一种电容结构制备方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种电容结构制备方法。


背景技术：

2.电容器作为一种半导体存储器件，随着制作工艺的进步以及市场需求，不断被小型化。为了在小型化的基础上保证电容器的存储能力，通常在于基底垂直的方向上延长电极，例如可设置在垂直于基底的方向上延伸且呈柱状结构的下电极，而该结构的下电极稳定性较差，为了避免变形会在下电极外侧设置支撑结构。
3.现有技术在制备电容器的过程中，会在位于基底上且由层间介质层和支撑层形成的叠层结构中形成多个凹槽，再沉积随形覆盖凹槽侧壁、底表面以及支撑层上表面的导电层，最后回刻蚀位于支撑层上表面以及至少部分位于凹槽侧壁上的导电层，以形成下电极。在回刻蚀导电层时，与导电层紧邻的支撑层也会部分被刻蚀，导致用于支撑下电极顶部的支撑层强度不够，进而影响整个电容结构的稳定性。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：现有电容结构制备过程中，在回刻蚀导电层时与导电层紧邻的顶部支撑层会被过刻蚀，导致用于支撑下电极顶部的支撑层强度不够，进而影响整个电容结构的稳定性。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种电容结构制备方法，其包括：
6.在基底上形成堆叠结构，所述堆叠结构包括在所述基底上依次沉积的第一介电层、第一支撑层、第二介电层、第二支撑层以及呈预设图案的阻挡层；
7.以所述呈预设图案的阻挡层为掩模，在所述堆叠结构中刻蚀出多个开口，其中所述开口的底部显露出位于所述基底中的电连接垫；
8.沉积导电层，所述导电层覆盖所述呈预设图案的阻挡层的顶表面以及所述开口的侧壁和底表面；
9.刻蚀至少部分所述导电层，以形成下电极，所述下电极的顶表面至所述基底的第一距离小于所述第二支撑层的顶表面至所述基底的第二距离；
10.去除所述第一介电层、第二介电层和所述呈预设图案的阻挡层；
11.形成至少覆盖所述下电极的电容介电层以及上电极。
12.在一些实施例中，所述刻蚀至少部分所述导电层，以形成下电极之前，所述方法还包括：
13.沉积保护层，所述保护层至少覆盖位于所述开口的侧壁和底表面上的所述导电层。
14.在一些实施例中，所述保护层中具有孔隙结构。
15.在一些实施例中，所述刻蚀至少部分所述导电层，以形成下电极，包括：
16.刻蚀部分所述保护层和部分所述导电层，以形成下电极，其中，刻蚀后所述保护层
的顶表面距所述基底的第三距离小于所述第二支撑层的底表面至所述基底的第四距离；
17.去除剩余的所述保护层。
18.在一些实施例中，所述呈预设图案的阻挡层设置有单层或多层。
19.在一些实施例中，与所述第二支撑层直接接触的所述呈预设图案的阻挡层和所述第二介电层的材料相同。
20.在一些实施例中，所述呈预设图案的阻挡层设置有单层，去除所述第一介电层、第二介电层和所述呈预设图案的阻挡层，包括：
21.同步去除所述第二介电层以及所述呈预设图案的阻挡层；
22.去除所述第一介电层。
23.在一些实施例中，与所述第二支撑层直接接触的所述呈预设图案的阻挡层的材料为等离子体增强四乙基正硅酸盐。
24.在一些实施例中，所述第一距离大于所述第二支撑层的底表面至所述基底的第四距离。
25.在一些实施例中，所述形成至少覆盖所述下电极的电容介电层以及上电极，包括：
26.沉积覆盖所述下电极显露出的表面、所述第一支撑层和所述第二支撑层的所述电容介电层；
27.沉积覆盖所述电容介电层的所述上电极。
28.与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
