电容堆叠结构及其形成方法与流程

1.本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种电容堆叠结构及其形成方法。


背景技术：

2.一般来说，电容分为位于晶体管的顶部的堆叠结构和埋在装置基板内的沟渠结构。而随着电容尺寸缩小，电容的制作难度增大且电容容量下降。尤其是位于晶体管的顶部的堆叠结构，其宽度随晶体管尺寸缩小而减小，使得电容面积减小，进一步导致电容容量下降。
3.而对于大负载的电路，往往通过增加电容高度来解决需要容量大的电容的问题。但是，在制作深度较大的电容孔的过程中容易产生过刻蚀，导致电容孔变形，甚至坍塌失效。
4.图1是现有技术中电容孔变形的示意图。如图1所示，在制造深度较大的电容孔100时，会存在由于过刻蚀导致的电容孔变形。
5.因此，如何在增高电容高度以增大电容容量的情况下，避免电容失效是需要解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本技术所要解决的技术问题是，提供一种电容堆叠结构及其形成方法，能够在增高电容高度以增大电容容量的情况下，避免电容失效。
7.为了解决上述问题，本技术提供了一种电容堆叠结构的形成方法，包括：形成包括多个第一电容的第一电容层结构；于所述第一电容层结构的第一表面形成包括第二电极相互连接的多个第二电容的第二电容层结构，或于所述第一电容层结构的第二表面形成包括第一电极相互连接的多个第二电容的第二电容层结构，其中，所述第一电容层结构的第一表面与所述第一电容层结构的第二表面为两个相对的表面。
8.在一些实施例中，所述形成包括多个第一电容的第一电容层结构的步骤进一步包括：刻蚀一基底，以形成具有间隔排布的第一电容孔的第一隔离结构；于所述第一电容孔的侧壁及底部依次沉积第一电极材料及介质材料，以形成所述第一电容的第一电极及第一介质层；于所述第一电容孔内沉积第二电极材料，以形成所述第一电容的第二电极。
9.在一些实施例中，形成所述第一电容的第一介质层的步骤还包括：于所述第一电容孔的侧壁及底部沉积介质材料时、于所述第一隔离结构的第一表面沉积介质材料，以形成顶部介质层，其中，所述顶部介质层与所述第一介质层连接；形成所述第一电容的第二电极的步骤还包括：所形成的所述第一电容的第二电极的上表面与所述顶部介质层的上表面齐平。
10.在一些实施例中，所述于所述第一电容层结构的第一表面形成包括第二电极相互连接的多个第二电容的第二电容层结构的步骤还包括：于所述顶部介质层及所述第一电容的第二电极上依次形成支撑层与隔离层；刻蚀部分所述隔离层、部分所述支撑层、及部分所
述顶部介质层，以形成多个底部与所述第一电容的第一电极接触的第二电容孔，其中，多个所述第二电容孔间隔排布；于所述第二电容孔内沉积第一电极材料，以形成所述第二电容的第一电极，其中，所述第二电容的第一电极与所述第一电容的第一电极连接；刻蚀去除剩余的所述隔离层以及剩余的所述支撑层；于所述第二电容的第一电极的侧壁及顶部依次沉积介质材料及第二电极材料，以形成所述第二电容的第二介质层及第二电极，其中，所有所述第二电容的第二电极相互连接。
11.在一些实施例中，所述第一电容的第一电极为u型结构，所述第二电容的第一电极为条型结构；所有所述第二介质层与所有所述第一介质层形成连通结构，且所述连通结构在所述第二电容的第一电极与所述第一电容的第一电极的连接侧具有平整表面，所述连通结构在与所述连接侧相对的另一侧具有台阶。
12.在一些实施例中，所述于所述第一电容层结构的第二表面形成包括第一电极相互连接的多个第二电容的第二电容层结构的步骤还包括：翻转所述第一电容层结构；于所述第一电容层结构的第二表面形成隔离层，并刻蚀至暴露所述第一电容的第二电极，以形成具有间隔排布的第二电容孔的第二隔离结构；于所述第二电容孔的侧壁内依次形成所述第二电容的第一电极、第二介质层，其中，所述第二电容的第一电极与所述第一电容的第一电极连接，所述第二介质层与所述第一介质层连接；于所述第二电容孔内形成所述第二电容的第二电极，其中，所述第二电容的第二电极与所述第一电容的第二电极连接；回刻蚀部分所述第二电容的第二电极、填充隔离材料并平坦化后，沉积第二电极材料，以使所有所述第二电容的第一电极相互连接。
