專利名稱：電容陣列及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體電子元件，尤其涉及一種含有電容器的半導(dǎo)體電子元件。
背景技術(shù)：
動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)包含由DRAM存儲(chǔ)單元配置成行、列的矩陣陣列。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的DRAM陣列中，沿著一行的DRAM存儲(chǔ)單元耦合相同的位元線，此外沿著一列的DRAM存儲(chǔ)單元耦合相同的字元線。各個(gè)DRAM存儲(chǔ)單元包含一個(gè)開關(guān)轉(zhuǎn)換的晶體管和一個(gè)和晶體管互相耦合的電容器。該開關(guān)轉(zhuǎn)換的晶體管可為N通道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(NM0SFET)。在一個(gè)具有多個(gè)NM0SFET的DRAM中，NM0SFET的柵極與字元線互相耦合，而NM0SFET的漏極與位元線互相耦合且該位元線能和感應(yīng)放大器互相耦合，NM0SFET的源極和儲(chǔ)存電容的節(jié)點(diǎn)耦合，另一個(gè)儲(chǔ)存電容的節(jié)點(diǎn)則和接地節(jié)點(diǎn)互相耦合。電容儲(chǔ)存的電壓決定DRAM存儲(chǔ)單元的邏輯位準(zhǔn)。由于寄生電容的電容效應(yīng)，儲(chǔ)存電容必須要有較高的電容值才能提供有充足的電壓信號(hào)。為此目的，儲(chǔ)存電容的電極區(qū)必須要有足夠大的重疊區(qū)域，而大的重疊區(qū)域會(huì)增加儲(chǔ)存電容的高度。然而高儲(chǔ)存電容較容易傾斜，并且部分會(huì)互相倚靠在一起，導(dǎo)致DRAM存儲(chǔ)單元失去功能。為了克服傾斜的問(wèn)題，在DRAM存儲(chǔ)單元的儲(chǔ)存電容的電極17的頂部形成一個(gè)碳晶格結(jié)構(gòu)或鋁晶格結(jié)構(gòu)19來(lái)避免電極17傾斜，如圖1所示。在基板11上的覆層12的開口內(nèi)形成的電極17的頂部是由蝕刻而暴露。碳或鋁沉積在電極17的頂部，且碳或鋁晶格形成在各個(gè)頂部。鄰近的晶格互相連接而形成晶格結(jié)構(gòu)19，又該結(jié)構(gòu)可以將電極17的頂部保持在想要的位置。然而利用結(jié)構(gòu)19保持電極17的頂部在固定位置沒(méi)辦法避免電極17的中間部分?jǐn)[動(dòng)，且若電極17有太高的縱寬比例將使鄰近的電極會(huì)互相接觸。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種電容陣列，本發(fā)明具體實(shí)施一電容陣列包含多個(gè)電容器和一支撐框架。各個(gè)電容器會(huì)包含一個(gè)電極。該支撐框架能支持多個(gè)電極并且包含多個(gè)對(duì)應(yīng)于多個(gè)電極的支撐結(jié)構(gòu)。每個(gè)支撐結(jié)構(gòu)會(huì)環(huán)繞對(duì)應(yīng)的電極。支撐框架會(huì)包含摻雜且可氧化材料的氧化物。本發(fā)明另一個(gè)具體實(shí)施一電容陣列包含多個(gè)電容器和一支撐框架。每個(gè)電容器包含一電極。該支撐框架的配置用來(lái)支撐多個(gè)電極。支撐框架包含多個(gè)對(duì)應(yīng)多個(gè)電極的支撐結(jié)構(gòu)。每個(gè)支撐結(jié)構(gòu)會(huì)環(huán)繞對(duì)應(yīng)的電極。支撐框架會(huì)包含第一材料和第二材料。第一材料的密度比第二材料的密度更高。