[发明专利]电容器、随机存储器单元的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种电容器、随机存储器单元的形成方法。

背景技术

随机存储器是一种广泛应用的集成电路器件。目前常见的随机存储器单元大多由晶体管和电容器构成。电容器是用来储存电荷以提供电子信息的，应具有足够大的电容量，方可避免数据的流失并减低充电更新的频率。

随着集成电路制作工艺中半导体器件的集成度不断增加，随机存储器存储单元的密度也越来越高，电容器在随机存储器存储单元所能利用的面积就越小。为了在电容器的面积减小的同时，仍能维持可靠的性能，因此在电容器所占的面积缩小的同时，仍能维持每个电容器的电容量是很重要的。为了提高电容器的电容量，理论上可从以下几个方向着手：(1)增加储存电极的表面积，(2)提高介电层的介电常数，(3)减小介电层的厚度。近来，还发展出三维空间的电容器结构用以增加存储单元电容量，例如：双叠式结构，鳍状结构，分散堆叠式结构或皇冠型结构等。此外，在使用多晶硅存储节点时，借助于在此多晶硅层之上形成半球形颗粒的多晶硅层(HSG)，也可以增加电容量。

现有在随机存储器单元中形成电容器的制作工艺，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，在第一开口29a内侧形成半球形颗粒多晶硅层30b和多晶硅层30a，作为电容器的第一电极。所述多晶硅层30a通过通孔27a中填充的导电层28与MOS晶体管的源极26a相电连接。形成所述半球形颗粒多晶硅层30b的目的为增大电容器的第一电极与后续形成的介质层之间的接触面积，增大电容器的电容。

参照图5，用化学气相沉积法在第二层间介电层29和半球形颗粒多晶硅层30b上沉积绝缘介质层31，用于电容器电极间的隔离；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02160883还可以发现更多与上述技术方案相关的信息，在此多晶硅层之上形成半球形颗粒的多晶硅层，也可以增加电容量。

如图6所示，用电子扫描显示镜观察到现有技术形成半球形颗粒的多晶硅层时，由于半球形颗粒的大小及密度不好控制，随着半导体器件尺寸的减小，很容易导致半球形颗粒间产生连接，电容器表面积减小，电容量降低。

发明内容

本发明解决的问题是提供电容器、随机存储器单元的形成方法，用以提高电容器表面积，提高电容量。

为解决上述问题，本发明提供一种电容器的形成方法，包括下列步骤：在依次带有层间介电层和多晶硅层的半导体衬底上形成均匀的离散的原子岛；进行退火工艺，使原子岛与多晶硅层反应，形成离散的球形颗粒；以离散的球形颗粒为掩膜，蚀刻多晶硅层和层间介电层，在层间介电层内形成凹槽；在凹槽内外的层间介电层上依次形成第一导电层、绝缘介质层和第二导电层。

可选的，形成凹槽的方法为湿法蚀刻法。所述凹槽的深度为200埃～400埃。

可选的，形成原子岛的方法为原子层沉积法。所述原子层沉积法包括：先将前体气体流向原子层沉积室内的半导体衬底，在半导体衬底上形成均匀的离散的原子岛；然后，惰性吹扫气体流向在原子层沉积室内的半导体衬底，去除没有形成原子岛的前体气体。所述前体气体为SiH₄时，前体气体流向原子层沉积室内的半导体衬底上的流量为50sccm～100sccm，流入时间3秒～10秒，压力10帕～100帕，温度为450℃～550℃。所述惰性吹扫气体为He、Ne或Ar。

可选的，所述原子岛的材料为硅。所述球形颗粒的直径为200埃～400埃。所述相邻球形颗粒间的中心距离为300埃～500埃。

可选的，形成第一导电层的方法为化学气相沉积法或物理气相沉积法。所述第一导电层的材料为多晶硅、氮化钛或钌。