金屬-絕緣-金屬型電容器、存儲器單元及其形成方法

專利名稱：金屬-絕緣-金屬型電容器、存儲器單元及其形成方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件及其制作方法，特別涉及金屬-絕緣-金屬型電容 器、存儲器單元及其形成方法。
背景技術：
在超大規模集成電路中，電容器是常用的無源元件之一。電容器經常整
合在雙極(Bipolar)晶體管或互補式金屬氧化物半導體(CMOS， Complementary Metal Oxide Semiconductor)晶體管等有源元件之中。目前制造的電容器可分成 以多晶硅為電極以及以金屬為電極兩種，以多晶硅為電極會有載子缺乏的問 題，使得跨越電容器兩端的表面電壓改變時，電容量也會隨著改變，因此以 多晶硅為電極的電容器無法滿足現今邏輯電路要求的線性需求。而以金屬為 電極的電容器則無上述的問題，此種以金屬為電極的電容器泛稱為金屬-絕緣-金屬型(MIM, Metal-Insulator-Metal)電容器。
現有在存儲器單元中形成MIM電容器的制作工藝，如圖l所示，在半導 體襯底21上依次形成隔離溝槽22、 4冊介質層23、柵極結構24、位于半導體 襯底21中的柵極結構24兩側的源才及26a和漏極26b構成的MOS晶體管；在 整個半導體襯底21上及MOS晶體管上形成第一層間介電層27,用于半導體 器件的縱向隔離。
如圖2所示，在第一層間介電層27和柵介質層23中對著MOS晶體管的源極 26a或者漏才及26b位置形成通孔27a;在第一層間介電層27上形成導電層28，且 導電層28填充滿通孔27a;對導電層28進行平坦化至露出第一層間介電層27。
如圖3所示，在第一層間介電層27上形成第二層間介電層29,在對著第
一層間介電層27中的通孔27a位置形成第一開口 29a，所述第一開口 29a暴 露出第一層間介電層27的通孔27a及通孔27a中填充的導電層28。
參照圖4，用化學氣相沉積法在第二層間介電層29上及第一開口 29a內 側沉積第一金屬層30,作為電容器的第一電極；蝕刻第一金屬層30至露出第 二層間介電層29;然后，用化學氣相沉積法在第二層間介電層29和第一金屬 層30上沉積絕緣介質層31,用于電容器電極間的隔離。
參照圖5，用化學氣相沉積法或原子層沉積法在絕緣介質層31上沉積第 二金屬層32,作為電容器的第二電極。
在如下中國專利申請200410091236還可以發現更多與上述技術方案相關 的信息，直接沉積第一金屬層、絕緣介質層和第二金屬層，形成MIM電容器。
現有技術形成的金屬-絕緣-金屬型電容器電極的表面積小，因此隨著芯片 尺寸的不斷減小，金屬-絕緣-金屬型電容器的線寬也隨之縮小，此時很難保證 金屬-絕緣-金屬型電容器的原有電容量。

發明內容
本發明解決的問題是提供一種金屬-絕緣-金屬型電容器、存儲器單元及其 形成方法，保證金屬-絕緣-金屬型電容器的電容量。
為解決上述問題，本發明提供一種金屬-絕緣-金屬型電容器的形成方法， 包括下列步驟在半導體村底上形成第一金屬層；對第一金屬層進行退火， 形成帶有分立金屬顆粒的第一金屬層，作為第一電極；在分立金屬顆粒及分 立金屬顆粒間的第一金屬層上形成絕緣介質層；在絕緣介質層上形成第二金 屬層，作為第二電極。
可選的，形成所述帶有分立金屬顆粒的第一金屬層進一步包括對第一 金屬層在氮氣氣氛中、在50(TC至60(TC下進行退火2分鐘至7分鐘，形成所 述分立金屬顆粒的直徑為100埃至300埃。
可選的，形成第一金屬層的方法為化學氣相沉積法或物理氣相沉積法。 所述第一金屬層的材料為銅或鈦或金或銀。所述第一金屬層在退火前的厚度
為400埃~600埃。
本發明提供一種存儲器單元的形成方法，包括下列步驟在半導體襯底 上依次形成柵介質層、柵極結構、半導體襯底中的柵極結構兩側的源極和漏 極，構成MOS晶體管；在整個半導體襯底上及MOS晶體管上形成第一層間 介電層；在第一層間介電層和4冊介質層中對著MOS晶體管的源極或者漏極位 置形成通孔；在通孔中填入導電層至與第一層間介電層相平；在第一層間介 電層上形成第二層間介電層，在對著第一層間介電層中的通孔位置形成第一 開口，所述第一開口暴露出第一層間介電層的通孔；在第一開口內側形成形 成第一金屬層；對第一金屬層進行退火，形成帶有分立金屬顆粒的第一金屬 層，作為第一電極；在分立金屬顆粒及分立金屬顆粒間的第一金屬層上形成 絕緣介質層；在絕緣介質層上形成第二金屬層，作為第二電極。
可選的，形成所述帶有分立金屬顆粒的第一金屬層進一步包括對第一 金屬層在氮氣氣氛中、在50(TC至60(TC下進行退火2分鐘至7分鐘，形成所 述分立金屬顆粒的直徑為100埃至300埃。
可選的，形成第一金屬層的方法為化學氣相沉積法或物理氣相沉積法。 所述第一金屬層的材料為銅或鈦或金或銀。所述第一金屬層在退火前的厚度 為400埃~600埃。
本發明提供一種金屬-絕緣-金屬型電容器的形成方法，包括下列步驟在 半導體襯底上依次形成第一金屬層和第三金屬層；進行退火工藝，第三金屬 層成分立金屬顆粒，與第一金屬層構成第一電極；在分立金屬顆粒及分立金 屬顆粒間的第 一金屬層上形成絕緣介質層；在絕緣介質層上形成第二金屬層， 作為第二電極。
可選的，形成所述分立金屬顆粒進一步包括對第三金屬層在氮氣氣氛
中、在500。C至60(TC下進行退火2分鐘至7分鐘，形成所述分立金屬顆粒直 徑為100埃至300埃。
可選的，形成第三金屬層的方法為化學氣相沉積法或物理氣相沉積法。 所述第三金屬層的材料為銅或鈦或金或銀，厚度為80埃 120埃。形成第一金 屬層的方法為化學氣相沉積法或物理氣相沉積法。所述第 一金屬層的材料為 氮化鈦，厚度為250埃~350埃。所述第三金屬層的熔點比第一金屬層的熔點 低。
