專(zhuān)利名稱(chēng)：電容器、隨機(jī)存儲(chǔ)器單元及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電容器、隨機(jī)存儲(chǔ)器單元及 其形成方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件的高度集成化，因此單位單元(unit cell)的尺寸大大減 小了，工作電壓也降低。因此器件的更新時(shí)間縮短了，并且發(fā)生軟錯(cuò)誤(soft電容器。眾所周知，電容器電容與電極的表面積和節(jié)電材料的介電常數(shù)成正比， 并且與節(jié)電材料的厚度成反比，介電材料的厚度對(duì)應(yīng)于電極之間的距離，具 體而言，對(duì)應(yīng)于介電材料的等效氧化硅厚度(Tox)。因此，需要使用具有高 介電常數(shù)并且能夠減小等效氧化硅厚度(Tox)的介電材料來(lái)制造具有高電容 值的適用于高度集成半導(dǎo)體器件的電容器。使用傳統(tǒng)的氮化物/氧化物(NO)型電容器以獲得高度集成半導(dǎo)體器件所 需要的高電容值受到限制。傳統(tǒng)的NO型電容器通常使用介電常數(shù)為7的氮化 硅介電材料。因此，已經(jīng)提出多晶硅-絕緣層-多晶硅(SIS)型電容器以獲 得足夠的電容值。SIS型電容器使用介電常數(shù)高于氮化硅的介電材料。氧化鋁 以其較高的介電常數(shù)(約為8)和較好的絕緣性能通常作為隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的 電容器的介質(zhì)層。申請(qǐng)?zhí)枮?00410062627的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了 一種采用氧化鋁和氧化鉿 作為介質(zhì)層的電容器及其制造方法，采用多晶硅作為電容器的第一電極和第
二電極，但是由于氧化鋁和由于氧化鋁與多晶硅相接觸容易導(dǎo)致氧化鋁層中 的氧會(huì)擴(kuò)散進(jìn)入多晶硅層，在氧化鋁層與多晶硅層的界面會(huì)殘留下金屬鋁， 造成界面漏電流，上述專(zhuān)利申請(qǐng)未給出具體解決辦法。在現(xiàn)有采用氧化鋁作 為介質(zhì)層的技術(shù)中，通常采用摻雜半球形多晶硅層作為第一電極，采用摻雜 多晶硅層作為第二電極，對(duì)摻雜半球形多晶硅層進(jìn)行氮化增加與氧化鋁層的 結(jié)合力，但是在第二電極與氧化鋁中會(huì)形成一層氮化鈦層作為連接層以增加 第二電極與氧化鋁層之間的結(jié)合力，但是制備氮化鈦的工藝成本比較高。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明解決的問(wèn)題是現(xiàn)有技術(shù)中在制備以氧化鋁為介質(zhì)層的電容器中， 采用氮化鈦?zhàn)鳛檠趸X和摻雜多晶硅層的第二電極之間的連接層，由于制備 氮化鈦層價(jià)格昂貴，造成工藝成本增加。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種電容器的形成方法，包括在半導(dǎo)體 襯底上依次形成摻雜半球形多晶硅層、氧化鋁層、氮化硅層及摻雜多晶硅層。形成氮化硅層進(jìn)一步包括以氯化硅烷和氨氣為前驅(qū)物，在400至550。C下 采用原子層沉積(ALD)裝置形成氮化硅層，形成所述氮化硅層的厚度范圍 為15至25 A。形成氧化鋁層進(jìn)一步包括以三曱基鋁和臭氧或水0 20)為前驅(qū)物，在 380至45(TC下，采用原子層沉積(ALD)裝置形成氧化鋁層，形成所述氧化 鋁層的厚度范圍為25至35A。形成所述摻雜半球形多晶硅層進(jìn)一步包括對(duì)半球形多晶硅層在磷烷氣氛 中、在650至75(TC下進(jìn)行退火90至180mins,形成所述摻雜半球形多晶硅 層厚度范圍為500至800A 。還要對(duì)摻雜半球形多晶硅層12進(jìn)行氮化，所述氮化為在N2或者NH3氣 氛中，在650至750。C溫度下退火120至200mins。
形成所述摻雜多晶硅層進(jìn)一步包括對(duì)多晶硅層摻入磷離子，所述摻入的磷離子濃度范圍為L(zhǎng)0E21至1.4E21cn^2 ，所述摻雜多晶硅層厚度范圍為1000 至1500A。相應(yīng)地，本發(fā)明提供一種電容器，包括依次位于半導(dǎo)體襯底上的摻雜 半球形多晶硅層和氧化鋁層，還包括位于氧化鋁層上的氮化硅層及摻雜多晶 硅層。所述氮化硅層采用原子層沉積(ALD)方式制備，所述制備氮化硅層的 前驅(qū)物為氯化硅烷和氨氣，形成所述氮化硅層的溫度范圍為400至55(TC，厚 度范圍為15至25 A。所述氧化鋁層釆用原子層沉積方式制備，制備氧化鋁層的前驅(qū)物為三甲 基鋁和臭氧或水(H20),形成所述氧化鋁層的溫度范圍為380至45(TC下，形 成所述氧化鋁層的厚度范圍為25至35A。