根據(jù)本發(fā)明其中之一的具體實(shí)施例，一制造電容陣列的方法包含提供一基板，其中基板包含第一材料組成的第一層和第二材料層，第二材料層位置在第一層的下方，第一材料的密度比第二材料高；形成多個(gè)開孔于由該第一材料所組成的第一層；在所述多個(gè)開孔里形成內(nèi)襯；加深開孔并使第二材料層的至少一部分露出；氧化暴露的第二材料部分，以形成支撐框架；進(jìn)一步加深開孔；且在開孔中形成多個(gè)電極。本發(fā)明的有益效果在于，所形成的支撐框架可避免電極傾斜和中間部分?jǐn)[動(dòng)等問(wèn)題。前述概要且而非明白地詳述本發(fā)明的特色是為了使本發(fā)明的說(shuō)明書細(xì)節(jié)能更清楚了解。本發(fā)明的額外的特色將在以下論述，且形成本發(fā)明權(quán)利要求的標(biāo)的。必須感激本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，因?yàn)橐阅切┯^念和特定的實(shí)施例為實(shí)施基礎(chǔ)用來(lái)修改或設(shè)計(jì)其他種結(jié)構(gòu)或工藝以致于同用途的本發(fā)明完成。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員也必須了解到等同的結(jié)構(gòu)不會(huì)背離本發(fā)明所敘述的所附權(quán)利要求的精神和范圍。


圖1例示一晶格結(jié) 構(gòu)用來(lái)支撐傳統(tǒng)堆疊式電容器；圖2到圖8為根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例所呈現(xiàn)的制造電容陣列的方法步驟的截面圖；圖9為本發(fā)明一實(shí)施例的一支撐框架及多個(gè)電極的俯視示意圖；以及圖10到圖16為根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例所呈現(xiàn)的制造電容陣列的方法步驟的截面圖。其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下:2基板2’ 基板11低部分基板12電容介電質(zhì)17電容器19電極21較低部分基板22蝕刻終止層23第一材料所組成的第二層24第二材料組成的層次24’ 第二材料組成的層次25第一材料組成的第一層26具有圖案的掩模27多個(gè)開孔28襯墊層29第一材料的氧化物30電極材料層31電容器的介電質(zhì)32電容的第二電極34支撐框架34’ 支撐框架40多個(gè)電極
100電容陣列100’電容陣列101電容器101’電容器211導(dǎo)電栓212有源區(qū)域341支撐結(jié)構(gòu)341’支撐結(jié)構(gòu)342接合部分
具體實(shí)施例方式圖2到圖8為截面圖，其顯示本發(fā)明一實(shí)施例的一種制造電容陣列100的方法的步驟。參照?qǐng)D2所示，提供一基板2。基板2包含由第一材料組成的第一層25和由第二材料組成的覆層24，其中覆層24在第一材料組成的第一層25之下方。在一些實(shí)施例中，第一材料密度會(huì)比第二材料密度高。在一些實(shí)施例中，第一材料包含可氧化的材料。在一些實(shí)施例中，第二材料包含可氧化的材料。在一些實(shí)施例中，第一材料會(huì)包含未摻雜的材料或未摻雜的可氧化材料。第二材料會(huì)包含摻雜的材料或摻雜的可氧化材料。在一些實(shí)施例中，第一材料會(huì)包含多晶硅。第二材料包含摻雜的多晶硅。在一些具體實(shí)施例中，基板2會(huì)進(jìn)一步包含由第一材料組 成的第二層23，其中第二材料組成的覆層24介于由第一材料組成的第二層23及第一層25之間。