29.应用本发明提供的电容结构制备方法，通过在基底上沉积包括第一介电层、第一支撑层、第二介电层、第二支撑层以及呈预设图案的阻挡层的堆叠结构，以呈预设图案的阻挡层为掩模，在堆叠结构中刻蚀出多个开口，其中开口的底部显露出位于基底中的电连接垫，沉积覆盖呈预设图案的阻挡层的顶表面以及开口的侧壁和底表面的导电层，刻蚀至少部分导电层形成下电极，下电极的顶表面至基底的第一距离小于第二支撑层的顶表面至基底的第二距离，去除第一介电层、第二介电层和呈预设图案的阻挡层，形成至少覆盖下电极的电容介电层以及上电极。通过在第二支撑层和导电层之间设置有阻挡层，在对导电层进行回刻蚀以形成下电极时，可以避免对用于支撑下电极顶部的第二支撑层进行过刻蚀，从而有利于保证整个电容结构的稳定性。
附图说明
30.通过结合附图阅读下文示例性实施例的详细描述可更好地理解本公开的范围。其中所包括的附图是：
31.图1示出了本发明实施例提供的一种电容结构制备方法的流程示意图；
32.图2至图7示出了本发明实施例一提供的电容结构制备方法中各个步骤对应剖面结构示意图；
33.图8示出了本发明实施例提供的另一种电容结构制备方法的流程示意图；
34.图9(1)示出了本发明实施例二提供的电容结构制备方法中步骤s204对应的剖面结构示意图；图9(2)示出了本发明实施例二提供的电容结构制备方法中步骤s204对应的另一剖面结构示意图；
35.图10示出了本发明实施例二提供的电容结构制备方法中步骤s205对应的面结构示意图。
具体实施方式
36.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方法，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
37.电容器作为一种半导体存储器件，随着制作工艺的进步以及市场需求，不断被小型化。为了在小型化的基础上保证电容器的存储能力，通常在于基底垂直的方向上延长电极，例如可设置在垂直于基底的方向上延伸且呈柱状结构的下电极，而该结构的下电极稳定性较差，为了避免变形会在下电极外侧设置支撑结构。
38.现有技术在制备电容器的过程中，会在位于基底上且由层间介质层和支撑层形成的叠层结构中形成多个凹槽，再沉积随形覆盖凹槽侧壁、底表面以及支撑层上表面的导电层，最后回刻蚀位于支撑层上表面以及至少部分位于凹槽侧壁上的导电层，以形成下电极。在回刻蚀导电层时，与导电层紧邻的支撑层也会部分被刻蚀，导致用于支撑下电极上部的支撑层强度不够，进而影响整个电容结构的稳定性。
39.有鉴于此，本技术提供了一种电容结构制备方法，通过在基底上沉积包括第一介电层、第一支撑层、第二介电层、第二支撑层以及呈预设图案的阻挡层的堆叠结构，以呈预设图案的阻挡层为掩模，在堆叠结构中刻蚀出多个开口，其中开口的底部显露出位于基底中的电连接垫，沉积覆盖呈预设图案的阻挡层的顶表面以及开口的侧壁和底表面的导电层，刻蚀至少部分导电层形成下电极，下电极的顶表面至基底的第一距离小于第二支撑层的顶表面至基底的第二距离，去除第一介电层、第二介电层和呈预设图案的阻挡层，形成至少覆盖下电极的电容介电层以及上电极。通过在第二支撑层和导电层之间设置有阻挡层，在对导电层进行回刻蚀以形成下电极时，可以避免对用于支撑下电极顶部的第二支撑层进行过刻蚀，从而有利于保证整个电容结构的稳定性。
40.实施例一
41.参见图1至图7所示，图1示出了本发明实施例提供的一种电容结构制备方法的流程示意图，其可以包括：
42.步骤s101：在基底10上形成堆叠结构，堆叠结构包括在基底10上依次沉积的第一介电层11、第一支撑层12、第二介电层13、第二支撑层14以及呈预设图案的阻挡层15；
