電容器、隨機存儲器單元及其形成方法

2023-10-17 10:49:54 1

專利名稱：電容器、隨機存儲器單元及其形成方法
技術領域：
本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種電容器、隨機存儲器單元及 其形成方法。
背景技術：
隨著半導體器件的高度集成化，因此單位單元(unit cell)的尺寸大大減 小了，工作電壓也降低。因此器件的更新時間縮短了，並且發生軟錯誤(soft電容器。眾所周知，電容器電容與電極的表面積和節電材料的介電常數成正比， 並且與節電材料的厚度成反比，介電材料的厚度對應於電極之間的距離，具 體而言，對應於介電材料的等效氧化矽厚度(Tox)。因此，需要使用具有高 介電常數並且能夠減小等效氧化矽厚度(Tox)的介電材料來製造具有高電容 值的適用於高度集成半導體器件的電容器。使用傳統的氮化物/氧化物(NO)型電容器以獲得高度集成半導體器件所 需要的高電容值受到限制。傳統的NO型電容器通常使用介電常數為7的氮化 矽介電材料。因此，已經提出多晶矽-絕緣層-多晶矽(SIS)型電容器以獲 得足夠的電容值。SIS型電容器使用介電常數高於氮化矽的介電材料。氧化鋁 以其較高的介電常數(約為8)和較好的絕緣性能通常作為隨機存儲器單元的 電容器的介質層。申請號為200410062627的中國專利申請公開了 一種採用氧化鋁和氧化鉿 作為介質層的電容器及其製造方法，採用多晶矽作為電容器的第一電極和第
二電極，但是由於氧化鋁和由於氧化鋁與多晶矽相接觸容易導致氧化鋁層中 的氧會擴散進入多晶矽層，在氧化鋁層與多晶矽層的界面會殘留下金屬鋁， 造成界面漏電流，上述專利申請未給出具體解決辦法。在現有採用氧化鋁作 為介質層的技術中，通常採用摻雜半球形多晶矽層作為第一電極，採用摻雜 多晶矽層作為第二電極，對摻雜半球形多晶矽層進行氮化增加與氧化鋁層的 結合力，但是在第二電極與氧化鋁中會形成一層氮化鈦層作為連接層以增加 第二電極與氧化鋁層之間的結合力，但是製備氮化鈦的工藝成本比較高。發明內容本發明解決的問題是現有技術中在製備以氧化鋁為介質層的電容器中， 採用氮化鈦作為氧化鋁和摻雜多晶矽層的第二電極之間的連接層，由於製備 氮化鈦層價格昂貴，造成工藝成本增加。為解決上述問題，本發明提供一種電容器的形成方法，包括在半導體 襯底上依次形成摻雜半球形多晶矽層、氧化鋁層、氮化矽層及摻雜多晶矽層。形成氮化矽層進一步包括以氯化矽烷和氨氣為前驅物，在400至550。C下 採用原子層沉積(ALD)裝置形成氮化矽層，形成所述氮化矽層的厚度範圍 為15至25 A。形成氧化鋁層進一步包括以三曱基鋁和臭氧或水0 20)為前驅物，在 380至45(TC下，採用原子層沉積(ALD)裝置形成氧化鋁層，形成所述氧化 鋁層的厚度範圍為25至35A。形成所述摻雜半球形多晶矽層進一步包括對半球形多晶矽層在磷烷氣氛 中、在650至75(TC下進行退火90至180mins,形成所述摻雜半球形多晶矽 層厚度範圍為500至800A 。還要對摻雜半球形多晶矽層12進行氮化，所述氮化為在N2或者NH3氣 氛中，在650至750。C溫度下退火120至200mins。
形成所述摻雜多晶矽層進一步包括對多晶矽層摻入磷離子，所述摻入的磷離子濃度範圍為L0E21至1.4E21cn^2 ，所述摻雜多晶矽層厚度範圍為1000 至1500A。相應地，本發明提供一種電容器，包括依次位於半導體襯底上的摻雜 半球形多晶矽層和氧化鋁層，還包括位於氧化鋁層上的氮化矽層及摻雜多晶 矽層。所述氮化矽層採用原子層沉積(ALD)方式製備，所述製備氮化矽層的 前驅物為氯化矽烷和氨氣，形成所述氮化矽層的溫度範圍為400至55(TC，厚 度範圍為15至25 A。