本發明提供一種存儲器單元的形成方法，包括下列步驟在半導體襯底 上依次形成柵介質層、柵極結構、半導體襯底中的柵極結構兩側的源極和漏 極，構成MOS晶體管；在整個半導體襯底上及MOS晶體管上形成第一層間 介電層；在第一層間介電層和柵介質層中對著MOS晶體管的源極或者漏極位 置形成通孔；在通孔中填入導電層至與第一層間介電層相平；在第一層間介 電層上形成第二層間介電層，在對著第一層間介電層中的通孔位置形成第一 開口，所述第一開口暴露出第一層間介電層的通孔；在第一開口內側依次形 成第一金屬層和第三金屬層；進行退火工藝，第三金屬層成分立金屬顆粒， 與第 一金屬層構成第 一 電極；在分立金屬顆粒及分立金屬顆粒間的第 一金屬 層上形成絕緣介質層；在絕緣介質層上形成第二金屬層，作為第二電極。
可選的，形成所述分立金屬顆粒進一步包括對第三金屬層在氮氣氣氛 中、在500'C至60(TC下進行退火2分鐘至7分鐘，形成所述分立金屬顆粒直 徑為100埃至300埃。
可選的，形成第三金屬層的方法為化學氣相沉積法或物理氣相沉積法。 所述第三金屬層的材料為銅或鈦或金或銀，厚度為80埃 120埃。形成第一金 屬層的方法為化學氣相沉積法或物理氣相沉積法。所述第 一金屬層的材料為 氮化鈦，厚度為250埃~350埃。所述第三金屬層的熔點比第一金屬層的熔點 低。 本發明提供一種金屬-絕緣-金屬型電容器的形成方法，包括下列步驟在
半導體襯底上形成第一金屬層；在第一金屬層上形成離散的金屬原子顆粒； 對金屬原子顆粒進行退火，形成分立金屬顆粒，與第一金屬層作為第一電極； 在分立金屬顆粒及分立金屬顆粒間的第一金屬層上形成絕緣介質層；在絕緣 介質層上形成第二金屬層，作為第二電極。
可選的，形成離散的金屬原子顆粒的方法為原子層沉積法。 可選的，所述分立金屬顆粒的材料為銅或鈦或金或銀，直徑為100埃至 300埃。
可選的，形成第一金屬層的方法為化學氣相沉積法或物理氣相沉積法。 所述第一金屬層的材料為氮化鈦，厚度為250埃 350埃。
本發明才是供一種存儲器單元的形成方法，包括下列步驟在半導體襯底 上依次形成柵介質層、柵極結構、半導體襯底中的柵極結構兩側的源極和漏 極，構成MOS晶體管；在整個半導體襯底上及MOS晶體管上形成第一層間 介電層；在第一層間介電層和柵介質層中對著MOS晶體管的源極或者漏極位 置形成通孔；在通孔中填入導電層至與第一層間介電層相平；在第一層間介 電層上形成第二層間介電層，在對著第一層間介電層中的通孔位置形成第一 開口，所述第一開口暴露出第一層間介電層的通孔；在第一開口內側依次形 成第一金屬層和離散的金屬原子顆粒；對金屬原子顆粒進行退火，形成分立 金屬顆粒，與第一金屬層作為第一電極；在分立金屬顆粒及分立金屬顆粒間 的第一金屬層上形成絕緣介質層；在絕緣介質層上形成第二金屬層，作為第 二電極。
可選的，形成離散的金屬原子顆粒的方法為原子層沉積法。 可選的，所述分立金屬顆粒的材料為銅或鈦或金或銀，直徑為100埃至 300埃。
可選的，形成第一金屬層的方法為化學氣相沉積法或物理氣相沉積法。
所述第一金屬層的材料為氮化鈦，厚度為250埃 350埃。
本發明提供一種金屬-絕緣-金屬型電容器，包括依次位于半導體襯底上 的第一電極、絕緣介質層和第二電極，所述第一電極包括第一金屬層和位于 第一金屬層上的分立金屬顆粒，所述絕緣介質層位于分立金屬顆粒及分立金 屬顆粒間的第一金屬層上。
可選的，所述分立金屬顆粒的材料為銅或鈦或金或銀。所述分立金屬顆 粒的直徑為100埃至300埃。
本發明提供一種存儲器單元，包括形成于半導體襯底上的由柵介質層、 柵極結構、形成于半導體襯底中的柵極結構兩側的源極和漏極構成的MOS晶 體管和第一層間介電層；第一層間介電層中對著MOS晶體管的源極或者漏極 位置形成的通孔；通孔中填充的導電層且與第一層間介電層相平；位于第一 層間介電層上的第二層間介電層，第二層間介電層中的對著第一層間介電層 中的通孔位置形成的第一開口，所述第一開口暴露出第一層間介電層的通孔 和導電層；第一開口內側依次形成的第一電極、絕緣介質層和第二電極，所 述第一電極包括第一金屬層和位于第一金屬層上的分立金屬顆粒，所述絕緣 介質層位于分立金屬顆粒及分立金屬顆粒間的第一金屬層上。
可選的，所述分立金屬顆粒的材料為銅或鈦或金或銀。所述分立金屬顆 粒的直徑為100埃至300埃。
與現有技術相比，以上方案具有以下優點第一電極包括第一金屬層和 位于第一金屬層上的分立金屬顆粒，分立金屬顆粒可以增大金屬-絕緣-金屬型 電容器第一電極的表面積，即使在芯片尺寸不斷縮小，金屬-絕緣-金屬型電容 器的電容量也不會減小。


圖1至圖5是現有制作存儲器單元的示意圖；圖6是本發明形成金屬-絕緣-金屬型電容器的第一實施例流程圖7至圖10是本發明形成金屬-絕緣-金屬型電容器的第一實施例示意圖11是本發明形成帶有金屬-絕緣-金屬型電容器的存儲器單元的第一實 施例流程圖12至圖18是本發明形成帶有金屬-絕緣-金屬型電容器的存儲器單元的 第一實施例示意圖19是本發明形成金屬-絕緣-金屬型電容器的第二實施例流程圖20至圖23是本發明形成金屬-絕緣-金屬型電容器的第二實施例示意
圖24是本發明形成帶有金屬-絕緣-金屬型電容器的存儲器單元的第二實 施例流程圖25至圖31是本發明形成帶有金屬-絕緣-金屬型電容器的存儲器單元的 第二實施例示意圖32是本發明形成金屬-絕緣-金屬型電容器的第三實施例流程圖33至圖36是本發明形成金屬-絕緣-金屬型電容器的第三實施例示意
圖37是本發明形成帶有金屬-絕緣-金屬型電容器的存儲器單元的第三實 施例流程圖38至圖44是本發明形成帶有金屬-絕緣-金屬型電容器的存儲器單元的 第三實施例示意圖。
具體實施例方式
本發明第一電極包括第一金屬層和位于第一金屬層上的分立金屬顆粒，
分立金屬顆粒可以增大金屬-絕緣-金屬型電容器第 一電極的表面積，即使在芯 片尺寸不斷縮小，金屬-絕緣-金屬型電容器的電容量也不會減小。
下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。
本發明提供一種金屬-絕緣-金屬型電容器，包括依次位于半導體襯底上
的第一電極、絕緣介質層和第二電極，所述第一電極包括第一金屬層和位于 第一金屬層上的分立金屬顆粒，所述絕緣介質層位于分立金屬顆粒及分立金 屬顆粒間的第 一金屬層上。
