一种半导体器件及其制造方法与流程

1.本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体器件及其制造方法。


背景技术：

2.电容器(capacitor)是一种可以存储电量和电能的元件。可以通过在电容器的两个电极上施加不同的电压，使得电容器内储存不同数量的电荷。在此基础上，可以通过电容器来实现对不同数据的存储。由此可见，电容器的品质直接影响半导体器件的数据存储性能。
3.为了提升存储器的驱动性能，需要增加电容器的电容。一般增加电容器电容的方式是增加电容器的高度。然而电容器的高度增高，会导致电容器的高宽比(aspect ratio)增加。电容器的高宽比增加，就容易在wet clean(湿法清洗)工艺进行时，出现电容器倾斜、弯曲甚至塌陷等问题。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种半导体器件及其制造方法，用以防止电容器倾斜、弯曲或坍塌。
5.第一方面，本发明提供了一种半导体器件，该半导体器件包括基底及下电极。其中，基底中形成有着陆焊盘。下电极主要包括两个部分，其中一个部分为形成在基底上且与着陆焊盘接触的柱状结构，另一个部分为形成在柱状结构上且与柱状结构的上端面接触的筒状结构。
6.在上述的方案中，下电极由位于下方的柱状结构、以及位于上方的筒状结构这两部分组成。由于位于下方的柱状结构为实心结构，其刚度较好，具有较好的稳定性，能够对位于上方的呈筒状结构的下电极进行支撑，防止整个下电极倾斜。后续工序中在下电极上沉积介质层及上电极时，位于下方的呈柱状结构的下电极还防止整个下电极弯曲变形，从而防止电容器坍塌。在应用时，由于位于下方的呈柱状结构的下电极对整个下电极具有较好的支撑作用，电容器结构较为牢固，可以适当增大堆叠电容器的高宽比，以增大电容器的电容，提高存储性能。
7.在一个具体的实施方式中，柱状结构的外沿与筒状结构的外沿重合，从而使呈柱状结构的下电极与呈筒状结构的下电极更好的连接接触，提高柱状结构对筒状结构的支撑效果。
8.在一个具体的实施方式中，在基底上沉积有刻蚀阻挡层，柱状结构贯穿刻蚀阻挡层后与着陆焊盘接触。通过在基底上沉积刻蚀阻挡层，以防止后续刻蚀或清洗等操作对基底造成影响，确保基底品质。
9.在一个具体的实施方式中，柱状结构的材料与筒状结构的材料相同，以使两者的电学性能相同，使整个下电极保持较为一致的电学性能。在具体选择柱状结构及筒状结构的材料时，可以选择氮化钛或多晶硅作为柱状结构及筒状结构的材料，以提高下电极的电学性能。
10.在一个具体的实施方式中，柱状结构的高度为h1，筒状结构的高度为h2；其中，(h1+h2)
×
50％≤h1≤(h1+h2)
×
70％。以保证呈柱状结构的下电极对整个下电极的支撑效果，同时提高电容器的电容。
11.在一个具体的实施方式中，柱状结构及筒状结构的外壁及筒状结构的底壁及内壁上均形成有上电极、以及将下电极与上电极绝缘隔离的介质层。通过在下电极的内外侧均设置电容器结构，以提高电容器的电容，提高存储效果。
12.在一个具体的实施方式中，半导体器件为动态随机存取存储器，以防止动态随机存取存储器中由于下电极的倾斜、弯曲等引起电容器坍塌。
13.第二方面，本发明还提供了一种半导体器件的制造方法，该制造方法包括：提供一基底，基底中形成着陆焊盘；在基底上形成与着陆焊盘接触的呈柱状结构的下电极；在柱状结构上形成与柱状结构的上端面接触的呈筒状结构的下电极。
14.在上述的方案中，下电极由位于下方的柱状结构、以及位于上方的筒状结构这两部分组成。由于位于下方的柱状结构为实心结构，其刚度较好，具有较好的稳定性，能够对位于上方的呈筒状结构的下电极进行支撑，防止整个下电极倾斜。后续工序中在下电极上沉积介质层及上电极时，位于下方的呈柱状结构的下电极还防止整个下电极弯曲变形，从而防止电容器坍塌。在应用时，由于位于下方的呈柱状结构的下电极对整个下电极具有较好的支撑作用，电容器结构较为牢固，可以适当增大堆叠电容器的高宽比，以增大电容器的电容，提高存储性能。