所述摻雜半球形多晶硅層為在磷烷中對(duì)半球形多晶硅層進(jìn)行退火形成，所述 退火溫度范圍為650至700°C,退火時(shí)間范圍為90至180mins。還要對(duì)摻雜半球形多晶硅層12進(jìn)行氮化，所述氮化為在N2或者NH3氣 氛中，在650至750。C溫度下退火120至200mins。所述摻雜多晶硅層為對(duì)多晶硅層摻磷離子形成，所述磷離子濃度范圍為 1.0E21至1.4E21cm-2，所述摻雜多晶硅層厚度范圍為1000至1500A。本發(fā)明還提供一種隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的形成方法，包括在半導(dǎo)體襯底上 依次形成柵介質(zhì)層、柵極結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體襯底中的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源極和漏極， 構(gòu)成MOS晶體管；在整個(gè)半導(dǎo)體襯底上及MOS晶體管上形成第一層間介電 層；在第一層間介電層和柵介質(zhì)層中對(duì)著MOS晶體管的源極或者漏極位置形 成通孔；在通孔中填入導(dǎo)電層至與第一層間介電層相平；在第一層間介電層 上形成第二層間介電層，在對(duì)著第一層間介電層中的通孔位置形成第一開(kāi)口，
所述第一開(kāi)口暴露出第一層間介電層的通孔；在第一開(kāi)口內(nèi)依次形成摻雜半球形多晶硅層、氧化鋁層、氮化硅層及摻雜多晶硅層，所述摻雜多晶硅層接地電勢(shì)。所述氮化硅層采用原子層沉積(ALD)方式制備，所述制備氮化硅層的 前驅(qū)物為氯化硅烷和氨氣，形成所述氮化硅層的溫度為400至55(TC，厚度范 圍為15至25A。形成氧化鋁層進(jìn)一步包括以三曱基鋁和臭氧或水(1120) 為前驅(qū)物，在 380至450。C下，采用原子層沉積(ALD)裝置形成氧化鋁層，形成所述氣化 鋁層的厚度范圍為25至35A。所述摻雜半球形多晶硅層為在磷烷中對(duì)半球形多晶硅層進(jìn)行退火形成， 所述退火溫度范圍為650至750。C下，退火時(shí)間范圍為90至180mins，所述 摻雜半球形多晶硅層厚度范圍為500至800A。還要對(duì)摻雜半球形多晶硅層12進(jìn)行氮化，所述氮化為在N2或者NH3氣 氛中，在650至750。C溫度下退火120至200mins。所述摻雜多晶硅層為對(duì)多晶硅層摻磷離子形成，所述磷離子濃度范圍為 1.0E21至1.4E21cm-2，所述摻雜多晶硅層厚度范圍為1000至1500A。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種隨機(jī)存儲(chǔ)器單元，包括形成于半導(dǎo)體襯底 上的由柵介質(zhì)層、柵極結(jié)構(gòu)、形成于半導(dǎo)體襯底中的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源極和 漏極構(gòu)成的MOS晶體管和第一層間介電層；第一層間介電層中對(duì)著MOS晶 體管的源極或者漏極位置形成的通孔；通孔中填充的導(dǎo)電層且與第一層間介 電層相平；位于第一層間介電層上的第二層間介電層，第二層間介電層中的 對(duì)著第一層間介電層中的通孔位置形成的第一開(kāi)口 ，所述第一開(kāi)口暴露出第 一層間介電層的通孔和導(dǎo)電層。第一開(kāi)口內(nèi)依次形成的摻雜半球形多晶硅層 和氧化鋁層，還包括位于氧化鋁層上的氮化硅層及摻雜多晶硅層，所述摻雜多晶硅層接地電勢(shì)。所述氮化硅層采用原子層沉積(ALD)方式制備，所述制備氮化硅層的 前驅(qū)物為氯化硅烷和氨氣，形成所述氮化硅層的溫度為400至550°C，厚度范 圍為15至25A。所述氧化鋁層采用原子層沉積方式制備，制備氧化鋁層的前驅(qū)物為三曱 基鋁和臭氧或水(H20),形成所述氧化鋁層的溫度范圍為380至450。C下，形 成所述氧化鋁層的厚度范圍為25至35A。所述摻雜半球形多晶硅層為在磷烷中對(duì)半球形多晶硅層進(jìn)行退火形成， 所述退火溫度范圍為650至75(TC下，退火時(shí)間范圍為90至180mins，所述 摻雜半球形多晶硅層厚度范圍為500至800A。還要對(duì)摻雜半球形多晶硅層12進(jìn)行氮化，所述氮化為在N2或者NH3氣 氛中，在650至750。C溫度下退火120至200mins。所述摻雜多晶硅層為對(duì)多晶硅層摻磷離子形成，所述磷離子濃度范圍為 1.0E21至L4E21cm-2，所述摻雜多晶硅層厚度范圍為1000至1500A。