专利名称：电容器制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种电容器制作方法。
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 晶体管或者互补式金属氧化物半导体晶体管等有源元件之中。例如在随机存储器单元中， 电容器是用来存储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 并降低充电更新的频率。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，因此电容器的制作工艺越来越复杂。附图1至附图4是现有的电容器的制作方法，所述的电容器整合在互补式金属氧 化物半导体晶体管中。参考附图1所示，提供半导体衬底(图中未示出)以及位于半导体衬 底上的层间介质层100，所述的层间介质层中具有存储接点101 (storage node contact), 所述的存储接点用于电连接后续形成的电容器以及位于半导体衬底中的有源器件。在所述 的层间介质层100以及存储接点101上依次形成刻蚀停止层102和第一绝缘层103 ；之后 刻蚀所述的第一绝缘层103和刻蚀停止层102，形成暴露出存储接点101的开口 110，在所 述的开口 110内壁以及第一绝缘层103上沉积下电极层104，所述下电极层104的材料例如 是多晶硅或者氮化钛等金属材料。通常，所述的开口 110的形状为倒梯形，因此，位于开口 内壁的下电极层104的形状为倒梯形。参考附图2，在所述的开口内填充第二绝缘层109，之后采用化学机械抛光工艺去 除位于所述的第一绝缘层103上的下电极104直到暴露出第一绝缘层103。因此，每一个开 口内对应的下电极可用于形成一个独立的电容器，而且，不同电容器之间被绝缘。参考附图3所示，采用湿法刻蚀工艺去除所述的第一绝缘层和第二绝缘层，形成 下电极的一部分嵌入刻蚀停止层中的结构。所述的湿法刻蚀工艺中采用的刻蚀剂包含有 HF,由于所述的刻蚀停止层的材料为SiN或者SiON或者SiCN等，因此所述的刻蚀工艺停止 在刻蚀停止层上。上述工艺中，由于第一绝缘层的厚度范围为0. 5 2. 0微米，刻蚀停止层 的厚度范围为300 1000埃，第一绝缘层的厚度远远大于刻蚀停止层的厚度，因此，下电 极位于第一绝缘层的开口中形成的深度远远大于其嵌入刻蚀停止层中的深度。如附图3所 示，只有下电极的很小一部分嵌入到刻蚀停止层中。参考附图4所示，在所述的刻蚀停止层上以及上电极的内侧壁和外侧壁依次沉积 电容介质以及上电极，由于下电极的内侧壁和外侧壁都被沉积乐电容介质和上电极，因此， 所述的电容器的电荷存储能力大大提高，几乎能达到普通电容器的2倍。然而，如图5中所示的，所述的下电极层104的形状为倒梯形，设定下电极层的总 高度为H1，H1的范围为1. 5 3. 5um，在沉积电容介质和上电极之前，只有下电极的很小一 部分嵌入到刻蚀停止层中，设定嵌入到刻蚀停止层中的下电极的高度为H2，则H2的数值范围为300埃至800埃，Hl的数值远远大于H2的数值，而且，设定下电极底部的宽度为⑶，Hl 与CD的比值大于20 1，结合上述因此，所述的倒梯形的下电极层在后续的制作工艺中很 容易发生倾斜并倒塌，并最终导致器件的性能失效。
发明内容
本发明解决的问题是现有的电容器制作方法形成的下电极容易倒塌的缺陷。本发明提供了一种电容器制作方法，包括提供位于半导体衬底上的层间介质层，所述的层间介质层中具有存储接点；在所述的层间介质层以及存储接点上依次形成刻蚀停止层、第一绝缘层、连接层 和第二绝缘层；依次刻蚀所述的第二绝缘层、连接层、第一绝缘层和刻蚀停止层，形成暴露出存储 接点的开口 ；在开口内壁以及第二绝缘层上沉积下电极层；在开口内以及第二绝缘层上沉积第三绝缘层，并去除位于第二绝缘层上的下电极 层和第三绝缘层，暴露出第二绝缘层；去除第二绝缘层以及开口内的部分第三绝缘层，至暴露出连接层；在暴露出的下电极层，连接层以及留下的第三绝缘层上采用高密度等离子体化学 气相沉积工艺沉积氧化层；选择性刻蚀所述氧化层以及连接层，仅仅留下位于下电极层侧壁的氧化层和连接 层；去除所述的第一绝缘层，第三绝缘层和剩余的氧化层；依次形成覆盖剩余的连接层、刻蚀停止层以及下电极的电容介质层和上电极层。