15.在一个具体的实施方式中，在基底上形成与着陆焊盘接触的呈柱状结构的下电极包括：在基底的上方，形成覆盖基底的牺牲膜层；从上向下刻蚀牺牲膜层，形成与着陆焊盘连通的电容孔；在电容孔内形成与着陆焊盘接触的呈柱状结构的下电极，且呈柱状结构的下电极未填满电容孔。以便于形成呈柱状结构的下电极，同时使后续工序中形成的筒状结构的外沿与柱状结构的外沿重合。
16.在一个具体的实施方式中，在电容孔内形成与着陆焊盘接触的呈柱状结构的下电极，且柱状结构未填满电容孔具体为：向电容孔内填充下电极材料层，且下电极材料层填满电容孔；去除电容孔内的部分下电极材料层，形成呈柱状结构的下电极。以便于形成未填满电容孔的呈柱状结构的下电极，保证柱状结构为一个实心结构。
17.在一个具体的实施方式中，去除电容孔内的部分下电极材料层，形成呈柱状结构的下电极具体为：采用等离子体刻蚀或湿法刻蚀的方式，从上向下刻蚀电容孔内的部分下电极材料层，保留电容孔内的部分下电极材料层以形成呈柱状结构的下电极。以便于刻蚀出未填满电容孔的呈柱状结构的下电极。
18.在一个具体的实施方式中，在柱状结构上形成与柱状结构的上端面接触的呈筒状结构的下电极包括：在电容孔的侧壁、柱状结构的上端面及牺牲膜层表面沉积下电极材料层；采用等离子体刻蚀或湿法刻蚀的方式去除电容孔外的下电极材料层，形成呈筒状结构的下电极；去除牺牲膜层。以便于形成呈筒状结构的下电极。
附图说明
19.图1a为现有技术中制造电容器的其中一步工序的示意图；
20.图1b为现有技术中制造电容器的其中另一步工序的示意图；
21.图1c为现有技术中制造电容器的其中另一步工序的示意图；
22.图1d为现有技术中制造电容器的其中另一步工序的示意图；
23.图1e为现有技术中制造电容器的其中另一步工序的示意图；
24.图2a为本发明实施例提供的一种半导体器件的结构示意图；
25.图2b为图2a中提供的一种半导体器件从俯视角度下看的结构示意图；
26.图3为本发明实施例提供的一种半导体器件的制造方法中的一步工序的示意图；
27.图4a为本发明实施例提供的一种半导体器件的制造方法中的另一步工序的示意图；
28.图4b为图4a中提供的一种半导体器件从俯视角度下看的结构示意图；
29.图5为本发明实施例提供的一种半导体器件的制造方法中的另一步工序的示意图；
30.图6为本发明实施例提供的一种半导体器件的制造方法中的另一步工序的示意图；
31.图7为本发明实施例提供的一种半导体器件的制造方法中的另一步工序的示意图；
32.图8为本发明实施例提供的一种半导体器件的制造方法中的另一步工序的示意图。
33.图1a～图1e中的附图标记：
34.1-基底
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2-刻蚀阻挡层
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3-牺牲膜层
35.4-电容孔
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5-下电极材料层
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6-下电极
36.图2～图8中的附图标记
37.10-基底 11-着陆焊盘
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12-隔离部
38.20-下电极 21-柱状结构 22-筒状结构