本發明提供一種存儲器單元，包括形成于半導體襯底上的由柵介質層、 柵極結構、形成于半導體襯底中的柵極結構兩側的源極和漏極構成的MOS晶 體管和第一層間介電層；第一層間介電層中對著MOS晶體管的源極或者漏極 位置形成的通孔；通孔中填充的導電層且與第一層間介電層相平；位于第一 層間介電層上的第二層間介電層，第二層間介電層中的對著第一層間介電層 中的通孔位置形成的第一開口，所述第一開口暴露出第一層間介電層的通孔 和導電層；第一開口內側依次形成的第一電極、絕緣介質層和第二電極，所 述第一電極包括第一金屬層和位于第一金屬層上的分立金屬顆粒，所述絕緣 介質層位于分立金屬顆粒及分立金屬顆粒間的第一金屬層上。 實施例一
本實施例提供一種形成金屬-絕緣-金屬型電容器的方法，參考附圖6所示 的工藝流程圖，包括如下步驟執行步驟S101,在半導體襯底上形成第一金 屬層；執行步驟S102,對第一金屬層進行退火，形成帶有分立金屬顆粒的第 一金屬層，作為第一電極；執行步驟S103,在分立金屬顆粒及分立金屬顆粒 間的第一金屬層上形成絕緣介質層；執行步驟S104,在絕緣介質層上形成第 二金屬層，作為第二電極。 圖7至圖10是本發明形成金屬-絕緣-金屬型電容器的第一實施例示意圖。 參照圖7，提供半導體襯底100,所述半導體襯底100為帶有導電層和介電層 的襯底，本發明僅以一空白半導體襯底100為例。
在半導體襯底100上沉積厚度為400埃~600埃的第一金屬層102,具體 厚度例如400埃、420埃、440埃、460埃、480埃、500埃、520埃、540埃、 560埃、580埃或600埃等；所述第一金屬層102的材料為銅或鈦或金或銀， 沉積方法為公知的化學氣相沉積法或物理氣相沉積法等。
參考圖8,將帶有第一金屬層102的半導體襯底IOO放入退火爐中，第一 金屬層102經過退火后，形成連續第一金屬層102a和位于連續第一金屬層 102a上的分立金屬顆粒102b,作為電容器的第一電極；所述連續第一金屬層 102a厚度為250埃 350埃，具體厚度例如250埃、270埃、290埃、310埃、 330埃或350埃等，本實施例優選300埃；所述分立金屬顆粒102b可以是球 形、半球形、1/4球形或3/4球形等，直徑為100埃 300埃，具體直徑例如100 埃、120埃、140埃、160埃、180埃、200埃、220埃、240埃、260埃、280 埃或300埃等；所述形成分立金屬顆粒102b目的為增大電容器第一電極與后 續形成的電容器第二電極之間的接觸面積，增大電容器的電容量。
本實施例中，在氮氣氣氛中，在500。C至60(TC下進行退火2分鐘至7分 鐘，具體退火溫度為500°C、 520°C、 540°C、 560°C、 580。C或600。C等，退火 時間具體為2分鐘、3分鐘、4分鐘、5分鐘、6分鐘或7分鐘，退火后形 成連續第一金屬層102a和分立金屬顆粒102b。
如圖9所示，用化學氣相沉積法或物理氣相沉積法在分立金屬顆粒102b 及分立金屬顆粒102b間的連續第一金屬層102a上沉積厚度為40埃~60埃的 絕緣介質層104，用于電容器電極間的隔離，所述絕緣介質層104的材料可以 是氧化硅、氧化鋁、氧化鉿、氧化鉭或氧化鎬等。
本實施例中，絕緣介質層104的厚度具體為40埃、42埃、44埃、46埃、 48埃、50埃、52埃、54埃、56埃、58埃或60埃等，優選50埃。
參照圖10,在絕緣介質層104上形成厚度為250埃 350埃的第二金屬層 106,作為電容器的第二電極，所述第二金屬層106的材料為氮化鈦或釕等， 形成第二金屬層106的方法為化學氣相沉積法或物理氣相沉積法。
本實施例中，第二金屬層106的具體厚度例如250埃、270埃、290埃、 310埃、330埃或350埃等，優選300埃。
基于上述工藝實施后，形成本發明的電容器，所述電容器包括依次位 于半導體襯底IOO上的連續第一金屬層102a和位于連續第一金屬層102a上的 分立金屬顆粒102b,作為電容器的第一電極；位于分立金屬顆粒102b及分立 金屬顆粒間的連續第一金屬層102a上的絕緣介質層104;位于絕緣介質層104 上的第二金屬層106,作為電容器的第二電極。
本實施例還提供一種帶有金屬-絕緣-金屬型電容器的存儲器單元的形成 方法，參考附圖ll所示的工藝流程圖，包括如下步驟執行步驟S201,在半 導體襯底上依次形成柵介質層、柵極結構、半導體襯底中的柵極結構兩側的 源極和漏極，構成MOS晶體管；執行步驟S202,在整個半導體襯底上及MOS 晶體管上形成第一層間介電層；執行步驟S203,在第一層間介電層和4冊介質 層中對著MOS晶體管的源極或者漏極位置形成通孔；執行步驟S204,在通 孔中填入導電層至與第一層間介電層相平；執行步驟S205，在第一層間介電 層上形成第二層間介電層，在對著第一層間介電層中的通孔位置形成第一開 口，所述第一開口暴露出第一層間介電層的通孔；執行步驟S206，在第一開 口內側形成第一金屬層；執行步驟S207，對第一金屬層進行退火，形成帶有 分立金屬顆粒的第一金屬層，作為第一電極；執行步驟S208，在分立金屬顆 粒及分立金屬顆粒間的第一金屬層上形成絕緣介質層；執行步驟S209,在絕 緣介質層上形成第二金屬層，作為第二電極。
圖12至圖18是本發明形成帶有金屬-絕緣-金屬型電容器的存儲器單元的 第一實施例示意圖。參照圖12,提供半導體襯底200，在半導體村底200上
依次形成隔離溝槽202、斥冊介質層203、柵^L結構204、位于半導體一十底200 中的柵極結構204兩側的源極206a和漏極206b構成的MOS晶體管。所述柵 介質層203為由氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或者它們的組合構成，作為本發 明一個實施方式，所述柵介質層203為氧化硅。所述柵極結構204包括多晶 硅層、硅化物層和難熔金屬層，所述硅化鴒層和難熔金屬層為降低斥冊極和引 出電極之間的接觸電阻。所述MOS晶體管還包括位于棚-極結構204兩側的側 墻205,形成所述MOS晶體管為本技術領域人員公知技術。