在一些實(shí)施例中，基板2會(huì)包含位置較低基板部分21又該部分包含多個(gè)有源層212 (可存取的晶體管的源極/漏極區(qū)域)和多個(gè)導(dǎo)電栓211連接到下面的相對(duì)的有源層區(qū)域212 (可存取的晶體管的源極/漏極區(qū)域)。導(dǎo)電栓(conductive plug) 211為可導(dǎo)電的摻雜多晶硅栓并且可由隔絕材料如BPSG硼磷硅玻璃分開。有源層212區(qū)域可以成為場(chǎng)效晶體管的一部分，又有源層212區(qū)域可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員已習(xí)知制造技術(shù)步驟來(lái)制作。第一材料組成的第一層25和第二材料所組成的第二層24形成在較低基板部分之上。基板2會(huì)進(jìn)一步包含一終止層，其位置在較低基板部分之上。如圖3所不,在第一材料組成之第一層25之上形成圖案化的掩模26,掩模26包含多個(gè)孔洞，所述多個(gè)孔洞對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)電栓211形成。掩模26包含碳，氧化物，氮，或其他可用來(lái)當(dāng)掩模的材料。通過(guò)這些孔洞，可利用例如干式蝕刻工藝等在第一材料組成的第一層25上形成多個(gè)開孔27。下一步，在開孔27和孔洞中形成襯墊層28，襯墊層28可包含如氮化硅(SiN)。如圖4所示，一穿透蝕刻將開孔27底部的襯墊層28去除。下一步，以濕式蝕刻工藝加深開孔27，且蝕刻去除的區(qū)域包含至少一部分由第二材料組成的覆層24。該濕式蝕刻可使用具選擇性的濕式蝕刻工藝，其中第二材料較第一材料去除得更快。在一些實(shí)施例中，開孔27可穿入第一層25，且開孔27更深入穿透第二材料組成的
覆層24。在圖5所示，以氧化工藝將蝕刻去除區(qū)域氧化。在一些實(shí)施例中，通過(guò)蝕刻去除區(qū)域，第二材料可部分被氧化。在一些實(shí)施例中，通過(guò)蝕刻去除區(qū)域，第二材料可完全被氧化。氧化的第二材料形成支撐框架34。在一些實(shí)施例中，部分的第一材料層23和25暴露在蝕刻去除的區(qū)域，并且在氧化工藝中被氧化成第一材料氧化物29。在一些實(shí)施例中，氧化工藝可用具有選擇性的氧化工藝，其中第二材料氧化物比第一材料氧化物形成速度更快。如圖6所示，一蝕刻工藝進(jìn)一步加深開孔27直到終止層22為止。然后將暴露出的終止層22去除。下一步，將圖案化的掩模26去除。之后，沉積一層電極材料30。電極材料30可包含金屬或是多晶硅。下一步，沉積犧牲介電材料31，覆蓋電極材料30。在一些實(shí)施例中，犧牲介電材料31包含未摻雜的硅玻璃。圖9為本發(fā)明一實(shí)施例的一支撐框架34及多個(gè)電極40的俯視示意圖，且圖7為沿著圖9割面線1-1’的截面示意圖。參照?qǐng)D6、圖7和圖9，以一化學(xué)機(jī)械平坦化工藝(CMP)來(lái)去除犧牲介電材料31的上半部和電極材料層30的上半部。剩余的犧牲性介電材料31被蝕刻去除,并且獲得由支撐框架34所支持的多個(gè)電極40。如圖9所示，支撐框架34用來(lái)支撐多個(gè)電極40。支撐框架34可包含多個(gè)支撐結(jié)構(gòu)341，多個(gè)支撐結(jié)構(gòu)341對(duì)應(yīng)多個(gè)電極40。每個(gè)支撐結(jié)構(gòu)341環(huán)繞著對(duì)應(yīng)的電極40。如圖9所示，支撐結(jié)構(gòu)341互相連接。支撐框架34可包含多個(gè)接合部分342，且該接合部分342可包含第二材料氧化物。根據(jù)圖8，一電容介電質(zhì)31沉積在裸露的電極40和支撐結(jié)構(gòu)34之上。電容介電質(zhì)31的介電常數(shù)會(huì)比二氧化硅的介電常數(shù)更高。