本發(fā)明還提供一種隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的形成方法，包括在半導(dǎo)體襯底上 依次形成柵介質(zhì)層、柵極結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體襯底中的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源極和漏極， 構(gòu)成MOS晶體管；在整個(gè)半導(dǎo)體襯底上及MOS晶體管上形成第一層間介電 層；在第一層間介電層和柵介質(zhì)層中對(duì)著MOS晶體管的源極或者漏極位置形 成通孔；在通孔中填入導(dǎo)電層至與第一層間介電層相平；在第一層間介電層 上形成第二層間介電層，在對(duì)著第一層間介電層中的通孔位置形成第一開(kāi)口， 所述第一開(kāi)口暴露出第一層間介電層的通孔；在第一開(kāi)口內(nèi)依次形成摻雜半 球形多晶硅層、氧化鋁層、氮化硅層及摻雜多晶硅層，所述摻雜多晶硅層接 地電勢(shì)。所述氮化硅層采用原子層沉積(ALD)方式制備，所述制備氮化硅層的 前驅(qū)物為氯化硅烷和氨氣，形成所述氮化硅層的溫度為400至55(TC,厚度范 圍為15至25A。所述氧化鋁層采用原子層沉積方式制備，形成所述氧化鋁層的溫度為 380至450。C，厚度范圍為25至35A。所述摻雜半球形多晶硅層為在磷烷中對(duì)半球形多晶硅層進(jìn)行退火形成， 所述退火溫度范圍為650至750。C下，退火時(shí)間范圍為90至180mins，所述 摻雜半球形多晶硅層厚度范圍為500至800A。還要對(duì)摻雜半球形多晶硅層12進(jìn)行氮化，所述氮化為在N2或者NH3氣 氛中，在650至750。C溫度下退火120至200mins。所述摻雜多晶硅層為對(duì)多晶硅層摻磷離子形成，所述磷離子濃度范圍為 1.0E21至1.4E21cm—2,所述摻雜多晶硅層厚度范圍為1000至1500A。本發(fā)明還提供一種隨機(jī)存儲(chǔ)器單元，包括形成于半導(dǎo)體襯底上的由柵 介質(zhì)層、柵極結(jié)構(gòu)、形成于半導(dǎo)體襯底中的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源極和漏極構(gòu)成 的MOS晶體管和第一層間介電層；第一層間介電層中對(duì)著MOS晶體管的源 極或者漏極位置形成的通孔；通孔中填充的導(dǎo)電層且與第一層間介電層相平； 位于第一層間介電層上的第二層間介電層，第二層間介電層中的對(duì)著第一層 間介電層中的通孔位置形成的第 一開(kāi)口 ，所述第 一開(kāi)口暴露出第 一層間介電 層的通孔和導(dǎo)電層；第一開(kāi)口內(nèi)依次形成的摻雜半球形多晶硅層和氧化鋁層， 還包括位于氧化鋁層上的氮化硅層及摻雜多晶硅層，所述摻雜多晶硅層接地 電勢(shì)。所述氮化硅層采用原子層沉積(ALD)方式制備，所述制備氮化硅層 的前驅(qū)物為氯化硅烷和氨氣，形成所述氮化硅層的溫度為400至550。C,厚度 范圍為15至25A。所述氧化鋁層采用原子層沉積(ALD)方式制備，形成所述氧化鋁層的 溫度為380至45(TC,厚度范圍為25至35A。
所述摻雜半球形多晶硅層為在磷烷中對(duì)半球形多晶硅層進(jìn)行退火形成，所述退火溫度范圍為650至75(TC下，退火時(shí)間范圍為90至180mins，所述 摻雜半球形多晶硅層厚度范圍為500至800A。還要對(duì)摻雜半球形多晶硅層12進(jìn)行氮化，所述氮化為在N2或者NH3氣 氛中，在650至750。C溫度下退火120至200mins。所述摻雜多晶硅層為對(duì)多晶硅層摻磷離子形成，所述磷離子濃度范圍為 1.0E21至1.4E21crrT2,所述摻雜多晶硅層厚度范圍為1000至1500A',與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用氮化硅層作為電容 器的氧化鋁介質(zhì)層和摻雜多晶硅層的第二電極之間的連接層，使得氧化鋁層 與摻雜多晶硅層之間結(jié)合緊密，降低了工藝成本。本發(fā)明通過(guò)采用氮化硅層作為隨機(jī)存儲(chǔ)器的電容器的氧化鋁介質(zhì)層和摻 雜多晶硅層的第二電極之間的連接層，使得氧化鋁層與摻雜多晶硅層之間結(jié) 合緊密，降低了工藝成本。


圖1A至1D是本發(fā)明形成電容器的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2A至2H是本發(fā)明形成隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是提供一種隨機(jī)存儲(chǔ)器的電容器，所述電容器采用氧化鋁 作為介質(zhì)層，采用摻雜半球形多晶硅層作為第一電極，采用摻雜多晶硅層作 為第二電極，由于氧化鋁與摻雜多晶硅相接觸，容易導(dǎo)致氧化鋁層中的氧會(huì) 擴(kuò)散進(jìn)入摻雜多晶硅層，在氧化鋁層與摻雜多晶硅層的界面會(huì)殘留下金屬鋁， 造成界面漏電流，本發(fā)明通過(guò)在氧化鋁層與摻雜多晶硅層之間引入氮化硅層， 防止了氧化鋁中的氧的擴(kuò)散。