在整個半導體襯底200上及MOS晶體管上形成第一層間介電層207，所 述第 一層間介電層207用于半導體器件的縱向隔離。所迷第 一層間介電層207 可以為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、加氟的硅酸鹽玻璃層(FSG)、氫化硅倍 半氧化物(HSQ)、以及摻碳的氧化硅(Coral , Black Diamond)等無機材料 或者象聚芳香烯醚(Flare)、芳香族碳氫化合物(SILK)以及二甲苯塑料等有 機材料或者它們的組合。作為本發明的一個實施方式，采用氧化硅作為第一 層間介電層207。所述形成第一層間介電層207為本技術領域人員公知技術。
參照圖13,在第一層間介電層207和柵介質層203中對著MOS晶體管 的源極206a或者漏極206b位置形成通孔207a,作為本發明的一個實施方式， 在對著MOS晶體管的源極206a位置形成通孔207a，所述通孔207a暴露出源 極206a。
參照圖14 ，在通孔207a中填入導電層208至與第 一層間介電層207相平， 所述導電層208可以為金屬鋁、鎢、鋁銅合金或者摻雜多晶硅等，所述本發 明的一個實施方式，所述導電層208為金屬鎢。所述導電層208與MOS晶體 管的源極206a相電連接。
參照圖15，在第一層間介電層207上形成第二層間介電層209,在對著 第一層間介電層207中的通孔207a位置形成第一開口 209a，所述第一開口209a暴露出第 一層間介電層207的通孔207a及通孔207a中填充的導電層208 。 所述第二層間介電層209可以為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、加氟的硅酸鹽 玻璃層(FSG )、氬化硅倍半氧化物(HSQ )、以及摻碳的氧化硅(Coral , Black Diamond)等無機材料或者象聚芳香烯醚(Flare )、芳香族碳氫化合物(SILK) 以及二曱苯塑料等有機材料或者它們的組合。作為本發明的一個實施方式，
采用氧化硅作為第二層間介電層209。所述形成第一開口 209a為本領域技術 人員7>知技術。
參照圖16,在第一開口 209a內側沉積厚度為400埃~600埃的第一金屬 層210,具體厚度例如400埃、420埃、440埃、460埃、480埃、500埃、520 埃、540埃、560埃、580埃或600埃等；所述第一金屬層210的材^f為銅或 鈦或金或銀，沉積方法為公知的化學氣相沉積法或物理氣相沉積法等；將半 導體襯底200放入退火爐中，第一金屬層210經過退火后，形成連續第一金 屬層210a和位于連續第一金屬層210a上的分立金屬顆粒層210b，作為電容 器的第一電極，所述連續第一金屬層210a厚度為250埃 350埃，具體厚度例 如250埃、270埃、290埃、310埃、330埃或350埃等，本實施例優選300 埃；分立金屬顆粒210b的形狀為球形、半球形、1/4球形或3/4球形等，直徑 為100埃 300埃，具體厚度例如100埃、120埃、140埃、160埃、180埃、 200埃、220埃、240埃、260埃、280埃或300埃等。
其中，連續第一金屬層210a通過通孔207a中填充的導電層208與MOS 晶體管的源極206a相電連接；所述形成分立金屬顆粒210b目的為增大電容 器第一電極與后續形成的電容器第二電極之間的接觸面積，增大電容器的電 容量。
本實施例中，在氮氣氣氛中，在500。C至60(TC下進行退火2分鐘至7分 鐘，具體退火溫度為500°C、 520。C、 540°C、 560°C、 580。C或600。C等，退火
時間具體為2分鐘、3分鐘、4分鐘、5分鐘、6分鐘或7分鐘，退火后形 成連續第 一金屬層210a和分立金屬顆粒210b。
參照圖17,在第一開口 209a內的分立金屬顆粒210b、分立金屬顆粒210b 間的連續第 一金屬層210a以及第 一開口 209a以外區域的第二層間介電層209 上的形成厚度為40埃~60埃的絕緣介質層211,用于電容器電極間的隔離， 所述絕緣介質層211位于分立金屬顆粒210b的表面，二者接觸面積較大，形 成所述絕緣介質層211的方法為公知的技術，具體為化學氣相沉積法或物理 氣相沉積法等。
其中，絕緣介質層211的具體厚度為40埃、42埃、44埃、46埃、48埃、 50埃、52埃、54埃、56埃、58埃或60埃等，優選50埃；所述絕緣介質211 的材料可以是氧化硅、氧化鋁、氧化鉿、氧化鉭或氧化鎬等。
參照圖18，在絕緣介質層211上形成厚度為250埃 350埃的第二金屬層 212，作為電容器的第二電極，形成第二金屬層212的方法為公知的化學氣相 沉積法或物理氣相沉積法等。
本實施例中，第二金屬層212的具體厚度例如250埃、270埃、290埃、 310埃、330埃或350埃等，優選300埃；第二金屬層212的材料為氮化鈦或 釕等。
基于上述工藝實施后，形成本實施例的存儲器單元，包括半導體襯底 200上依次形成的由柵介質層203、柵極結構204、源極206a和漏極206b構 成的MOS晶體管和第一層間介電層207;在第一層間介電層207中對著MOS 晶體管的源才及206a位置形成的通孔207a;在通孔207a中填充的導電層208 且與第一層間介電層207相平；位于第一層間介電層207上的第二層間介電 層209,第二層間介電層209中對著第一層間介電層中的通孔位置形成的第一 開口 209a,所述第一開口 209a暴露出第一層間介電層207的通孔207a和導
電層208;第一開口 209a內形成的作為電容器第一電極的連續第一金屬層210a 和位于連續第一金屬層210a上的分立金屬顆粒210b，連續第一金屬層210a 通過通孔207a中填充的導電層208與MOS晶體管的源極206a相電連接；于 分立金屬顆粒210b及分立金屬顆粒210b間的連續第 一金屬層210a上依次形 成有絕緣介質層211以及作為電容器第二電極的第二金屬層212。
實施例二