43.步骤s102：以呈预设图案的阻挡层15为掩模，在堆叠结构中刻蚀出多个开口16，其中开口16的底部显露出位于基底10中的电连接垫17；
44.步骤s103：沉积导电层18，导电层18覆盖呈预设图案的阻挡层15的顶表面以及开口16的侧壁和底表面；
45.步骤s104：刻蚀至少部分导电层18，以形成下电极19，下电极19的顶表面至基底10的第一距离h1小于第二支撑层14的顶表面至基底10的第二距离h2；
46.步骤s105：去除第一介电层11、第二介电层13和呈预设图案的阻挡层15；
47.步骤s106：形成至少覆盖下电极19的电容介电层20以及上电极21。
48.在一些实施例中，第一电介质层11和/或第二电介质层13可以包括氧化硅(sio2)、
氮化硅(sin)、氧氮化硅(sion)、硼磷硅玻璃和等离子体增强四乙基正硅酸盐中的至少一种材料。作为示例，第一电介质层11可以包括由硼磷硅玻璃和等离子体增强四乙基正硅酸盐制备成的叠层，第二介电层13可以由等离子体增强四乙基正硅酸盐制备。在本发明实施例中，第一介电层11和第二介电层13可以采用相同的方式设置，也可以采用不同的方式设置，在本发明实施例中将不做特别的限定。
49.在本发明实施例中，可以选择与第一介电层11和第二介电层13有选择刻蚀性的材料作为第一支撑层12和第二支撑层14。在一些实施例中，第一支撑层12和第二支撑层14可以采用相同的材料制备，作为示例，第一支撑层12和第二支撑层14可以采用氮碳化硅(sicn)制备而成。需要说明的是，第一支撑层12和第二支撑层14可以设置为不同的层厚，在一些实施例中，可以设置第二支撑层14的层厚大于第一支撑层12的层厚。在其他实施例中，第一支撑层12和第二支撑层14也可以采用不同的材料制备和/或设置为相同的层厚。
50.在本发明实施例中，步骤s101中呈预设图案的阻挡层15可以设置为单层，参见图2所示。在一些实施例中，与第二支撑层14直接接触的呈预设图案的阻挡层15可以采用和第二介电层13相同的材料制备。在一些实施例中，第二介电层13和呈预设图案的阻挡层15的材料均为等离子体增强四乙基正硅酸盐。
51.在另一些实施例中，步骤s101中呈预设图案的阻挡层15可以设置有多层，其中，与第二支撑层14直接接触的呈预设图案的阻挡层15和第二介电层13的材料相同。在一些实施例中，第二介电层13和与第二支撑层14直接接触的呈预设图案的阻挡层15的材料均为等离子体增强四乙基正硅酸盐。作为示例，可以在第二支撑层14上依次沉积等离子体增强四乙基正硅酸盐、非晶硅和等离子体增强四乙基正硅酸盐，并对等离子体增强四乙基正硅酸盐、非晶硅和等离子体增强四乙基正硅酸盐进行刻蚀，以形成多层呈预设图案的阻挡层15。
52.在一些实施例中，步骤s102可以具体为，以呈预设图案的阻挡层15为掩模，采用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺在堆叠结构中刻蚀出多个开口16，其中开口16的底部显露出位于基底10中的电连接垫17，电连接垫17用于实现电容结构与基底10的电连接，具体可参见图3所示。
53.在本发明实施例中，步骤s103可以具体为，采用物理气相沉积工艺或化学气相沉积工艺沉积导电层18，导电层18覆盖呈预设图案的阻挡层15的顶表面以及开口16的侧壁和底表面，参见图4所示。
54.在本发明实施例中，步骤s104可以具体为采用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺刻蚀至少部分导电层18，以形成下电极19，其中，下电极19的底表面与电连接垫17接触，下电极19的顶表面至基底10的第一距离h1小于第二支撑层14的顶表面至基底10的第二距离h2，参见图5所示。在一些实施例中，下电极19的顶表面至基底10的第一距离h1大于第二支撑层14的底表面至基底10的第四距离h4，以保证第二支撑层14对下电极19上部的支撑，提高下电极19的稳定性。