本發(fā)明首先給出一種電容器的形成方法的實(shí)施例，具體步驟包括在半 導(dǎo)體襯底上依次形成摻雜半球形多晶硅層、氧化鋁層、氮化硅層及摻雜多晶 硅層。參照?qǐng)D1A,提供半導(dǎo)體襯底上11，所述半導(dǎo)體襯底11為帶有導(dǎo)電層和介電層的襯底，本發(fā)明僅以一空白半導(dǎo)體襯底11圖示。在半導(dǎo)體襯底11上形成摻雜半球形多晶硅層12，所述摻雜半球形多晶硅 層12作為電容器的第一電極。所述摻雜半球形多晶硅層12包括連續(xù)的摻雜 半球形多晶硅層12a和分立的摻雜半球形多晶硅層12b,所述分立的摻雜半球 形多晶硅層12b為半球形的多晶硅，所述半球形的多晶硅的直徑為200至 500A,位于連續(xù)的摻雜半球形多晶硅層12a上。所述形成分立的摻雜半球形 多晶硅層12b目的為增大電容器的第一電極與后續(xù)形成的氧化鋁層13之間的 接觸面積，增大電容器的電容。所述形成摻雜半球形多晶硅層12為本領(lǐng)域技 術(shù)人員公知技術(shù)，作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，在管式爐裝置中，在半導(dǎo)體 襯底11上形成一層連續(xù)的半球形多晶硅層；通入硅烷，在連續(xù)的半球形多晶 硅層上形成分立的半球形多晶硅層。然后對(duì)連續(xù)的半球形多晶硅層和分立的 半球形多晶硅層進(jìn)行摻雜，所述摻雜工藝為在磷烷(PH3)中進(jìn)行退火，所述 退火溫度為650。C,所述退火時(shí)間為120mins，退火后形成連續(xù)的摻雜半球形 多晶硅層12a和分立的摻雜半球形多晶硅層12b。由于氧化鋁與多晶硅相接觸，容易導(dǎo)致氧化鋁層中的氧會(huì)擴(kuò)散進(jìn)入多晶 硅層，在氧化鋁層與多晶硅層的界面會(huì)殘留下金屬鋁，造成界面漏電流，氮 化硅可以阻擋氧化鋁的擴(kuò)散，同時(shí)氧化鋁與多晶硅結(jié)合力差，容易脫落，因 此在形成摻雜半球形多晶硅層12之后，還要對(duì)摻雜半球形多晶硅層12進(jìn)行 氮化工藝，以增加氧化鋁層與摻雜半球形多晶硅層12之間的結(jié)合力以及防止 造成界面漏電流。所述氮化工藝為在N2或者NH3氣氛中，在650至750。C溫 度下退火120至200mins。氮化工藝后，在分立的摻雜半球形多晶硅層12b表
面形成一薄層氮化硅(未示出)。參照?qǐng)D1B，在分立的球形摻雜半球形多晶硅層12b上形成氧化鋁層13, 所述氧化鋁層13作為電容器的介質(zhì)層，所述氧化鋁層13位于分立的球形摻 雜半球形多晶硅層12b的表面，二者接觸面積較大。所述形成氧化鋁層13采 用原子層沉積(ALD)裝置，采用三曱基鋁和臭氧或者水為前驅(qū)物，在380 至450'C下，形成氧化鋁層13的厚度范圍為25至35A。參照?qǐng)D1C，在氧化鋁層13上形成氮化硅層14，形成所述氮化硅層14目 的為增加氧化鋁層13與后續(xù)形成的摻雜多晶硅層15之間的結(jié)合力。形成所 述氮化硅層14為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)，作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，以 氯化硅烷和氨氣為前驅(qū)物，在400至550。C下采用原子層沉積(ALD )裝置形 成氮化硅層14，形成所述氮化硅層14的厚度范圍為15至25A。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，以氯化硅烷和氨氣為前驅(qū)物，在450°C下采 用原子層沉積(ALD)裝置形成氮化硅層14,形成所述氮化硅層14的厚度范 圍為20A。參照?qǐng)D1D，在氮化硅層14上形成摻雜多晶硅層15,所述摻雜多晶硅層 15作為電容器的第二電極。所述形成摻雜多晶硅層15工藝為在管式爐裝置中 形成多晶硅層，然后對(duì)多晶硅層摻入磷離子，所述摻入的磷離子濃度范圍為 1.0E21至1.4E20cm-2,摻雜后，形成摻雜多晶硅層15，所述摻雜多晶硅層15 厚度范圍為1000至1500A。基于上述工藝實(shí)施后，形成本發(fā)明的電容器，所述電容器包括依次位 于半導(dǎo)體襯底11上的摻雜半球形多晶硅層12和氧化鋁層13,還包括在氧化 鋁層13上形成氮化硅層14及摻雜多晶硅層15。本發(fā)明還給出一種形成隨機(jī)存儲(chǔ)器單元方法的實(shí)施例，具體步驟包括 在半導(dǎo)體襯底上依次形成柵介質(zhì)層、柵極結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體襯底中的柵極結(jié)構(gòu)兩 側(cè)的源極和漏極，構(gòu)成MOS晶體管；在整個(gè)半導(dǎo)體襯底上及MOS晶體管上 形成第一層間介電層；在第一層間介電層中對(duì)著MOS晶體管的源極或者漏極 位置形成通孔；在通孔中填入導(dǎo)電層至與第一層間介電層相平；在第一層間 介電層上形成第二層間介電層，在對(duì)著第一層間介電層中的通孔位置形成第 一開(kāi)口，所述第一開(kāi)口暴露出第一層間介電層的通孔；在第一開(kāi)口內(nèi)依次形 成摻雜半球形多晶硅層、氧化鋁層、氮化硅層及摻雜多晶硅層，所述摻雜多 晶硅層接地電勢(shì)。