39.221-盘体 222-筒体 30-电容孔
40.41-刻蚀阻挡层 42-牺牲膜层 43-下电极材料层
具体实施方式
41.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.为了方便理解本发明实施例提供的半导体器件，下面首先说明一下本发明实施例提供的半导体器件的应用场景，该半导体器件应用于具有电容器的存储器中。下面结合附图对该半导体器件进行详细的叙述。
43.参考图2a及图2b，本发明实施例提供的半导体器件包括基底10及下电极20。其中，基底10中形成有着陆焊盘11。下电极20主要包括两个部分，其中一个部分为形成在基底10上且与着陆焊盘11接触的柱状结构21，另一个部分为形成在柱状结构21上且与柱状结构21的上端面接触的筒状结构22。
44.在上述的方案中，下电极20由位于下方的柱状结构21、以及位于上方的筒状结构
22这两部分组成。由于位于下方的柱状结构21为实心结构，其刚度较好，具有较好的稳定性，能够对位于上方的呈筒状结构22的下电极20进行支撑，防止整个下电极20倾斜。后续工序中在下电极20上沉积介质层及上电极时，位于下方的呈柱状结构21的下电极20还防止整个下电极20弯曲变形，从而防止电容器坍塌。在应用时，由于位于下方的呈柱状结构21的下电极20对整个下电极20具有较好的支撑作用，电容器结构较为牢固，可以适当增大堆叠电容器的高宽比，以增大电容器的电容，提高存储性能。下面结合附图对上述各个部件的设置方式进行详细的介绍。
45.在设置基底10时，参考图2a，该基底10可以是包括单一半导体材料的结构，如单晶硅基底10、多晶硅基底10等。该基底10也可以是已经形成有部分半导体结构的叠层结构。例如，参考图2a，基底10可以至少包括半导体衬底、晶体管、位线结构、存储接触部、绝缘部、着陆焊盘11和隔离部12。晶体管可以形成在半导体器件的半导体衬底上。位线结构可以形成在晶体管的上方。存储接触部和绝缘部形成在相邻位线结构之间。存储接触部与晶体管所具有的源区或漏区接触。绝缘部用于隔离相邻两个存储接触部。同时，每个着陆焊盘11形成在与之对应的存储接触部上。着陆焊盘11通过存储接触部与晶体管所具有的源区或漏区电连接。隔离部12形成在位线结构和绝缘部上，隔离部12用于隔离相邻两个着陆焊盘11。
46.在设置下电极20时，参考图2a及图2b，下电极20主要包括两个部分，其中一个部分为形成在基底10上且与着陆焊盘11接触的柱状结构21，另一个部分为形成在柱状结构21上且与柱状结构21的上端面接触的筒状结构22。其中，柱状结构21为一个实心结构，其可以为圆柱体、棱柱体等柱状结构21。柱状结构21的下端面与着陆焊盘11接触，上端面与筒状结构22的下端面接触。筒状结构22为一个空心结构，包括一个与柱状结构21的上端面接触的盘体221、以及与盘体221的边沿处连接的筒体222。其中筒体222为一个空心的薄壁结构。盘体221为一个实心的薄壁结构，其与柱状结构21的上端面接触，从而使下电极20的柱状结构21与筒状结构22能够较好的接触，减小电阻率。
47.现有技术中电容器的制造方法如图1a～图1e所示，参考图1a，首先在基底1上沉积刻蚀阻挡层2及牺牲膜层3；之后，参考图1b，刻蚀牺牲膜层3及刻蚀阻挡层2形成电容孔4；之后，参考图1c，在牺牲膜层3、电容孔4内壁及底壁上沉积下电极材料层5；之后，参考图1d，去除电容孔4外的下电极材料层5，形成下电极6；之后，参考图1e，去除牺牲膜层3；后续在下电极6上沉积介质层及上电极，形成电容器。