舉例而言，電容介電質(zhì)31可為金屬氧化物。下一步，作為電容陣列100的另一電極32的材料沉積在電容介電質(zhì)31的上方，以獲得多個(gè)電容器101。舉例而言，第二電極32可包含多晶娃。圖10到圖16為本發(fā)明一實(shí)施例的截面圖，其例示制造電容陣列100’的方法步驟。根據(jù)圖10所示，首先提供基板2’?；蹇赡馨傻谝徊牧辖M成的第一層25和第二材料層24’，第二材料層24’配置在第一層25的下方。在一些實(shí)施例中，第一材料的密度會(huì)比第二材料高。在一些實(shí)施例中，第一材料包含可氧化的材料。在一些實(shí)施例中，第二材料包含可氧化的材料。在一些實(shí)施例中，第一材料可包含未摻雜的材料或未摻雜的可氧化材料。第二材料可包含摻雜材料或摻雜的可氧化材料。在一些實(shí)施例中，第一材料可為多晶硅。第二材料可為摻雜的多晶硅。在一些實(shí)施例中，基板2’可進(jìn)一步包含第一材料組成的第二層23，其中第二材料層24’位置在第一材料組成的第二層23和第一層25之間?；?’會(huì)包含位置較低基板部分21，又該部分包含多個(gè)有源層212 (可存取的晶體管的源極/漏極區(qū)域)和多個(gè)導(dǎo)電栓211，多個(gè)導(dǎo)電栓211連接到下面對(duì)應(yīng)的有源層區(qū)域212 (可存取的晶體管的源極/漏極區(qū)域)。導(dǎo)電栓211為可導(dǎo)電的摻雜多晶硅栓并且可由隔絕材料如BPSG硼磷硅玻璃分開。有源層212區(qū)域可以成為場(chǎng)效晶體管的一部分，有源層212區(qū)域可由本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員已習(xí)知制造技術(shù)步驟來(lái)制作。第一材料組成的第一層25和第二材料所組成的第二層24’形成在較低基板部分之上。此外，基板2 ’會(huì)進(jìn)一步包含一終止層，其位置在較低基板部分之上。根據(jù)圖10所示，在第一材料組成的第一層25之上形成圖案化的掩模26，圖案化的掩模26包含多個(gè)孔洞，多個(gè)孔洞對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)電栓211。掩模26包含碳，氧化物，氮，或其他可用來(lái)當(dāng)掩模的材料。通過(guò)這些孔洞，以如干式蝕刻工藝等在第一材料組成的第一層25上形成多個(gè)開孔27。下一步，在開孔27和掩?？锥粗行纬梢r墊層28，襯墊層28的材料可包含如氮化硅(SiN)。在一些實(shí)施例中，襯墊層28的形成方式是由氨氣(NH3)輔助等離子體沉積(plasmaassisted nitridation process using NH3)而成。在一些實(shí)施例中，襯墊層 28 由LPCVD氮化工藝形成。在某些具體實(shí)施例中，開孔27會(huì)進(jìn)入第二材料組成的覆層24中形成。如圖11，以一穿透蝕刻工藝將開孔27底部的襯墊層28去除。下一步，以一濕式蝕刻工藝加深開孔27，且形成蝕刻去除的區(qū)域，蝕刻去除的區(qū)域包含至少一部分由第二材料組成的覆層24。在一些實(shí)施例中，加深開孔工藝是選擇性干式蝕刻工藝。在一些實(shí)施例中，加深開孔工藝是選擇性濕式蝕刻工藝。如圖12所示，以氧化工藝將蝕刻去除區(qū)域氧化。在一些實(shí)施例中，蝕刻去除區(qū)域附近的第二材料會(huì)被部分氧化。在一些實(shí)施例中，蝕刻去除區(qū)域附近的第二材料會(huì)被完全氧化。第二材料被氧化而形成支撐框架34’。在一些實(shí)施例中，主要包含被氧化的第二材料的部分也包含尚未被氧化的第二材料。根據(jù)圖13，利用一蝕刻工藝進(jìn)一步加深開孔27直到終止層22為止。然后將暴露出的終止層22去除。