參照?qǐng)D2A,提供半導(dǎo)體襯底21，在半導(dǎo)體襯底21上依次形成隔離溝槽 22、柵介質(zhì)層23、柵極結(jié)構(gòu)24、位于半導(dǎo)體襯底21中的柵極結(jié)構(gòu)24兩側(cè)的 源極26a和漏極26b構(gòu)成的MOS晶體管。所述柵介質(zhì)層23為由氧化硅、氮 氧化硅、氮化硅或者它們的組合構(gòu)成，作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式，所述柵介 質(zhì)層23為氧化硅。所述柵極結(jié)構(gòu)24包括多晶硅層、硅化物層和難熔金屬層， 所述硅化鵠層和難熔金屬層為降低柵極和引出電極之間的接觸電阻。所述 MOS晶體管還包括位于柵極結(jié)構(gòu)24兩側(cè)的側(cè)墻25。形成所述MOS晶體管為 本技術(shù)領(lǐng)域人員公知技術(shù)。在整個(gè)半導(dǎo)體襯底21上及MOS晶體管上形成第一層間介電層27，所述 第一層間介電層27用于半導(dǎo)體器件的縱向隔離。所述第一層間介電層27可 以為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、加氟的硅酸鹽玻璃層(FSG)、氫化硅倍半 氧化物(HSQ)、以及摻碳的氧化硅(Coral , Black Diamond)等無(wú)機(jī)材料或 者象聚芳香烯醚(Flare )、芳香族碳?xì)浠衔?SILK)以及二曱苯塑料等有機(jī) 材料或者它們的組合。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，采用氧化硅作為第一層 間介電層27。所述形成第一層間介電層27為本技術(shù)領(lǐng)域人員公知技術(shù)。參照?qǐng)D2B，在第一層間介電層27和柵介質(zhì)層23中對(duì)著MOS晶體管的 源極26a或者漏極26b位置形成通孔27a,作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，在對(duì) 著MOS晶體管的源極26a位置形成通孔27a，所述通孔27a暴露出源極26a。
參照?qǐng)D2C，在通孔27a中填入導(dǎo)電層28至與第 一層間介電層27相平， 所述導(dǎo)電層28可以為金屬鋁、鴒、鋁銅合金或者摻雜多晶硅等，所述本發(fā)明 的一個(gè)實(shí)施方式，所述導(dǎo)電層28為金屬鴒。所述導(dǎo)電層28與MOS晶體管的 源極26a相電連接。參照?qǐng)D2D，在第一層間介電層27上形成第二層間介電層29，在對(duì)著第 一層間介電層27中的通孔27a位置形成第一開(kāi)口 29a,所述第一開(kāi)口 29a暴 露出第一層間介電層27的通孔27a及通孔27a中填充的導(dǎo)電層28。所述第二 層間介電層29可以為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、加氟的硅酸鹽玻璃層(FSG )、 氫化硅倍半氧化物(HSQ)、以及摻碳的氧化硅(Coral , Black Diamond )等 無(wú)機(jī)材料或者象聚芳香烯醚(Flare )、芳香族碳?xì)浠衔?SILK)以及二甲苯 塑料等有機(jī)材料或者它們的組合。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，采用氧化硅 作為第二層間介電層29。所述形成第一開(kāi)口 29a為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。參照?qǐng)D2E,在第一開(kāi)口 29a內(nèi)側(cè)形成摻雜半球形多晶硅層30,所述摻雜 半球形多晶硅層30作為電容器的第一電極。所述摻雜半球形多晶硅層30通 過(guò)通孔27a中填充的導(dǎo)電層28與MOS晶體管的源極26a相電連接。所述摻 雜半球形多晶硅層30依次包括連續(xù)的摻雜半球形多晶硅層30a和分立的摻雜 半球形多晶硅層30b，所述分立的摻雜半球形多晶硅層30b為半球形的多晶硅， 所述半球形的多晶硅的直徑為200至500A,位于連續(xù)的摻雜半球形多晶硅層 30a上。所述形成分立的摻雜半球形多晶硅層30b目的為增大電容器的第一電 極與后續(xù)形成的介質(zhì)層之間的接觸面積，增大電容器的電容。所述摻雜半球 形多晶硅層30形成為通過(guò)對(duì)半球形多晶硅層進(jìn)行摻雜形成，所述摻雜為在磷 烷(PH3)中進(jìn)行退火，所述退火溫度為650X〕，所述退火時(shí)間為120mins， 退火后形成摻雜半球形多晶硅層30。由于氧化鋁與多晶硅相接觸，容易導(dǎo)致氧化鋁中的氧會(huì)擴(kuò)散進(jìn)入多晶硅 層，在氧化鋁與多晶硅層的界面會(huì)殘留下金屬鋁，造成界面漏電流，氮化硅
