zhuǎn)化為構(gòu)成該介電層26及該介電層32的氮化硅，如圖5所示。
該蝕刻工藝是一使用四氟化碳及氧氣為蝕刻氣體的干蝕刻工藝，其反應(yīng)腔的壓力優(yōu)選地約為60mTorr，功率約為100W，且頻率約13.56MHz。由于該介電層34在y方向的厚度大于在x方向的厚度，因此該干蝕刻可移除在該電容器接觸插塞18上方的介電層34、電容結(jié)構(gòu)30及介電層32，而不會(huì)移除在該溝渠22側(cè)壁的介電層34及電容結(jié)構(gòu)30。亦即，該干蝕刻工藝是自我對(duì)準(zhǔn)地形成該開口36，以曝露該電容器接觸插塞18。
參考圖6，淀積一導(dǎo)電層38于該溝渠22中，以及淀積一介電層40于該導(dǎo)電層38上。在該開口36內(nèi)的導(dǎo)電層38電氣連接該導(dǎo)電層24及該電容器接觸插塞18，且該介電層40填滿該開口36。該導(dǎo)電層38是利用原子層淀積技術(shù)形成的氮化鈦層，而該介電層40是由四乙基正硅酸鹽構(gòu)成。之后，進(jìn)行一化學(xué)機(jī)械研磨工藝以平坦化該基板12的表面。
參考圖7，進(jìn)行一濕蝕刻工藝，蝕刻部分在該基板12表面的介電層26及介電層32，其中該濕蝕刻工藝是使用160℃的磷酸為蝕刻液以去除構(gòu)成介電層26及介電層32的氮化硅。之后，進(jìn)行另一濕蝕刻工藝，蝕刻部分在該基板12表面的導(dǎo)電層24及導(dǎo)電層38(由氮化鈦構(gòu)成)以形成一空隙42于導(dǎo)電層28(由多晶硅構(gòu)成)之間，其中用以蝕刻氮化鈦的蝕刻液優(yōu)選地包含22％的硝酸鈰氨(NH4)2Ce(NO3)6及8％的乙酸，且其反應(yīng)溫度優(yōu)選地約為20℃。
參考圖8，淀積一介電層44于該基板12表面并填滿該空隙42，其中該介電層44是利用原子層淀積技術(shù)形成的氮化硅層。之后，進(jìn)行一濕蝕刻工藝或平坦化工藝以去除在基板12表面的介電層44，而保留在該空隙42內(nèi)的介電層44，如圖9所示。去除在基板12表面的介電層44即曝露了由多晶硅構(gòu)成的導(dǎo)電層28。相對(duì)地，由氮化鈦構(gòu)成的導(dǎo)電層24及導(dǎo)電層38則被殘留在該空隙42內(nèi)的介電層44覆蓋。
參考圖10，淀積一導(dǎo)電層46于該基板12表面以電氣連接該導(dǎo)電層28，其中該導(dǎo)電層46是由氮化鈦構(gòu)成。之后，淀積一介電層48于該導(dǎo)電層46上以完成該堆疊式電容器10，如圖11的局部示意圖所示。該堆疊式電容器10包含一上指叉電極70及一下指叉電極60以及一夾于該上指叉電極70及該下指叉電極60之間的介電材料。該上指叉電極70是由該導(dǎo)電層46及該導(dǎo)電層28構(gòu)成，該下指叉電極60是由該導(dǎo)電層38及該導(dǎo)電層24構(gòu)成，而該介電材料是由該介電層26、該介電層32、該介電層34及該介電層40構(gòu)成。優(yōu)選地，夾于該上指叉電極70及該下指叉電極60之間的介電材料的介電系數(shù)大于或等于3.9，例如氮化硅、氧化硅、氧化鋁及氧化鈦等介電材料。
該下指叉電極60的指部可由氮化鈦(即導(dǎo)電層24)或鈦構(gòu)成，而該上指叉電極70的指部可由多晶硅(即導(dǎo)電層28)或鋁構(gòu)成，亦即該下指叉電極60與該上指叉電極70的指部可由不同導(dǎo)電材料構(gòu)成。更特別地，該上指叉電極70的體部(即導(dǎo)電層46)可由氮化鈦或鈦構(gòu)成，而其指部可由多晶硅構(gòu)成(即導(dǎo)電層28)或鋁，亦即該上指叉電極70的指部及體部可由不同導(dǎo)電材料構(gòu)成。
本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點(diǎn)已揭示如上，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員仍可能基于本發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示的內(nèi)容，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為以下的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種堆疊式電容器，包括一上指叉電極；一下指叉電極；以及一介電材料，設(shè)置于該上指叉電極與該下指叉電極之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的堆疊式電容器，其中該上指叉電極與該下指叉電極包括一體部；以及多個(gè)指部，電氣連接于該體部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的堆疊式電容器，其中該上指叉電極與該下指叉電極的指部由不同導(dǎo)電材料構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的堆疊式電容器，其中該下指叉電極的指部是由氮化鈦或鈦構(gòu)成，而該上指叉電極的指部是由多晶硅或鋁構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的堆疊式電容器，其中該上指叉電極的體部與該指部是由不同的導(dǎo)電材料構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的堆疊式電容器，其中該上指叉電極的體部是由氮化鈦或鈦構(gòu)成，而其指部是由多晶硅或鋁構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的堆疊式電容器，其中該介電材料的介電系數(shù)大于或等于3.9。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的堆疊式電容器，其中該介電材料是選自氮化硅、氧化硅、氧化鋁及氧化鈦組成的群。