下一步，將圖案化的掩模26去除。之后，沉積一層電極材料30。電極材料30的組成可為金屬或是多晶硅。下一步，沉積犧牲介電材料31，覆蓋電極材料30。在一些實(shí)施例中，犧牲介電材料31由未摻雜的娃玻璃組成。圖16為本發(fā)明另一實(shí)施例的一支撐框架34’及多個(gè)電極40的俯視不意圖，且圖14為沿著圖16割面線2-2’的截示意面。參照?qǐng)D13、圖14和圖16，以一化學(xué)機(jī)械平坦化工藝(CMP)去除犧牲介電材料31的上半部和電極材料層30的上半部。剩余的犧牲介電材料31被蝕刻去除，并且獲得由支撐框架34’所支持的多個(gè)電極40。如圖16所示，支撐框架34’用來(lái)支撐多個(gè)電極40。支撐框架34’可包含多個(gè)支撐結(jié)構(gòu)341’，多個(gè)支撐結(jié)構(gòu)341’對(duì)應(yīng)多個(gè)電極40。每個(gè)支撐結(jié)構(gòu)341’環(huán)繞著對(duì)應(yīng)的電極40。如圖16所示，支撐結(jié)構(gòu)341’互相連接。支撐框架34可能包含多個(gè)接合部分342，且該接合部分可能包含第二材料的氧化物。如圖15所示，一電容介電質(zhì)31沉積在裸露的電極40和支撐結(jié)構(gòu)34之上。電容介電質(zhì)31的介電常數(shù)會(huì)比二氧化硅的介電常數(shù)高。舉例而言，電容介電質(zhì)31可能為金屬氧化物。下一步，作為電容陣列100’的電極32的一材料沉積在電容介電質(zhì)31的上方，以獲得多個(gè)電容器101’。舉例而言，第二電極32可能包含多晶硅。在某些具體實(shí)施例中，可用多個(gè)支撐框架來(lái)支撐電容陣列的電極。為此目的，對(duì)應(yīng)支撐框架的多個(gè)第二材料層被制備而成。多個(gè)第一材料層將多個(gè)第二材料層分開，而且第一材料層和第二材料層所構(gòu)成的堆疊層之上方是第一材料層。舉例而言上述提到的工藝可由接二連三氧化第二材料層直到所有第二材料層都氧化而變成相對(duì)應(yīng)的支撐框架。支撐框架的厚度沒(méi)有特別的限制。在一些實(shí)施例中，電極的高度和支撐框架的厚度比例介于20:1至8:1的范圍。在一些實(shí)施例中，其中第一材料所組成之第一層的厚度和第二材料層的厚度比例介于10:1至4:1的范圍?？v使當(dāng)前的發(fā)明和目的被詳細(xì)的敘述，應(yīng)被認(rèn)知為盡管各種改變，替換和調(diào)變修改都無(wú)法遠(yuǎn)離權(quán)利要求中所定義的精神和發(fā)明范圍。例如，許多上述討論到的工藝到可用不同方法施行或替換為其他工藝或不同的化合物。除此之外，本申請(qǐng)的范圍并非意圖限制于特定具體工藝，機(jī)器，制造方法，化合物，手段，方法，步驟。該領(lǐng)域的技術(shù)人員能體會(huì)本件已揭示的發(fā)明，工藝，機(jī)器，制造方法，化合物，手段，方法，步驟，目前已存在或之后被發(fā)展出來(lái)的技術(shù)，具體呈現(xiàn)出相同功能或完成在此描述的具體實(shí)施例相同結(jié)果皆可能根據(jù)本發(fā)明來(lái)實(shí)際利用。因此，權(quán)利要求打算包含他們的工藝，機(jī)器，制造方法，化合物，手段，方法，或步驟范圍。
權(quán)利要求
1.一種電容陣列包含: 多個(gè)電容，各電容包含一個(gè)電極；以及 一個(gè)支撐框架，用于支撐該多個(gè)電極，該支撐框架包含對(duì)應(yīng)該多個(gè)電極的多個(gè)支撐結(jié)構(gòu)，各支撐結(jié)構(gòu)圍繞著對(duì)應(yīng)的電極，又該支撐框架包含摻雜且可氧化材料的氧化物。
2.如權(quán)利要求1所述的電容陣列，其中該支撐框架進(jìn)一步包含摻雜的可氧化材料。
