具有纳米线结构的电容器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及半导体工艺技术领域，公开了一种具有纳米线结构的电容器及其制备方法。在本发明专利技术中，先在衬底上形成第一导电层；然后在第一导电层上制备金属半导体化合物纳米线，构成底层金属；依次在底层金属上形成介质层、金属层，并由该金属层构成上层金属。本发明专利技术通过在第一导电层上制备金属半导体化合物纳米线，构成电容器结构的底层金属，增加了电容器结构的电极面积，从而增大了电容器的电容量；由于在第一导电层上制备的金属半导体化合物具有纳米线结构，使得构成的底层金属具备立体结构，因此可使得电容器结构在同等芯片面积下，增加了电容表面积，从而增大了电容器的电容量，即提供了小尺寸大容量的电容器结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体工艺
，特别涉及。
技术介绍
随着半导体器件制造业的飞速发展，半导体器件已经具有纳米结构，半导体集成电路IC中包含巨大数量的半导体元件。而在半导体衬底上的层间绝缘膜中设置电容器结 构的半导体元件已被广泛应用。半导体元件中的电容器通常是由两个电极及位于两个电极之间的电介质所共同组成的。这种电容器的制造过程通常如下所述I.在衬底上形成一导电层，限定图案并蚀刻，以形成电容器的下电极。2.在电极上形成一介质层。3.以另一导电层覆盖介质层。电容器的电容量与电极的面积、两电极之间的距离以及介质层的介电系数有关。通过增加电极的面积，减小介质层的厚度，以及使用具有高介电常数的电介质材料可以增加电容器的电容量。电极的材料通常包括高掺杂多晶硅、金属硅化物及金属。由于金属电极的电容器的品质比使用多晶硅电容器的品质好，所以目前常用的金属-绝缘层-金属(Metal-Insulator-Metal,简称“MIM”)电容器的上下电极多以金属层形成,这种MIM电容器具有较小的寄生电阻且没有寄生电容。然而由于通常的MM电容器通过在平面上按顺序形成第一金属层，介质层和第二金属层而制成，而介质层的厚度又不能无限制的减少，因此，通常MIM电容器的电容密度具有上限。因此，研究开发小尺寸大容量电容器结构和相关工艺技术对未来集成电路的发展至关重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，以提供小尺寸大容量的电容器结构。为解决上述技术问题，本专利技术的实施方式提供了一种具有纳米线结构的电容器的制备方法，包含以下步骤提供衬底； 在所述衬底上形成第一导电层；在所述第一导电层上制备金属半导体化合物纳米线，所述金属半导体化合物纳米线与所述第一导电层构成底层金属；在所述底层金属上形成介质层；在所述介质层上覆盖金属层，所述覆盖的金属层构成上层金属。本专利技术的实施方式还提供了一种具有纳米线结构的电容器，包含衬底、底层金属、介质层和上层金属；其中，所述底层金属由第一导电层和金属半导体化合物纳米线构成，所述第一导电层覆盖于所述衬底之上，所述金属半导体化合物纳米线制备在所述第一导电层上；所述介质层覆盖于所述底层金属之上；所述上层金属覆盖于所述介质层之上。本专利技术实施方式相对于现有技术而言，通过在第一导电层上制备金属半导体化合物纳米线，构成电容器结构的底层金属，增加了电容器结构的电极面积，从而增大了电容器的电容量；由于在第一导电层上制备的金属半导体化合物具有纳米线结构，使得构成的底层金属具备立体结构，因此可使得电容器结构在同等芯片面积下，增加了电容表面积，从而增大了电容器的电容量，即提供了小尺寸大容量的电容器结构。而且，本领域技术人员可以 理解，金属半导体化合物纳米线的高度越高，由第一导电层与金属半导体化合物纳米线构成的电容器结构的底层金属的表面积越大，即电容器结构的底面积越大，电容器的电容量也就越大。另外，在所述第一导电层上制备金属半导体化合物纳米线的步骤中，可以通过以下两种方案来完成金属半导体化合物纳米线的制备第一种方案包含以下子步骤在所述第一导电层上依次形成多晶半导体层及绝缘层；采用光刻工艺，对所述多晶半导体层及绝缘层的中间部分用光刻胶进行保护，再依次对所述绝缘层以及所述多晶半导体层进行刻蚀，去掉两侧的绝缘层以及多晶半导体层；在所述多晶半导体层两侧的侧壁上沉积金属薄膜，所述金属薄膜中的金属向所述多晶半导体层扩散；去除所述多晶半导体层侧壁表面剩余的金属薄膜；对所述多晶半导体层进行退火，在所述多晶半导体层的侧壁表面形成金属半导体化合物纳米线；去除所述绝缘层及所述多晶半导体层。其中，所述金属薄膜可通过PVD (物理气相沉积)法沉积在所述多晶半导体层两侧的侧壁上。在采用PVD法沉积金属薄膜的过程中，还可将靶材部分离化成离子状态，使其产生金属离子，并在所述多晶半导体层上加第一偏压。第二种方案包含以下子步骤在所述第一导电层上依次形成多晶半导体层及绝缘层；采用光刻工艺，对所述多晶半导体层及绝缘层的中间部分用光刻胶进行保护，再依次对所述绝缘层以及所述多晶半导体层进行刻蚀，去掉两侧的绝缘层以及多晶半导体层；在所述多晶半导体层两侧的侧壁上沉积金属薄膜，所述金属薄膜中的金属向所述多晶半导体层扩散；对所述多晶半导体层进行退火；去除所述多晶半导体层侧壁表面剩余的金属薄膜，得到在所述多晶半导体层的侧壁表面形成金属半导体化合物纳米线；去除所述绝缘层及所述多晶半导体层。