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.随着集成电路的高速发展，对动态随机存储器的高集成化要求越来越高。为了在提高集成度的同时保证动态随机存储器中电容器的容量，目前的方法主要有提高电容器的纵宽比，或者使用高介电物质。但随着电容器的纵宽比不断提高，在去除模制层以及在后续工艺过程中电容器容易发生倾斜、扭曲和倒塌等不良情况。


技术实现要素：

3.本技术实施例通过提供一种半导体器件及其制造方法，解决了现有技术中电容器容易发生倾斜、扭曲和倒塌等情况的技术问题，实现了降低电容器的倾斜、扭曲和倒塌等情况的发生几率，进而在保证了动态随机存储器高度集成化的同时还保证了电容器的容量的技术效果。
4.一方面，本技术通过本技术的一实施例提供如下技术方案：
5.本技术提供一种半导体器件，包括电容器和支撑结构；
6.所述电容器包括下电极、介质层和上电极，所述支撑结构在预设的高度上围绕所述下电极的外壁，所述电容器与所述支撑结构接触的部位设置有凸部；
7.所述支撑结构包括依次设置的第一材料层、第二材料层和所述第一材料层，所述支撑结构与所述电容器接触的端面设置有凹部；
8.所述凸部与所述凹部嵌合，以为所述电容器提供稳固的支撑。
9.可选地，所述支撑结构的所述第一材料层为sicn，所述第二材料层为sibn。
10.可选地，所述凸部设置在所述下电极的外壁上。
11.可选地，所述下电极为沟槽状，所述介质层分别位于所述下电极的内壁和外壁上，所述上电极位于所述介质层上。
12.可选地，所述半导体器件是动态随机存储器，所述动态随机存储器还包括：
13.半导体衬底；
14.位于所述半导体衬底内的掩埋沟道晶体管，所述晶体管的源漏区之一与位线接触，另一源漏区与所述电容器电连接。
15.另一方面，本技术提供一种半导体器件的制造方法，包括：
16.在衬底上依次沉积第一模制层、支撑层和第二模制层，形成模制堆叠层，其中，所述支撑层包括第一材料层、第二材料层和所述第一材料层；
17.刻蚀所述模制堆叠层，形成电容孔；
18.刻蚀所述电容孔壁的所述支撑层，在所述支撑层的端面形成凹部；
19.在所述电容孔内沉积电极材料，形成下电极；
20.去除剩余的所述第一模制层和所述第二模制层；
21.在所述下电极的内壁和外壁上形成介质层，并在所述介电层上形成电极，以形成电容器。
22.可选地，所述在衬底上依次沉积第一模制层、支撑层和第二模制层，包括：
23.在所述衬底上沉积所述第一模制层；
24.在所述第一模制层上依次沉积sicn材料层、sibn材料层和所述sicn材料层，形成sicn-sibn-sicn支撑层；
25.在所述sicn-sibn-sicn支撑层上沉积所述第二模制层。
26.可选地，所述刻蚀所述电容孔壁的所述支撑层，包括：
27.采用湿法刻蚀工艺或者气体腐蚀技术对所述电容孔壁的所述支撑层进行刻蚀。
28.可选地，所述采用湿法刻蚀工艺或者气体腐蚀技术对所述电容孔壁的所述支撑层进行刻蚀，包括：
29.用稀释的硫酸和双氧水混合物结合氟化氢液体混合物对所述电容孔壁的所述支撑层进行刻蚀，其中，所述氟化氢液体混合物中氟化氢的重量百分比为50～500ppm，维持对所述第一材料层的刻蚀量小于对所述第二材料层的刻蚀量为
30.或者，采用各向同性的氟化氢气体腐蚀技术对所述电容孔壁的所述支撑层进行刻蚀，其中，对所述第一材料层和对所述第二材料层的刻蚀选择比为1:10～1:100，以在所述支撑层的端面形成凹部。
31.可选地，所述半导体器件为动态随机存储器，在进行所述半导体器件制造方法之前，还包括：
32.刻蚀所述衬底；
33.在所述衬底内形成掩埋沟道晶体管；
34.在所述衬底上与所述晶体管的源漏区之一接触的区域形成位线结构；
35.在所述衬底上与所述晶体管的源漏区之一接触的区域形成接触焊盘；
36.其中，所述下电极形成于所述接触焊盘之上。
37.本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
38.由于采用了具有第一材料层、第二材料层和第一材料层的支撑结构，因此能在支撑结构的端面形成凹部；另一方面，由于电容器上设置有凸部，且支撑结构的凹部与电容器的凸部嵌合，因此能为电容器提供更稳固的支撑，使得在移除模制层的过程中以及在后续的使用过程中，电容器发生倾斜、扭曲和倒塌等情况的几率大幅下降，进而提高了器件制造的良率，并保证了器件在使用过程中的可靠性。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
40.图1为本技术实施例中的半导体器件的结构示意图；
41.图2为本技术实施例中与图1具有相同支撑结构的另一种半导体器件的结构示意图；
42.图3为本技术实施例中的动态随机存储器示意图；
43.图4为本技术实施例中的半导体器件制造方法流程图；
44.图5～9为本技术实施例中的半导体器件制造工艺示意图。
具体实施方式