本實施例提供一種形成金屬-絕緣-金屬型電容器的方法，參考附圖19所 示的工藝流程圖，包括如下步驟執行步驟S301,在半導體襯底上依次形成 第一金屬層和第三金屬層；執行步驟S302，進行退火工藝，第三金屬層成分 立金屬顆粒，與第一金屬層構成第一電極；執行步驟S303在分立金屬顆粒及 分立金屬顆粒間的第一金屬層上形成絕緣介質層；執行步驟S304，在絕緣介 質層上形成第二金屬層，作為第二電極。
圖20至圖23是本發明形成金屬-絕緣-金屬型電容器的第二實施例示意 圖。參照圖20，提供半導體襯底300,所述半導體襯底300為帶有導電層和 介電層的襯底，本發明j又以一空白半導體襯底300為例。
在半導體襯底300上沉積厚度為250埃 350埃的第一金屬層301，沉積 方法為公知的化學氣相沉積法或物理氣相沉積法等；于第一金屬層301上沉 積厚度為80埃 120埃的第三金屬層302,沉積方法為/>知的化學氣相沉積法 或物理氣相沉積法等。
本實施例中，所述第一金屬層301的具體要求厚度為250埃、270埃、290 埃、310埃、330埃或350埃等，優選300埃；第一金屬層301的材料為氮化 鈦；所述第三金屬層302的材料為銅、鈦、金或銀等；其中，第三金屬層302 的具體厚度例如80埃、90埃、100埃、110埃或120埃等。
第三金屬層302的熔點比第一金屬層301的熔點低；作為一實施例，第 三金屬層302用的材料為金，熔點為1064°C,第一金屬層301用的材料為氮
化4太，熔點為2930°C。
參考圖21，將帶有第一金屬層301和第三金屬層302的半導體襯底300 放入退火爐中，由于第三金屬層302的熔點比第一金屬層301的熔點低，因 此，第三金屬層302經過退火后，形成分立金屬顆粒302a,而第一金屬層301 仍為連續金屬層，分立金屬顆粒302a與第一金屬層301作為電容器的第一電 極，分立金屬顆粒302a的形狀為球形、半球形、1/4球形或3/4球形等，直徑 為100埃 300埃，具體直徑例如100埃、120埃、140埃、160埃、180埃、 200埃、220埃、240埃、260埃、280埃或300埃等。所述形成分立金屬顆粒 302a目的為增大電容器第一電極與后續形成的電容器第二電極之間的接觸面 積，增大電容器的電容。
本實施例中，在氮氣氣氛中，在500。C至60(TC下進行退火2分鐘至7分 鐘，具體退火溫度為500°C 、 520°C、 540°C、 560°C、 580。C或600。C等，退火 時間具體為2分鐘、3分鐘、4分鐘、5分鐘、6分鐘或7分鐘，退火后形成 分立金屬顆粒302a。
如圖22所示，用化學氣相沉積法或物理氣相沉積法在分立金屬顆粒302a 及分立金屬顆粒302a間的第一金屬層301上沉積厚度為40埃 60埃的絕緣介 質層304，用于電容器電;f及間的隔離。
本實施例中，絕^彖介質層304的具體厚度為40埃、42埃、44埃、46埃、 48埃、50埃、52埃、54埃、56埃、58埃或60埃等，優選50埃；所述絕緣 介質304的材料可以是氧化硅、氧化鋁、氧化鉿、氧化鉭或氧化鎬等。
參照圖23,在絕緣介質層304上形成厚度為250埃~350埃的第二金屬層 306,作為電容器的第二電極，形成第二金屬層306的方法為化學氣相沉積法 或物理氣相沉積法。
本實施例中，第二金屬層306的具體厚度例如250埃、270埃、290埃、310埃、330埃或350埃等，優選300埃；第二金屬層306的材料為氮化鈦或 釕等。
基于上述工藝實施后，形成本發明的電容器，所述電容器包括依次位 于半導體襯底300上的第一金屬層301和位于第一金屬層301上的分立金屬 顆粒302a，作為電容器的第一電極；位于分立金屬顆粒302a及分立金屬顆粒 302a間的第一金屬層301上的絕緣介質層304;位于絕緣介質層304上的第 二金屬層306,作為電容器的第二電極。
本實施例還提供一種帶有金屬-絕緣-金屬型電容器的存儲器單元的形成 方法，參考附圖24所示的工藝流程圖，包括如下步驟執行步驟S401,在半 導體襯底上依次形成柵介質層、柵極結構、半導體襯底中的柵極結構兩側的 源極和漏極，構成MOS晶體管；執行步驟S402,在整個半導體襯底上及MOS 晶體管上形成第一層間介電層；執行步驟S403,在第一層間介電層和柵介質 層中對著MOS晶體管的源極或者漏極位置形成通孔；執行步驟S404，在通 孔中填入導電層至與第一層間介電層相平；執行步驟S405,在第一層間介電 層上形成第二層間介電層，在對著第一層間介電層中的通孔位置形成第一開 口，所述第一開口暴露出第一層間介電層的通孔；執行步驟S406,在第一開 口內側依次形成第一金屬層和第三金屬層；執行步驟S407,進行退火工藝， 第三金屬層成分立金屬顆粒，與第一金屬層構成第一電極；執行步驟S408， 在分立金屬顆粒及分立金屬顆粒間的第一金屬層上形成絕緣介質層；執行步 驟S409,在絕緣介質層上形成第二金屬層，作為第二電極。
圖25至圖31是本發明形成帶有金屬-絕緣-金屬型電容器的存儲器單元的 第二實施例示意圖。參照圖25,提供半導體襯底400,在半導體襯底400上 依次形成隔離溝槽402、柵介質層403、柵極結構404、位于半導體襯底400 中的柵極結構404兩側的源極406a和漏極406b構成的MOS晶體管。所述柵 介質層403為由氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或者它們的組合構成，作為本發
明一個實施方式，所述柵介質層403為氧化硅。所述沖冊極結構404包括多晶 硅層、硅化物層和難熔金屬層，所述硅化鴒層和難熔金屬層為降低柵-極和引 出電極之間的接觸電阻。所述MOS晶體管還包括位于柵極結構404兩側的側 墻405。形成所述MOS晶體管為本技術領域人員公知技術。
