專利名稱：增加dram單元電容器中的電極表面積的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體器件，特別是半導(dǎo)體電容器構(gòu)造及形成半導(dǎo)體電容器的方法，特別是用于形成動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)單元結(jié)構(gòu)及包含有DRAM單元結(jié)構(gòu)的集成電路。
背景技術(shù)：
集成電路的連續(xù)致密化和小型化已使得只有很小的面積可為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件所用。例如，在制造高密度動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器單元(DRAM)時(shí)，只有很小的面積用于存儲(chǔ)單元的貯存節(jié)點(diǎn)(電容器)。然而，電容器必須至少具有一最小存儲(chǔ)電容以確保存儲(chǔ)單元的工作。也需要增大的存儲(chǔ)以使器件能夠以更快的速率執(zhí)行更多的功能。
已開(kāi)發(fā)出多種技術(shù)在有限空間內(nèi)增加電容器的存儲(chǔ)面積。例如，通過(guò)在溝槽中形成電容器或形成為多層結(jié)構(gòu)而增加表面面積。電容器的表面面積還通過(guò)增加形成存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的下電極的表面粗糙度而得以增加。
圖1A-1D示出了通過(guò)形成粗糙上表面而增加電極表面面積的現(xiàn)有技術(shù)方法，其將下電極形成為一層半球顆粒狀(HSG)的多晶硅。參考圖1A，其示出了在形成DRAM電容器時(shí)處于初步處理步驟的半導(dǎo)體晶片片斷10。晶片片斷10包括半導(dǎo)體材料12(如單晶硅)及線字元(wordline)14、16，氮化物隔離物18形成于線字元的側(cè)邊。襯底材料12內(nèi)的擴(kuò)散區(qū)20位于線字元14、16之間并被由線字元14、16組成的晶體管門電連接。絕緣層22如硼磷矽玻璃(BPSG)已被形成在半導(dǎo)材料12和線字元14、16上。摻雜的多晶插塞24已被形成穿過(guò)絕緣層22以在電容器及線字元14和16之間的擴(kuò)散區(qū)20之間提供電接觸。接觸開(kāi)口26已被形成穿過(guò)絕緣層22到達(dá)插塞24。一薄的、大量摻雜且實(shí)質(zhì)上無(wú)定形的或擬晶硅層28已沉積在絕緣層22和插塞24上。
參考圖1B，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)方法，未摻雜的無(wú)定形的或擬晶硅層30被沉積在摻雜的無(wú)定形或擬晶硅層28上。晶片片斷10接著被暴露給硅源氣如硅烷或乙硅烷(箭頭32)以形成硅晶體或晶核中心的晶粒層，其被引進(jìn)并分布在未摻雜的無(wú)定形或擬晶硅層30的表面上，如圖1C所示，以使隨后的半球粒子生長(zhǎng)容易。晶片片斷10接著被熱退火以將未摻雜的無(wú)定形或擬晶硅層30轉(zhuǎn)換為晶體結(jié)構(gòu)，其受助于隨便分布的晶粒層的硅晶體。熱處理使得多晶硅凝聚在晶粒晶體的周圍并形成HSG多晶硅34，從而得到如圖1D中所示的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)36。盡管未示出，DRAM單元通過(guò)在該結(jié)構(gòu)上形成一薄的單元介質(zhì)層而被完成，隨后形成第二單元極板(即頂部電極)，通常為導(dǎo)電的摻雜多晶硅或基于金屬的層。
盡管HSG多晶硅增加了下電容器電極的表面面積，但目前的增加電容器表面面積的HSG型方法已接近物質(zhì)上的限制。使用HSG硅形成槽型電容器結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是增加表面面積所需要的形態(tài)是導(dǎo)電薄膜的不精確物質(zhì)變換的功能。獲得表面面積增加所要求的HSG硅形態(tài)與結(jié)構(gòu)上不穩(wěn)定的球狀粒子構(gòu)成接壤。目前的技術(shù)不允許整齊的HSG硅形成，且不必要的晶片溫度梯度模式及氣流動(dòng)力在表面面積增加中產(chǎn)生了很大的可變性。轉(zhuǎn)換后的粒子的不精確的排序和大小是有問(wèn)題的。例如，硅粒子過(guò)度生長(zhǎng)并形成不連續(xù)的分離的島。此外，如果HSG硅生長(zhǎng)太廣并延伸到槽的另一側(cè)，則電容器極板的表面面積減少。此外，由于播晶籽不是瞬間完成，而是需花限定的及延長(zhǎng)的時(shí)間，在播晶籽開(kāi)始形成的粒子比形成于播晶籽末期沉積的晶粒的粒子大。從而需要在電容器極板的表面上提供更準(zhǔn)確的且統(tǒng)一的粗糙度以增加表面面積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)，特別是涉及電容器電極的形成。
一方面，本發(fā)明提供形成半導(dǎo)體器件的電容器中的下電極結(jié)構(gòu)的方法。在該方法的一個(gè)實(shí)施方式中，在沉積單元導(dǎo)電層以形成下電極之前形成納米浮雕(nanorelief)或納米多孔(nanoporous)形式的膨體層(texturizing layer)。膨體層可包括納米結(jié)構(gòu)(nanostructure)的整齊陣列和/或?qū)嵸|(zhì)上具有統(tǒng)一尺寸(如高度、大小)的表面結(jié)構(gòu)的周期網(wǎng)絡(luò)(periodic network)。
在該方法的另一實(shí)施方式中，聚合材料被沉積在槽的絕緣層上面以作為前體，其在臭氧解和UV照射的情況下可轉(zhuǎn)換為浮雕或多孔結(jié)構(gòu)，從而得到包含絕緣的碳氧化硅薄膜的膨體層。聚合材料包括烴嵌段(block)和含硅嵌段。烴嵌段相對(duì)于含硅嵌段的體積分率可被改變以使納米結(jié)構(gòu)形成為浮雕結(jié)構(gòu)或多孔結(jié)構(gòu)。薄膜被穿孔蝕刻(如RIE)以為隨后的沉積導(dǎo)電材料(如多晶硅、導(dǎo)電金屬)清除到位于下面的襯底或單元底部的導(dǎo)電插塞的開(kāi)口，從而得到具有上粗糙表面的下電極。在形成下電容器電極之后，該結(jié)構(gòu)還被進(jìn)一步處理以完成電容器，其通過(guò)沉積介質(zhì)層并在介質(zhì)層上形成上電容器電極實(shí)現(xiàn)。電容器可被有效地集成在DRAM單元內(nèi)。
在本發(fā)明方法的另一實(shí)施方式中，在沉積導(dǎo)電層以形成下電極之前由導(dǎo)電材料制成膨體底層。在形成膨體底層時(shí)，在槽的絕緣層上沉積第一導(dǎo)電金屬，接著在第一金屬層上沉積第二不同的導(dǎo)電金屬，兩個(gè)金屬層均被退火，從而得到包含出氣冒口式樣(strain reliefpattern)的表面位錯(cuò)的質(zhì)地粗糙的層，其最好是納米結(jié)構(gòu)的周期及整齊的陣列。導(dǎo)電金屬接著以氣相沉積在膨體層上，藉此，沉積的金屬凝聚在表面位錯(cuò)上以形成島簇。優(yōu)選地，膨體層的表面位錯(cuò)被形成為周期網(wǎng)絡(luò)，且位于上面的導(dǎo)電層包括金屬島簇的整齊陣列。電容器繼而通過(guò)沉積介質(zhì)層并在介質(zhì)層上形成上電容器電極而被完成。同樣，電容器可被集成在DRAM單元內(nèi)。