13.在一些实施例中，所述回刻蚀部分所述第二电容的第二电极、填充隔离材料并平坦化的步骤还包括：回刻蚀部分所述第二电容的第二电极，以形成凹槽；于所述凹槽内填充隔离材料形成第三隔离结构，并平坦化，以使所述第三隔离结构的上表面与所述第二隔离结构、所述第二电容的第一电极、所述第二介质层的上表面齐平。
14.在一些实施例中，所述方法还包括：于所述第一电容层结构的第一表面依次形成支撑层及隔离层；刻蚀部分所述隔离层及部分所述支撑层至暴露所述第一电容，以形成多个间隔排布的第二电容孔；于所述第二电容孔侧壁沉积第一电极材料，以形成所述第二电容的第一电极，其中，所述第二电容的第一电极与所述第一电容的第一电极连接；于所述第二电容的第一电极的侧壁及剩余所述隔离层的上表面沉积介质材料，以形成所述第二电容的第二介质层，其中，所有所述第二介质层与所有所述第一介质层形成连通结构：于所述第二电容孔内及所述第二介质层上表面沉积第二电极材料，以形成所述第二电容的第二电极，其中，所有所述第二电容的第二电极相互连接。
15.在一些实施例中，所述第一电容的第一电极与所述第二电容的第一电极宽度相同，所述第一介质层与所述第二介质层宽度相同。
16.本技术还提供了一种电容堆叠结构，所述结构包括：具有多个第一电容的第一电容层结构；具有多个第二电容的第二电容层结构，所述第二电容层结构位于所述第一电容层结构的第一表面，且所有所述第二电容的第二电极相互连接，或所述第二电容层结构位于所述第一电容层结构的第二表面，且所有所述第二电容的第一电极相互连接，其中，所述第一电容层结构的第一表面与所述第一电容层结构的第二表面为两个相对的表面。
17.在一些实施例中，所述第一电容层结构还包括：第一隔离结构，所述第一隔离结构
内部具有第一电容孔，所述第一电容孔呈正方形排列或呈等边三角形排列，所述第一电容位于所述第一电容孔内。
18.在一些实施例中，所述结构还包括：形成于所述第一电容结构与所述第二电容结构之间的支撑层。
19.上述技术方案，通过在所述第一电容层结构的第一表面形成包括第二电极相互连接的多个第二电容的第二电容层结构，或于与所示第一表面相对的所述第一电容层结构的第二表面形成包括第一电极相互连接的多个第二电容的第二电容层结构，在增高电容高度以增大电容容量的情况下，避免电容失效，解决堆叠结构的电容容量随晶体管尺寸缩小而减小的问题。
20.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术的具体实施方式中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是现有技术中电容孔变形的示意图。
23.图2是本技术一实施例中电容堆叠结构的形成方法的流程图。
24.图3a～图3d是本技术第一实施例中形成第一电容层结构的示意图。
25.图4a～图4e是本技术第一实施例中形成第二电容层结构的示意图。
26.图5是本技术第二实施例中形成第一电容层结构的示意图。
27.图6a～图6e是本技术第二实施例中形成第二电容层结构的示意图。
28.图7a～图7g是本技术第三实施例中形成第二电容层结构的示意图。
29.图8a～图8b是本技术一实施例中第一电容孔的俯视图。
具体实施方式
30.下面将结合本技术具体实施方式中的附图，对本技术具体实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的具体实施方式仅仅是本公开一部分具体实施方式，而不是全部的具体实施方式。基于本技术中的具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他具体实施方式，都属于本技术保护的范围。
31.为了解决现有技术中堆叠结构的电容容量随晶体管尺寸缩小而减小、而在增高电容高度以增大电容容量的情况下电容易失效的问题，本技术具体实施方式提供一种电容堆叠结构及其形成方法。
32.下面首先对本技术具体实施方式所提供的一种电容堆叠结构的形成方法进行介绍。图2是本技术一实施例中电容堆叠结构的形成方法的流程图。下面请参阅图2，所述电容堆叠结构的形成方法包括：步骤s20，形成包括多个第一电容的第一电容层结构；步骤s21，于所述第一电容层结构的第一表面形成包括第二电极相互连接的多个第二电容的第二电
容层结构，或步骤s22，于所述第一电容层结构的第二表面形成包括第一电极相互连接的多个第二电容的第二电容层结构。其中，所述第一电容层结构的第一表面与所述第一电容层结构的第二表面为两个相对的表面。