由以上两种方案可以看出，在每种方案的处理过程中，金属薄膜中的金属向多晶半导体层扩散的程度不一样，从而使最终形成的金属半导体化合物纳米线的宽度也不一样。第一种方案形成金属半导体化合物纳米线的宽度在2至10纳米之间，第二种方案形成的金属半导体化合物纳米线宽度在8纳米以上。因此，本专利技术的实施方式可以根据制备电容器结构的要求，灵活调节金属半导体化合物纳米线的宽度。另外，所述介质层中选用的介质材料为二氧化硅SiO2，氮化硅Si3N4，三氧化二铝Al2O3, 二氧化铪HfO2, 二氧化钛ZrO2或二氧化锆ZrO2中的任一种或者任意组合。根据电容器的电容量与介质层的介电常数之间的关系，电容器的介质层的介电常数越大，电容器的电容量越大；因此可以选用介电常数较大的介质材料作为介质层，进一步增大电容器结构的电容量。 另外，在底层金属上形成介质层的步骤中，采用原子层沉积ALD法形成所述介质层。由于采用ALD法淀积形成的介质层可以做得很薄，并且厚度均匀性和一致性更好，因此可优选地采用原子层沉积ALD法形成该介质层。附图说明图I是本专利技术的第一实施方式的具有纳米线结构的电容器的制备方法的流程图；图2是本专利技术的第一实施方式中在第一导电层上制备金属半导体化合物纳米线的流程图； 图3A至图3H是本专利技术的第一实施方式提供的具有纳米线结构的电容器的制备方法中各步骤对应的结构的剖面示意图；图4本专利技术的第二实施方式的中在第一导电层上制备金属半导体化合物纳米线的流程图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本专利技术各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。本专利技术的第一实施方式涉及一种具有纳米线结构的电容器的制备方法，如图I所示为本实施方式提供的具有纳米线结构的电容器的制备方法的流程图，图2为本实施方式中在第一导电层上制备金属半导体化合物纳米线的流程图，图3A至图3H为本实施方式提供的具有纳米线结构的电容器的制备方法中各步骤对应的结构的剖面示意图，下面结合图I、图2以及图3A至图3H，对本实施方式提供的具有纳米线结构的电容器的制备方法进行具体说明。步骤S101，提供衬底101，并在衬底上形成第一导电层102A，如图3A所示。其中，衬底可以为半导体衬底、玻璃衬底或其他类型的衬底，该衬底可以是单层的，也可以是多层的。由于第一导电层需要与其上制备的金属半导体化合物纳米线构成电容器结构的底层金属，所以第一导电层可以选用诸如金、银、铜、钼、铝等常见金属，或者，也可以选用金属与硅反应生成的金属硅化物，如硅化钛、硅化镍、硅化钨、硅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有纳米线结构的电容器的制备方法，其特征在于，包含以下步骤 提供衬底； 在所述衬底上形成第一导电层； 在所述第一导电层上制备金属半导体化合物纳米线，所述金属半导体化合物纳米线与所述第一导电层构成底层金属； 在所述底层金属上形成介质层； 在所述介质层上覆盖金属层，所述覆盖的金属层构成上层金属。2.根据权利要求I所述的具有纳米线结构的电容器的制备方法，其特征在于， 所述金属半导体化合物纳米线为金属硅化物纳米线。3.根据权利要求I所述的具有纳米线结构的电容器的制备方法，其特征在于，在所述第一导电层上制备金属半导体化合物纳米线的步骤中，包含以下子步骤 在所述第一导电层上依次形成多晶半导体层及绝缘层； 采用光刻工艺，对所述多晶半导体层及绝缘层的中间部分用光刻胶进行保护，再依次对所述绝缘层以及所述多晶半导体层进行刻蚀，去掉两侧的绝缘层以及多晶半导体层；在所述多晶半导体层两侧的侧壁上沉积金属薄膜，所述金属薄膜中的金属向所述多晶半导体层扩散； 去除所述多晶半导体层侧壁表面剩余的金属薄膜； 对所述多晶半导体层进行退火，在所述多晶半导体层的侧壁表面形成金属半导体化合物纳米线； 去除所述绝缘层及所述多晶半导体层。4.根据权利要求3所述的具有纳米线结构的电容器的制备方法，其特征在于，所述金属薄膜是通过物理气相沉积PVD法沉积在所述多晶半导体层两侧的侧壁上。5.根据权利要求4所述的电容器的制备方法，其特征在于，在所述PVD法沉积金属薄膜的过程中，将靶材部分离化成离子状态，使其产生金属离子，并在所述多晶半导体层上加第一偏压。6.根据权利要求3所述的具有纳米线结构的电容器的制备方法，其特征在于，所述金属半导体化合物纳米线的宽度在2至10纳米之间。7.根据权利要求I所述的具有纳米线结构的电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴东平，陈玫瑰，许鹏，张卫，张世理，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：