可以阻擋氧化鋁的擴(kuò)散，同時(shí)氧化鋁與多晶硅結(jié)合力差，容易脫落，因此在 形成摻雜半球形多晶硅層30之后，還要對(duì)摻雜半球形多晶硅層30進(jìn)行氮化 工藝，以增加氧化鋁層31與摻雜半球形多晶硅層30之間的結(jié)合力以及防止 造成界面漏電流。所述氮化工藝為在N2或者NH3氣氛中，在650至75(TC溫 度下退火120至200mins。氮化工藝后，在分立的摻雜半球形多晶硅層30b表 面形成一薄層氮化硅(未示出)參照?qǐng)D2F，在第一開(kāi)口 29a內(nèi)的摻雜半球形多晶硅層30上以及第二介電 層29上的第一開(kāi)口 29a以外區(qū)域形成氧化鋁層31,所述氧化鋁層31作為電 容器的介質(zhì)層，所述氧化鋁層31位于分立的球形摻雜半球形多晶硅層30b的 表面，二者接觸面積較大。參照?qǐng)D2G，在氧化鋁層31上形成氮化硅層32，形成所述氮化硅層32目 的為增加氧化鋁層31與后續(xù)形成的摻雜多晶硅層33之間的結(jié)合力。形成所 述氮化硅層32為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)，作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，以 氯化硅烷和氨氣為前驅(qū)物，在400至550。C下采用原子層沉積(ALD )裝置形 成氮化硅層32,形成所述氮化硅層32的厚度范圍為15至25A。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，以氯化硅烷和氨氣為前驅(qū)物，在450。C下采 用原子層沉積(ALD)裝置形成氮化硅層32，形成所述氮化硅層32的厚度為 20A。參照?qǐng)D2H,在氮化硅層32上形成摻雜多晶硅層33,填平第一開(kāi)口29a。 所述摻雜多晶硅層33作為電容器的第二電極，所述摻雜多晶硅層33接地電 勢(shì)。所述形成摻雜多晶硅層33工藝為在管式爐裝置中形成多晶硅層，然后對(duì) 多晶硅層摻入磷離子，所述摻入的磷離子濃度范圍為1.0E21至1.4E21 cm-2?；谏鲜龉に噷?shí)施后，形成本發(fā)明的隨機(jī)存儲(chǔ)器單元，包括半導(dǎo)體襯 底21上依次形成的由4冊(cè)介質(zhì)層23、柵極結(jié)構(gòu)24、源極26a和漏極26b構(gòu)成
的MOS晶體管和第一層間介電層27;在第一層間介電層27中對(duì)著MOS晶 體管的源極26a位置形成的通孔27a;在通孔27a中填充的導(dǎo)電層28且與第 一層間介電層27相平；位于第一層間介電層27上的第二層間介電層29，第 二層間介電層29中對(duì)著第一層間介電層中的通孔位置形成的第一開(kāi)口 29a, 所述第一開(kāi)口 29a暴露出第一層間介電層27的通孔27a和導(dǎo)電層28;第一開(kāi) 口 29a內(nèi)依次形成的摻雜半球形多晶硅層30和氧化鋁層31,還包括位于氧化 鋁層31上的氮化硅層32及摻雜多晶硅層33，所述摻雜多晶硅層接地電勢(shì)。采用奎特立(Qualitau)公司的Infinity型號(hào)的可靠性(reliability)測(cè)試儀 測(cè)試了本發(fā)明形成的電容器，結(jié)果顯示(未示出)采用本發(fā)明的氮化硅作為 氧化鋁和摻雜多晶硅層之間的連接層形成的電容器的壽命為2.42E+12年，而 現(xiàn)有技術(shù)的以原子層沉積裝置制備的氮化鈦?zhàn)鳛檫B接層形成的電容器的壽命 為1.26E+8年。表明本發(fā)明形成的電容壽命更長(zhǎng)，可靠性更好。雖然本發(fā)明己以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。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)，均可作各種更動(dòng)與修改， 因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種電容器的形成方法，其特征在于，包括在半導(dǎo)體襯底上依次形成摻雜半球形多晶硅層、氧化鋁層、氮化硅層及摻雜多晶硅層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器的形成方法，其特征在于形成氮化硅層進(jìn) 一步包括以氯化硅烷和氨氣為前驅(qū)物，在400至550。C下采用原子層沉積 裝置形成氮化硅層，形成所述氮化硅層的厚度范圍為15至25A。