由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下优点 所述方法在所述电容器的上电极层侧壁增加连接层，使连接层将下电极层连接起 来，并且平衡下电极层，从而避免了电容器的倒塌。
图1至图4为现有的电容器的制作方法各步骤截面结构示意图；图5为现有的电容器的制作方法造成下电极倒塌的结构示意图；图6至图8，图9A至图9C，图IOA至图10C，图11A，图11B，图12A，图12B为本发 明实施例提供的电容器制作方法各步骤的截面结构示意图。
具体实施例方式本发明的核心在于，形成包括第一绝缘层、连接层(SiON)和第二绝缘层的复合结 构，然后在所述的复合结构以及刻蚀停止层中形成倒梯形的开口，在开口内形成下电极层， 之后用第三绝缘层填充所述开口并去除第二绝缘层以及开口内的部分第三绝缘层，至暴露 出连接层；然后，在暴露出的下电极层，连接层以及留下的第三绝缘层上采用高密度等离子 体化学气相沉积工艺沉积氧化层；由于高密度等离子体化学气相沉积工艺的沉积特性，在 暴露出的下电极层部分沉积的氧化层厚度以及界面宽度远大于其它位置的厚度截面宽度， 从而在随后选择性刻蚀所述氧化层以及连接层的工艺中，能够仅仅留下位于下电极层侧壁的氧化层和连接层；在去除所述的第一绝缘层，第三绝缘层和剩余的氧化层之后；剩余的 连接层位于下电极层的外侧壁并与下电极层连在一起，起到平衡并连接所述下电极层的作 用，从而避免了下电极层发生倒塌的缺陷。下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。本发明提供了一种电容器制作方法，包括参考附图6所示，提供位于半导体衬底上的层间介质层，所述的层间介质层中具 有存储接点；所述的半导体衬底可以包含PMOS或者NMOS等有源器件，并且还可能包括连接所 述的有源器件的一层或者一层以上的连接结构。所述的层间介质层200材料例如为氧化 硅，氮氧化硅中的任意一种或者几种的复合结构，位于所述层间介质层200中的存储接点 201例如是铜互连结构或者钨插塞或者金属铝互连结构等，用于电连接半导体衬底内的有 源器件与后续要形成的电容器，制作方法可以是本领域人员熟知的现有技术，在此不再赘 述。继续参考附图6所示，在所述的层间介质层200以及存储接点201上依次形成刻 蚀停止层202、第一绝缘层203、连接层210和第二绝缘层204 ；形成所述的刻蚀停止层202、第一绝缘层203、连接层210和第二绝缘层204的工 艺都可以是化学气相沉积工艺，例如高密度等离子化学气相沉积工艺等。所述的刻蚀停止层202材料例如为SiN，SiON或者SiCN，厚度范围为300 1000 埃，其作为去除第一绝缘层工艺时的停止层并在去除第二绝缘层，大部分连接层以及第一 绝缘层之后作为支撑倒梯形下电极层的底座。第一绝缘层203和第二绝缘层204的材料例如为氧化硅，连接层210的材料例如 为氮氧化硅，相对比现有技术，本实施例将第一绝缘层-连接层-第二绝缘层组成的复合结 构作为层间介质层，在形成独立的下电极层后，可保留部分位于下电极层外侧壁的连接层， 以平衡高深宽比的形状为倒梯形的下电极层，避免下电极层发生倒塌。优选的，所述的第一 绝缘层203厚度范围为1. 5 2微米，连接层210厚度范围为50至1000埃，第二绝缘层 204厚度范围为3000 8000埃。继续参考附图6所示，依次刻蚀所述的第二绝缘层204、连接层210、第一绝缘层 203和刻蚀停止层202，形成暴露出存储接点的开口 ；所述的刻蚀工艺例如为湿法刻蚀，形 成的开口为倒梯形。继续参考附图6所示，在开口内壁以及第二绝缘层上沉积下电极层205;所述的下 电极层205材料例如为氧化硅或者氮化钛等金属材料。