9.一種堆疊式電容器的制備方法，包括下列步驟形成一溝渠于一基板中；形成多個(gè)堆疊的電容結(jié)構(gòu)于該基板上，其中該電容結(jié)構(gòu)包括一第一導(dǎo)電層、一第一介電層及一第二導(dǎo)電層；形成一開口于該溝渠內(nèi)的電容結(jié)構(gòu)中；電氣連接該開口內(nèi)的第一導(dǎo)電層；以及電氣連接該基板表面的第二導(dǎo)電層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的堆疊式電容器的制備方法，其中該第一導(dǎo)電層是利用原子層淀積技術(shù)形成的氮化鈦層，該第一介電層是利用原子層淀積技術(shù)或化學(xué)汽相沉積技術(shù)形成的氮化硅層，而該第二導(dǎo)電層是利用外延技術(shù)或化學(xué)汽相沉積技術(shù)形成的多晶硅層。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的堆疊式電容器的制備方法，其中形成一開口于該溝渠內(nèi)的電容結(jié)構(gòu)中包括下列步驟淀積一第二介電層于該溝渠內(nèi)的電容結(jié)構(gòu)表面；以及進(jìn)行蝕刻工藝，去除在該溝渠底部的第二介電層及電容結(jié)構(gòu)以形成該開口。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的堆疊式電容器的制備方法，其中該蝕刻工藝是一干蝕刻工藝，其使用四氟化碳及氧氣為蝕刻氣體。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的堆疊式電容器的制備方法，其中電氣連接該開口內(nèi)的第一導(dǎo)電層包括下列步驟電氣絕緣在該開口內(nèi)的第二導(dǎo)電層；以及形成一第三導(dǎo)電層于該開口中以電氣連接該第一導(dǎo)電層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的堆疊式電容器的制備方法，其中該第二導(dǎo)電層是由多晶硅構(gòu)成，且電氣絕緣在該開口內(nèi)部的第二導(dǎo)電層是通過在含氮環(huán)境將多晶硅轉(zhuǎn)化成氮化硅。
15.根據(jù)權(quán)利要求9的堆疊式電容器的制備方法，其中電氣連接該基板表面的第二導(dǎo)電層包括下列步驟曝露該基板表面的第二導(dǎo)電層；以及淀積一第四導(dǎo)電層于該基板表面以電氣連接該第二導(dǎo)電層。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的堆疊式電容器的制備方法，其中曝露該基板表面的第二導(dǎo)電層包括下列步驟進(jìn)行蝕刻工藝，去除在該基板表面的第一介電層及第一導(dǎo)電層以形成一空隙于該第二導(dǎo)電層之間；淀積一第三介電層于該基板表面及該空隙中；以及去除在基板表面的第三介電層以曝露該第二導(dǎo)電層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的堆疊式電容器的制備方法，其中該蝕刻工藝包括使用包含硝酸鈰氨及乙酸的蝕刻液去除該第一導(dǎo)電層以及使用磷酸去除該第一介電層。
18.一種堆疊式電容器的制備方法，包括下列步驟形成一溝渠于一基板中；形成至少一電容結(jié)構(gòu)于該基板上，其中該電容結(jié)構(gòu)包括一第一導(dǎo)電層、一第一介電層及一第二導(dǎo)電層；形成一第二介電層于該電容結(jié)構(gòu)上；形成一開口于該溝渠內(nèi)的第二介電層及電容結(jié)構(gòu)中；電氣絕緣該開口內(nèi)的第二導(dǎo)電層；以及形成一第三導(dǎo)電層于該第二介電層上及該開口內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的堆疊式電容器的制備方法，其中該第一導(dǎo)電層是利用原子層淀積技術(shù)形成的氮化鈦層，該第一介電層是利用原子層淀積技術(shù)或化學(xué)汽相沉積技術(shù)形成的氮化硅層，而該第二導(dǎo)電層是利用外延技術(shù)或化學(xué)汽相沉積技術(shù)形成的多晶硅層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的堆疊式電容器的制備方法，其中電氣絕緣該開口內(nèi)的第二導(dǎo)電層是通過在含氮環(huán)境將多晶硅轉(zhuǎn)化成氮化硅。
21.根據(jù)權(quán)利要求18的堆疊式電容器的制備方法，其中形成一開口于該溝渠內(nèi)的第二介電層及電容結(jié)構(gòu)中是利用一干蝕刻工藝，其使用四氟化碳及氧氣為蝕刻氣體。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種具有指叉電極的堆疊式電容器及其制備方法。本發(fā)明的堆疊式電容器包含一下指叉電極、一上指叉電極以及一設(shè)置于該下指叉電極及該上指叉電極之間的介電材料。該下指叉電極與上指叉電極各包含一體部以及多個(gè)電氣連接于該體部的指部。該介電材料可為氮化硅或二氧化硅，該下指叉電極與該上指叉電極的指部是由不同導(dǎo)電材料構(gòu)成。優(yōu)選地，該下指叉電極的指部可由氮化鈦構(gòu)成，該上指叉電極的指部是由多晶硅構(gòu)成，且該下指叉電極與上指叉電極的體部是由氮化鈦構(gòu)成。
文檔編號(hào)H01L21/8242GK1773710SQ20041009048
公開日2006年5月17日 申請日期2004年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月10日
發(fā)明者吳孝哲 申請人:茂德科技股份有限公司