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器的形成方法，其特征在于形成氧化鋁層進(jìn) 一步包括以三曱基鋁和臭氧或水為前驅(qū)物，在380至450。C下，采用原子 層沉積裝置形成氧化鋁層，形成所述氧化鋁層的厚度范圍為25至35A。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器的形成方法，其特征在于形成所述摻雜半 球形多晶硅層進(jìn)一步包括對(duì)半球形多晶硅層在磷烷氣氛中、在650至750 'C下進(jìn)行退火90至180mins,形成所述摻雜半球形多晶硅層厚度范圍為 500至800A 。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電容器的形成方法，其特征在于還要對(duì)摻雜半球 形多晶硅層進(jìn)行氮化，所述氮化為在N2或者NH3氣氛中，在650至750 。C溫度下退火120至200mins。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器的形成方法，其特征在于形成所述摻雜多 晶硅層進(jìn)一步包括對(duì)多晶硅層摻入磷離子，所述摻入的磷離子濃度范圍為 1.0 E21至1.4 E21 cmf2 ,所述摻雜多晶硅層厚度范圍為1000至1500A。
7. —種電容器，包括依次位于半導(dǎo)體襯底上的摻雜半球形多晶硅層和氧化 鋁層，其特征在于，還包括位于氧化鋁層上的氮化硅層及摻雜多晶硅層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電容器，其特征在于所述氮化硅層采用原子層沉 積方式制備，所述制備氮化硅層的前驅(qū)物為氯化硅烷和氨氣，形成所述氮 化硅層的溫度范圍為400至55(TC，厚度范圍為15至25A。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電容器，其特征在于所述氧化鋁層采用原子層沉 積方式制備，制備氧化鋁層的前驅(qū)物為三曱基鋁和臭氧或水，形成所述氧化鋁層的溫度范圍為380至450。C下，形成所述氧化鋁的厚度范圍為25至 35A。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電容器，其特征在于所述摻雜半球形多晶硅層為 在磷烷中對(duì)半球形多晶硅層進(jìn)行退火形成，所述退火溫度范圍為650至700 °C，退火時(shí)間范圍為90至180mins。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的電容器，其特征在于還要對(duì)摻雜半球形多晶硅層 進(jìn)行氮化，所述氮化為在N2或者NH3氣氛中，在650至750。C溫度下退火 120至200mins。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電容器，其特征在于所述摻雜多晶硅層為對(duì)多晶 硅層摻磷離子形成，所述磷離子濃度范圍為1.0E21至1.4E21cm—2,所述摻 雜多晶硅層厚度范圍為1000至1500A。
13. —種隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的形成方法，其特征在于，包括 在半導(dǎo)體襯底上依次形成柵介質(zhì)層、柵極結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體襯底中的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源極和漏極，構(gòu)成MOS晶體管；在整個(gè)半導(dǎo)體襯底上及MOS晶體管上形成第一層間介電層； 在第一層間介電層和柵介質(zhì)層中對(duì)著MOS晶體管的源極或者漏極位置形成通孔；在通孔中填入導(dǎo)電層至與第一層間介電層相平；在第一層間介電層上形成第二層間介電層，在對(duì)著第一層間介電層中的通 孔位置形成第一開(kāi)口，所述第一開(kāi)口暴露出第一層間介電層的通孔；在第一開(kāi)口內(nèi)側(cè)依次形成摻雜半球形多晶硅層、氧化鋁層、氮化硅層及摻雜多晶硅層，所述摻雜多晶硅層接地電勢(shì)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的形成方法，其特征在于所述氮 化硅層采用原子層沉積方式制備，所述制備氮化硅層的前驅(qū)物為氯化硅烷和氨氣，形成所述氮化硅層的溫度為400至550°C,厚度范圍為15至25 A。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的形成方法，其特征在于形成氧 化鋁層進(jìn)一歩包括以三甲基鋁和臭氧或水為前驅(qū)物，在380至450。C下， 采用原子層沉積裝置形成氧化鋁層，形成所述氧化鋁層的厚度范圍為25 至35A。