另一方面，本發(fā)明提供一種電容器。電容器可被組合在半導(dǎo)體電路中，包括包含DRAM單元的電路。在一實(shí)施方式中，電容器包括下電容器極板，其包括位于膨體層上面的導(dǎo)電層(如多晶硅、導(dǎo)電金屬)，膨體層包含碳氧化硅陶瓷納米結(jié)構(gòu)，介質(zhì)層位于下電容器極板的上面，且上電容器極板位于介質(zhì)層的上面。膨體層的納米結(jié)構(gòu)可通過(guò)對(duì)聚合材料進(jìn)行紫外輻射和臭氧解而形成，聚合材料包括烴嵌段和含硅嵌段。納米結(jié)構(gòu)可被提供為孔或浮雕結(jié)構(gòu)如支柱，其通過(guò)改變聚合材料的烴嵌段相對(duì)于含硅嵌段的體積分率來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在另一實(shí)施方式中，電容器包括包含導(dǎo)電金屬層的下電容器電極，導(dǎo)電金屬層位于導(dǎo)電金屬膨體層的上面，介質(zhì)層位于下(底部)電極的上面，及上電極(如多晶硅、導(dǎo)電金屬)位于介質(zhì)層的上面。膨體層包括包含導(dǎo)電金屬的表面位錯(cuò)，其通過(guò)使位于上面的第一和第二導(dǎo)電金屬層退火而形成。導(dǎo)電金屬層形成自導(dǎo)電金屬的氣態(tài)沉積，其在膨體層的表面位錯(cuò)上凝聚為簇。優(yōu)選地，膨體層包含表面位錯(cuò)的周期網(wǎng)絡(luò)，且位于上面的導(dǎo)電層包含金屬島簇的整齊陣列。
另一方面，本發(fā)明提供一種集成電路(IC)器件，其組合有前述電容器之一。IC器件可包括，例如，存儲(chǔ)單元的陣列、內(nèi)部電路、及至少一形成于槽中并與存儲(chǔ)單元陣列的半導(dǎo)襯底內(nèi)的活性區(qū)電接觸的電容器。在一實(shí)施方式中，電容器包括包含導(dǎo)電層的下電容器極板，導(dǎo)電層位于包含納米結(jié)構(gòu)的膨體層的上面，納米結(jié)構(gòu)由聚合含硅陶瓷組成并通過(guò)對(duì)聚合材料的UV輻射和臭氧解而形成，聚合材料包括烴嵌段和含硅嵌段。在IC器件的另一實(shí)施方式中，電容器的下電容器電極可包括包含表面位錯(cuò)的膨體底層，表面位錯(cuò)由兩個(gè)位于上面的、不同的導(dǎo)電金屬層的退火層形成，且位于上面的導(dǎo)電層包括凝聚的導(dǎo)電金屬的島簇，其形成自導(dǎo)電金屬在膨體層的表面位錯(cuò)上的氣態(tài)沉積。
有利地，本發(fā)明方法消除了對(duì)多晶籽晶引晶技術(shù)及HSG晶粒層形成所要求的熱處理變換的需要，并提供了對(duì)下電容器電極的底層的表面狀況調(diào)整的更高級(jí)別的控制。不同于現(xiàn)有技術(shù)使用HSG硅形式形成電容器的方法，由本方法得到的電容器的紋理不是隨便創(chuàng)造的特征，并通常具有統(tǒng)一的式樣和高度。因此，電容器的大小可被更定形地設(shè)計(jì)，其使得存儲(chǔ)單元的制造更加容易。此外，使用本方法，增加表面面積所需要的形態(tài)并不是HSG硅薄膜情況下的導(dǎo)電薄膜的物理變換的功能，并允許在先前存在的表面結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單地沉積同形導(dǎo)電層。此外，HSG硅沉積及熱變換所要求的溫度均高于任何線材料(金屬)的后端所能忍受的溫度，在該低溫材料沉積以前，其限制了電容器的形成。本方法可在低溫下產(chǎn)生整齊的粗糙度并因而具有允許電容器在工藝流程的任何地方形成的優(yōu)點(diǎn)。


本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例將在下面參考附圖進(jìn)行描述，其僅用于例證性的目的。在所有附圖中均將使用附圖標(biāo)記，且在多個(gè)圖中及說(shuō)明書(shū)中相同的部分將使用同樣的附圖標(biāo)記。
圖1A為根據(jù)現(xiàn)有的形成電容器電極的方法的處理順序的初步步驟時(shí)的半導(dǎo)體晶片的截面圖。
圖1B-1D是圖1A的晶片片斷在隨后的順序處理步驟中的視圖，其示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)方法制造電容器電極。
圖2A為在處理順序的初步步驟時(shí)的半導(dǎo)體晶片的截面圖。
圖2B-2H是圖2A的晶片片斷在隨后的順序處理步驟中的視圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明方法的一實(shí)施例制造電容器電極。
圖3A為在處理順序的初步步驟時(shí)的半導(dǎo)體晶片的截面圖。
圖3B-3F是圖3A的晶片片斷在隨后的順序處理步驟中的視圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明方法另一實(shí)施例制造電容器電極。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明將結(jié)合附圖進(jìn)行一般描述，其僅用于闡明本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的目的，并不用于限制本發(fā)明。附圖示出了根據(jù)本發(fā)明制造半導(dǎo)體器件的處理步驟。很顯然，這些處理步驟僅僅是整個(gè)制造過(guò)程的一部分。
在目前的應(yīng)用中，術(shù)語(yǔ)“半導(dǎo)體晶片片斷”或“晶片片斷”或“晶片”將被理解為任何包含半導(dǎo)體材料的構(gòu)造，半導(dǎo)體材料包括但不限于大塊半導(dǎo)體材料如半導(dǎo)體晶片(或單獨(dú)的或包括在其上的其他材料)及半導(dǎo)體材料層(或單獨(dú)的或包括在其上的其他材料)。術(shù)語(yǔ)“襯底”指任何支撐結(jié)構(gòu)，包括但不限于上述的半導(dǎo)體晶片片斷或晶片。
根據(jù)本發(fā)明方法的第一實(shí)施例在形成DRAM單元的電容器中的下電極的方法中結(jié)合圖2A-2H進(jìn)行描述。
參考圖2A，其示出了在電容器形成中的初步處理步驟時(shí)的晶片片斷10’。在進(jìn)行中的晶片片斷10’可包括半導(dǎo)體晶片襯底或晶片，連同形成于其上的各種過(guò)程層(process layer)，包括一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層或其他形式以及半導(dǎo)體器件的能起作用的或可操作的部分。
晶片片斷10’包括襯底12’如單晶硅、線字元14’及16’、及形成在線字元之間的襯底12’中的擴(kuò)散區(qū)(活動(dòng)區(qū))20’，擴(kuò)散區(qū)是源/漏區(qū)的形式。BPSG或其他適當(dāng)?shù)慕^緣材料的層22’已被沉積在襯底12’和線字元14’及16’上。包含摻雜的多晶的插塞24’已被沉積在通過(guò)絕緣層22’的開(kāi)口內(nèi)，其作為電容器52’河擴(kuò)散區(qū)20’之間的電接觸件。前述的結(jié)構(gòu)可通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中已知和使用的傳統(tǒng)方法形成。具有邊墻36’及底部37’的槽或開(kāi)口26’已按照慣例蝕刻在絕緣層22’內(nèi)以使插塞24’露出。