在整個半導體襯底400上及MOS晶體管上形成第一層間介電層407,所 述第一層間介電層407用于半導體器件的縱向隔離。所述第一層間介電層407 可以為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、加氟的硅酸鹽玻璃層(FSG)、氫化硅倍 半氧化物(HSQ)、以及摻碳的氧化硅(Coral , Black Diamond)等無機材料 或者象聚芳香烯醚(Flare )、芳香族碳氫化合物(SILK)以及二曱苯塑料等有 機材料或者它們的組合。作為本發明的一個實施方式，采用氧化硅作為第一 層間介電層407。所述形成第一層間介電層407為本技術領域人員公知技術。
參照圖26,在第一層間介電層407和柵介質層403中對著MOS晶體管 的源極406a或者漏極406b位置形成通孔407a,作為本發明的一個實施方式， 在對著MOS晶體管的源才及406a位置形成通孔407a,所述通孔407a暴露出源 極楊a。
參照圖27,在通孔407a中填入導電層408至與第 一層間介電層407相平， 所述導電層408可以為金屬鋁、鎢、鋁銅合金或者摻雜多晶硅等，所述本發 明的一個實施方式，所述導電層408為金屬鎢。所述導電層408與MOS晶體 管的源極406a相電連接。
參照圖28,在第一層間介電層407上形成第二層間介電層409,在對著 第一層間介電層407中的通孔407a位置形成第一開口 409a，所述第一開口 409a暴露出第 一層間介電層407的通孔407a及通孔407a中填充的導電層408 。 所述第二層間介電層409可以為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、加氟的硅酸鹽 玻璃層(FSG )、氫化硅倍半氧化物(HSQ )、以及摻碳的氧化硅(Coral , BlackDiamond)等無機材料或者象聚芳香烯醚(Flare )、芳香族碳氫化合物(SILK) 以及二甲苯塑料等有機材料或者它們的組合。作為本發明的一個實施方式，
采用氧化硅作為第二層間介電層409。所述形成第一開口 409a為本領域技術 人員/>知#支術。
參照圖29,在第一開口 409a內側沉積厚度為250埃~350埃的第一金屬 層410,沉積方法為^^知的化學氣相沉積法或物理氣相沉積法等；在第一金屬 層上沉積厚度為80埃 120埃的第三金屬層413,沉積方法為公知的化學氣相 沉積法或物理氣相沉積法等。
本實施例中，所述第一金屬層410的具體要求厚度為250埃、270埃、290 埃、310埃、330埃或350埃等，優選300埃；第一金屬層410的材料為氮化 鈦；所述第三金屬層413的材料為銅、鈦、金或銀等；其中，第三金屬層413 的具體厚度例如80埃、90埃、100埃、110埃或120埃等。
第三金屬層413的熔點比第一金屬層410的熔點低；作為一實施例，第 三金屬層302用的材料為金，熔點為1064°C,第一金屬層301用的材料為氮 化鈥，熔點為2930°C。
參照圖30，將半導體襯底400放入退火爐中，由于第三金屬層413的熔 點比第一金屬層410的熔點低，因此，第三金屬層413經過退火后，形成分 立金屬顆粒413a,而第一金屬層410仍為連續金屬層，第一金屬層410與分 立金屬顆粒413a構成電容器的第一電極，所述分立金屬顆粒413a可以是球形、 半球形、1/4球形或3/4球形等，直徑為100埃 300埃，具體厚度例如100埃、 120埃、140埃、160埃、180埃、200埃、220埃、240埃、260埃、280埃或 300埃等；其中，第一金屬層410通過通孔407a中填充的導電層408與MOS 晶體管的源極406a相電連接；所述形成分立金屬顆粒413a目的為增大電容器 第一電極與后續形成的電容器第二電極之間的接觸面積，增大電容器的電容。
在第 一開口 409a內的分立金屬顆粒413a上以及第二層間介電層409上的
第一開口 409a以外區域用化學氣相沉積法或物理氣相沉積法形成厚度為40 埃~60埃的絕緣介質層411,用于電容器電極間的隔離，所述絕緣介質層411 位于分立金屬顆粒413a的表面，二者接觸面積較大，形成所述絕緣介質層411 的方法為公知的技術，具體為化學氣相沉積法或物理氣相沉積法等。
本實施例中，在氮氣氣氛中，在50(TC至60(TC下進^f亍退火2分鐘至7分 鐘，具體退火溫度為500°C、 520°C、 540°C、 560°C、 580。C或600。C等，退火 時間具體為2分鐘、3分鐘、4分鐘、5分鐘、6分鐘或7分鐘，退火后形 成分立金屬顆粒413a。
本實施例中，絕緣介質層411的具體厚度為40埃、42埃、44埃、46埃、 48埃、50埃、52埃、54埃、56埃、58埃或60埃等，優選50埃；所述絕緣 介質411的材料可以是氧化硅、氧化鋁、氧化鉿、氧化鉭或氧化鎬等。
參照圖31,在絕緣介質層411上形成厚度為250埃~350埃的第二金屬層 412，作為電容器的第二電極，形成第二金屬層412的方法為公知的化學氣相 沉積法或物理氣相沉積法等。
本實施例中，第二金屬層412的具體厚度例如250埃、270埃、290埃、 310埃、330埃或350埃等，優選300埃；第二金屬層412的材料為氮化鈦或 釕等。
基于上述工藝實施后，形成本發明的存儲器單元，包括半導體襯底400 上依次形成的由柵介質層403、柵極結構404、源極406a和漏極406b構成的 MOS晶體管和第一層間介電層407;在第一層間介電層407中對著MOS晶體 管的源極406a位置形成的通孔407a;在通孔407a中填充的導電層408且與 第一層間介電層407相平；位于第一層間介電層407上的第二層間介電層409, 第二層間介電層409中對著第一層間介電層中的通孔位置形成的第一開口 409a，所述第一開口 409a暴露出第一層間介電層407的通孔407a和導電層408;第一開口 409a內形成的作為電容器第一電極的第一金屬層410和分立 金屬顆粒413a,第一金屬層410通過通孔407a中填充的導電層408與MOS 晶體管的源極406a相電連接；于分立金屬顆粒413a和分立金屬顆粒413a間 的第一金屬層410上依次形成有絕緣介質層411以及作為電容器第二電極的 第二金屬層412。
實施例三