55.需要说明的是，在步骤s104对导电层18进行回刻蚀的过程中，呈预设图案的阻挡层15也会被部分刻蚀，从而使呈预设图案的阻挡层15变薄。
56.在一些实施例中，当呈预设图案的阻挡层15设置为单层且与第二介电层13的材料相同时，步骤s105可以具体为：同步去除第二介电层13以及呈预设图案的阻挡层15；再去除第一介电层11。需要说明的是，在呈预设图案的阻挡层15、第二介电层13和第一介电层11均
采用相同的材料制备时，也可以同步去除呈预设图案的阻挡层15、第二介电层13和第一介电层11；在其他实施例中，也可以分步骤去除呈预设图案的阻挡层15、第二介电层13和第一介电层11。去除呈预设图案的阻挡层15、第二介电层13和第一介电层11后的结构可参见图6所示。
57.在一些实施例中，步骤s106可以具体为：
58.沉积覆盖下电极19显露出的表面、第一支撑层12和第二支撑层14的电容介电层20；
59.沉积覆盖电容介电层20的上电极21。
60.沉积上电极21后的电容结构如图7所示，电容介电层20可以覆盖下电极19显露出的表面、第一支撑层12的上表面和下表面、第二支撑层14的上表面和下表面以及部分基底10的上表面，上电极21可以完全覆盖电容介电层20。在一些实施例中，上电极21还可以填充满相邻下电极19之间的区域，如图7所示。
61.以上为本发明实施例提供的一种电容结构制备方法，通过在基底10上沉积包括第一介电层11、第一支撑层12、第二介电层13、第二支撑层14以及呈预设图案的阻挡层15的堆叠结构，以呈预设图案的阻挡层15为掩模，在堆叠结构中刻蚀出多个开口16，其中开口的底部显露出位于基底10中的电连接垫17，沉积覆盖呈预设图案的阻挡层15的顶表面以及开口的侧壁和底表面的导电层18，刻蚀至少部分导电层18形成下电极19，下电极19的顶表面至基底10的第一距离h1小于第二支撑层14的顶表面至基底10的第二距离h2，去除第一介电层11、第二介电层13和呈预设图案的阻挡层15，形成至少覆盖下电极19的电容介电层20以及上电极21。通过在第二支撑层14和导电层18之间设置有阻挡层，在对导电层18进行回刻蚀以形成下电极19时，可以避免对用于支撑下电极19顶部的第二支撑层14进行过刻蚀，从而有利于保证整个电容结构的稳定性。
62.在对导电层18进行回刻蚀以形成下电极19之前，为了避免回刻蚀过程中对位于开口16内的导电层18的影响，还可以沉积一层保护层，以至少覆盖位于开口16底部和侧壁的导电层18，具体请参见以下实施例二中的描述。
63.实施例二
64.参见图8所示，图8示出了本发明实施例提供的另一种电容结构制备方法的流程示意图，其可以包括：
65.步骤s201：在基底10上形成堆叠结构，堆叠结构包括在基底10上依次沉积的第一介电层11、第一支撑层12、第二介电层13、第二支撑层14以及呈预设图案的阻挡层15；
66.步骤s202：以呈预设图案的阻挡层15为掩模，在堆叠结构中刻蚀出多个开口16，其中开口16的底部显露出位于基底10中的电连接垫17；
67.步骤s203：沉积导电层18，导电层18覆盖呈预设图案的阻挡层15的顶表面以及开口16的侧壁和底表面；
68.步骤s204：沉积保护层22，保护层22至少覆盖位于开口16的侧壁和底表面上的导电层18；
69.步骤s205：刻蚀部分保护层22和部分导电层18，以形成下电极19，其中，刻蚀后保护层22的顶表面距基底10的第三距离h3小于第二支撑层14的底表面至基底10的第四距离h4，下电极19的顶表面至基底10的第一距离h1小于第二支撑层14的顶表面至基底10的第二