所述氧化鋁層釆用原子層沉積方式製備，製備氧化鋁層的前驅物為三甲 基鋁和臭氧或水(H20),形成所述氧化鋁層的溫度範圍為380至45(TC下，形 成所述氧化鋁層的厚度範圍為25至35A。所述摻雜半球形多晶矽層為在磷烷中對半球形多晶矽層進行退火形成，所述 退火溫度範圍為650至700°C,退火時間範圍為90至180mins。還要對摻雜半球形多晶矽層12進行氮化，所述氮化為在N2或者NH3氣 氛中，在650至750。C溫度下退火120至200mins。所述摻雜多晶矽層為對多晶矽層摻磷離子形成，所述磷離子濃度範圍為 1.0E21至1.4E21cm-2，所述摻雜多晶矽層厚度範圍為1000至1500A。本發明還提供一種隨機存儲器單元的形成方法，包括在半導體襯底上 依次形成柵介質層、柵極結構、半導體襯底中的柵極結構兩側的源極和漏極， 構成MOS電晶體；在整個半導體襯底上及MOS電晶體上形成第一層間介電 層；在第一層間介電層和柵介質層中對著MOS電晶體的源極或者漏極位置形 成通孔；在通孔中填入導電層至與第一層間介電層相平；在第一層間介電層 上形成第二層間介電層，在對著第一層間介電層中的通孔位置形成第一開口，
所述第一開口暴露出第一層間介電層的通孔；在第一開口內依次形成摻雜半球形多晶矽層、氧化鋁層、氮化矽層及摻雜多晶矽層，所述摻雜多晶矽層接地電勢。所述氮化矽層採用原子層沉積(ALD)方式製備，所述製備氮化矽層的 前驅物為氯化矽烷和氨氣，形成所述氮化矽層的溫度為400至55(TC，厚度範 圍為15至25A。形成氧化鋁層進一步包括以三曱基鋁和臭氧或水(1120) 為前驅物，在 380至450。C下，採用原子層沉積(ALD)裝置形成氧化鋁層，形成所述氣化 鋁層的厚度範圍為25至35A。所述摻雜半球形多晶矽層為在磷烷中對半球形多晶矽層進行退火形成， 所述退火溫度範圍為650至750。C下，退火時間範圍為90至180mins，所述 摻雜半球形多晶矽層厚度範圍為500至800A。還要對摻雜半球形多晶矽層12進行氮化，所述氮化為在N2或者NH3氣 氛中，在650至750。C溫度下退火120至200mins。所述摻雜多晶矽層為對多晶矽層摻磷離子形成，所述磷離子濃度範圍為 1.0E21至1.4E21cm-2，所述摻雜多晶矽層厚度範圍為1000至1500A。相應地，本發明還提供一種隨機存儲器單元，包括形成於半導體襯底 上的由柵介質層、柵極結構、形成於半導體襯底中的柵極結構兩側的源極和 漏極構成的MOS電晶體和第一層間介電層；第一層間介電層中對著MOS晶 體管的源極或者漏極位置形成的通孔；通孔中填充的導電層且與第一層間介 電層相平；位於第一層間介電層上的第二層間介電層，第二層間介電層中的 對著第一層間介電層中的通孔位置形成的第一開口 ，所述第一開口暴露出第 一層間介電層的通孔和導電層。第一開口內依次形成的摻雜半球形多晶矽層 和氧化鋁層，還包括位於氧化鋁層上的氮化矽層及摻雜多晶矽層，所述摻雜多晶矽層接地電勢。所述氮化矽層採用原子層沉積(ALD)方式製備，所述製備氮化矽層的 前驅物為氯化矽烷和氨氣，形成所述氮化矽層的溫度為400至550°C，厚度範 圍為15至25A。所述氧化鋁層採用原子層沉積方式製備，製備氧化鋁層的前驅物為三曱 基鋁和臭氧或水(H20),形成所述氧化鋁層的溫度範圍為380至450。C下，形 成所述氧化鋁層的厚度範圍為25至35A。所述摻雜半球形多晶矽層為在磷烷中對半球形多晶矽層進行退火形成， 所述退火溫度範圍為650至75(TC下，退火時間範圍為90至180mins，所述 摻雜半球形多晶矽層厚度範圍為500至800A。還要對摻雜半球形多晶矽層12進行氮化，所述氮化為在N2或者NH3氣 氛中，在650至750。C溫度下退火120至200mins。所述摻雜多晶矽層為對多晶矽層摻磷離子形成，所述磷離子濃度範圍為 1.0E21至L4E21cm-2，所述摻雜多晶矽層厚度範圍為1000至1500A。