由于所述的开口为倒梯形，因此，位 于开口内壁的下电极层的形状为倒梯形。参考附图7所示，在开口内以及第二绝缘层204上沉积第三绝缘层211，所述第三 绝缘层211的材料例如为氧化硅，制作方法例如为化学气相沉积法，因此，第三绝缘层211 填充所述开口并覆盖第二绝缘层204，之后，采用化学机械抛光(CMP)工艺去除位于第二绝 缘层204上的下电极层和第三绝缘层，至暴露出第二绝缘层204，由于CMP工艺的特性，开口 内填充的第三绝缘层也被抛光至与第二绝缘层的上表面水平的程度。参考附图8所示，采用湿法刻蚀工艺，去除位于连接层210上的第二绝缘层204以 及开口内的部分第三绝缘层211，至暴露出连接层210 ；所述的湿法刻蚀工艺的刻蚀剂主要成分为HF和水，其中，HF和水的体积百分比例如为1 50，其对第二绝缘层和第三绝缘层 的刻蚀速率远大于对连接层的刻蚀速率，因此，刻蚀工艺停止在连接层210上。并且，其对 下电极层的刻蚀速率很小，因此，如附图8所示的结构，刻蚀第二绝缘层和部分第三绝缘层 至连接层210之后，下电极层的上部，也就是位于剩余的第三绝缘层和连接层之上的部分， 突出出来。之后，在暴露出的下电极层205，连接层210以及留下的第三绝缘层211上采用高 密度等离子体化学气相沉积工艺(PECVD)沉积氧化层209，所述的氧化层209的厚度从100 埃至400埃，由于PECVD具有较差的阶梯覆盖能力(st印coverage)，在上电极层的突出部 分的顶部沉积的氧化层厚度远远大于其它部位沉积的氧化层的厚度；参考附图9A所示，为 沉积氧化层209之后所述结构的俯视截面图，由于在水平(图中的AA方向)或者垂直方向 (垂直于AA的方向)相邻的两个下电极层205之间的间距远远小于位于对角位置(BB方 向)的两个相邻的下电极205之间的间距，因此，在水平或者垂直方向相邻的两个下电极层 205之间沉积的氧化层209的已经完全封闭了相邻的下电极层之间的开口，从而也保护了 位于开口下的连接层在随后的干法刻蚀工艺中不能被去除，而在相邻的下电极层的对角方 向，相邻的下电极层之间还存在一定的空间没有被氧化层完全填充。参考附图9B所示，为附图9A沿BB方向的剖面结构示意图，从图中可以看出，相邻 的下电极层之间还存在一定的空间没有被氧化层完全填充。参考附图9C所示，为附图9A沿AA方向的剖面结构示意图，从附图中可以看出，相 邻的两个下电极层205之间沉积的氧化层209的已经完全封闭了相邻的下电极层之间的开之后，采用干法刻蚀工艺，选择性刻蚀所述氧化层209以及连接层210，所述的刻 蚀工艺例如为电容耦合等离子体蚀刻(CCP)。如附图IOA所示，为选择性刻蚀所述氧化层 209以及连接层210之后所述结构的俯视截面图，从图中可以看出，在水平方向(图中的AA 方向)或者垂直方向(图中垂直于AA的方向)，所述的连接层仍然将各个电容器的下电 极层连接起来作为一个整体，这就避免了部分下电极层在后续的工艺中发生倒塌的现象。 而在相邻的下电极层的对角方向，下电极层的两外侧仍然留下部分与其连接在一起的连接 层，所述留下的连接层用于平衡下电极层，以避免下电极层的倒塌。参考附图IOB所示，为附图IOA沿BB方向干法刻蚀之后的截面结构示意图，由于 在上电极层的突出部分的顶部沉积的氧化层厚度远远大于其它部位沉积的氧化层的厚度， 因此，刻蚀完成之后，在上电极层的突出部分的两侧，仍然有部分氧化层以及连接层被留 下。参考附图IOC所示，为附图IOA沿AA方向干法刻蚀之后的截面结构示意图，从附 图可以看出，干法刻蚀之后，氧化层仍然覆盖相邻的下电极层之间的开口，从而使位于开口 下的连接层在干法刻蚀工艺完成之后仍然被保留，对于不包含上电极层的突出部分的位 置，所述的干法刻蚀工艺工艺部分刻蚀氧化层和连接层至第一绝缘层203。之后，采用湿法刻蚀工艺去除所述的第一绝缘层203，第三绝缘层211和剩余的氧 化层209，至暴露出刻蚀停止层202，所述的湿法刻蚀工艺的刻蚀剂主要成分为HF和水，其中，HF和水的体积百分比例 如为1 50。