33.图3a～图3d是本技术第一实施例中形成第一电容层结构的示意图。下面请参阅图3a～图3d，在本实施例中，步骤s20所述形成包括多个第一电容的第一电容层结构的步骤进一步包括：刻蚀一基底1，以形成具有间隔排布的第一电容孔21的第一隔离结构31，如图3a所示；于所述第一电容孔21的侧壁及底部沉积第一电极材料，以形成第一电容11(绘示于图3d)的第一电极41，如图3b所示；于所述第一电容孔21的侧壁及底部(具体为第一电极41的背离第一隔离结构31的表面)沉积介质材料，以形成第一介质层51，如图3c所示；于所述第一电容孔21内沉积第二电极材料，以形成所述第一电容11的第二电极61，如图3d所示。
34.在一些实施例中，所述基底1的材料可以为二氧化硅(sio2)；所述第一电极材料可以为下电极材料，例如锡(tin)或锡与钨的合金；所述介质材料可以为高介电常数介质材料，例如氧化铝(al2o3)、氧化锆(zro)或二者的混合物；所述第二电极材料可以为上电极材料，例如锡(tin)、锡与钨的合金、或多晶硅(poly)。
35.图4a～图4e是本技术第一实施例中形成第二电容层结构的示意图。下面请参阅图4a～图4e，在本实施例中，步骤s21所述于所述第一电容层结构的第一表面形成包括第二电极相互连接的多个第二电容的第二电容层结构的步骤还包括：(1)于所述第一电容层结构的第一表面101依次形成支撑层8及隔离层9，如图4a所示；(2)刻蚀部分所述隔离层9及部分所述支撑层8至暴露所述第一电容11，以形成多个间隔排布的第二电容孔22，如图4b所示(其中，所示第二电容孔22的宽度与所示第一电容11的宽度w一致)；(3)于所述第二电容孔22的侧壁沉积第一电极材料，以形成第二电容12(绘示于图4e)的第一电极42，如图4c所示；(4)于所述第二电容12的第一电极42的侧壁及剩余所述隔离层9的上表面沉积介质材料，以形成所述第二电容12的第二介质层52，如图4d所示：(5)于所述第二电容孔22内及所述第二介质层52上表面沉积第二电极材料，以形成所述第二电容12的第二电极62，其中，所有所述第二电容12的第二电极62相互连接、并与相应的第一电容11的第二电极61相互连接，如图4e所示。
36.在一些实施例中，上述步骤(3)中所形成的所述第二电容12的第一电极42与所述第一电容11的第一电极41连接；在另一些实施例中，可以在沉积第一电极材料后，去除位于第二电容孔22底部及剩余隔离层9顶部的第一电极材料，以使所述第二电容12的第一电极42仅形成于所述第二电容孔22的侧壁。
37.在一些实施例中，上述步骤(4)中所形成的所有所述第二介质层52与所有所述第一介质层51形成连通结构。
38.在一些实施例中，所述支撑层8的材料为氮化硅(sin)，所述隔离层9的材料为二氧化硅(sio2)，所述第二电容采用的第一电极材料、介质材料、及第二电极材料与所述第一电容采用的材料相同，不再赘述。
39.图5是本技术第二实施例中形成第一电容层结构的示意图。下面请参阅图5，在本实施例中，形成所述第一电容11的第一介质层51的步骤还包括：于所述第一电容孔21的侧壁及底部沉积介质材料时、于所述第一隔离结构31的第一表面沉积介质材料，以形成顶部介质层7，其中，所述顶部介质层7与所述第一介质层51连接。相应的，形成所述第一电容11
的第二电极61的步骤还包括：所形成的所述第一电容的第二电极61的上表面与所述顶部介质层7的上表面齐平。在另一些实施例中，可以在所述第一隔离结构31的第一表面及所述第一电容孔21的侧壁及底部沉积第一电极材料后，去除位于所述第一隔离结构31的第一表面的第一电极材料；再沉积介质材料，使介质材料能够均匀覆盖于所述第一电极41及第一隔离结构31的表面。