本發明還提供一種隨機存儲器單元的形成方法，包括在半導體襯底上 依次形成柵介質層、柵極結構、半導體襯底中的柵極結構兩側的源極和漏極， 構成MOS電晶體；在整個半導體襯底上及MOS電晶體上形成第一層間介電 層；在第一層間介電層和柵介質層中對著MOS電晶體的源極或者漏極位置形 成通孔；在通孔中填入導電層至與第一層間介電層相平；在第一層間介電層 上形成第二層間介電層，在對著第一層間介電層中的通孔位置形成第一開口， 所述第一開口暴露出第一層間介電層的通孔；在第一開口內依次形成摻雜半 球形多晶矽層、氧化鋁層、氮化矽層及摻雜多晶矽層，所述摻雜多晶矽層接 地電勢。所述氮化矽層採用原子層沉積(ALD)方式製備，所述製備氮化矽層的 前驅物為氯化矽烷和氨氣，形成所述氮化矽層的溫度為400至55(TC,厚度範 圍為15至25A。所述氧化鋁層採用原子層沉積方式製備，形成所述氧化鋁層的溫度為 380至450。C，厚度範圍為25至35A。所述摻雜半球形多晶矽層為在磷烷中對半球形多晶矽層進行退火形成， 所述退火溫度範圍為650至750。C下，退火時間範圍為90至180mins，所述 摻雜半球形多晶矽層厚度範圍為500至800A。還要對摻雜半球形多晶矽層12進行氮化，所述氮化為在N2或者NH3氣 氛中，在650至750。C溫度下退火120至200mins。所述摻雜多晶矽層為對多晶矽層摻磷離子形成，所述磷離子濃度範圍為 1.0E21至1.4E21cm—2,所述摻雜多晶矽層厚度範圍為1000至1500A。本發明還提供一種隨機存儲器單元，包括形成於半導體襯底上的由柵 介質層、柵極結構、形成於半導體襯底中的柵極結構兩側的源極和漏極構成 的MOS電晶體和第一層間介電層；第一層間介電層中對著MOS電晶體的源 極或者漏極位置形成的通孔；通孔中填充的導電層且與第一層間介電層相平； 位於第一層間介電層上的第二層間介電層，第二層間介電層中的對著第一層 間介電層中的通孔位置形成的第 一開口 ，所述第 一開口暴露出第 一層間介電 層的通孔和導電層；第一開口內依次形成的摻雜半球形多晶矽層和氧化鋁層， 還包括位於氧化鋁層上的氮化矽層及摻雜多晶矽層，所述摻雜多晶矽層接地 電勢。所述氮化矽層採用原子層沉積(ALD)方式製備，所述製備氮化矽層 的前驅物為氯化矽烷和氨氣，形成所述氮化矽層的溫度為400至550。C,厚度 範圍為15至25A。所述氧化鋁層採用原子層沉積(ALD)方式製備，形成所述氧化鋁層的 溫度為380至45(TC,厚度範圍為25至35A。
所述摻雜半球形多晶矽層為在磷烷中對半球形多晶矽層進行退火形成，所述退火溫度範圍為650至75(TC下，退火時間範圍為90至180mins，所述 摻雜半球形多晶矽層厚度範圍為500至800A。還要對摻雜半球形多晶矽層12進行氮化，所述氮化為在N2或者NH3氣 氛中，在650至750。C溫度下退火120至200mins。所述摻雜多晶矽層為對多晶矽層摻磷離子形成，所述磷離子濃度範圍為 1.0E21至1.4E21crrT2,所述摻雜多晶矽層厚度範圍為1000至1500A',與現有技術相比，本發明具有以下優點本發明採用氮化矽層作為電容 器的氧化鋁介質層和摻雜多晶矽層的第二電極之間的連接層，使得氧化鋁層 與摻雜多晶矽層之間結合緊密，降低了工藝成本。本發明通過採用氮化矽層作為隨機存儲器的電容器的氧化鋁介質層和摻 雜多晶矽層的第二電極之間的連接層，使得氧化鋁層與摻雜多晶矽層之間結 合緊密，降低了工藝成本。


圖1A至1D是本發明形成電容器的結構示意圖。 圖2A至2H是本發明形成隨機存儲器單元的結構示意圖。
具體實施方式