45.本技术实施例通过提供一种半导体器件及其制造方法，解决了现有技术中在移除模制层的过程中及在后续的使用过程中电容器容易倾斜、扭曲或者倒塌的技术问题。
46.本技术实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
47.提供一种半导体器件，该器件包括电容器和支撑结构；
48.所述电容器包括下电极、介质层和上电极，所述支撑结构在预设的高度上围绕所述下电极的外壁，所述电容器与所述支撑结构接触的部位设置有凸部；
49.所述支撑结构包括依次设置的第一材料层、第二材料层和所述第一材料层，所述支撑结构与所述电容器接触的端面设置有凹部；
50.所述凸部与所述凹部嵌合，以为所述电容器提供稳固的支撑。
51.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
52.第一方面，本技术提供一种半导体器件，如图1所示，包括：
53.支撑结构1100和电容器1200。其中，支撑结构1100包括第一材料层1101、第二材料层1102和第一材料层1101，第二材料层1102位于两个第一材料层1101中间，三者之间形成一个三层的支撑结构1100，在具体的实施过程中，支撑结构1100在预设的高度上围绕电容器1200，在支撑结构1100与电容器1200接触的端面设置有凹部1103，电容器1200与支撑结构1100接触的部位设置有凸部1201，支撑结构的凹部1103与凸部1201嵌合，为电容器1200提供稳固的支撑。
54.在具体的实施过程中，第一材料层1101可以为sicn，第二材料层1102可以为sibn，形成sicn-sibn-sicn三层支撑结构。由于sicn和sibn具有不同的化学和物理性能参数，因此在对sicn-sibn-sicn支撑结构进行刻蚀时，sicn和sibn具有不同的刻蚀速率，故而能在支撑结构与电容器接触的端面形成凹部。另外，在具体的实施过程中，该半导体器件可以包括n个支撑结构，n为大于等于1的自然数。例如，在一种实施例中，可以如图2所示设置两个支撑结构1100，这两个支撑结构相互接触，共同构成一个六层的支撑结构1100，为电容器提供更加稳固的支撑。应当明确的是，本领域技术人员可以根据实际的情况，设置目标数目的支撑结构，本技术对支撑结构的数目不作限制。并且需要说明的是，本技术实施例示例性地展示了支撑结构设置于电容器纵向中间位置的情形，但应当明确支撑结构可以单独或者同时设置于电容器纵向的任意位置，例如顶部位置、中间位置或者底部位置，本技术对支撑结构在半导体器件中的设置位置不作限制。
55.在具体的实施过程中，电容器1200包括上电极、介质层和下电极，具体来讲，下电极为沟槽状，介质层位于下电极的内壁和外壁上，其形状跟随下电极，亦为沟槽状，上电极位于介质层上，与下电极相对且平行。电容器1200的凸部1201设置在下电极外壁上。下电极
可以是任何包括合适的导电组分的材料，例如可以是各种金属例如钨、钛、镍、铂等，或者是金属氮化物例如氮化钛、金属碳化物例如碳化钨等，在此不作限制。作为与支撑结构相对应的构件，本技术对电容器凸部1201的数量、位置也不作限制，只要能与支撑结构的凹部1103嵌合，使得支撑结构1100与电容器1200之间形成稳固的支撑即可。
56.在具体的应用中，该半导体器件可以是动态随机存储器，如图3所示。该动态随机存储器包括半导体衬底301和位于半导体衬底301内的掩埋沟道晶体管302，晶体管302的源漏区之一与位线接触，另一源漏区与电容器303通过存储节点接触部电连接，支撑结构304设置于电容器303之间，且支撑结构304的凹部与电容器303的凸部嵌合，为电容器303提供稳固的支撑，以降低在去除模制层的过程中以及在后续的使用过程中电容器发生倾斜、扭曲或者倒塌的机率。在具体的实施过程中，该动态随机存储器可应用于任意的电子系统中，例如可应用于计算机、服务器、显示器、相机、机顶盒、无线装置、智能手机、电话或者车辆等包含计算或者处理功能的电子产品，当然该半导体器件还可以是电容器，或者是由电容器构成的存储单元，本技术对此不作限制，也不再一一举例。
57.本实施例介绍的半导体器件相较于现行的同类型器件，其电容器发生倾斜、扭曲和倒塌的现象可大幅减少。
58.另一方面，本技术提供了前述半导体器件的制造方法，包括：
59.在衬底上依次沉积第一模制层、支撑层和第二模制层，形成模制堆叠层，其中，所述支撑层包括第一材料层、第二材料层和所述第一材料层；
60.刻蚀所述模制堆叠层，形成电容孔；
61.刻蚀所述电容孔壁的所述支撑层，在所述支撑层的端面形成凹部；
62.在所述电容孔内沉积电极材料，形成下电极；
63.去除剩余的所述第一模制层和所述第二模制层；
64.在所述下电极的内壁和外壁上形成介质层，并在所述介电层上形成电极，以形成电容器。
65.下面，结合图4详细介绍该形成方法的具体实施步骤：