本實施例提供一種形成金屬-絕緣-金屬型電容器的方法，參考附圖32所示 的工藝流程圖，包括如下步驟執行步驟S501，在半導體襯底上形成第一金 屬層；執行步驟S502，在第一金屬層上形成離散的金屬原子顆粒；執行步驟 S503對金屬原子顆粒進行退火，形成分立金屬顆粒，與第一金屬層作為第一 電極；執行步驟S504在分立金屬顆粒及分立金屬顆粒間的第一金屬層上形成 絕緣介質層；執行步驟S505,在絕緣介質層上形成第二金屬層，作為第二電 極。
圖33至圖36是本發明形成金屬-絕緣-金屬型電容器的第三實施例示意 圖。參照圖33,提供半導體襯底500，所述半導體襯底500為帶有導電層和 介電層的襯底，本發明僅以一空白半導體襯底500為例。
在半導體襯底500上沉積厚度為250埃 350埃的第一金屬層501,沉積 方法為公知的化學氣相沉積法或物理氣相沉積法等；用原子層沉積法于第一 金屬層501上沉積金屬原子顆粒502。
本實施例中，所述第一金屬層501的具體要求厚度為250埃、270埃、290 埃、310埃、330埃或350埃等，優選300埃；第一金屬層501的材料為氮化 鈦；所述金屬原子顆粒502的材料為銅、鈦、金或銀等。
所述原子層沉積法為，第一前體氣體流向原子層沉積室內的半導體襯底 500，第一前體氣體與第一金屬層501之間發生物理或者化學吸附，在第一金 屬層501上形成離散的金屬原子顆粒502，由于第一前體氣體原子之間的互相
吸附作用，在與第一金屬層501直接接觸的金屬原子顆粒502上還吸附有金 屬原子顆粒502的原子。
為使第一前體氣體在第一金屬層501上形成離散的金屬原子顆粒502,應 該控制第 一前體氣體流向原子層沉積室內的具體工藝條件，對第 一前體氣體 在第一金屬層501上的離散分布起作用的是第一前體氣體流向原子層沉積室 內的氣體流量、流入時間、流入溫度、壓力等。
其中，對實現離散分布起決定作用的工藝在于第 一前體氣體流入沉積室 內的流量和流入時間，在本發明的實施例中，為了實現第一前體氣體在第一 金屬層501上形成離散的金屬原子顆粒502,應該在現有技術形成密集的金屬 原子顆粒502的工藝基礎上，降低第一前體氣體在原子層沉積室內的流量以 及流入時間，在第一金屬層501上吸附的第一前體氣體形成密集分布之前， 停止第一前體氣體的流入，即可形成離散分布的金屬原子顆粒502。在本實施 例更加優選的實施方式中，可以較大的降低第 一前體氣體在原子層沉積室內 的流量，而適當的提高第一前體氣體在原子層沉積室內的流入時間，以提高 工藝的可控制性。
本實施例中，通過控制第一前體氣體在原子層沉積室內的流量以及流入 時間，可以控制形成金屬原子顆粒502的第一前體氣體在第一金屬層501上 的分布密度。
接著，惰性吹掃氣流向在原子層沉積室內的第一金屬層501,去除沒有在 第一金屬層501上形成金屬原子顆粒502的第一前體氣體。本步驟中，不僅 可以去除原子層沉積室內沒有吸附在第一金屬層501上的第一前體氣體，還 可以去除與第 一金屬層501直接接觸的第 一前體氣體上吸附的第 一前體氣體， 只留下與第一金屬層501直接接觸的第一前體氣體，在第一金屬層501上形 成金屬原子顆粒502的第一前體原子。所述的惰性氣體例如He， Ne, Ar等氣 體。
惰性氣體吹掃之后，所述的第一金屬層501上形成呈單原子狀態離散分
布的、均勻或者不均勻分布的金屬原子顆粒502。
參考圖34,將帶有第一金屬層501和金屬原子顆粒502的半導體襯底500 放入退火爐中，金屬原子顆粒502經過退火后，形成分立金屬顆粒502a，分 立金屬顆粒502a與第一金屬層501作為電容器的第一電極，分立金屬顆粒 502a可以是球形、半球形、1/4球形或3/4球形等，直徑為100埃 300埃，具 體直徑例如100埃、120埃、140埃、160埃、180埃、200埃、220埃、240 埃、260埃、280埃或300埃等，所述形成分立金屬顆粒502a目的為增大電 容器第一電極與后續形成的電容器第二電極之間的接觸面積，增大電容器的 電容。
本實施例中，在氮氣氣氛中，在500。C至800。C下進行退火2分鐘至7分 鐘，具體退火溫度為500°C 、 520°C、 540°C、 560°C、 580。C或600。C等，退火 時間具體為2分鐘、3分鐘、4分鐘、5分鐘、6分鐘或7分鐘，退火后形 成分立金屬顆粒502a。
如圖35所示，用化學氣相沉積法或物理氣相沉積法在分立金屬顆粒502a 及分立金屬顆粒502a間的第一金屬層501上沉積厚度為40埃~60埃的絕緣介 質層504，用于電容器電極間的隔離。
本實施例中，絕緣介質層504的具體厚度為40埃、42埃、44埃、46埃、 48埃、50埃、52埃、54埃、56埃、58埃或60埃等，優選50埃；所述絕緣 介質504的材料可以是氧化硅、氧化鋁、氧化鉿、氧化鉭或氧化鎬等。
參照圖36,在絕緣介質層504上形成厚度為250埃 350埃的第二金屬層 506,作為電容器的第二電極，形成第二金屬層506的方法為化學氣相沉積法 或物理氣相沉積法。
本實施例中，第二金屬層506的具體厚度例如250埃、270埃、290埃、
310埃、330埃或350埃等，優選300埃；第二金屬層506的材料為氮化4太或 釕等。
基于上述工藝實施后，形成本發明的電容器，所述電容器包括依次位 于半導體襯底500上的第一金屬層501和位于第一金屬層501上的分立金屬 顆粒502a,作為電容器的第一電極；位于分立金屬顆粒502a及分立金屬顆粒 502a間的第一金屬層501上的絕緣介質層504;位于絕緣介質層504上的第 二金屬層506,作為電容器的第二電極。