本發明的實質是提供一種隨機存儲器的電容器，所述電容器採用氧化鋁 作為介質層，採用摻雜半球形多晶矽層作為第一電極，採用摻雜多晶矽層作 為第二電極，由於氧化鋁與摻雜多晶矽相接觸，容易導致氧化鋁層中的氧會 擴散進入摻雜多晶矽層，在氧化鋁層與摻雜多晶矽層的界面會殘留下金屬鋁， 造成界面漏電流，本發明通過在氧化鋁層與摻雜多晶矽層之間引入氮化矽層， 防止了氧化鋁中的氧的擴散。
本發明首先給出一種電容器的形成方法的實施例，具體步驟包括在半 導體襯底上依次形成摻雜半球形多晶矽層、氧化鋁層、氮化矽層及摻雜多晶 矽層。參照圖1A,提供半導體襯底上11，所述半導體襯底11為帶有導電層和介電層的襯底，本發明僅以一空白半導體襯底11圖示。在半導體襯底11上形成摻雜半球形多晶矽層12，所述摻雜半球形多晶矽 層12作為電容器的第一電極。所述摻雜半球形多晶矽層12包括連續的摻雜 半球形多晶矽層12a和分立的摻雜半球形多晶矽層12b,所述分立的摻雜半球 形多晶矽層12b為半球形的多晶矽，所述半球形的多晶矽的直徑為200至 500A,位於連續的摻雜半球形多晶矽層12a上。所述形成分立的摻雜半球形 多晶矽層12b目的為增大電容器的第一電極與後續形成的氧化鋁層13之間的 接觸面積，增大電容器的電容。所述形成摻雜半球形多晶矽層12為本領域技 術人員公知技術，作為本發明的一個實施方式，在管式爐裝置中，在半導體 襯底11上形成一層連續的半球形多晶矽層；通入矽烷，在連續的半球形多晶 矽層上形成分立的半球形多晶矽層。然後對連續的半球形多晶矽層和分立的 半球形多晶矽層進行摻雜，所述摻雜工藝為在磷烷(PH3)中進行退火，所述 退火溫度為650。C,所述退火時間為120mins，退火後形成連續的摻雜半球形 多晶矽層12a和分立的摻雜半球形多晶矽層12b。由於氧化鋁與多晶矽相接觸，容易導致氧化鋁層中的氧會擴散進入多晶 矽層，在氧化鋁層與多晶矽層的界面會殘留下金屬鋁，造成界面漏電流，氮 化矽可以阻擋氧化鋁的擴散，同時氧化鋁與多晶矽結合力差，容易脫落，因 此在形成摻雜半球形多晶矽層12之後，還要對摻雜半球形多晶矽層12進行 氮化工藝，以增加氧化鋁層與摻雜半球形多晶矽層12之間的結合力以及防止 造成界面漏電流。所述氮化工藝為在N2或者NH3氣氛中，在650至750。C溫 度下退火120至200mins。氮化工藝後，在分立的摻雜半球形多晶矽層12b表
面形成一薄層氮化矽(未示出)。參照圖1B，在分立的球形摻雜半球形多晶矽層12b上形成氧化鋁層13, 所述氧化鋁層13作為電容器的介質層，所述氧化鋁層13位於分立的球形摻 雜半球形多晶矽層12b的表面，二者接觸面積較大。所述形成氧化鋁層13採 用原子層沉積(ALD)裝置，採用三曱基鋁和臭氧或者水為前驅物，在380 至450'C下，形成氧化鋁層13的厚度範圍為25至35A。參照圖1C，在氧化鋁層13上形成氮化矽層14，形成所述氮化矽層14目 的為增加氧化鋁層13與後續形成的摻雜多晶矽層15之間的結合力。形成所 述氮化矽層14為本領域技術人員公知技術，作為本發明的一個實施方式，以 氯化矽烷和氨氣為前驅物，在400至550。C下採用原子層沉積(ALD )裝置形 成氮化矽層14，形成所述氮化矽層14的厚度範圍為15至25A。作為本發明的一個實施方式，以氯化矽烷和氨氣為前驅物，在450°C下採 用原子層沉積(ALD)裝置形成氮化矽層14,形成所述氮化矽層14的厚度範 圍為20A。參照圖1D，在氮化矽層14上形成摻雜多晶矽層15,所述摻雜多晶矽層 15作為電容器的第二電極。所述形成摻雜多晶矽層15工藝為在管式爐裝置中 形成多晶矽層，然後對多晶矽層摻入磷離子，所述摻入的磷離子濃度範圍為 1.0E21至1.4E20cm-2,摻雜後，形成摻雜多晶矽層15，所述摻雜多晶矽層15 厚度範圍為1000至1500A。基於上述工藝實施後，形成本發明的電容器，所述電容器包括依次位 於半導體襯底11上的摻雜半球形多晶矽層12和氧化鋁層13,還包括在氧化 鋁層13上形成氮化矽層14及摻雜多晶矽層15。