参考附图IlA所示，为BB方向的截面结构示意图，从图中可以看出，刻蚀停止层202上只保留下电极层204以及位于下电极层204侧壁的连接层，所述连接层对下电极 层起到平衡的作用。参考附图IlB所示，为AA方向的截面结构示意图，从图中可以看出，刻蚀停止层 202上只保留下电极层204以及位于下电极层204侧壁并将所有下电极层204从结构上连 接起来的连接层210，所述连接层的存在，避免了下电极层在随后的制作工艺中可能发生的 倒塌现象。采用化学气相沉积工艺，依次形成覆盖剩余的连接层210、刻蚀停止层202以及下 电极的电容介质层205和上电极层206。参考附图12A所示，为BB方向的电容器截面结构 示意图，附图12B为AA方向的电容器截面结构示意图。虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术 人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应 当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1.一种电容器制作方法，其特征在于，包括提供位于半导体衬底上的层间介质层，所述的层间介质层中具有存储接点； 在所述的层间介质层以及存储接点上依次形成刻蚀停止层、第一绝缘层、连接层和第二绝缘层；依次刻蚀所述的第二绝缘层、连接层、第一绝缘层和刻蚀停止层，形成暴露出存储接点 的开口 ；在开口内壁以及第二绝缘层上沉积下电极层；在开口内以及第二绝缘层上沉积第三绝缘层，并去除位于第二绝缘层上的下电极层和 第三绝缘层，暴露出第二绝缘层；去除第二绝缘层以及开口内的部分第三绝缘层，至暴露出连接层； 在暴露出的下电极层，连接层以及留下的第三绝缘层上采用高密度等离子体化学气相 沉积工艺沉积氧化层；选择性刻蚀所述氧化层以及连接层，仅仅留下位于下电极层侧壁的氧化层和连接层； 去除所述的第一绝缘层，第三绝缘层和剩余的氧化层；依次形成覆盖剩余的连接层、刻蚀停止层以及下电极的电容介质层和上电极层。
2.根据权利要求1所述的电容器制作方法，其特征在于，第一绝缘层和第二绝缘层的 材料为氧化硅，连接层的材料为氮氧化硅。
3.根据权利要求2所述的电容器制作方法，其特征在于，第一绝缘层厚度范围为1.5 2微米，连接层厚度范围为50至1000埃，第二绝缘层厚度范围为3000 8000埃。
4.根据权利要求1所述的电容器制作方法，其特征在于，所述的下电极层为多晶硅。
5.根据权利要求1所述的电容器制作方法，其特征在于，选择性刻蚀所述氧化层以及 连接层的工艺为干法刻蚀。
6.根据权利要求1所述的电容器制作方法，其特征在于，所述刻蚀停止层的材料为 SiN, SiON 或者 SiCN。
7.根据权利要求6所述的电容器制作方法，其特征在于，所述刻蚀停止层的厚度范围 为300 1000埃。
全文摘要
一种电容器制作方法，形成包括第一绝缘层、连接层和第二绝缘层的结构；在所述结构以及刻蚀停止层中形成开口；在开口内形成下电极层；之后用第三绝缘层填充所述开口并去除第二绝缘层以及开口内的部分第三绝缘层，至暴露出连接层；在暴露出的下电极层，连接层以及留下的第三绝缘层上采用高密度等离子体化学气相沉积工艺沉积氧化层；随后选择性刻蚀所述氧化层以及连接层的工艺中，留下位于下电极层侧壁的氧化层和连接层；在去除所述的第一绝缘层，第三绝缘层和剩余的氧化层之后；剩余的连接层位于下电极层的外侧壁并与下电极层连在一起，起到平衡并连接所述下电极层的作用，从而避免了下电极层发生倒塌的缺陷。
文档编号H01L21/8239GK102129960SQ20101002298
公开日2011年7月20日 申请日期2010年1月19日 优先权日2010年1月19日
发明者罗飞, 邹立 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司