48.通过将现有技术中图1e中示出的半导体器件与本发明图2a中示出的半导体器件相比，采用本发明公开的设置方式，由于位于下方的柱状结构21为实心结构，其刚度较好，具有较好的稳定性，能够对位于上方的呈筒状结构22的下电极20进行支撑，防止整个下电极20倾斜。后续工序中在下电极20上沉积介质层及上电极时，位于下方的呈柱状结构21的下电极20还防止整个下电极20弯曲变形，从而防止电容器坍塌。在应用时，由于位于下方的呈柱状结构21的下电极20对整个下电极20具有较好的支撑作用，电容器结构较为牢固，可以适当增大堆叠电容器的高宽比，以增大电容器的电容，提高存储性能。
49.另外，可以将柱状结构21的外沿与筒状结构22的外沿重合设置，即柱状结构21的上端面与筒状结构22中的盘体221的下端面为大小、形状等同的端面，且柱状结构21上端面的外沿与盘体221的下端面的外沿重合，从而使呈柱状结构21的下电极20与呈筒状结构22的下电极20更好的连接接触，提高柱状结构21对筒状结构22的支撑效果，降低柱状结构21
与筒状结构22之间导电连接的电阻率。
50.在确定柱状结构21与筒状结构22的材料时，可以选择使柱状结构21的材料与筒状结构22的材料相同，以使两者的电学性能相同，使整个下电极20保持较为一致的电学性能。在具体选择柱状结构21及筒状结构22的材料时，可以选择氮化钛或多晶硅作为柱状结构21及筒状结构22的材料，以提高下电极20的电学性能。应当理解的是，柱状结构21的材料与筒状结构22的材料还可以不相同，比如，可以选择柱状结构21的材料为多晶硅，筒状结构22的材料为氮化钛。
51.继续参考图2a及图2b，可以在基底10上沉积有刻蚀阻挡层41，柱状结构21贯穿刻蚀阻挡层41后与着陆焊盘11接触。即刻蚀阻挡层41上有一电容孔30，该电容孔30与着陆焊盘11连通。柱状结构21贯穿电容孔30后与着陆焊盘11接触。通过在基底10上沉积刻蚀阻挡层41，以防止后续刻蚀或清洗等操作对基底10造成影响，确保基底10品质。
52.在继续设置介质层及上电极，以完成整个电容器的制造时，可以在柱状结构21及筒状结构22的外壁及筒状结构22的底壁及内壁上均形成有上电极、以及将下电极20与上电极绝缘隔离的介质层。即在下电极20的柱状结构21的外侧壁上形成有介质层及上电极，在下电极20的筒状结构22上不仅在内侧壁及底壁上形成有介质层及上电极，在外侧壁上也形成有介质层及上电极。通过在下电极20的内外侧均设置电容器结构，以提高电容器的电容，提高存储效果。应当理解的是，设置介质层及上电极的方式并不限于上述的方式，除此之外，还可以采用其他的方式。例如，还可以仅在下电极20的筒状结构22的内侧壁及底壁上形成介质层及上电极，在下电极20的筒状结构22的外侧壁上不形成介质层及上电极。
53.在确定下电极20的两个主要部分的高度时，参考图2a，可以假定下电极20的柱状结构21的高度为h1，即柱状结构21中与着陆焊盘11接触的下端面到柱状结构21中与筒状结构22的盘体221接触的上端面之间的垂直距离为h1。下电极20的筒状结构22的高度为h2，即筒状结构22中的盘体221的下端面到筒体222的上端面之间的垂直距离为h2。可以设置h1与h2之间满足(h1+h2)
×
50％≤h1≤(h1+h2)
×
70％，即柱状结构21的高度h1占下电极20的总高度的50％～70％之间。具体的，可以设置h1＝(h1+h2)
×
50％、h1＝(h1+h2)
×
55％、h1＝(h1+h2)
×
60％、h1＝(h1+h2)
×
65％、h1＝(h1+h2)
×
70％等介于下电极20的总高度的50％～70％之间的任意值。在下电极20的两部分的高度之间的关系满足上述关系时，使柱状结构21的高度保持在较为合理的高度，柱状结构21能够对整个下电极20进行很好的支撑，保证柱状结构21对整个下电极20的支撑效果。同时使筒状结构22的高度较为合适，由于筒状结构22的内外侧壁可以均设置上电极，从而提高下电极20与上电极位置相对的表面积，提高电容器的电容。