根據(jù)本發(fā)明方法的該實(shí)施例，包含絕緣的碳氧化硅陶瓷的三維陶瓷納米結(jié)構(gòu)薄膜被形成為絕緣層22’上面的膨體層38’，如圖2B所示，以增加隨后沉積的導(dǎo)電層40’的表面面積。這樣的結(jié)構(gòu)在，例如，Chan等著的發(fā)表在Science 2861716-1719(1999)的文章中及Phely-Bobin等著的發(fā)表在Adv.Mater.12(17)1257-1261(2000)的文章中有所描述。
膨體層38’的結(jié)構(gòu)和表面狀況可根據(jù)在形成膨體層時(shí)所采用的聚合材料、濃度及加工參數(shù)而改變。具體地，膨體層38’可被改變以提供所想要的不同的納米結(jié)構(gòu)，以氣孔或浮雕(relief)結(jié)構(gòu)如支柱(strut)、螺旋狀的形式，例如，其通過(guò)改變聚合材料、共聚物濃度及固化所沉積的聚合層所使用的參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，氣孔大小及特定區(qū)域的范圍可通過(guò)改變共聚物/聚合材料的分子量來(lái)獲得。所得到的膨體層包括高密度的納米結(jié)構(gòu)，其通常具有統(tǒng)一的高度及橫向尺寸。優(yōu)選地，所得到的納米結(jié)構(gòu)是高度整齊的，其具有三維中的周期性。
聚合材料包括烴嵌段和含硅嵌段。用于形成膨體層38’的納米結(jié)構(gòu)的聚合材料的一個(gè)例子包含A1BA2型的含硅三嵌段共聚物，“A”共聚物是烴嵌段如聚異戊二烯，“B”共聚物是含硅嵌段如聚五甲基甲硅烷苯乙烯(poly(pentamethyldisilylstyrene))(poly(PMDSS))。該聚合材料在前述的由Chan等在1999年著的文章中有所描述。其他有用的聚合材料包括聚二甲基硅氧烷(poly(dimethylsiloxane))，如Phely-Bobin等在2000年所著的文章所述，及聚對(duì)二甲苯如聚對(duì)二甲苯-N(PA-N)和PA-F、聚四氟乙烯(特富龍)、及聚萘(polynapthalene)。
膨體層可被制造成多孔或浮雕結(jié)構(gòu)，其通過(guò)改變嵌段共聚物前體中烴嵌段相對(duì)于含硅嵌段的體積分率而實(shí)現(xiàn)。例如，24/100/26(kg/mol)三嵌段聚合物(A1BA2)可被用于形成含硅嵌段(如poly(PMDSS))基體中的烴嵌段(如聚異戊二烯)網(wǎng)絡(luò)的雙螺旋形態(tài)，并隨后被固化以形成納米多孔結(jié)構(gòu)。作為比較，44/168/112(kg/mol)三嵌段聚合物(A1BA2)可被用于形成烴嵌段(如聚異戊二烯)基體中的含硅嵌段(如poly(PMDSS))的反雙螺旋形態(tài)，其可被轉(zhuǎn)換成納米浮雕結(jié)構(gòu)。
為形成膨體層38’，聚合材料被沉積在絕緣層22’上，包括槽26’的邊墻36’，以及插塞24’上。聚合材料可通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中已知和使用的常規(guī)方法沉積，例如，包括氣相沉積聚合反應(yīng)(VDP)、旋轉(zhuǎn)涂布處理(spin-on process)、或Langmuir-Blodgett(L-B)技術(shù)。聚合材料接著被曝露給紫外(UV)輻射及臭氧(O3)，從而得到形成膨體層38’的浮雕或多孔納米結(jié)構(gòu)，如圖2B所示的實(shí)施例中的支柱的形式。
在一方法中，聚合材料可按照現(xiàn)有技術(shù)中已知和使用的慣例用氣相沉積聚合反應(yīng)(VDP)法沉積在絕緣層22’上。簡(jiǎn)要地說(shuō)，傳統(tǒng)的VDP可通過(guò)下面步驟執(zhí)行加熱源材料或前體以使分子蒸發(fā)，通過(guò)在提高的溫度下熱解而將蒸氣分解為單體，接著在沉積室中的襯底上冷凝并聚合單體。例如，聚對(duì)二甲苯-N(PA-N)薄膜可使用VDP法沉積，其通過(guò)將粉末狀對(duì)二對(duì)二甲苯(di-p-xylylene)(二聚體)加熱到約150℃以使分子蒸發(fā)，通過(guò)在約650℃的溫度下熱解而將蒸氣分解為單體，接著在室溫下以50mTorr壓力、約50-70埃每分鐘的低沉積速率將單體沉積在硅襯底上。
聚合物薄膜也可通過(guò)場(chǎng)增強(qiáng)的氣相沉積聚合(FEVDP)法沉積，例如，如麥當(dāng)勞等申請(qǐng)的美國(guó)專利6,022,595中所述，該專利所公開(kāi)的內(nèi)容在此組合進(jìn)來(lái)以供參考。在FEVDP中，電場(chǎng)用于增加聚合物薄膜氣相沉積聚合在襯底上的速率。簡(jiǎn)單地說(shuō)，襯底被連接到電壓電源以形成平行板電容器的兩個(gè)電極之一，且電容器被放置在真空室中，其中參數(shù)如壓力和溫度參數(shù)被保持在預(yù)定的水平。所想要的將被沉積的聚合物薄膜的氣態(tài)單體被提供給真空室并被允許在電容器的電極或板之間流動(dòng)。在本發(fā)明中有用的這種聚合物的例子包括聚對(duì)二甲苯如PA-N和PA-F、特富龍(即聚四氟乙烯)，及聚萘。足夠的電壓被施加給電極以在其間產(chǎn)生電場(chǎng)，該電場(chǎng)用于在不破壞它們的化學(xué)鍵的情況下使單體極化，極化的單體反應(yīng)以在晶片上形成聚合物薄膜。在沉積期間晶片可被旋轉(zhuǎn)以增加厚度的一致性。
在使用FEVDP沉積聚合物薄膜的一個(gè)例子中，將聚對(duì)二甲苯(poly-p-xylylene)(PA-N)薄膜沉積在硅襯底上的示例性的沉積條件如下約120-150℃的前體溫度、約650℃的反應(yīng)溫度、約25℃的襯底溫度、約50mTorr的沉積壓力、約50分鐘的沉積時(shí)間、及0-600V/cm的場(chǎng)強(qiáng)，其使用平行板電容器。當(dāng)真空室開(kāi)始增加其壓力超過(guò)底壓時(shí)施加電場(chǎng)。
聚合材料也可通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂布技術(shù)沉積，聚合材料的溶液通過(guò)使用傳統(tǒng)的裝置及處理步驟而被旋轉(zhuǎn)涂布在絕緣層22’上。在這樣的應(yīng)用中，自由立柱型(free-standing post-type)的電容器可被構(gòu)建。旋轉(zhuǎn)涂布沉積的示例性的參數(shù)包括晶片以約500rpm到5,000rpm的速度旋轉(zhuǎn)，及在有機(jī)溶劑如甲苯或三氯甲烷中包含約4-6重量百分比的聚合材料的溶液。
聚合材料也可使用傳統(tǒng)的Langmuir-Blodgett(LB)沉積方法沉積，其中聚合材料被懸浮在水表面上并使用垂直遷移法轉(zhuǎn)移為絕緣層的表面上的薄膜，其中晶片通過(guò)空氣/水界面淹沒(méi)及升起。
在沉積后，聚合薄膜層在室溫下同時(shí)曝露給流動(dòng)的臭氧氣體(2％)及紫外(UV)光(最好為254nm)一定的時(shí)間，如約60到90分鐘。曝露給氧化環(huán)境(臭氧和紫外光，或氧等離子體)使得有選擇地移除烴嵌段部分并將含硅嵌段轉(zhuǎn)換為碳氧化硅陶瓷結(jié)構(gòu)，從而形成膨體層38’。如圖2B所示，膨體層為支柱的形式。無(wú)論是納米多孔還是納米浮雕結(jié)構(gòu)，烴嵌段與含硅嵌段的相對(duì)體積分率均可改變。
如圖2C所示，絕緣膨體層38’的一部分被去除，以使插塞24’上面的槽26’的底部37’干凈，從而使隨后沉積的導(dǎo)電薄膜與插塞24’電接觸。這確保了從襯底12’中的擴(kuò)散區(qū)20’、通過(guò)插塞24’、到隨后形成的下電極42’的傳導(dǎo)路徑。膨體層38’可通過(guò)穿孔蝕刻去除，其使用傳統(tǒng)的干蝕刻法如反應(yīng)式離子蝕刻(RIE)或?yàn)R鍍蝕刻，這可以從水平表面包括單元的底部37’及水平晶片表面39’移除材料，并留下帶紋理的薄膜保留在單元的邊墻36’上。