66.首先，执行步骤s401，在衬底上依次沉积第一模制层、支撑层和第二模制层，形成模制堆叠层，其中，所述支撑层包括第一材料层、第二材料层和所述第一材料层。在具体的实施过程中，可以如图5所示，在衬底5100上采用化学气相沉积或者原子层沉积等半导体领域常用的方法沉积第一模制层5210，然后在第一模制层5210上依次沉积第一材料层5221、第二材料层5222和第一材料层5221，形成支撑层5220，其中，第一材料层可以采用sicn、第二材料层可以采用sibn。之后在支撑层5220上沉积第二模制层5230，形成模制堆叠层5200。
67.然后，执行步骤s402，刻蚀所述模制堆叠层，形成电容孔。在具体的实施过程中，刻蚀后形成的电容孔可以为圆筒状，刻蚀后的器件截面如图6所示。
68.接着，执行步骤s403，刻蚀所述电容孔壁的所述支撑层，在所述支撑层的端面形成凹部。在具体的实施过程中，可以采用湿法刻蚀工艺或者气体腐蚀技术对电容孔壁的支撑层进行刻蚀。具体来讲，可以采用dsp(diluted mixture of sulfuric acid and hydrogen peroxide，稀释的硫酸和双氧水混合物)结合hf(氟化氢)液体混合物来进行刻蚀，其中，hf液体混合物中hf的重量百分比为50～500ppm(parts per million，占总量的百万分比)。整个湿法刻蚀的时间为150～600s，刻蚀完成后，对第一材料层的刻蚀量小于对第二材料
的刻蚀量为例如，对于sicn-sibn-sicn支撑层来说，采用上述方法进行刻蚀的时间为300秒，刻蚀完成后，对sicn的刻蚀量为对sibn的刻蚀量为当然，在实际的应用中，还可以根据需要选择不同的工艺参数来形成预期深度的凹部，在此不作限制，也不再一一举例。
69.在可选的实施方式中，也可以采用各向同性的氟化氢气体腐蚀技术(vapor hf etching)对电容孔壁的支撑层进行刻蚀，其中，对第一材料层和对第二材料层的刻蚀选择比为1:10～1:100，以在支撑层的端面形成预期深度的凹部。当然，在具体的实施过程中，还可以采用其他方法在支撑层端面形成凹部，本技术对凹部的形成方法不作限制。对支撑层的刻蚀完成后，器件的结构如图7所示。
70.之后，执行步骤s404，在所述电容孔沉积电极材料，形成下电极。在具体的实施过程中，可以采用原子层沉积或者物理气相沉积等半导体领域常用的工艺方法来沉积电极材料，在一种实施例中，可以采用原子层沉积的方法在电容孔内沉积tin材料，形成具有凸部的电极，其中，电极的凸部嵌入支撑层的凹部，电极形成完成后，器件的结构如图8所示。
71.其后，执行步骤s405，去除剩余的所述第一模制层和所述第二模制层。在具体的实施过程中，可以采用湿法刻蚀工艺去除第一模制层和第二模制层，并采用ipa dry(iso-propyl alcohol，异丙醇干燥)方法进行干燥，得到如图9所示的器件。
72.最后，执行步骤s406，在所述下电极的内壁和外壁上形成介质层，并在所述介电层上形成电极，以形成电容器。具体来讲，就是先在下电极内外侧壁都形成介电层，介电层的材料可以是绝缘氧化物或者绝缘氮化物，例如二氧化硅、氮化硅、氧化铬以及氧化锆等，本技术对此不作限制。可以采用常规的技术如物理气相沉积法、化学气相沉积法等形成介电层，本技术对此不作限制。然后在介电层上采用常规的技术形成上电极，以构成完整的电容器。其中，上电极可由导电材料形成，包括各种导电金属、导电金属化合物或者导电掺杂半导体等，本技术对此不作限制。
73.在具体的实施例中，本技术提供的半导体器件可以是动态随机存储器，在进行上述的半导体器件制备方法之前，还需要先对衬底进行刻蚀，并在刻蚀区域形成掩埋沟道晶体管和接触结构，掩埋沟道晶体管的源漏区之一与电容器通过接触结构连接，另一源漏区与位线连接，掩埋晶体管的沟道区与字线连接，实现对存储在电容器中的电荷进行读取或者写入操作。
74.上述本技术实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
75.由于采用第一材料层、第二材料层和第一材料层形成支撑层，并采用dsp结合hf液体混合物的方法对支撑层进行刻蚀，因此能在支撑结构的端面形成出预期深度的凹部；另一方面，由于支撑结构的端面上形成出了凹部，因此在之后形成电容器电极时能在该凹部位置形成出凸部结构，支撑层的凹部与电容器的凸部嵌合，能为电容器提供更稳固的支撑，使得在去除模制层的过程中以及在之后的使用过程中，电容器发生倾斜、扭曲和倒塌等情况的几率大幅下降，进而提高了器件形成的良率，并保证了器件在使用过程中的可靠性。同时，可避免使用高昂的二氧化超临界清洗，通过增加支撑结构的强度，间接降低了制造成本。
76.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优
选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
77.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。