40.图6a～图6e是本技术第二实施例中形成第二电容层结构的示意图。下面请参阅图6a～图6e，在本实施例中，步骤s11所述于所述第一电容层结构的第一表面形成包括第二电极相互连接的多个第二电容的第二电容层结构的步骤还包括：于所述顶部介质层7及所述第一电容的第二电极61上依次形成支撑层8与隔离层9，如图6a所示；刻蚀部分所述隔离层9、部分所述支撑层8、及部分所述顶部介质层7，以形成多个底部与所述第一电容11的第一电极41接触的第二电容孔22，其中，多个所述第二电容孔22间隔排布，如图6b所示；于所述第二电容孔22内沉积第一电极材料，以形成所述第二电容12的第一电极42，其中，所述第二电容12的第一电极42与所述第一电容的第一电极41连接，如图6c所示；刻蚀去除剩余的所述隔离层9以及剩余的所述支撑层8，如图6d所示；于所述第二电容12的第一电极42的侧壁及顶部依次沉积介质材料及第二电极材料，以形成所述第二电容12的第二介质层52及第二电极62，其中，所有所述第二电容12的第二电极62相互连接、并与相应的第一电容11的第二电极61相互连接，如图6e所示。
41.下面请继续参阅图6e，在本实施例中，所述第一电容11的第一电极41为u型结构，所述第二电容12的第一电极42为条型结构；所有所述第二介质层52与所有所述第一介质层51形成连通结构，且所述连通结构在所述第二电容12的第一电极42与所述第一电容11的第一电极41的连接侧501具有平整表面，所述连通结构在与所述连接侧相对的另一侧502具有台阶。
42.图7a～图7g是本技术第三实施例中形成第二电容层结构的示意图。下面请参阅图7a～图7g，在本实施例中，步骤s12所述于所述第一电容层结构的第二表面形成包括第一电极相互连接的多个第二电容的第二电容层结构的步骤还包括：(1)翻转所述第一电容层结构，使得所述第一电容层结构倒置，即所述第一电容层结构的第二表面102朝上放置，如图7a所示；(2)于所述第一电容层结构的第二表面102形成隔离层，并刻蚀至暴露所述第一电容11的第二电极61，以形成具有间隔排布的第二电容孔22的第二隔离结构32，如图7b所示；(3)于所述第二电容孔22的侧壁内依次形成所述第二电容12的第一电极42、第二介质层52，如图7c所示；(4)于所述第二电容孔22的内形成所述第二电容12的第二电极62，其中，所述第二电容12的第二电极62与所述第一电容11的第二电极61连接，如图7d所示；(5)回刻蚀部分所述第二电容12的第二电极62、填充隔离材料并平坦化后，沉积第二电极材料，以使所有所述第二电容12的第一电极42相互连接、并于相应的所述第一电容11的第一电极41相连，如图7e所示。
43.在一些实施例中，上述步骤(2)所形成的第二电容孔22与所述第一电容结构宽度w一致。在另一些实施例中，还可以通过于先将所述第一隔离结构31减薄至暴露所述第一电容11的第二电极61，再于剩余所述第一隔离结构31上沉积隔离材料，以形成第二隔离结构32及与所述第一电容结构宽度w一致的第二电容孔22。
44.在一些实施例中，步骤(3)中所形成的所述第二电容12的第一电极42与所述第一
电容11的第一电极41连接，所述第二介质层52与所述第一介质层51连接。优选地，所述第一电容11的第一电极41与所述第二电容12的第一电极42宽度相同，所述第一介质层51与所述第二介质层52宽度相同。即，第一电容11与第二电容12的连接处，所述第一电容11的第一电极41与所述第二电容12的第一电极42的边缘在垂直于基底1的同一直线上，所述第一介质层51与所述第二介质52的边缘在垂直于基底1的同一直线上。
45.在本实施例中，所述回刻蚀部分所述第二电容12的第二电极62、填充隔离材料并平坦化的步骤还包括：回刻蚀部分所述第二电容12的第二电极62，以形成凹槽10，如图7f所示；于所述凹槽10内填充隔离材料形成第三隔离结构33，并平坦化，以使所述第三隔离结构33的上表面与所述第二隔离结构32、所述第二电容12的第一电极42、所述第二介质层52的上表面齐平，如图图7g所示。
46.上述技术方案，通过在所述第一电容层结构的第一表面形成包括第二电极相互连接的多个第二电容的第二电容层结构，或于与所示第一表面相对的所述第一电容层结构的第二表面形成包括第一电极相互连接的多个第二电容的第二电容层结构，在不增大横向宽度的情况下，增大电容容量，解决堆叠结构的电容容量随晶体管尺寸缩小而减小的问题。
47.相应于上述方法具体实施方式，本技术具体实施方式还提供一种电容堆叠结构，能够通过上述方法获得。具体地，所述结构包括：具有多个第一电容的第一电容层结构；具有多个第二电容的第二电容层结构，所述第二电容层结构位于所述第一电容层结构的第一表面，且所有所述第二电容的第二电极相互连接，或所述第二电容层结构位于所述第一电容层结构的第二表面，且所有所述第二电容的第一电极相互连接，其中，所述第一电容层结构的第一表面与所述第一电容层结构的第二表面为两个相对的表面。