本發明還給出一種形成隨機存儲器單元方法的實施例，具體步驟包括 在半導體襯底上依次形成柵介質層、柵極結構、半導體襯底中的柵極結構兩 側的源極和漏極，構成MOS電晶體；在整個半導體襯底上及MOS電晶體上 形成第一層間介電層；在第一層間介電層中對著MOS電晶體的源極或者漏極 位置形成通孔；在通孔中填入導電層至與第一層間介電層相平；在第一層間 介電層上形成第二層間介電層，在對著第一層間介電層中的通孔位置形成第 一開口，所述第一開口暴露出第一層間介電層的通孔；在第一開口內依次形 成摻雜半球形多晶矽層、氧化鋁層、氮化矽層及摻雜多晶矽層，所述摻雜多 晶矽層接地電勢。參照圖2A,提供半導體襯底21，在半導體襯底21上依次形成隔離溝槽 22、柵介質層23、柵極結構24、位於半導體襯底21中的柵極結構24兩側的 源極26a和漏極26b構成的MOS電晶體。所述柵介質層23為由氧化矽、氮 氧化矽、氮化矽或者它們的組合構成，作為本發明一個實施方式，所述柵介 質層23為氧化矽。所述柵極結構24包括多晶矽層、矽化物層和難熔金屬層， 所述矽化鵠層和難熔金屬層為降低柵極和引出電極之間的接觸電阻。所述 MOS電晶體還包括位於柵極結構24兩側的側牆25。形成所述MOS電晶體為 本技術領域人員公知技術。在整個半導體襯底21上及MOS電晶體上形成第一層間介電層27，所述 第一層間介電層27用於半導體器件的縱向隔離。所述第一層間介電層27可 以為氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、加氟的矽酸鹽玻璃層(FSG)、氫化矽倍半 氧化物(HSQ)、以及摻碳的氧化矽(Coral , Black Diamond)等無機材料或 者象聚芳香烯醚(Flare )、芳香族碳氫化合物(SILK)以及二曱苯塑料等有機 材料或者它們的組合。作為本發明的一個實施方式，採用氧化矽作為第一層 間介電層27。所述形成第一層間介電層27為本技術領域人員公知技術。參照圖2B，在第一層間介電層27和柵介質層23中對著MOS電晶體的 源極26a或者漏極26b位置形成通孔27a,作為本發明的一個實施方式，在對 著MOS電晶體的源極26a位置形成通孔27a，所述通孔27a暴露出源極26a。
參照圖2C，在通孔27a中填入導電層28至與第 一層間介電層27相平， 所述導電層28可以為金屬鋁、鴒、鋁銅合金或者摻雜多晶矽等，所述本發明 的一個實施方式，所述導電層28為金屬鴒。所述導電層28與MOS電晶體的 源極26a相電連接。參照圖2D，在第一層間介電層27上形成第二層間介電層29，在對著第 一層間介電層27中的通孔27a位置形成第一開口 29a,所述第一開口 29a暴 露出第一層間介電層27的通孔27a及通孔27a中填充的導電層28。所述第二 層間介電層29可以為氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、加氟的矽酸鹽玻璃層(FSG )、 氫化矽倍半氧化物(HSQ)、以及摻碳的氧化矽(Coral , Black Diamond )等 無機材料或者象聚芳香烯醚(Flare )、芳香族碳氫化合物(SILK)以及二甲苯 塑料等有機材料或者它們的組合。作為本發明的一個實施方式，採用氧化矽 作為第二層間介電層29。所述形成第一開口 29a為本領域技術人員公知技術。參照圖2E,在第一開口 29a內側形成摻雜半球形多晶矽層30,所述摻雜 半球形多晶矽層30作為電容器的第一電極。所述摻雜半球形多晶矽層30通 過通孔27a中填充的導電層28與MOS電晶體的源極26a相電連接。