54.在确定该半导体器件的类型时，半导体器件可以为动态随机存取存储器(dram)，以防止动态随机存取存储器中由于下电极20的倾斜、弯曲等引起电容器坍塌。该半导体器件还可以为静态静态随机存取存储器(static random-access memory，sram)、快闪存储器(flash memory)等采用电容器作为存储单元的存储器。
55.采用下电极20由位于下方的柱状结构21、以及位于上方的筒状结构22这两部分组成。由于位于下方的柱状结构21为实心结构，其刚度较好，具有较好的稳定性，能够对位于上方的呈筒状结构22的下电极20进行支撑，防止整个下电极20倾斜。后续工序中在下电极20上沉积介质层及上电极时，位于下方的呈柱状结构21的下电极20还防止整个下电极20弯
曲变形，从而防止电容器坍塌。在应用时，由于位于下方的呈柱状结构21的下电极20对整个下电极20具有较好的支撑作用，电容器结构较为牢固，可以适当增大堆叠电容器的高宽比，以增大电容器的电容，提高存储性能。
56.另外，本发明实施例还提供了一种半导体器件的制造方法，参考图2a～图8，该制造方法包括：
57.步骤一：提供一基底10，基底10中形成着陆焊盘11；
58.步骤二：在基底10上形成与着陆焊盘11接触的呈柱状结构21的下电极20；
59.步骤三：在柱状结构21上形成与柱状结构21的上端面接触的呈筒状结构22的下电极20。
60.在上述的方案中，下电极20由位于下方的柱状结构21、以及位于上方的筒状结构22这两部分组成。由于位于下方的柱状结构21为实心结构，其刚度较好，具有较好的稳定性，能够对位于上方的呈筒状结构22的下电极20进行支撑，防止整个下电极20倾斜。后续工序中在下电极20上沉积介质层及上电极时，位于下方的呈柱状结构21的下电极20还防止整个下电极20弯曲变形，从而防止电容器坍塌。在应用时，由于位于下方的呈柱状结构21的下电极20对整个下电极20具有较好的支撑作用，电容器结构较为牢固，可以适当增大堆叠电容器的高宽比，以增大电容器的电容，提高存储性能。下面结合附图对上述各个步骤进行详细的介绍。
61.首先，参考图3，提供一基底10，在基底10中形成着陆焊盘11。该基底10可以是包括单一半导体材料的结构，如单晶硅基底10、多晶硅基底10等。该基底10也可以是已经形成有部分半导体结构的叠层结构。例如，参考图2a，基底10可以至少包括半导体衬底、晶体管、位线结构、存储接触部、绝缘部、着陆焊盘11和隔离部12。晶体管可以形成在半导体器件的半导体衬底上。位线结构可以形成在晶体管的上方。存储接触部和绝缘部形成在相邻位线结构之间。存储接触部与晶体管所具有的源区或漏区接触。绝缘部用于隔离相邻两个存储接触部。同时，每个着陆焊盘11形成在与之对应的存储接触部上。着陆焊盘11通过存储接触部与晶体管所具有的源区或漏区电连接。隔离部12形成在位线结构和绝缘部上，隔离部12用于隔离相邻两个着陆焊盘11。
62.接下来，在基底10上形成与着陆焊盘11接触的呈柱状结构21的下电极20。具体加工时，参考图3，可以先在基底10的上方，形成覆盖基底10的牺牲膜层42；之后，参考图4a及图4b，从上向下刻蚀牺牲膜层42，形成与着陆焊盘11连通的电容孔30；之后，参考图6，在电容孔30内形成与着陆焊盘11接触的呈柱状结构21的下电极20，且呈柱状结构21的下电极20未填满电容孔30。通过在电容孔30内形成与着陆焊盘11接触的呈柱状结构21的下电极20，以便于形成呈柱状结构21的下电极20；柱状结构21未填满电容孔30，同时使后续工序中形成的筒状结构22的外沿与柱状结构21的外沿重合。
