[发明专利]金属－绝缘层－金属电容器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体存储器中电容的制造方法，而特别涉及一种用于动态随机存取存储器装置的金属-绝缘层-金属电容器的制造方法。

背景技术

半导体存储器如动态随机存取存储器的存储单元，一般包括单一金属氧化物半导体场效应晶体管以作为开关装置，其连接至电容以作为数字数据储存装置。一种已知电容如金属-绝缘层-金属电容器拥有可促进效能的低介面反应(low-interfacial reaction)，因此这种金属-绝缘层-金属电容器在未来的存储器技术领域中扮演着重要的研究主题。而由于DRAM装置需要极高的集成度，存储单元区域面积必须减少，因此朝向增加金属-绝缘层-金属电容器的电容值的多种研究已陆续被开发出来。在各种增加电容的方法中，包括一种可形成皇冠形电容结构来增加绝缘层表面积的方法。然而，传统的工艺必须形成厚的绝缘层于开口中以增加皇冠形电容结构的垂直尺度(dimension)，因此在设计上如采用电容位于位线上的方式(COB：capacitor-over-bit line)将会导致位线接触孔具有高深宽比。故此种厚绝缘层的形成会增加工艺的复杂度及成本，且增加非等向性蚀刻既深且窄的位线接触孔的困难度。

据此，业界需要一种能增加电容值且同时能够维持电容器的高度以最小化对位线接触孔深宽比的影响。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个实施例公开了一种金属-绝缘层-金属电容器的制造方法，包括：提供半导体衬底，其表面形成有第一绝缘层；形成堆叠绝缘结构于第一绝缘层上，其由多个第二绝缘层和多个第三绝缘层交错形成；形成开口于堆叠绝缘结构中以暴露出第一绝缘层的一部分；执行湿蚀刻工艺以大量去除所述多个第二绝缘层，及小量去除所述多个第三绝缘层，由此在所述多个第二绝缘层中沿着开口侧壁形成多个横向凹槽；形成底部电极层，其沿着开口及横向凹槽的侧壁和底部延伸；形成电容绝缘层于底部电极层上；及形成顶部电极层于电容绝缘层上。

根据本发明的金属-绝缘层-金属电容器的制造方法，其中所述湿蚀刻工艺对所述第二绝缘层的蚀刻率高于对所述第三绝缘层的蚀刻率。

根据本发明的金属-绝缘层-金属电容器的制造方法，其中所述湿蚀刻工艺使用蚀刻溶液，其提供所述第二绝缘层相对于所述第三绝缘层的蚀刻选择比为至少5∶1。

根据本发明的金属-绝缘层-金属电容器的制造方法，其中所述形成底部电极层的步骤包括：

沉积第一导电层，其沿着所述第一绝缘层和所述堆叠绝缘结构所暴露的表面延伸；

执行化学机械研磨工艺以去除位在所述开口外的所述第一导电层，以暴露出所述堆叠绝缘结构的上表面。

根据本发明的金属-绝缘层-金属电容器的制造方法，其中所述形成电容绝缘层和顶部电极层的步骤包括：

在所述底部电极层上及所述堆叠绝缘结构的暴露表面沉积高介电常数绝缘层；及

在所述高介电常数绝缘层上沉积第二导电层并填入所述横向凹槽。

根据本发明的金属-绝缘层-金属电容器的制造方法，其中在形成底部电极层之前还包括形成隔离层，其沿着所述横向凹槽和所述开口的侧壁和底部延伸。

根据本发明的金属-绝缘层-金属电容器的制造方法，其中所述形成隔离层的步骤包括：

沉积隔离层，其沿着所述第一绝缘层和所述堆叠绝缘结构的暴露表面延伸；及

执行化学机械研磨工艺以去除位在所述开口外的所述隔离层，由此暴露出所述堆叠绝缘结构的上表面。

根据本发明的金属-绝缘层-金属电容器的制造方法，其中所述形成底部电极层的步骤包括：

在所述隔离层上沉积第一导电层，其沿着所述堆叠绝缘结构所暴露的表面延伸；及

执行化学机械研磨工艺以去除位在所述开口外的所述第一导电层，由此暴露出所述堆叠绝缘结构的上表面。

根据本发明的金属-绝缘层-金属电容器的制造方法，其中在形成所述堆叠绝缘结构之前，还包括在所述第一绝缘层上形成蚀刻停止层。

本发明的另一实施例是一种金属-绝缘层-金属电容器，包括：半导体衬底，其表面具有第一绝缘层；堆叠绝缘结构，位于第一绝缘层上，其由多个第二绝缘层和多个第三绝缘层交错形成，所述多个第二绝缘层相对于所述多个第三绝缘层的湿蚀刻选择比为至少5∶1，且包括具有锯齿状侧壁的开口，此开口穿过堆叠绝缘结构及暴露出第一绝缘层一部分的底部；底部电极层，形成于堆叠绝缘结构及第一绝缘层上，其沿着开口及锯齿状侧壁和开口底部延伸；电容绝缘层，位于底部电极层上；及顶部电极层，位于电容绝缘层上。