所述摻 雜半球形多晶矽層30依次包括連續的摻雜半球形多晶矽層30a和分立的摻雜 半球形多晶矽層30b，所述分立的摻雜半球形多晶矽層30b為半球形的多晶矽， 所述半球形的多晶矽的直徑為200至500A,位於連續的摻雜半球形多晶矽層 30a上。所述形成分立的摻雜半球形多晶矽層30b目的為增大電容器的第一電 極與後續形成的介質層之間的接觸面積，增大電容器的電容。所述摻雜半球 形多晶矽層30形成為通過對半球形多晶矽層進行摻雜形成，所述摻雜為在磷 烷(PH3)中進行退火，所述退火溫度為650X〕，所述退火時間為120mins， 退火後形成摻雜半球形多晶矽層30。由於氧化鋁與多晶矽相接觸，容易導致氧化鋁中的氧會擴散進入多晶矽 層，在氧化鋁與多晶矽層的界面會殘留下金屬鋁，造成界面漏電流，氮化矽
可以阻擋氧化鋁的擴散，同時氧化鋁與多晶矽結合力差，容易脫落，因此在 形成摻雜半球形多晶矽層30之後，還要對摻雜半球形多晶矽層30進行氮化 工藝，以增加氧化鋁層31與摻雜半球形多晶矽層30之間的結合力以及防止 造成界面漏電流。所述氮化工藝為在N2或者NH3氣氛中，在650至75(TC溫 度下退火120至200mins。氮化工藝後，在分立的摻雜半球形多晶矽層30b表 面形成一薄層氮化矽(未示出)參照圖2F，在第一開口 29a內的摻雜半球形多晶矽層30上以及第二介電 層29上的第一開口 29a以外區域形成氧化鋁層31,所述氧化鋁層31作為電 容器的介質層，所述氧化鋁層31位於分立的球形摻雜半球形多晶矽層30b的 表面，二者接觸面積較大。參照圖2G，在氧化鋁層31上形成氮化矽層32，形成所述氮化矽層32目 的為增加氧化鋁層31與後續形成的摻雜多晶矽層33之間的結合力。形成所 述氮化矽層32為本領域技術人員公知技術，作為本發明的一個實施方式，以 氯化矽烷和氨氣為前驅物，在400至550。C下採用原子層沉積(ALD )裝置形 成氮化矽層32,形成所述氮化矽層32的厚度範圍為15至25A。作為本發明的一個實施方式，以氯化矽烷和氨氣為前驅物，在450。C下採 用原子層沉積(ALD)裝置形成氮化矽層32，形成所述氮化矽層32的厚度為 20A。參照圖2H,在氮化矽層32上形成摻雜多晶矽層33,填平第一開口29a。 所述摻雜多晶矽層33作為電容器的第二電極，所述摻雜多晶矽層33接地電 勢。所述形成摻雜多晶矽層33工藝為在管式爐裝置中形成多晶矽層，然後對 多晶矽層摻入磷離子，所述摻入的磷離子濃度範圍為1.0E21至1.4E21 cm-2。基於上述工藝實施後，形成本發明的隨機存儲器單元，包括半導體襯 底21上依次形成的由4冊介質層23、柵極結構24、源極26a和漏極26b構成
的MOS電晶體和第一層間介電層27;在第一層間介電層27中對著MOS晶 體管的源極26a位置形成的通孔27a;在通孔27a中填充的導電層28且與第 一層間介電層27相平；位於第一層間介電層27上的第二層間介電層29，第 二層間介電層29中對著第一層間介電層中的通孔位置形成的第一開口 29a, 所述第一開口 29a暴露出第一層間介電層27的通孔27a和導電層28;第一開 口 29a內依次形成的摻雜半球形多晶矽層30和氧化鋁層31,還包括位於氧化 鋁層31上的氮化矽層32及摻雜多晶矽層33，所述摻雜多晶矽層接地電勢。採用奎特立(Qualitau)公司的Infinity型號的可靠性(reliability)測試儀 測試了本發明形成的電容器，結果顯示(未示出)採用本發明的氮化矽作為 氧化鋁和摻雜多晶矽層之間的連接層形成的電容器的壽命為2.42E+12年，而 現有技術的以原子層沉積裝置製備的氮化鈦作為連接層形成的電容器的壽命 為1.26E+8年。表明本發明形成的電容壽命更長，可靠性更好。雖然本發明己以較佳實施例披露如上，但本發明並非限定於此。任何本 領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改， 因此本發明的保護範圍應當以權利要求所限定的範圍為準。