現(xiàn)在參考圖2D，導(dǎo)電材料40’被保形沉積在膨體層38’上面的晶片上及插塞24’上，以形成下電極42’。示例性的導(dǎo)電材料包括摻雜的無(wú)定形的、多晶的及擬晶態(tài)硅，或者導(dǎo)電金屬如鎢、鉑、鈦、釕(Ru)、銠(Rh)、鉭(Ta)，及其他類似的元素及其合金，在所示實(shí)施例中其為多晶硅。導(dǎo)電材料可使用傳統(tǒng)的方法沉積，如化學(xué)氣相沉積(CVD)、或用于傳導(dǎo)金屬的物理氣相沉積(如濺鍍)。導(dǎo)電層40’的紋理通?？苫谄湎旅娴呐蝮w層的結(jié)構(gòu)和表面狀況而預(yù)知。優(yōu)選地，導(dǎo)電層40’的紋理具有規(guī)則的式樣及統(tǒng)一的高度。
參考圖2E，最好沉積一勢(shì)壘層44’以填充槽26’，從而防止隨后的拋光步驟的漿體流進(jìn)單元的開(kāi)口并防止污染單元。示例性的勢(shì)壘層44’包含抗蝕材料，如酚醛清漆(novolak)聚合物樹(shù)脂。
如圖2F中所示，晶片片斷10’接著被平坦化，以從絕緣層22’的水平表面39’去除導(dǎo)電層40’。這樣的平坦化可通過(guò)傳統(tǒng)的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法實(shí)現(xiàn)。
勢(shì)壘層(如抗蝕)44’接著被使用傳統(tǒng)方法從槽26’移除，從而得到圖2G中所示的下電極42’。用于非金屬(硅)電容器結(jié)構(gòu)的示例性的抗蝕層移除方法是piranha濕蝕刻，其中晶片被浸入硫磺酸(H2SO4)及氧化劑如過(guò)氧化氫(H2O2)的溶液中。對(duì)于金屬電容器結(jié)構(gòu)，有機(jī)溶劑如ST22和ST26(ATMI，Inc.，Danbury，CT)及ALEG820(Mallinckrodt Baker，NJ)可用于抗蝕層的剝離。
隨后的處理步驟則使用本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的技術(shù)執(zhí)行。晶片片斷10’經(jīng)受氫氟酸(HF)洗凈以去除已形成在下(底部)電極42’上的氧化物，其通過(guò)根據(jù)本領(lǐng)域已有的傳統(tǒng)方法將晶片浸入HF溶液或通過(guò)HF蒸氣處理而實(shí)現(xiàn)。
參考圖2H，一薄介質(zhì)層48’被保形沉積在下電極42’的粗糙表面上，其通常通過(guò)CVD實(shí)現(xiàn)。對(duì)于硅電容器，介質(zhì)層48’通常包含氮化硅(Si3N4)。對(duì)于金屬電容器，示例性的介質(zhì)層48’為五氧化二鉭(Ta2O5)。導(dǎo)電材料接著被沉積在介質(zhì)層48’上以形成頂部(上)電容器板電極50’。頂部電極50’包含導(dǎo)電材料如摻雜的多晶硅或?qū)щ娊饘?。?dǎo)電材料可通過(guò)傳統(tǒng)方法如CVD或用于金屬板的物理氣相沉積(如濺鍍)而沉積在介質(zhì)層48’上，以完成電容器結(jié)構(gòu)52’。
現(xiàn)在參考圖3A到3F，其示出了本發(fā)明關(guān)于在電容器52″中形成下電極42″的方法的第二實(shí)施例。參考圖3A，其示出了預(yù)備處理步驟時(shí)的晶片片斷10″，類似于晶片片斷10’。晶片片斷10″包括襯底12″、線字元14″和16″、擴(kuò)散區(qū)20″、絕緣層22″、插塞24″和槽26″。
參考圖3B，第一導(dǎo)電金屬被保形沉積在絕緣層22″上以形成底層54″，在所示例子中第一導(dǎo)電金屬為鉑(Pt)。第一導(dǎo)電金屬可使用傳統(tǒng)方法沉積，如化學(xué)氣相沉積(CVD)法、或物理氣相沉積法(如濺鍍)。
接著通過(guò)在底層54″上沉積第二導(dǎo)電金屬的連續(xù)單層56″而形成膨體層38″，第二導(dǎo)電金屬不同于第一導(dǎo)電金屬，在所示例子中第二導(dǎo)電金屬為銀(Ag)。在圖3B所示的例子中描繪了兩層銀單層56″。第二導(dǎo)電金屬可使用傳統(tǒng)方法沉積，如化學(xué)氣相沉積(CVD)法、蒸發(fā)(Knudsen cell)、或物理氣相沉積法(如濺鍍)。銀(Ag)單層最好在約400K的溫度下沉積。
Ag和Pt金屬層接著被退火到約800K的溫度，從而得到膨體層38″，如圖3C所示。在退火期間，Ag原子試圖與下面的Pt原子結(jié)盟。退火導(dǎo)致Pt底層54″和Ag上層56″之間的晶格失配，從而導(dǎo)致有壓縮力的張力，該張力迫使Ag原子在Pt層54″上形成大量對(duì)稱的出氣冒口圖案或晶格。所形成的出氣冒口圖案可以是三角形位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)，其包括多個(gè)單位晶格。膨體層38″最好包括表面位錯(cuò)的周期網(wǎng)絡(luò)，其為二維結(jié)構(gòu)的整齊陣列。這樣的結(jié)構(gòu)在Bromann等人著的文章中有所描述(Eur.Phys.J.D.925-28(1999))。
參考圖3D，一旦膨體層38″形成，導(dǎo)電金屬層40″，在所示例子中為銀，可以氣相沉積在膨體層38″上以形成下電極42″。導(dǎo)電材料根據(jù)傳統(tǒng)方法以氣體形式沉積，最好使用蒸發(fā)技術(shù)。
膨體層38″的位錯(cuò)(浮雕)結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)的排斥力使得沉積金屬凝聚并形成島簇(island cluster)。導(dǎo)電金屬層40″的島式形式增加了整個(gè)電容器結(jié)構(gòu)的表面積，其對(duì)于增加的電容是有用的。所得到的導(dǎo)電層40″包括通常等距間隔的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包含導(dǎo)電金屬。氣態(tài)銀最好在約100K到約130K的低溫下沉積。這將實(shí)現(xiàn)高密度的簇島，最好其中一島簇成為下面的膨體層的每一網(wǎng)絡(luò)單元晶格內(nèi)的核。
除了所描述的Ag簇陣列外，導(dǎo)電層40″可包括膨體層38″上的鈷(Co)簇，其通過(guò)在其他金屬化合物之間使沉積在鉑(Pt)底層上的銅(Cu)單層退火而得以形成。
膨體層38″的浮雕式樣用作沉積金屬導(dǎo)電上層40″的“晶?！睂印Ｈ欢?，不同于目前的HSG形式，“晶?！辈皇侨我獾模医饘偕蠈?0″的簇排列非常整齊。
一旦下電極42″形成，可使用現(xiàn)有技術(shù)中技術(shù)人員公知的技術(shù)執(zhí)行隨后的處理以完成電容器。參考圖3E，槽26″用勢(shì)壘(抗蝕)層44″填充，且導(dǎo)電金屬層40″被從絕緣層22″的水平表面39″上去除，如通過(guò)CMP。接下來(lái)，如圖3F所示，從槽26″移除勢(shì)壘層44″，且執(zhí)行被設(shè)計(jì)來(lái)從下(底部)電極42″的表面移除氧化物的清潔過(guò)程，如HF清洗。一薄介質(zhì)層(如Ta2O5)48″被保形沉積在下電極42″上，且導(dǎo)電材料(如導(dǎo)電金屬)被沉積以形成頂部電極50″，以完成電容器結(jié)構(gòu)52″。頂部電極也可包含多晶硅，從而形成混合金屬/絕緣體/硅電容器。