3.如權(quán)利要求1所述的電容陣列，其中該支撐框架進(jìn)一步包含未摻雜的可氧化材料的氧化物。
4.如權(quán)利要求1所述的電容陣列，其中該可氧化材料包含多晶硅。
5.如權(quán)利要求1所述的電容陣列，其中該電極的高度和該支撐框架的厚度比例介于20:1至8:1的范圍。
6.一種電容陣列包含: 多個(gè)電容，各電容包含一個(gè)電極；以及 一個(gè)支撐框架，用于支撐該多個(gè)電極，該支撐框架包含對(duì)應(yīng)該多個(gè)電極的多個(gè)支撐結(jié)構(gòu)，各個(gè)支撐結(jié)構(gòu)圍繞著對(duì)應(yīng)的電極，又該支撐框架包含第一材料和第二材料，其中該第一材料的密度比該第二材料的密度高。
7.如權(quán)利要求6所述的電容陣列，其中該支撐框架包含將該支撐結(jié)構(gòu)連結(jié)在一起的多個(gè)接合部分，其中該接合部分包含第二材料。
8.如權(quán)利要求6所述的電容陣列,其中該第一材料包含未摻雜的多晶娃氧化物。
9.如權(quán)利要求6所述的電容`陣列，其中該第二材料包含摻雜的多晶硅氧化物。
10.如權(quán)利要求6所述的電容陣列，其中該電極的高度和該支撐框架的厚度比例介于20:1至8:1的范圍。
11.一種制造電容陣列的方法，包含以下的步驟: 提供一基板，該基板包含由第一材料組成的第一層和一第二材料層，其中該層的第二材料在該第一材料層之下，且該第一材料的密度比該第二材料的密度高； 形成多個(gè)開孔于由該第一材料所組成的第一層； 在所述多個(gè)開孔里形成內(nèi)襯； 加深所述多個(gè)開孔到至少使一部分的該第二材料層暴露出來(lái)； 進(jìn)行對(duì)暴露的第二材料層氧化工藝并且形成一支撐框架； 進(jìn)一步加深開孔；以及 在開孔中形成多個(gè)電極。
12.如權(quán)利要求11所述的制造電容陣列的方法，其中加深所述多個(gè)開孔到至少使一部分的該第二材料層暴露出來(lái)的步驟包含加深所述多個(gè)開孔并穿透該第二材料層的步驟。
13.如權(quán)利要求11所述的制造電容陣列的方法，其中形成多個(gè)開孔于由該第一材料所組成的第一層步驟包含將所述多個(gè)開孔深入第二材料層的步驟。
14.如權(quán)利要求11所述的制造電容陣列的方法，其中由該第一材料所組成之該第一層的厚度和第二材料層的厚度比例介于10:1至4:1之范圍。
15.如權(quán)利要求11所述之制造電容陣列的方法，其中該基板還包含由該第一材料所組成的一第二層，其中該第二材料層介于由該第一材料所形成的該第一層和該第二層之間。
16.如權(quán)利要求11所述的制造電容陣列的方法，其中該第一材料包含多晶硅。
17.如權(quán)利要求 11所述的制造電容陣列的方法，其中該第二材料包含摻雜的多晶硅。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電容陣列及其制造方法，該電容陣列包含多個(gè)電容和支撐框架。每個(gè)電容包含一個(gè)電極。此支撐框架支持多個(gè)電極并且包含多個(gè)對(duì)應(yīng)于多個(gè)電極的支撐結(jié)構(gòu)。每個(gè)支撐結(jié)構(gòu)會(huì)環(huán)繞各自的電極。該支撐框架會(huì)包含已摻雜可氧化材料的氧化物。該支撐框架可避免電極傾斜和中間部分?jǐn)[動(dòng)等問(wèn)題。
文檔編號(hào)H01L21/8242GK103178061SQ20121052387
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者黃仁瑞, 李哲奇, 蔡士豎, 陳政順, 許紹達(dá), 賴朝文, 謝君毅, 林靖凱 申請(qǐng)人:南亞科技股份有限公司