權利要求
1. 一種電容器的形成方法，其特徵在於，包括在半導體襯底上依次形成摻雜半球形多晶矽層、氧化鋁層、氮化矽層及摻雜多晶矽層。
2. 根據權利要求1所述的電容器的形成方法，其特徵在於形成氮化矽層進 一步包括以氯化矽烷和氨氣為前驅物，在400至550。C下採用原子層沉積 裝置形成氮化矽層，形成所述氮化矽層的厚度範圍為15至25A。
3. 根據權利要求1所述的電容器的形成方法，其特徵在於形成氧化鋁層進 一步包括以三曱基鋁和臭氧或水為前驅物，在380至450。C下，採用原子 層沉積裝置形成氧化鋁層，形成所述氧化鋁層的厚度範圍為25至35A。
4. 根據權利要求1所述的電容器的形成方法，其特徵在於形成所述摻雜半 球形多晶矽層進一步包括對半球形多晶矽層在磷烷氣氛中、在650至750 'C下進行退火90至180mins,形成所述摻雜半球形多晶矽層厚度範圍為 500至800A 。
5. 根據權利要求4所述的電容器的形成方法，其特徵在於還要對摻雜半球 形多晶矽層進行氮化，所述氮化為在N2或者NH3氣氛中，在650至750 。C溫度下退火120至200mins。
6. 根據權利要求1所述的電容器的形成方法，其特徵在於形成所述摻雜多 晶矽層進一步包括對多晶矽層摻入磷離子，所述摻入的磷離子濃度範圍為 1.0 E21至1.4 E21 cmf2 ,所述摻雜多晶矽層厚度範圍為1000至1500A。
7. —種電容器，包括依次位於半導體襯底上的摻雜半球形多晶矽層和氧化 鋁層，其特徵在於，還包括位於氧化鋁層上的氮化矽層及摻雜多晶矽層。
8. 根據權利要求7所述的電容器，其特徵在於所述氮化矽層採用原子層沉 積方式製備，所述製備氮化矽層的前驅物為氯化矽烷和氨氣，形成所述氮 化矽層的溫度範圍為400至55(TC，厚度範圍為15至25A。
9. 根據權利要求7所述的電容器，其特徵在於所述氧化鋁層採用原子層沉 積方式製備，製備氧化鋁層的前驅物為三曱基鋁和臭氧或水，形成所述氧化鋁層的溫度範圍為380至450。C下，形成所述氧化鋁的厚度範圍為25至 35A。
10. 根據權利要求7所述的電容器，其特徵在於所述摻雜半球形多晶矽層為 在磷烷中對半球形多晶矽層進行退火形成，所述退火溫度範圍為650至700 °C，退火時間範圍為90至180mins。
11. 根據權利要求IO所述的電容器，其特徵在於還要對摻雜半球形多晶矽層 進行氮化，所述氮化為在N2或者NH3氣氛中，在650至750。C溫度下退火 120至200mins。
12. 根據權利要求7所述的電容器，其特徵在於所述摻雜多晶矽層為對多晶 矽層摻磷離子形成，所述磷離子濃度範圍為1.0E21至1.4E21cm—2,所述摻 雜多晶矽層厚度範圍為1000至1500A。
13. —種隨機存儲器單元的形成方法，其特徵在於，包括 在半導體襯底上依次形成柵介質層、柵極結構、半導體襯底中的柵極結構兩側的源極和漏極，構成MOS電晶體；在整個半導體襯底上及MOS電晶體上形成第一層間介電層； 在第一層間介電層和柵介質層中對著MOS電晶體的源極或者漏極位置形成通孔；在通孔中填入導電層至與第一層間介電層相平；在第一層間介電層上形成第二層間介電層，在對著第一層間介電層中的通 孔位置形成第一開口，所述第一開口暴露出第一層間介電層的通孔；在第一開口內側依次形成摻雜半球形多晶矽層、氧化鋁層、氮化矽層及摻雜多晶矽層，所述摻雜多晶矽層接地電勢。
14. 根據權利要求13所述的隨機存儲器單元的形成方法，其特徵在於所述氮 化矽層採用原子層沉積方式製備，所述製備氮化矽層的前驅物為氯化矽烷和氨氣，形成所述氮化矽層的溫度為400至550°C,厚度範圍為15至25 A。
