[發(fā)明專(zhuān)利]電容器及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910197614.2
• 申請(qǐng)日: 2009-10-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102044569A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 三重野文健
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/92
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/92;H01L21/02;H01L21/205
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 李麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，尤其涉及一種電容器及其制造方法。

背景技術(shù)

集成電路已經(jīng)從制造在單個(gè)芯片上的少數(shù)互連器件發(fā)展到數(shù)百萬(wàn)個(gè)器件。傳統(tǒng)的集成電路具有的性能和復(fù)雜度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出想象。為了實(shí)現(xiàn)集成電路復(fù)雜度和密度的提高，對(duì)于每一代集成電路，特征尺寸變得越來(lái)越小。

電路密度的增加不僅提高了集成電路的復(fù)雜度和性能，而且也為客戶(hù)提供了更便宜的電子器件。一套集成電路或芯片制造設(shè)備可能花費(fèi)成百上千萬(wàn)，甚至十幾億美元。每套制造設(shè)備有一定的晶圓產(chǎn)量，并且在每片晶圓上將會(huì)有一定數(shù)量的集成電路。因此，通過(guò)使集成電路的單個(gè)器件更小，可使更多的器件制作在一片晶圓上，這樣就可以增加制造設(shè)備的產(chǎn)量。使器件更小是很有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)榧呻娐分圃熘械拿恳环N工藝都存在一個(gè)極限，即通常一種工藝只能處理到某一特定的特征尺寸，這樣就需要改變加工方法或改變器件布局。此外，因?yàn)槠骷笤絹?lái)越快的設(shè)計(jì)，所以通常因?yàn)槟承﹤鹘y(tǒng)加工方法和材料而存在限制。

DRAM是最重要的集成電路之一，通常包括陣列式的存儲(chǔ)單元。每個(gè)存儲(chǔ)單元一般包括與晶體管串聯(lián)的存儲(chǔ)電容器。隨著集成電路密度的提高，需要存儲(chǔ)單元占用小的面積而具備大的存儲(chǔ)電容。因此如何能保持存儲(chǔ)電容的情況下減小占用面積或者保持占用面積的同時(shí)增大存儲(chǔ)電容成為亟待解決的問(wèn)題。

在用于DRAM的電容器設(shè)計(jì)中，在襯底表面多層堆疊形成的電容器稱(chēng)為堆疊電容器，將襯底刻蝕成溝槽而形成的電容器稱(chēng)為溝槽電容器(如圖1a所示)，這兩種電容器都可以在不增加襯底占用面積的情況下增大電容，但是這兩種設(shè)計(jì)下電容的增大有極限。后來(lái)出現(xiàn)的粗糙表面電容器、半球形顆粒硅電容器(如圖1b所示)，均是通過(guò)改變電極的表面形貌，通過(guò)增大有效表面面積以增大電容器電容。

對(duì)于半球形顆粒硅電容器，工藝中很難控制顆粒的尺寸和質(zhì)量。在英國(guó)專(zhuān)利GB2327299中描述了控制半球形顆粒硅尺寸的方法：硅烷氣體在560℃溫度下分解，在非晶硅表面形成晶核；之后退火10分鐘，形成半球形顆粒硅；為了防止半球形顆粒硅生長(zhǎng)太大而連接在一起，向反應(yīng)室供應(yīng)氧氣氧化顆粒硅表面而抑制顆粒生長(zhǎng)，最終形成的半球形顆粒硅尺寸為70nm。

由上所述，半球形顆粒硅電容器的顆粒設(shè)置于電極上，并且在半球形顆粒硅電容器的制造過(guò)程中，還需要通入氧氣以抑制顆粒生長(zhǎng)，工藝比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種電容器及其制造方法，在簡(jiǎn)化電容器制造工藝的同時(shí)提高電容器的電容，以提高效率和滿(mǎn)足高密度集成電路的需求。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種電容器，所述電容器包括第一電極，位于所述第一電極上的第一電介質(zhì)層，位于所述第一電介質(zhì)層上的硅納米晶，位于所述納米晶體和未被硅納米晶覆蓋的第一電介質(zhì)層上的第二電介質(zhì)層，位于所述第二電介質(zhì)層上的第二電極。

可選的，所述硅納米晶的尺寸小于2nm。

可選的，所述第一電介質(zhì)層、第二電介質(zhì)層厚度為18～22nm。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種制造電容器方法，包括以下步驟：

形成第一電極；

在所述第一電極上面形成第一電介質(zhì)層；

在所述第一電極的第一寬度和第一長(zhǎng)度所形成的空間形成多個(gè)硅納米晶；

在所述硅納米晶和未被硅納米晶覆蓋的第一電介質(zhì)層上面形成第二電介質(zhì)層；

在所述第二電介質(zhì)層上形成第二電極。

可選的，所述第一電極、第二電極由在溫度低于525℃下沉積的無(wú)定形硅材料制成。

可選的，其特征在于，所述硅納米晶的尺寸小于2nm。

可選的，所述硅納米晶由氯硅烷通過(guò)化學(xué)氣相沉積方法制成。

可選的，所述硅納米晶采用流量為50毫升/分的二氯二氫硅，通入氬氣作為載流氣體，在氣壓為0.09～0.11Torr，溫度為700～900℃條件下生成。

可選的，所述硅納米晶通過(guò)先沉積無(wú)定形硅，之后在惰性氣體或還原氣體中對(duì)無(wú)定形硅退火的方法制成。

可選的，所述無(wú)定形硅通過(guò)濺射方法或由硅烷通過(guò)化學(xué)氣相沉積的方法制成。

可選的，所述無(wú)定形硅通過(guò)流量為20毫升/分的乙硅烷，通入氬氣作為載流氣體，在氣壓為0.09～0.11Torr，溫度為400～500℃的條件下生成。

可選的，所述硅納米晶由無(wú)定形硅在流量為1升/分鐘的氦氣中快速退火1分鐘生成。

可選的，所述第一電介質(zhì)層、第二電介質(zhì)層厚度為18～22nm。