距离h2；
70.步骤s206：去除剩余的保护层22；
71.步骤s207：去除第一介电层11、第二介电层13和呈预设图案的阻挡层15；
72.步骤s208：形成至少覆盖下电极19的电容介电层20以及上电极21。
73.其中，步骤s201至s203可以采用和实施例一中步骤s101至s103相同的方式实现，步骤s207和步骤s208也可以采用和实施例一中步骤s105和s106相同的方式实现，为了简要起见在此不再赘述。
74.在本发明实施例中，步骤s204可以具体为，采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺沉积保护层22，保护层22至少覆盖位于开口16的侧壁和底表面上的导电层18，如图9(1)所示，保护层22可以完全填充开口16，保护层22还可以覆盖位于呈预设图案的阻挡层15上的导电层18，该部分保护层22可以在步骤s205中去除；在另一些实施例中，保护层22中还可以具有孔隙结构23，该孔隙结构23位于保护层22中靠近下电极19底表面的区域，具体可参见图9(2)所示。其中，保护层22可以为与导电层18具有不同刻蚀速率的绝缘材料。
75.在一些实施例中，步骤s205可以具体为刻蚀位于呈预设图案的阻挡层15上的保护层22以显露出位于保护层22和呈预设图案的阻挡层15之间的导电层18，刻蚀填充开口16的部分保护层22，刻蚀位于呈预设图案的阻挡层15上的导电层18以及位于开口16侧壁的部分导电层18，以形成下电极19，参见图10所示，其中，刻蚀后保护层22的顶表面距基底10的第三距离h3小于第二支撑层14的底表面至基底10的第四距离h4，下电极19的顶表面至基底10的第一距离h1小于第二支撑层14的顶表面至基底10的第二距离h2且第一距离h1大于第二支撑层14的底表面至基底10的第四距离h4。
76.需要说明的是，在步骤s205对导电层18进行回刻蚀的过程中，呈预设图案的阻挡层15也会被部分刻蚀，从而使呈预设图案的阻挡层15变薄。
77.步骤s206可以具体为，去除位于开口16内的剩余保护层22，去除剩余保护层22后的结构参见图5所示。
78.以上为本发明实施例提供的另一电容结构制备方法，通过在基底10上形成堆叠结构，堆叠结构包括在基底10上依次沉积的第一介电层11、第一支撑层12、第二介电层13、第二支撑层14以及呈预设图案的阻挡层15；以呈预设图案的阻挡层15为掩模，在堆叠结构中刻蚀出多个开口16，其中开口16的底部显露出位于基底10中的电连接垫17；沉积导电层18，导电层18覆盖呈预设图案的阻挡层15的顶表面以及开口16的侧壁和底表面；沉积保护层22，保护层22至少覆盖位于开口16的侧壁和底表面上的导电层18；刻蚀部分保护层22和部分导电层18，以形成下电极19，其中，刻蚀后保护层22的顶表面距基底10的第三距离h3小于第二支撑层14的底表面至基底10的第四距离h4，下电极19的顶表面至基底10的第一距离h1小于第二支撑层14的顶表面至基底10的第二距离h2；去除剩余的保护层22；去除第一介电层11、第二介电层13和呈预设图案的阻挡层15；形成至少覆盖下电极19的电容介电层20以及上电极21。该方法可以实现与以上实施例一相同的有益效果，并且通过在对导电层18进行回刻蚀以形成下电极19之前，沉积一层保护层22，覆盖位于开口16底部和侧壁的导电层18，避免了回刻蚀过程中对位于开口16内的导电层18的影响。
79.虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本
发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。