遵照法令，本發(fā)明已用或多或少的語(yǔ)言對(duì)結(jié)構(gòu)和方法特征進(jìn)行了描述。然而，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明并不現(xiàn)有所示和所描述的具體特征，因?yàn)樵诖斯_(kāi)的內(nèi)容包含實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選形式。因此，本發(fā)明還要求在本發(fā)明的適當(dāng)范圍內(nèi)、根據(jù)本發(fā)明等價(jià)教義適當(dāng)解釋的任何其他形式或修改的權(quán)利。
權(quán)利要求
1.一種形成下電容器電極的方法，包括步驟在絕緣層上面形成膨體層，膨體層包括一實(shí)質(zhì)上相同大小的納米結(jié)構(gòu)的整齊陣列；及在膨體層上面形成導(dǎo)電層。
2.一種形成下電容器電極的方法，包括步驟在絕緣層上面形成膨體層，膨體層包括實(shí)質(zhì)上具有相同高度的表面結(jié)構(gòu)的周期網(wǎng)絡(luò)；及在膨體層上面形成導(dǎo)電層。
3.一種形成下電容器電極的方法，包括步驟在絕緣層上面沉積形成紋理的材料；將該材料形成在實(shí)質(zhì)上相同尺寸的納米結(jié)構(gòu)的整齊陣列中；及在納米結(jié)構(gòu)上沉積導(dǎo)電層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其中膨體層或形成紋理的材料包括聚合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中聚合材料包括烴嵌段和含硅嵌段。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中聚合材料包括聚異戊二烯和聚五甲基甲硅烷苯乙烯。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中形成膨體層的步驟包括在絕緣層上面沉積包含烴嵌段和含硅嵌段的聚合材料；并將聚合材料曝露給臭氧和電磁輻射。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其中膨體層包括導(dǎo)電材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中膨體層包括至少兩種導(dǎo)電金屬。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中膨體層包括鉑，及至少銀和銅中的一個(gè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中形成膨體層的步驟包括在絕緣層上沉積第一導(dǎo)電金屬；在第一導(dǎo)電金屬上沉積第二導(dǎo)電金屬；及使金屬退火以形成出氣冒口圖案。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中在膨體層上形成導(dǎo)電層的步驟包括以氣相沉積導(dǎo)電金屬。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中導(dǎo)電層包括多個(gè)金屬島簇。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中膨體層包括多個(gè)二維結(jié)構(gòu)。
15.一種在形成于絕緣層內(nèi)的槽中形成下電容器電極的方法，絕緣層位于半導(dǎo)體器件中的襯底上面，該方法包括步驟通過(guò)在絕緣層上沉積聚合材料而形成膨體底層，并將聚合材料暴露給紫外輻射和臭氧，藉此，聚合材料形成為包括含硅陶瓷的納米結(jié)構(gòu)；聚合材料包括烴嵌段和含硅嵌段；及在膨體層上形成導(dǎo)電層。
16.一種形成半導(dǎo)體器件中的電容器的方法，包括步驟提供一包含擴(kuò)散區(qū)的襯底、位于襯底上面的絕緣層、在貫穿絕緣層的開(kāi)口中形成的與襯底中的擴(kuò)散區(qū)電接觸的導(dǎo)電插塞、及穿過(guò)絕緣層形成的用于暴露導(dǎo)電插塞的一部分的槽開(kāi)口；通過(guò)在絕緣層和導(dǎo)電插塞上沉積含硅烴聚合材料而形成膨體層，并將聚合材料暴露給紫外輻射和臭氧以形成包含碳氧化硅陶瓷的納米結(jié)構(gòu)；將膨體層的至少一部分去除以暴露導(dǎo)電插塞；在膨體層上形成導(dǎo)電層以形成下電容器電極；在下電極上形成介質(zhì)層；及在介質(zhì)層上形成上電容器電極。
17.一種形成半導(dǎo)體器件中的電容器的方法，半導(dǎo)體器件包括具有形成于其中的擴(kuò)散區(qū)的襯底、位于襯底上面的絕緣層、在貫穿絕緣層的開(kāi)口中形成的與襯底中的擴(kuò)散區(qū)電接觸的導(dǎo)電插塞、及穿過(guò)絕緣層形成的用于暴露導(dǎo)電插塞的一部分的槽開(kāi)口；該方法包括步驟通過(guò)沉積含硅烴聚合材料而在絕緣層和導(dǎo)電插塞上形成膨體層，并將聚合材料暴露給紫外輻射和臭氧，藉此，聚合材料形成包含含硅陶瓷的納米結(jié)構(gòu)；將膨體層的至少一部分去除以暴露導(dǎo)電插塞；在膨體層上形成導(dǎo)電層以形成下電容器電極；在下電極上形成介質(zhì)層；及在介質(zhì)層上形成上電容器電極。
18.一種形成半導(dǎo)體器件中的下電容器電極的方法，半導(dǎo)體器件包括襯底、位于襯底上面的絕緣層、在絕緣層的開(kāi)口中形成的并與襯底中的活性區(qū)電接觸的導(dǎo)電插塞、及穿過(guò)絕緣層形成的用于暴露導(dǎo)電插塞的表面的開(kāi)口；該方法包括步驟形成包含納米結(jié)構(gòu)的膨體層，納米結(jié)構(gòu)包含含硅陶瓷，膨體層通過(guò)在絕緣層和導(dǎo)電插塞上沉積聚合材料而形成，并將聚合材料在室溫下暴露給紫外輻射和臭氧以形成納米結(jié)構(gòu)；聚合材料包含烴嵌段和含硅嵌段；將膨體層的至少一部分去除以暴露導(dǎo)電插塞；及在膨體層上形成導(dǎo)電層以形成下電容器電極。
19.一種形成半導(dǎo)體器件中的電容器的方法，半導(dǎo)體器件包括襯底、位于襯底上面的絕緣層、在絕緣層的開(kāi)口中形成的并與襯底中的活性區(qū)電接觸的導(dǎo)電插塞、及穿過(guò)絕緣層形成的用于暴露導(dǎo)電插塞的表面的槽；該方法包括步驟形成包含納米結(jié)構(gòu)的膨體層，納米結(jié)構(gòu)包含含硅陶瓷，膨體層通過(guò)在絕緣層和導(dǎo)電插塞上沉積聚合材料而形成，并將聚合材料在室溫下暴露給紫外輻射和臭氧以形成納米結(jié)構(gòu)；聚合材料包含烴嵌段和含硅嵌段；將膨體層的至少一部分去除以暴露導(dǎo)電插塞；在膨體層上形成導(dǎo)電層以形成下電容器電極；形成勢(shì)壘層以填充槽；從絕緣層的水平表面除去導(dǎo)電層；從槽除去勢(shì)壘層；在下電極上形成介質(zhì)層；及在介質(zhì)層上形成上電容器電極。
20.根據(jù)權(quán)利要求15、16、17、18或19所述的方法，其中形成膨體層的步驟包括在室溫下將聚合材料暴露給紫外光和臭氧。
21.根據(jù)權(quán)利要求15、16、17、18或19所述的方法，其中聚合材料包括A1BA2型的三嵌段共聚物，其中“A”共聚物為烴嵌段，“B”共聚物為含硅嵌段。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中烴嵌段包括聚異戊二烯。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中含硅嵌段包括聚五甲基甲硅烷苯乙烯。
