电容器阵列结构及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种电容器阵列结构及其制造方法，电容器阵列结构设置于半导体衬底上，电容器阵列结构包括下电极层、粘附层、电容介质层及上电极，下电极层位于半导体衬底上；粘附层覆盖于下电极层的内表面及外表面，用于提高下电极层与电容介质层之间的粘附力，以防止下电极层与电容介质层相剥离；电容介质层覆盖于粘附层的内表面及外表面；上电极层覆盖于电容介质层的外表面。本发明专利技术的电容器阵列结构通过在下电极层与电容介质层之间设置粘附层，可以改善电容介质层与下电极层之间的黏着性，从而有效避免电容介质层从下电极层表面剥离，提高电容介质层的可靠性，避免漏电流的异常增加。

【技术实现步骤摘要】
电容器阵列结构及其制造方法
本专利技术属于半导体器件及制造领域，特别是涉及一种电容器阵列结构及其制造方法。
技术介绍
动态随机存储器(DynamicRandomAccessMemory，简称：DRAM)是计算机中常用的半导体存储器件，由许多重复的存储单元组成。在20nm以下的DRAM制程中，DRAM均采用堆栈式的电容构造，其电容器(Capacitor)是垂直的高深宽比的圆柱体形状以增加表面积，现有的电容器包括下电极层、电容介质层及上电极层。在现有的DRAM电容器中，所使用的下电极层的材料一般为氮化钛(TiN)，电容介质层的材料一般为氧化锆(ZrOx)，而氧化钛电容介质层与氮化坦下电极层之间的黏着性比较差，容易发生电容介质层从下电极层表面发生剥落(peeling)的异常现象。而当电容介质层从下电极层发生剥落，则容易造成电容器漏电流的增加，进而导致器件功耗增大，甚至导致器件失效。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种电容器阵列结构及其制造方法，用于解决现有技术中的电容器中电容介质层容易从下电极层表面剥离而导致的漏电流增加、功耗增大及导致器件失效的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种电容器阵列结构，所述电容器阵列结构设置于半导体衬底上，所述电容器阵列结构包括下电极层、粘附层、电容介质层及上电极，其中，所述下电极层位于所述半导体衬底上；所述粘附层覆盖于所述下电极层的内表面及外表面，用于提高所述下电极层与所述电容介质层之间的粘附力，以防止所述下电极层与所述电容介质层相剥离；所述电容介质层覆盖于所述粘附层的内表面及外表面；及，所述上电极层覆盖于所述电容介质层的外表面。优选地，所述下电极层、所述电容介质层及所述上电极层均包括金属化合物层、所述粘附层包括金属氧化物层。优选地，所述下电极层的材料包括氮化钛(TiN)，所述电容介质层的材料包括氧化锆，所述粘附层的材料包括氧化钛(TiOx)。优选地，所述粘附层的厚度与所述下电极层的厚度之比小于2:3。优选地，所述下电极层的截面形状为U型。优选地，所述半导体衬底上形成有多个在内存数组结构中的焊盘，所述下电极层的底部下表面结合于所述焊盘。优选地，所述电容器阵列还包括支撑结构，形成于所述半导体衬底上并连接所述下电极层；所述支撑结构包括顶层支撑层、中间支撑层及底层支撑层，所述顶层支撑层连接所述下电极层的开口外围，所述中间支撑层连接所述下电极层的中间部位，所述底层支撑层连接所述下电极层的底部外围。优选地，所述支撑结构的边缘为帘幕波浪形，且所述支撑结构的角隅为圆弧形。优选地，所述粘附层的阳离子元素取自于所述下电极层的表面金属元素而自生成，所述粘附层的阴离子元素不相同所述下电极层的阴离子元素，使所述粘附层与所述下电极层之间为无孔隙结合。优选地，所述粘附层的阴离子元素相同于所述电容介质层的阴离子元素。