[发明专利]金属－绝缘－金属型电容器、存储器单元及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件及其制作方法，特别涉及金属-绝缘-金属型电容器、存储器单元及其形成方法。

背景技术

在超大规模集成电路中，电容器是常用的无源元件之一。电容器经常整合在双极(Bipolar)晶体管或互补式金属氧化物半导体(CMOS，ComplementaryMetal Oxide Semiconductor)晶体管等有源元件之中。目前制造的电容器可分成以多晶硅为电极以及以金属为电极两种，以多晶硅为电极会有载子缺乏的问题，使得跨越电容器两端的表面电压改变时，电容量也会随着改变，因此以多晶硅为电极的电容器无法满足现今逻辑电路要求的线性需求。而以金属为电极的电容器则无上述的问题，此种以金属为电极的电容器泛称为金属-绝缘-金属型(MIM，Metal-Insulator-Metal)电容器。

现有在存储器单元中形成MIM电容器的制作工艺，如图1所示，在半导体衬底21上依次形成隔离沟槽22、栅介质层23、栅极结构24、位于半导体衬底21中的栅极结构24两侧的源极26a和漏极26b构成的MOS晶体管；在整个半导体衬底21上及MOS晶体管上形成第一层间介电层27，用于半导体器件的纵向隔离。

如图2所示，在第一层间介电层27和栅介质层23中对着MOS晶体管的源极26a或者漏极26b位置形成通孔27a；在第一层间介电层27上形成导电层28，且导电层28填充满通孔27a；对导电层28进行平坦化至露出第一层间介电层27。

如图3所示，在第一层间介电层27上形成第二层间介电层29，在对着第一层间介电层27中的通孔27a位置形成第一开口29a，所述第一开口29a暴露出第一层间介电层27的通孔27a及通孔27a中填充的导电层28。

参照图4，用化学气相沉积法在第二层间介电层29上及第一开口29a内侧沉积第一金属层30，作为电容器的第一电极；蚀刻第一金属层30至露出第二层间介电层29；然后，用化学气相沉积法在第二层间介电层29和第一金属层30上沉积绝缘介质层31，用于电容器电极间的隔离。

参照图5，用化学气相沉积法或原子层沉积法在绝缘介质层31上沉积第二金属层32，作为电容器的第二电极。

在如下中国专利申请200410091236还可以发现更多与上述技术方案相关的信息，直接沉积第一金属层、绝缘介质层和第二金属层，形成MIM电容器。

现有技术形成的金属-绝缘-金属型电容器电极的表面积小，因此随着芯片尺寸的不断减小，金属-绝缘-金属型电容器的线宽也随之缩小，此时很难保证金属-绝缘-金属型电容器的原有电容量。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种金属-绝缘-金属型电容器、存储器单元及其形成方法，保证金属-绝缘-金属型电容器的电容量。

为解决上述问题，本发明提供一种金属-绝缘-金属型电容器的形成方法，包括下列步骤：在半导体衬底上形成第一金属层；对第一金属层进行退火，形成带有分立金属颗粒的第一金属层，作为第一电极；在分立金属颗粒及分立金属颗粒间的第一金属层上形成绝缘介质层；在绝缘介质层上形成第二金属层，作为第二电极。

可选的，形成所述带有分立金属颗粒的第一金属层进一步包括：对第一金属层在氮气气氛中、在500℃至600℃下进行退火2分钟至7分钟，形成所述分立金属颗粒的直径为100埃至300埃。

可选的，形成第一金属层的方法为化学气相沉积法或物理气相沉积法。所述第一金属层的材料为铜或钛或金或银。所述第一金属层在退火前的厚度为400埃～600埃。

本发明提供一种存储器单元的形成方法，包括下列步骤：在半导体衬底上依次形成栅介质层、栅极结构、半导体衬底中的栅极结构两侧的源极和漏极，构成MOS晶体管；在整个半导体衬底上及MOS晶体管上形成第一层间介电层；在第一层间介电层和栅介质层中对着MOS晶体管的源极或者漏极位置形成通孔；在通孔中填入导电层至与第一层间介电层相平；在第一层间介电层上形成第二层间介电层，在对着第一层间介电层中的通孔位置形成第一开口，所述第一开口暴露出第一层间介电层的通孔；在第一开口内侧形成形成第一金属层；对第一金属层进行退火，形成带有分立金属颗粒的第一金属层，作为第一电极；在分立金属颗粒及分立金属颗粒间的第一金属层上形成绝缘介质层；在绝缘介质层上形成第二金属层，作为第二电极。

可选的，形成所述带有分立金属颗粒的第一金属层进一步包括：对第一金属层在氮气气氛中、在500℃至600℃下进行退火2分钟至7分钟，形成所述分立金属颗粒的直径为100埃至300埃。