24.根據(jù)權(quán)利要求15、16、17、18或19所述的方法，其中聚合材料包括聚二甲基硅氧烷。
25.根據(jù)權(quán)利要求15、16、17、18或19所述的方法，其中聚合材料包括烴嵌段相對(duì)于含硅嵌段的體積分率以形成浮雕結(jié)構(gòu)。
26.根據(jù)權(quán)利要求15、16、17、18或19所述的方法，其中聚合材料包括烴嵌段相對(duì)于含硅嵌段的體積分率以形成多孔結(jié)構(gòu)。
27.根據(jù)權(quán)利要求15、16、17、18或19所述的方法，其中沉積聚合材料的步驟包括氣相沉積聚合。
28.根據(jù)權(quán)利要求15、16、17、18或19所述的方法，其中沉積聚合材料的步驟包括場(chǎng)增強(qiáng)的氣相沉積聚合。
29.根據(jù)權(quán)利要求15、16、17、18或19所述的方法，其中沉積聚合材料的步驟包括旋轉(zhuǎn)涂布沉積。
30.根據(jù)權(quán)利要求15、16、17、18或19所述的方法，其中沉積聚合材料的步驟包括Langmuir-Blodgett沉積。
31.根據(jù)權(quán)利要求15、16、17、18或19所述的方法，其中納米結(jié)構(gòu)為多孔結(jié)構(gòu)形式。
32.根據(jù)權(quán)利要求15、16、17、18或19所述的方法，其中納米結(jié)構(gòu)為浮雕結(jié)構(gòu)形式。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中浮雕結(jié)構(gòu)選自由支柱和螺旋形構(gòu)成的組。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中納米結(jié)構(gòu)為支柱的形式。
35.根據(jù)權(quán)利要求15或18所述的方法，在形成導(dǎo)電層的步驟之后還包括步驟在下電極上形成介質(zhì)層；及在介質(zhì)層上形成上電容器電極。
36.根據(jù)權(quán)利要求15、16、17、18或19所述的方法，其中襯底包括擴(kuò)散區(qū)，及導(dǎo)電插塞形成于穿過(guò)絕緣層的開(kāi)口中并與擴(kuò)散區(qū)和下電容器電極電接觸。
37.根據(jù)權(quán)利要求15、16、17、18或19所述的方法，其中電容器被集成在DRAM單元中。
38.根據(jù)權(quán)利要求15、16、17或18所述的方法，在形成導(dǎo)電層的步驟之后還包括步驟形成勢(shì)壘層以填充槽；從絕緣層的水平表面除去導(dǎo)電層；及從槽除去勢(shì)壘層。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中勢(shì)壘層包括抗蝕材料。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中除去勢(shì)壘層的步驟是通過(guò)包含硫磺酸和氧化劑的piranha濕蝕刻。
41.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中除去勢(shì)壘層的步驟是通過(guò)包含有機(jī)溶劑的濕蝕刻。
42.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中除去導(dǎo)電層的步驟是通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光。
43.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，在除去勢(shì)壘層的步驟之后，還包括步驟從絕緣層和導(dǎo)電層的暴露的表面除去原生的氧化物。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中除去原生的氧化物的步驟是通過(guò)氫氟酸清洗。
45.根據(jù)權(quán)利要求15、16、17、18或19所述的方法，其中膨體層包括碳氧化硅陶瓷。
46.一種在半導(dǎo)體器件中的襯底上形成下電容器電極的方法，該方法包括步驟形成膨體底層，其通過(guò)在襯底上沉積第一導(dǎo)電金屬的同形層；在第一導(dǎo)電金屬層上沉積一層或多層第二導(dǎo)電金屬的同形層；及使第一和第二導(dǎo)電金屬層退火；及在膨體層上以氣相沉積一層第三導(dǎo)電金屬。
47.一種形成半導(dǎo)體器件中的下電容器電極的方法，該方法包括步驟通過(guò)在襯底上沉積一層第一導(dǎo)電金屬并在第一導(dǎo)電金屬層上沉積一層第二導(dǎo)電金屬而形成膨體底層；及使第一和第二導(dǎo)電金屬層退火以形成含金屬的納米結(jié)構(gòu)的周期網(wǎng)絡(luò)；及在膨體層上以氣相沉積一層第三導(dǎo)電金屬。
48.一種在形成于絕緣層內(nèi)的槽中形成下電容器電極的方法，絕緣層位于半導(dǎo)體器件中的襯底上面，該方法包括步驟在絕緣層上沉積一層第一導(dǎo)電金屬；在第一導(dǎo)電金屬層上沉積一層第二導(dǎo)電金屬；使第一和第二導(dǎo)電金屬層退火以形成膨體層，膨體層包括周期性排列的納米結(jié)構(gòu)；及在膨體層上以氣相沉積一層第三導(dǎo)電金屬，其中沉積第三導(dǎo)電層凝聚在膨體層上以形成簇。
49.一種形成半導(dǎo)體器件中的電容器的方法，包括步驟提供包含擴(kuò)散區(qū)的襯底、位于襯底上面的絕緣層、在貫穿絕緣層的開(kāi)口中形成的與襯底中的擴(kuò)散區(qū)電接觸的導(dǎo)電插塞、及穿過(guò)絕緣層形成的用于暴露導(dǎo)電插塞的一部分的槽開(kāi)口；形成膨體底層，其通過(guò)在絕緣層上沉積第一導(dǎo)電金屬的同形層；在第一導(dǎo)電金屬層上沉積第二導(dǎo)電金屬的同形層；及使第一和第二導(dǎo)電金屬層退火以在絕緣層上形成含金屬的表面位錯(cuò)；在膨體層上以氣相沉積一層第三導(dǎo)電金屬以形成下電容器電極，其中沉積第三導(dǎo)電層凝聚在膨體層的表面位錯(cuò)上以形成納米結(jié)構(gòu)；在下電極上形成介質(zhì)層；及在介質(zhì)層上形成上電容器電極。
50.一種形成半導(dǎo)體器件中的電容器的方法，半導(dǎo)體器件包括襯底、位于襯底上面的絕緣層、在絕緣層的開(kāi)口中形成的與襯底中的活性區(qū)電接觸的導(dǎo)電插塞、及穿過(guò)絕緣層形成的用于暴露導(dǎo)電插塞的表面的槽；該方法包括步驟通過(guò)在絕緣層上沉積一層第一導(dǎo)電金屬并在第一導(dǎo)電金屬層上沉積一層第二導(dǎo)電金屬而形成膨體底層；及使第一和第二導(dǎo)電金屬層退火以在絕緣層上形成含金屬的表面位錯(cuò)；及在膨體層上形成導(dǎo)電層以形成下電容器電極，其通過(guò)在膨體層上以氣相沉積一層第三導(dǎo)電金屬實(shí)現(xiàn)，其中沉積第三導(dǎo)電層凝聚在膨體層上以在膨體層的表面位錯(cuò)上形成島簇；形成勢(shì)壘層以填充槽；從絕緣層的水平表面除去導(dǎo)電層；從槽除去勢(shì)壘層；在下電極上形成介質(zhì)層；及在介質(zhì)層上形成上電容器電極。
51.根據(jù)權(quán)利要求46或47所述的方法，其中沉積第三導(dǎo)電層在膨體層上凝聚為簇。
52.根據(jù)權(quán)利要求46、47、48、49或50所述的方法，其中沉積第三導(dǎo)電金屬導(dǎo)致多個(gè)島簇形成于膨體層之上。
