[發(fā)明專利]半導(dǎo)體電容器及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811451448.X
• 申請(qǐng)日: 2018-11-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111261615A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳秉桓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)鑫存儲(chǔ)技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H01L23/64
• 分類號(hào): H01L23/64
• 代理公司: 北京律智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11438
• 代理人: 于寶慶;崔香丹

一種半導(dǎo)體電容器及其制備方法。制備方法包括：a.提供襯底，襯底表面形成有介質(zhì)層，介質(zhì)層內(nèi)形成有電容孔；b.在電容孔內(nèi)形成至少一個(gè)晶須凝核；c.基于晶須凝核，形成晶須；d.在電容孔內(nèi)和晶須表面形成第一下電極；e.在下電極表面形成第一介電層；f.在介電層表面形成第一上電極。以這樣的制備方法制備的半導(dǎo)體電容器包括下電極、第一介電層、第一上電極以及至少一個(gè)晶須結(jié)構(gòu)。其中晶須結(jié)構(gòu)可以由晶須凝核形成也可以是去除晶須結(jié)構(gòu)之后形成的一包括第二上電極和第二介電層的結(jié)構(gòu)。這樣的半導(dǎo)體電容器表面由大量晶須包覆，因此各部分結(jié)構(gòu)的表面積得到增加，從而使電容量得到增加。且能夠降低自刷新數(shù)據(jù)刷新作動(dòng)頻率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體電容制造工藝，特別涉及電容器器件的構(gòu)造及制造工藝。

背景技術(shù)

利用半球狀多晶硅HSG(Hemispherical Grain)技術(shù)提升電容量的工藝曾經(jīng)占有相當(dāng)重要的地位，然而隨著雙層電容工藝與高介電常數(shù)材料的普及化，以及電容截面尺寸微縮的大趨勢(shì)，這種利用表面粗糙化增加電容表面積的HSG技術(shù)逐漸遭到淘汰。

晶須結(jié)構(gòu)(Whisker)，在電機(jī)產(chǎn)品工藝中一般指微納米級(jí)的短纖維結(jié)構(gòu)。自然界存在包含晶須結(jié)構(gòu)的天然礦物，但數(shù)量有限。工業(yè)應(yīng)用的晶須主要在人工控制條件下合成。在半導(dǎo)體制備工藝中，晶須結(jié)構(gòu)經(jīng)常出現(xiàn)于金屬器件表面，或以金屬氧化/氮化物生成，而且尺寸微細(xì)。作為非必要產(chǎn)物，晶須結(jié)構(gòu)通常被視作微塵、缺陷而被抑制生長(zhǎng)或清潔掉以降低集成電路(IC，Integrated Circuit)失效的風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

然而經(jīng)本發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，在電容器表面埋入納米級(jí)短纖維結(jié)構(gòu)，可增加電容極板與介電層表面積，提升電容量，從而能降低半導(dǎo)體電容器數(shù)據(jù)的刷新頻率。

由此本公開(kāi)提供一種半導(dǎo)體電容器，包括下電極、第一介電層、第一上電極和至少一個(gè)晶須結(jié)構(gòu)。第一介電層形成于。下電極表面。第一上電極形成于第一介電層表面。至少一個(gè)晶須結(jié)構(gòu)被下電極包覆。

在一些實(shí)施例中，晶須結(jié)構(gòu)為單晶硅、多晶硅、非晶硅、氧化硅、氮化硅、碳氮化硅、氮化鎵、砷化鎵、氮化鈦和二氧化鈦中的一種或多種。

在一些實(shí)施例中，晶須結(jié)構(gòu)包括第二上電極和包覆第二上電極的第二介電層。其中，第一上電極和第二上電極材料相同，第一介電層和第二介電層材料相同。

在一些實(shí)施例中，第一介電層在至少一個(gè)非晶須結(jié)構(gòu)位置的剖面上形成封閉圖形。

在一些實(shí)施例中，晶須結(jié)構(gòu)的形狀為直線形、弧線形、折線形和分叉形中的一種或多種。

在一些實(shí)施例中，晶須結(jié)構(gòu)為單晶硅、多晶硅、非晶硅、氧化硅、氮化硅、碳氮化硅、氮化鎵、砷化鎵、氮化鈦和二氧化鈦中的一種或多種。

在一些實(shí)施例中，晶須結(jié)構(gòu)的直徑為0.5-50nm。

本發(fā)明還提供一種上述半導(dǎo)體電容器的制備方法，包括以下步驟：步驟

a.提供襯底，襯底表面形成有介質(zhì)層，介質(zhì)層內(nèi)形成有電容孔；步驟b.在電容孔內(nèi)形成至少一個(gè)晶須凝核；步驟c.基于晶須凝核，形成晶須結(jié)構(gòu)；步驟d.在電容孔內(nèi)和晶須結(jié)構(gòu)表面形成下電極；步驟e.在下電極表面形成介電層；步驟f.在介電層表面形成上電極。

在一些實(shí)施例中，在步驟e前還包括：去除至少部分介質(zhì)層。

在一些實(shí)施例中，在步驟e前還包括：去除部分晶須結(jié)構(gòu)。

在一些實(shí)施例中，步驟b為利用氣相沉積的方式在電容孔的內(nèi)壁上形成晶須凝核。

在一些實(shí)施例中，步驟a為利用濕法方式將晶須凝核以顆粒形式引入電容孔，附著于內(nèi)壁上。

在一些實(shí)施例中，步驟b為使用化學(xué)氣相沉積的方法基于晶須凝核形成晶須結(jié)構(gòu)。