本专利技术还提供一种电容器阵列结构的制造方法，所述电容器阵列结构的制造方法包括如下步骤：1)提供一半导体衬底；2)于所述半导体衬底的上表面形成交替叠置的牺牲层及支撑结构；3)于所述交替叠置的牺牲层及支撑结构的上表面形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层具有多个开孔，用于定义电容孔的位置及形状；4)依据所述图形化掩膜层刻蚀所述支撑结构及所述牺牲层，以在所述支撑结构及所述牺牲层内形成电容孔；5)于所述电容孔内形成下电极层，所述支撑结构连接所述下电极层；6)去除所述牺牲层，其中，所述支撑结构保留在所述半导体衬底上；7)于所述下电极层的内表面及外表面形成粘附层，其中，所述粘附层覆盖所述下电极层，用于提高所述下电极层与后续形成的电容介质层之间的粘附力，防止所述下电极层与电容介质层相剥离；8)于所述粘附层的内表面及外表面形成电容介质层，其中，所述电容介质层覆盖所述粘附层；及，9)于所述电容介质层的外表面形成上电极层，其中，所述上电极层覆盖所述电容介质层。优选地，步骤1)中，所述半导体衬底上形成有多个在内存数组结构中的焊盘；步骤2)中形成的所述支撑结构包括顶层支撑层、中间支撑层及底层支撑层，所述顶层支撑层、所述中间支撑层及所述底层支撑层上下相隔有间距，且均位于所述牺牲层内；步骤4)中，形成的所述电容孔暴露出所述焊盘。优选地，步骤6)包括如下步骤：6-1)于所述顶层支撑层内形成第一开口，所述第一开口暴露出所述牺牲层位于所述顶层支撑层与所述中间支撑层之间的第一部分；6-2)依据所述第一开口，采用湿法刻蚀工艺去除所述牺牲层位于所述顶层支撑层与所述中间支撑层之间的第一部分；6-3)于所述中间支撑层内形成第二开口，所述第二开口暴露出所述牺牲层位于所述中间支撑层与所述半导体衬底之间的第二部分；及，6-4)依据所述第二开口，采用湿法刻蚀工艺去除所述牺牲层位于所述中间支撑层与所述半导体衬底之间的第二部分及所述底层支撑层与所述第二开口相对应部分，以在所述底层支撑层内形成第三开口。优选地，步骤6-2)中，一个所述第一开口仅与一个所述电容孔交叠，或者一个所述第一开口同时与多个所述电容孔交叠；步骤6-4)中，一个所述第二开口仅与一个所述电容孔交叠，或者一个所述第一开口同时与多个所述电容孔交叠。优选地，步骤5)中，于所述电极孔内形成氮化钛层作为所述下电极层；步骤7)中，于所述下电极层的内表面及外表面形成氧化钛层作为所述粘附层；步骤8)中，于所述粘附层的内表面及外表面形成氧化锆层作为所述电容介质层。优选地，步骤7)中，形成所述粘附层的过程中，消耗的所述下电极层的厚度小于步骤5)中形成的所述下电极层的初始厚度的40％。优选地，步骤7)中，采用O3氧化工艺对所述下电极层进行氧化处理，以于所述下电极层的内表面及外表面形成所述粘附层，并使得所述粘附层与所述下电极层无孔隙结合。优选地，采用O3氧化工艺对所述下电极层进行氧化处理的过程中，处理压力为0.1托～2托，处理温度为200℃～400℃。优选地，步骤7)中，采用低压化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺于所述下电极层的内表面及外表面形成所述粘附层，并使得所述粘附层与所述下电极层无孔隙结合。优选地，低压化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺中使用的氧源前驱体包括O2等离子体、H2O、O2、N2O或H2O2。优选地，低压化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺中的沉积压力为0.1托～2托，沉积温度为200℃～400℃。本专利技术还提供一种半导体存储器件结构，所述半导体存储器件结构包括如上述任一方案中所述的电容器阵列结构。如上所述，本专利技术的电容器阵列结构及其制造方法，具有以下有益效果：本专利技术的电容器阵列结构通过在下电极层与电容介质层之间设置粘附层，可以改善电容介质层与下电极层之间的黏着性，从而有效避免电容介质层从下电极层表面剥离，提高电容介质层的可靠性，避免漏电流的异常增加；本专利技术的电容器阵列结构的制造方法通过采用低压化学气相沉积工艺、原子层沉积工艺或O3氧化工艺在下电极层表面形成粘附层，相较于其他工艺，在下电极层表面形成的粘附层的致密性更高，粘附层与下电极层可以无孔隙贴合，二者的黏着性更好，从而进一步大大降低电容介质层从下电极层表面剥离的风险，提高电容介质层的可靠性，避免漏电流的异常增加。附图说明图1显示为本专利技术实施例一中提供的制备电容器阵列结构的流程图。