53.根據(jù)權(quán)利要求46、47、48、49或50所述的方法，其中膨體層包括出氣冒口式樣。
54.根據(jù)權(quán)利要求46、47、48、49或50所述的方法，其中沉積第一導(dǎo)電金屬的步驟是通過(guò)化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積。
55.根據(jù)權(quán)利要求46、47、48、49或50所述的方法，其中沉積第二導(dǎo)電金屬的步驟是通過(guò)化學(xué)氣相沉積、蒸發(fā)、或物理氣相沉積。
56.根據(jù)權(quán)利要求46、47、48、49或50所述的方法，其中沉積第二導(dǎo)電金屬的步驟包括沉積多個(gè)第二導(dǎo)電金屬的單層。
57.根據(jù)權(quán)利要求46、47、48、49或50所述的方法，其中第三導(dǎo)電金屬是通過(guò)蒸發(fā)技術(shù)沉積。
58.根據(jù)權(quán)利要求46、47、48、49或50所述的方法，其中第三導(dǎo)電金屬是通過(guò)蒸發(fā)技術(shù)以氣態(tài)形式沉積。
59.根據(jù)權(quán)利要求46、47、48、49或50所述的方法，其中第一導(dǎo)電金屬包括鉑。
60.根據(jù)權(quán)利要求46、47、48、49或50所述的方法，其中第二導(dǎo)電金屬選自由銀和銅構(gòu)成的組。
61.根據(jù)權(quán)利要求46、47、48、49或50所述的方法，其中第二和第三導(dǎo)電金屬包括銀。
62.根據(jù)權(quán)利要求61所述的方法，其中第一和第二金屬層被退火到約800K的溫度。
63.根據(jù)權(quán)利要求61所述的方法，其中沉積第三導(dǎo)電金屬的步驟包括使用蒸發(fā)技術(shù)在約100K到約130K的溫度下以氣態(tài)形式沉積銀。
64.根據(jù)權(quán)利要求46、47、48、49或50所述的方法，其中第一導(dǎo)電金屬包括鉑，及第二和第三導(dǎo)電金屬包括銀。
65.根據(jù)權(quán)利要求46、47、48、49或50所述的方法，其中第一導(dǎo)電金屬是鉑，第二導(dǎo)電金屬是銅，及第三導(dǎo)電金屬是鈷。
66.根據(jù)權(quán)利要求46、47、48、49或50所述的方法，在沉積第三導(dǎo)電金屬層的步驟之后，還包括步驟在下電容器電極上形成介質(zhì)層；及在介質(zhì)層上形成上電容器電極。
67.根據(jù)權(quán)利要求46、47、48、49或50所述的方法，其中襯底包括擴(kuò)散區(qū)，及導(dǎo)電插塞形成于穿過(guò)絕緣層的開(kāi)口中并與擴(kuò)散區(qū)和下電容器電極電接觸。
68.根據(jù)權(quán)利要求46、47、48、49或50所述的方法，其中電容器被集成在DRAM單元中。
69.根據(jù)權(quán)利要求46、47、48、49或50所述的方法，在沉積第三導(dǎo)電層的步驟之后還包括步驟形成勢(shì)壘層以填充槽，從絕緣層的水平表面除去下電容器電極的導(dǎo)電層，及從槽除去勢(shì)壘層。
70.根據(jù)權(quán)利要求69所述的方法，其中勢(shì)壘層包括抗蝕材料。
71.根據(jù)權(quán)利要求70所述的方法，其中除去勢(shì)壘層的步驟包括濕蝕刻過(guò)程。
72.根據(jù)權(quán)利要求69所述的方法，其中除去導(dǎo)電層的步驟是通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光。
73.根據(jù)權(quán)利要求69所述的方法，在除去勢(shì)壘層的步驟之后還包括步驟從絕緣層和下電容器電極的暴露的表面除去原生的氧化物。
74.根據(jù)權(quán)利要求73所述的方法，其中除去原生的氧化物的步驟包括氫氟酸清洗。
75.一種電容器，包括一包含導(dǎo)電層的下電容器板，導(dǎo)電層位于膨體層的上面；膨體層包括實(shí)質(zhì)上統(tǒng)一大小的納米結(jié)構(gòu)的整齊陣列；一位于下電容器板上面的介質(zhì)層；及一位于介質(zhì)層上面的上電容器板。
76.一種電容器，包括一包含導(dǎo)電層的下電容器板，導(dǎo)電層位于膨體層的上面；膨體層包括具有實(shí)質(zhì)上統(tǒng)一高度的表面結(jié)構(gòu)的周期網(wǎng)絡(luò)；一位于下電容器板上面的介質(zhì)層；及一位于介質(zhì)層上面的上電容器板。
77.一種電容器，包括一包含導(dǎo)電層的下電容器板，導(dǎo)電層位于膨體層的上面；膨體層包括實(shí)質(zhì)上統(tǒng)一尺寸的納米結(jié)構(gòu)的整齊陣列；一位于下電容器板上面的介質(zhì)層；及一位于介質(zhì)層上面的上電容器板。
78.根據(jù)權(quán)利要求75、76或77所述的電容器，其中膨體層包含聚合材料。
79.根據(jù)權(quán)利要求78所述的電容器，其中聚合材料包含烴嵌段和含硅嵌段。
80.根據(jù)權(quán)利要求79所述的電容器，其中聚合材料包含聚異戊二烯和聚五甲基甲硅烷苯乙烯。
81.根據(jù)權(quán)利要求75、76或77所述的電容器，其中膨體層包含導(dǎo)電材料。
82.根據(jù)權(quán)利要求81所述的電容器，其中膨體層包含至少兩種導(dǎo)電金屬。
83.根據(jù)權(quán)利要求82所述的電容器，其中膨體層包含鉑，及銀和銅之中的一種。
84.根據(jù)權(quán)利要求81所述的電容器，其中導(dǎo)電層包含多個(gè)金屬島簇。
85.根據(jù)權(quán)利要求75、76或77所述的電容器，其中膨體層包含多個(gè)二維結(jié)構(gòu)。
86.一種電容器，包括一包含導(dǎo)電層的下電容器板，導(dǎo)電層位于膨體層的上面；膨體層包含納米結(jié)構(gòu)，納米結(jié)構(gòu)包括含硅陶瓷；一位于下電容器板上面的介質(zhì)層；及一位于介質(zhì)層上面的上電容器板。
87.一種電容器，包括一包含導(dǎo)電層的下電容器板，導(dǎo)電層位于膨體層的上面；膨體層包括包含碳氧化硅陶瓷的納米結(jié)構(gòu)；一位于下電容器板上面的介質(zhì)層；及一位于介質(zhì)層上面的上電容器板。
88.一種電容器，包括一包含導(dǎo)電層的下電容器板，導(dǎo)電層位于膨體層的上面；膨體層包含納米結(jié)構(gòu)，納米結(jié)構(gòu)包括聚合含硅陶瓷，其通過(guò)聚合材料的UV輻照和臭氧解而形成，聚合材料包含烴嵌段和含硅嵌段；一位于下電容器板上面的介質(zhì)層；及一位于介質(zhì)層上面的上電容器板。
89.根據(jù)權(quán)利要求86或88所述的電容器，其中納米結(jié)構(gòu)包括碳氧化硅陶瓷。
90.根據(jù)權(quán)利要求86、87或88所述的電容器，其中納米結(jié)構(gòu)為多孔結(jié)構(gòu)形式。
91.根據(jù)權(quán)利要求86、87或88所述的電容器，其中納米結(jié)構(gòu)為浮雕結(jié)構(gòu)形式。
92.根據(jù)權(quán)利要求91所述的電容器，其中納米結(jié)構(gòu)為支柱形式。
93.根據(jù)權(quán)利要求86、87或88所述的電容器，其中納米結(jié)構(gòu)包含紫外輻照和臭氧解的聚合材料，聚合材料包括烴嵌段和含硅嵌段。
94.根據(jù)權(quán)利要求93所述的電容器，其中聚合材料包括烴嵌段相對(duì)于含硅嵌段的體積分率以形成浮雕納米結(jié)構(gòu)。