15. 根據權利要求13所述的隨機存儲器單元的形成方法，其特徵在於形成氧 化鋁層進一歩包括以三甲基鋁和臭氧或水為前驅物，在380至450。C下， 採用原子層沉積裝置形成氧化鋁層，形成所述氧化鋁層的厚度範圍為25 至35A。
16. 根據權利要求13所述的隨機存儲器單元的形成方法，其特徵在於所述摻 雜半球形多晶矽層為在磷烷中對半球形多晶矽層進行退火形成，所述退火 溫度範圍為650至750'C下，退火時間範圍為90至180mins，所述摻雜半 球形多晶矽層厚度範圍為500至800A。
17. 根據權利要求16所述的隨機存儲器單元的形成方法，其特徵在於還要對 摻雜半球形多晶矽層進行氮化，所述氮化為在N2或者NH3氣氛中，在650 至750。C溫度下退火120至200mins。
18. 根據權利要求13所述的隨機存儲器單元的形成方法，其特徵在於所述摻 雜多晶矽層為對多晶矽層摻磷離子形成，所述磷離子濃度範圍為1.0E21至 1.4E21cm-2，所述摻雜多晶矽層厚度範圍為1000至1500A。
19. 一種隨才幾存儲器單元，包括 形成於半導體襯底上的由柵介質層、柵極結構、形成於半導體襯底中的柵極結構兩側的源極和漏極構成的MOS電晶體和第一層間介電層；第一層間介電層中對著MOS電晶體的源極或者漏極位置形成的通孔； 通孔中填充的導電層且與第一層間介電層相平；位於第一層間介電層上的第二層間介電層，第二層間介電層中的對著第一 層間介電層中的通孔位置形成的第一開口 ，所述第 一開口暴露出第 一層間介電層的通孔和導電層。第一開口內側依次形成的摻雜半球形多晶矽層和氧化鋁層，其特徵在於，還包括位於氧化鋁層上的氮化矽層及摻雜多晶矽層，所述摻雜多晶矽層接地電勢。
20. 根據權利要求19所述的隨機存儲器單元，其特徵在於所述氮化矽層採用 原子層沉積方式製備，所述製備氮化矽層的前驅物為氯化矽烷和氨氣，形 成所述氮化矽層的溫度為400至550°C，厚度範圍為15至25 A。
21. 根據權利要求19所述的隨機存儲器單元，其特徵在於所述氧化鋁層採用 原子層沉積方式製備，製備氧化鋁層的前驅物為三曱基鋁和臭氧或水，形 成所述氧化鋁層的溫度範圍為380至45(TC下，形成所述氧化鋁層的厚度 範圍為25至35A。
22. 根據權利要求19所述的隨機存儲器單元，其特徵在於所述摻雜半球形多 晶矽層為在磷烷中對半球形多晶矽層進行退火形成，所述退火溫度範圍為 650至75(TC下，退火時間範圍為90至180mins,所述摻雜半球形多晶矽 層厚度範圍為500至800A。
23. 根據權利要求22所述的隨機存儲器單元，其特徵在於還要對摻雜半球形 多晶矽層進行氮化，所述氮化為在N2或者NH3氣氛中，在650至750°C溫 度下退火120至200mins。
24. 根據權利要求19所述的隨機存儲器單元，其特徵在於所述摻雜多晶矽層 為對多晶矽層摻磷離子形成，所述磷離子濃度範圍為1.0E21至1.4E21cm—2， 所述摻雜多晶矽層厚度範圍為1000至1500A。
全文摘要
一種電容器的形成方法，在半導體襯底上依次形成摻雜半球形多晶矽層、氧化鋁層、氮化矽層及摻雜多晶矽層，相應地本發明提供一種電容器；本發明還提供一種隨機存儲器及其形成方法。本發明通過在氧化鋁層與摻雜多晶矽層之間引入氮化矽層，防止了氧化鋁中的氧的擴散；同時形成氮化矽層比現有技術形成的氮化鈦作為連接氧化鋁和摻雜多晶矽層價格便宜，降低了工藝成本。
文檔編號H01L21/02GK101211759SQ20061014881
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月28日 優先權日2006年12月28日
發明者張永興 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司