图2显示为本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容器阵列结构，其特征在于，所述电容器阵列结构设置于半导体衬底上，所述电容器阵列结构包括下电极层、粘附层、电容介质层及上电极，其中，所述下电极层位于所述半导体衬底上；所述粘附层覆盖于所述下电极层的内表面及外表面，用于提高所述下电极层与所述电容介质层之间的粘附力，以防止所述下电极层与所述电容介质层相剥离；所述电容介质层覆盖于所述粘附层的内表面及外表面；及，所述上电极层覆盖于所述电容介质层的外表面。

【技术特征摘要】
1.一种电容器阵列结构，其特征在于，所述电容器阵列结构设置于半导体衬底上，所述电容器阵列结构包括下电极层、粘附层、电容介质层及上电极，其中，所述下电极层位于所述半导体衬底上；所述粘附层覆盖于所述下电极层的内表面及外表面，用于提高所述下电极层与所述电容介质层之间的粘附力，以防止所述下电极层与所述电容介质层相剥离；所述电容介质层覆盖于所述粘附层的内表面及外表面；及，所述上电极层覆盖于所述电容介质层的外表面。2.根据权利要求1所述的电容器阵列结构，其特征在于：所述下电极层、所述电容介质层及所述上电极层均包括金属化合物层、所述粘附层包括金属氧化物层。3.根据权利要求2所述的电容器阵列结构，其特征在于：所述下电极层的材料包括氮化钛(TiN)，所述电容介质层的材料包括氧化锆，所述粘附层的材料包括氧化钛(TiOx)。4.根据权利要求1所述的电容器阵列结构，其特征在于：所述粘附层的厚度与所述下电极层的厚度之比小于2:3。5.根据权利要求1所述的电容器阵列结构，其特征在于：所述下电极层的截面形状为U型。6.根据权利要求1所述的电容器阵列结构，其特征在于：所述半导体衬底上形成有多个在内存数组结构中的焊盘，所述下电极层的底部下表面接合于所述焊盘。7.根据权利要求1所述的电容器阵列结构，其特征在于：所述电容器阵列还包括支撑结构，形成于所述半导体衬底上并连接所述下电极层；所述支撑结构包括顶层支撑层、中间支撑层及底层支撑层，所述顶层支撑层连接所述下电极层的开口外围，所述中间支撑层连接所述下电极层的中间部位，所述底层支撑层连接所述下电极层的底部外围。8.根据权利要求7所述的电容器阵列结构，其特征在于：所述支撑结构的边缘为帘幕波浪形，且所述支撑结构的角隅为圆弧形。9.根据权利要求1至8中任一项所述的电容器阵列结构，其特征在于：所述粘附层的阳离子元素取自于所述下电极层的表面金属元素而自生成，所述粘附层的阴离子元素不相同所述下电极层的阴离子元素，使所述粘附层与所述下电极层之间为无孔隙结合。10.根据权利要求9所述的电容器阵列结构，其特征在于：所述粘附层的阴离子元素相同于所述电容介质层的阴离子元素。11.一种电容器阵列结构的制造方法，其特征在于，所述电容器阵列结构的制造方法包括如下步骤：1)提供一半导体衬底；2)于所述半导体衬底的上表面形成交替叠置的牺牲层及支撑结构；3)于所述交替叠置的牺牲层及支撑结构的上表面形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层具有多个开孔，用于定义电容孔的位置及形状；4)依据所述图形化掩膜层刻蚀所述支撑结构及所述牺牲层，以在所述支撑结构及所述牺牲层内形成电容孔；5)于所述电容孔内形成下电极层，所述支撑结构连接所述下电极层；6)去除所述牺牲层，其中，所述支撑结构保留在所述半导体衬底上；7)于所述下电极层的内表面及外表面形成粘附层，其中，所述粘附层覆盖所述下电极层，用于提高所述下电极层与后续形成的电容介质层之间的粘附力，防止所述下电极层与电容介质层相剥离；8)于所述粘附层的内表面及外表面形成电容介质层，其中，所述电容介质层覆盖所述粘附层；及，9)于所述电容介质层的外表面形成上电极层，其中，所述上电极层覆盖所述电容介质层。12.根据权利要求11所述的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：睿力集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34