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的形成方法，其特征在于所述摻 雜半球形多晶硅層為在磷烷中對(duì)半球形多晶硅層進(jìn)行退火形成，所述退火 溫度范圍為650至750'C下，退火時(shí)間范圍為90至180mins，所述摻雜半 球形多晶硅層厚度范圍為500至800A。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的形成方法，其特征在于還要對(duì) 摻雜半球形多晶硅層進(jìn)行氮化，所述氮化為在N2或者NH3氣氛中，在650 至750。C溫度下退火120至200mins。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的形成方法，其特征在于所述摻 雜多晶硅層為對(duì)多晶硅層摻磷離子形成，所述磷離子濃度范圍為1.0E21至 1.4E21cm-2，所述摻雜多晶硅層厚度范圍為1000至1500A。
19. 一種隨才幾存儲(chǔ)器單元，包括 形成于半導(dǎo)體襯底上的由柵介質(zhì)層、柵極結(jié)構(gòu)、形成于半導(dǎo)體襯底中的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源極和漏極構(gòu)成的MOS晶體管和第一層間介電層；第一層間介電層中對(duì)著MOS晶體管的源極或者漏極位置形成的通孔； 通孔中填充的導(dǎo)電層且與第一層間介電層相平；位于第一層間介電層上的第二層間介電層，第二層間介電層中的對(duì)著第一 層間介電層中的通孔位置形成的第一開(kāi)口 ，所述第 一開(kāi)口暴露出第 一層間介電層的通孔和導(dǎo)電層。第一開(kāi)口內(nèi)側(cè)依次形成的摻雜半球形多晶硅層和氧化鋁層，其特征在于，還包括位于氧化鋁層上的氮化硅層及摻雜多晶硅層，所述摻雜多晶硅層接地電勢(shì)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的隨機(jī)存儲(chǔ)器單元，其特征在于所述氮化硅層采用 原子層沉積方式制備，所述制備氮化硅層的前驅(qū)物為氯化硅烷和氨氣，形 成所述氮化硅層的溫度為400至550°C，厚度范圍為15至25 A。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的隨機(jī)存儲(chǔ)器單元，其特征在于所述氧化鋁層采用 原子層沉積方式制備，制備氧化鋁層的前驅(qū)物為三曱基鋁和臭氧或水，形 成所述氧化鋁層的溫度范圍為380至45(TC下，形成所述氧化鋁層的厚度 范圍為25至35A。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的隨機(jī)存儲(chǔ)器單元，其特征在于所述摻雜半球形多 晶硅層為在磷烷中對(duì)半球形多晶硅層進(jìn)行退火形成，所述退火溫度范圍為 650至75(TC下，退火時(shí)間范圍為90至180mins,所述摻雜半球形多晶硅 層厚度范圍為500至800A。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的隨機(jī)存儲(chǔ)器單元，其特征在于還要對(duì)摻雜半球形 多晶硅層進(jìn)行氮化，所述氮化為在N2或者NH3氣氛中，在650至750°C溫 度下退火120至200mins。
24. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的隨機(jī)存儲(chǔ)器單元，其特征在于所述摻雜多晶硅層 為對(duì)多晶硅層摻磷離子形成，所述磷離子濃度范圍為1.0E21至1.4E21cm—2， 所述摻雜多晶硅層厚度范圍為1000至1500A。
全文摘要
一種電容器的形成方法，在半導(dǎo)體襯底上依次形成摻雜半球形多晶硅層、氧化鋁層、氮化硅層及摻雜多晶硅層，相應(yīng)地本發(fā)明提供一種電容器；本發(fā)明還提供一種隨機(jī)存儲(chǔ)器及其形成方法。本發(fā)明通過(guò)在氧化鋁層與摻雜多晶硅層之間引入氮化硅層，防止了氧化鋁中的氧的擴(kuò)散；同時(shí)形成氮化硅層比現(xiàn)有技術(shù)形成的氮化鈦?zhàn)鳛檫B接氧化鋁和摻雜多晶硅層價(jià)格便宜，降低了工藝成本。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101211759SQ20061014881
公開(kāi)日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2006年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日
發(fā)明者張永興 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司