63.继续参考图3、图4a、图4b及图6，可以在牺牲膜层42与基底10之间沉积刻蚀阻挡层41，此时，牺牲膜层42并未直接设置在基底10上，牺牲膜层42与基底10之间通过刻蚀阻挡层41隔开。通过在牺牲膜层42及基底10之间层叠刻蚀阻挡层41，以防止后续刻蚀或清洗等操作对基底10造成影响，确保基底10品质。在确定刻蚀阻挡层41的材料时，刻蚀阻挡层41的材料可以选择sin、sibn或sicn，以提高刻蚀时的阻挡效果。此时，在形成电容孔30时，从上向下依次刻蚀牺牲膜层42及刻蚀阻挡层41，使电容孔30与着陆焊盘11连通，形成在电容孔30
内的柱状结构21的下端面与着陆焊盘11接触。应当注意的是，还可以使牺牲膜层42与基底10之间直接接触，即采用牺牲膜层42与基底10之间没有刻蚀阻挡层41隔开的方式。
64.在加工呈柱状结构21的下电极20未填满电容孔30时，参考图5，首先向电容孔30内填充下电极材料层43，且下电极材料层43填满电容孔30；参考图6，接下来，去除电容孔30内的部分下电极材料层43，形成呈柱状结构21的下电极20。通过先使下电极材料层43填满电容孔30，之后去除电容孔30内的部分下电极材料层43的方式形成未填满电容孔30的柱体结构，以便于形成未填满电容孔30的呈柱状结构21的下电极20，保证柱状结构21为一个实心结构。在去除电容孔30内的部分下电极材料层43，形成呈柱状结构21的下电极20时，可以采用等离子体刻蚀或湿法刻蚀的方式，从上向下刻蚀电容孔30内的部分下电极材料层43，保留电容孔30内的部分下电极材料层43以形成呈柱状结构21的下电极20。通过采用等离子体刻蚀或湿法刻蚀的方式，以便于刻蚀出未填满电容孔30的呈柱状结构21的下电极20。应当理解的是，形成为填满电容孔30的呈柱状结构21的下电极20的方式并不限于上述示出的先填满，之后部分去除的方式，除此之外，还可以采用其他的方式。例如，可以使下电极材料层43未填满电容孔30的方式，直接形成呈柱状结构21的下电极20未填满电容孔30的效果。
65.参考图5及图6，在去除电容孔30的内部下电极材料层43时，还可以一并去除沉积在牺牲膜层42上的下电极材料层43。也可以在后续形成筒状结构22的下电极20时，一起去除位于电容孔30外的下电极材料层43。
66.接下来，在柱状结构21上形成与柱状结构21的上端面接触的呈筒状结构22的下电极20。在柱状结构21上形成与柱状结构21的上端面接触的呈筒状结构22的下电极20时，参考图7，可以在电容孔30的侧壁、柱状结构21的上端面及牺牲膜层42表面沉积下电极材料层43，此步骤中所沉积的下电极材料层43是在电容孔30的侧壁、柱状结构21的上端面及牺牲膜层42表面沉积一层较薄的材料层，其与上述填充满电容孔30过程中的下电极材料层43的工艺并不相同；之后，参考图8，去除电容孔30外的下电极材料层43，形成呈筒状结构22的下电极20；之后，参考图2a及图2b，去除牺牲膜层42，形成由柱状结构21和筒状结构22组成的下电极20。在去除电容孔30外的下电极材料层43及牺牲膜层42时，可以采用等离子体刻蚀或湿法刻蚀的方式去除电容孔30外的下电极材料层43及牺牲膜层42，以便于形成呈筒状结构22的下电极20。
67.采用下电极20由位于下方的柱状结构21、以及位于上方的筒状结构22这两部分组成。由于位于下方的柱状结构21为实心结构，其刚度较好，具有较好的稳定性，能够对位于上方的呈筒状结构22的下电极20进行支撑，防止整个下电极20倾斜。后续工序中在下电极20上沉积介质层及上电极时，位于下方的呈柱状结构21的下电极20还防止整个下电极20弯曲变形，从而防止电容器坍塌。在应用时，由于位于下方的呈柱状结构21的下电极20对整个下电极20具有较好的支撑作用，电容器结构较为牢固，可以适当增大堆叠电容器的高宽比，以增大电容器的电容，提高存储性能。
68.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。