95.根據(jù)權(quán)利要求93所述的電容器，其中聚合材料包括烴嵌段相對(duì)于含硅嵌段的體積分率以形成多孔納米結(jié)構(gòu)。
96.根據(jù)權(quán)利要求93所述的電容器，其中烴嵌段包括聚異戊二烯，含硅嵌段包括聚五甲基甲硅烷苯乙烯。
97.根據(jù)權(quán)利要求93所述的電容器，其中聚合材料包括聚二甲基硅氧烷。
98.根據(jù)權(quán)利要求86、87或88所述的電容器，其中介質(zhì)層包括氮化硅。
99.根據(jù)權(quán)利要求86、87或88所述的電容器，其中上電容器電極包括摻雜的多晶硅。
100.根據(jù)權(quán)利要求86、87或88所述的電容器，其中上電容器電極包括導(dǎo)電金屬。
101.根據(jù)權(quán)利要求86、87或88所述的電容器，其中電容器被集成在DRAM單元中。
102.一種電容器，包括一包含導(dǎo)電層的下電容器板，導(dǎo)電層位于膨體層的上面；膨體層包含表面位錯(cuò)，表面位錯(cuò)包括已退火的導(dǎo)電金屬，及位于上面的導(dǎo)電層包括形成于膨體層的表面位錯(cuò)上的導(dǎo)電金屬簇；一位于下電容器板上面的介質(zhì)層；及一位于介質(zhì)層上面的上電容器板。
103.一種電容器，包括一包含導(dǎo)電層的下電容器板，導(dǎo)電層位于膨體層的上面；膨體層包含表面位錯(cuò)的周期網(wǎng)絡(luò)，表面位錯(cuò)包括位于絕緣層上面的已退火的導(dǎo)電金屬；及下電容器板包括形成于膨體層的表面位錯(cuò)上的納米結(jié)構(gòu)的整齊陣列；一位于下電容器板上面的介質(zhì)層；及一位于介質(zhì)層上面的上電容器板。
104.一種電容器，包括一包含導(dǎo)電層的下電容器板，導(dǎo)電層位于膨體層的上面；膨體層包括包含有表面位錯(cuò)的已退火的第一和第二導(dǎo)電金屬層，及導(dǎo)電層包含在膨體層的表面位錯(cuò)上所凝聚的導(dǎo)電金屬的島簇；一位于下電容器板上面的介質(zhì)層；及一位于介質(zhì)層上面的上電容器板。
105.根據(jù)權(quán)利要求102、103或104所述的電容器，其中膨體層包含出氣冒口式樣。
106.根據(jù)權(quán)利要求102、103或104所述的電容器，其中膨體層包括含有多個(gè)單位晶格的三角形位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)。
107.根據(jù)權(quán)利要求106所述的電容器，其中位于上面的導(dǎo)電層在位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)的單一單元晶格內(nèi)包含有一個(gè)島簇。
108.根據(jù)權(quán)利要求102、103或104所述的電容器，其中膨體層包括已退火的第一和第二導(dǎo)電金屬層，第一導(dǎo)電金屬選自包含鉑的組，第二導(dǎo)電金屬選自由銀和銅構(gòu)成的組。
109.根據(jù)權(quán)利要求102、103或104所述的電容器，其中膨體層包括已退火的鉑和銀層，且位于上面的導(dǎo)電層包含銀。
110.根據(jù)權(quán)利要求102、103或104所述的電容器，其中膨體層包括已退火的鉑和銅層，且位于上面的導(dǎo)電層包含鈷。
111.根據(jù)權(quán)利要求102、103或104所述的電容器，其中上電容器板包含摻雜的多晶硅。
112.根據(jù)權(quán)利要求102、103或104所述的電容器，其中上電容器板包含導(dǎo)電金屬。
113.根據(jù)權(quán)利要求102、103或104所述的電容器，其中電容器被集成在DRAM單元內(nèi)。
114.根據(jù)權(quán)利要求102、103或104所述的電容器，其中膨體層包含已退火的第一和第二導(dǎo)電金屬層，且位于上面的導(dǎo)電層包含第三導(dǎo)電金屬的氣態(tài)沉積。
115.根據(jù)權(quán)利要求104所述的電容器，其中導(dǎo)電層包含第三導(dǎo)電金屬的氣態(tài)沉積以形成凝聚的島簇。
116.一種半導(dǎo)體電路，包括根據(jù)權(quán)利要求75、76或77所述的電容器。
117.一種半導(dǎo)體電路，包括根據(jù)權(quán)利要求86、87或88所述的電容器。
118.一種半導(dǎo)體電路，包括根據(jù)權(quán)利要求102、103或104所述的電容器。
119.根據(jù)權(quán)利要求117所述的半導(dǎo)體電路，其中納米結(jié)構(gòu)形成周期網(wǎng)絡(luò)，且位于上面的導(dǎo)電層包含島簇的整齊陣列。
120.根據(jù)權(quán)利要求117所述的半導(dǎo)體電路，其中下電容器板的導(dǎo)電層包含摻雜的無(wú)定形硅、擬晶態(tài)硅、或多晶硅。
121.根據(jù)權(quán)利要求117所述的半導(dǎo)體電路，其中下電容器電極的導(dǎo)電層包含導(dǎo)電金屬。
122.一種集成電路，包括存儲(chǔ)單元陣列；內(nèi)部電路；及至少一根據(jù)權(quán)利要求75、76或77所述的電容器，其形成在槽中并與存儲(chǔ)單元陣列的半導(dǎo)襯底內(nèi)的活性區(qū)電接觸。
123.一種集成電路，包括存儲(chǔ)單元陣列；內(nèi)部電路；及至少一根據(jù)權(quán)利要求86、87或88所述的電容器，其形成在槽中并與存儲(chǔ)單元陣列的半導(dǎo)襯底內(nèi)的活性區(qū)電接觸。
124.一種集成電路，包括存儲(chǔ)單元陣列；內(nèi)部電路；及至少一根據(jù)權(quán)利要求102、103或104所述的電容器，其形成在槽中并與存儲(chǔ)單元陣列的半導(dǎo)襯底內(nèi)的活性區(qū)電接觸。
全文摘要
本發(fā)明提供了形成半導(dǎo)體電路中的電容器的下電極的方法及通過(guò)該方法形成的電容器。下電極通過(guò)形成膨體底層并在其上沉積導(dǎo)電材料而制作成。在形成下電極的方法的一實(shí)施例中，膨體層通過(guò)殼體的絕緣層的上面沉積包含烴嵌段和含硅嵌段的聚合材料、并隨后通過(guò)將聚合薄膜暴露在UV輻射及臭氧中而使其轉(zhuǎn)換為浮雕或多孔納米結(jié)構(gòu)，從而形成質(zhì)地粗糙的多孔或浮雕碳氧化硅薄膜。導(dǎo)電材料接著被沉積在膨體層上，從而得到具有上粗糙表面的下電極。在形成下電極的方法的另一實(shí)施例中，膨體底層通過(guò)沉積位于上面的第一和第二導(dǎo)電金屬層、并使金屬層退火以形成表面位錯(cuò)而得以形成，其優(yōu)選結(jié)構(gòu)為周期網(wǎng)絡(luò)。接下來(lái)，導(dǎo)電金屬以氣相沉積，并在膨體層的表面位錯(cuò)上凝聚，從而形成島簇形式的納米結(jié)構(gòu)。電容器通過(guò)在所形成的下電極上沉積介質(zhì)層并在介質(zhì)層上形成上電容器電極而得以完成。電容器在制造DRAM單元時(shí)特別有用。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1643678SQ03806111
公開(kāi)日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2003年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月16日
發(fā)明者唐納德·L·耶茨, 加里·A·梅卡爾迪, 詹姆斯·J·霍夫曼 申請(qǐng)人:美光科技公司