48.在一实施例中，所述结构包括：具有多个第一电容11的第一电容层结构；具有多个第二电容12的第二电容层结构，所述第二电容层结构位于所述第一电容层结构的第一表面101，且所有所述第二电容12的第二电极62相互连接、并与相应的第一电容11的第二电极61相互连接，如图4e所示。具体的，所述第二电容12的第一电极42与所述第一电容11的第一电极41连接，所述第二介质层52与所述第一介质层51连接。优选地，所述第一电容11的第一电极41与所述第二电容12的第一电极42宽度相同，所述第一介质层51与所述第二介质层52宽度相同。即，第一电容11与第二电容12的连接处，所述第一电容11的第一电极41与所述第二电容12的第一电极42的边缘在垂直于基底1的同一直线上，所述第一介质层51与所述第二介质52的边缘在垂直于基底1的同一直线上。在本实施例中，所述结构还包括：形成于所述第一电容结构与所述第二电容结构之间的支撑层8，用于支撑所述第二电容层结构。
49.在一实施例中，所述结构包括：具有多个第一电容11的第一电容层结构；具有多个第二电容12的第二电容层结构，所述第二电容层结构位于所述第一电容层结构的第一表面101，且所有所述第二电容12的第二电极62相互连接、并与相应的第一电容11的第二电极61相互连接，如图6e所示。具体的，所述第一电容11的第一电极41为u型结构，所述第二电容12的第一电极42为条型结构；所有所述第二介质层52与所有所述第一介质层51形成连通结构，且所述连通结构在所述第二电容12的第一电极42与所述第一电容11的第一电极41的连接侧501具有平整表面，所述连通结构在与所述连接侧相对的另一侧502具有台阶。
50.在一实施例中，所述结构包括：具有多个第一电容11的第一电容层结构；具有多个第二电容12的第二电容层结构，所述第二电容层结构位于所述第一电容层结构的第二表面
102，且所有所述第二电容12的第一电极42相互连接、并与相应的第一电容11的第一电极41相互连接，如图7e所示。具体的，所述第二电容12的第一电极42与所述第一电容11的第一电极41连接，所述第二介质层52与所述第一介质层51连接。所述结构还包括：第三隔离结构33，用于隔离所述第二电容12的第二电极62与所述第二电容12的第一电极42。优选地，所述第一电容11的第一电极41与所述第二电容12的第一电极42宽度相同，所述第一介质层51与所述第二介质层52宽度相同。即，第一电容11与第二电容12的连接处，所述第一电容11的第一电极41与所述第二电容12的第一电极42的边缘在垂直于基底1的同一直线上，所述第一介质层51与所述第二介质52的边缘在垂直于基底1的同一直线上。在一些实施例中，所述结构还包括：形成于所述第一电容结构与所述第二电容结构之间的支撑层，用于支撑所述第二电容层结构。
51.图8a～图8b是本技术一实施例中第一电容孔的俯视图。下面请参阅图8a～图8b，在本实施例中，所述第一电容层结构还包括：第一隔离结构31，所述第一隔离结构31内部具有第一电容孔21，所述第一电容孔21呈正方形排列，如图8a所示，或呈等边三角形排列，如图8b所示，所述第一电容11位于所述第一电容孔21内。
52.上述技术方案，通过在所述第一电容层结构的第一表面形成包括第二电极相互连接的多个第二电容的第二电容层结构，或于与所示第一表面相对的所述第一电容层结构的第二表面形成包括第一电极相互连接的多个第二电容的第二电容层结构，在不增大横向宽度的情况下，增大电容容量，解决堆叠结构的电容容量随晶体管尺寸缩小而减小的问题。
53.需要说明的是，在本文中，诸如第二和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“还包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
54.本说明书中的各个具体实施方式均采用相关的方式描述，各个具体实施方式之间相同相似的部分互相参见即可，每个具体实施方式重点说明的都是与其他具体实施方式的不同之处。
55.以上所述仅是本技术的优选实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。