本實施例還提供一種帶有金屬-絕緣-金屬型電容器的存儲器單元的形成 方法，參考附圖37所示的工藝流程圖，包括如下步驟執行步驟S601,在半 導體襯底上依次形成柵介質層、柵極結構、半導體襯底中的柵極結構兩側的 源才及和漏極，構成MOS晶體管；執行步驟S602,在整個半導體襯底上及MOS 晶體管上形成第一層間介電層；執行步驟S603，在第一層間介電層和沖冊介質 層中對著MOS晶體管的源極或者漏極位置形成通孔；執行步驟S604，在通 孔中填入導電層至與第一層間介電層相平；執行步驟S605，在第一層間介電 層上形成第二層間介電層，在對著第一層間介電層中的通孔位置形成第一開 口，所述第一開口暴露出第一層間介電層的通孔；執行步驟S606,在第一開 口內側依次形成第一金屬層和離散的金屬原子顆粒；執行步驟S607,對金屬 原子顆粒進行退火，形成分立金屬顆粒，與第一金屬層作為第一電極；執行 步驟S608,在分立金屬顆粒及分立金屬顆粒間的第一金屬層上形成絕緣介質 層；執行步驟S609，在絕緣介質層上形成第二金屬層，作為第二電極。
圖38至圖44是本發明形成帶有金屬-絕緣-金屬型電容器的存儲器單元的 第三實施例示意圖。參照圖38，提供半導體襯底600，在半導體襯底600上 依次形成隔離溝槽602、柵介質層603、 4冊才及結構604、位于半導體襯底600 中的柵極結構404兩側的源極406a和漏極406b構成的MOS晶體管。所述柵 介質層603為由氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或者它們的組合構成，作為本發
明一個實施方式，所述柵介質層603為氧化硅。所述柵極結構604包括多晶 硅層、硅化物層和難熔金屬層，所述硅化鴒層和難熔金屬層為降低柵極和引 出電極之間的接觸電阻。所述MOS晶體管還包括位于柵極結構604兩側的側 墻605。形成所述MOS晶體管為本技術領域人員公知技術。
在整個半導體襯底600上及MOS晶體管上形成第一層間介電層607,所 述第一層間介電層607用于半導體器件的縱向隔離。所述第一層間介電層607 可以為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、加氟的硅酸鹽玻璃層(FSG)、氫化硅倍 半氧化物(HSQ)、以及摻碳的氧化硅(Coral , Black Diamond)等無機材料 或者象聚芳香烯醚(Flare )、芳香族碳氫化合物(SILK)以及二曱苯塑料等有 機材料或者它們的組合。作為本發明的一個實施方式，釆用氧化硅作為第一 層間介電層607。所述形成第一層間介電層607為本技術領域人員公知技術。
參照圖39,在第一層間介電層607和;敗介質層603中對著MOS晶體管 的源極606a或者漏極606b位置形成通孔607a,作為本發明的一個實施方式， 在對著MOS晶體管的源才及606a位置形成通孔607a,所述通孔607a暴露出源 極606a。
參照圖40，在通孔607a中填入導電層608至與第 一層間介電層607相平， 所述導電層608可以為金屬鋁、鎢、鋁銅合金或者摻雜多晶硅等，所述本發 明的一個實施方式，所述導電層608為金屬鴒；所述導電層608與MOS晶體 管的源極606a相電連接。
參照圖41,在第一層間介電層607上形成第二層間介電層609，在對著 第一層間介電層607中的通孔607a位置形成第一開口 609a,所述第一開口 609a暴露出第 一層間介電層607的通孔607a及通孔607a中填充的導電層608 。 所述第二層間介電層609可以為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、加氟的硅酸鹽 玻璃層(FSG)、氫化硅倍半氧化物(HSQ)、以及摻碳的氧化硅(Coral ,
Black Diamond)等無機材料或者象聚芳香烯醚(Flare )、芳香族碳氬化合物 (SILK)以及二甲苯塑料等有機材料或者它們的組合。作為本發明的一個實 施方式，采用氧化硅作為第二層間介電層609。所述形成第一開口 609a為本 領域技術人員公知技術。
參照圖42,在第一開口 609a內側沉積厚度為250埃~350埃的第一金屬 層610,沉積方法為^^知的化學氣相沉積法或物理氣相沉積法等；用原子層沉 積法于第一金屬層610上沉積金屬原子顆粒613。
本實施例中，所述第一金屬層610的具體要求厚度為250埃、270埃、290 埃、310埃、330埃或350埃等，優選300埃；第一金屬層610的材料為氮化 鈦；所述金屬原子顆粒613的材料為銅、鈦、金或銀等。
參照圖43，將半導體襯底600放入退火爐中，金屬原子顆粒613經過退 火后，形成分立金屬顆粒613a，分立金屬顆粒613a與第一金屬層610作為電 容器的第一電極，分立金屬顆粒613a可以是球形、半球形、1/4球形或3/4球 形等，直徑為100埃 300埃；所述形成分立金屬顆粒613a目的為增大電容器 第一電極與后續形成的電容器第二電極之間的接觸面積，增大電容器的電容 量。
在第一開口 609a內的分立金屬顆粒613a、分立金屬顆粒613a間的第一 金屬層610以及第二層間介電層609上的第 一開口 609a以外區域形成厚度為 40埃 60埃的絕緣介質層611，用于電容器電極間的隔離，所述絕緣介質層 611位于分立金屬顆粒613a的表面，二者接觸面積較大，形成所述絕緣介質 層611的方法為公知的技術，具體為化學氣相沉積法或物理氣相沉積法等。
本實施例中，在氮氣氣氛中，在500。C至60(TC下進行退火2分鐘至7分 鐘，具體退火溫度為500°C、 520°C、 540°C、 560°C、 580。C或600。C等，退火 時間具體為2分鐘、3分鐘、4分鐘、5分鐘、6分鐘或7分鐘，退火后形
成分立金屬顆粒613a。所述分立金屬顆粒613a直徑為具體例如100埃、120 埃、140埃、160埃、180埃、200埃、220埃、240埃、260埃、280埃或300埃等。
本實施例中，絕緣介質層611的具體厚度為40埃、42埃、44埃、46埃、 48埃、50埃、52埃、54埃、56埃、58埃或60埃等，優選50埃；所述絕緣 介質611的材料可以是氧化硅、氧化鋁、氧化鉿、氧化鉭或氧化鎬等。
參照圖44,在絕緣介質層611上形成厚度為250埃 350埃的第二金屬層 612,作為電容器的第二電極形成第二金屬層612的方法為公知的化學氣相沉 積法或物理氣相沉積法等。
本實施例中，第二金屬層612的具體厚度例如250埃、270埃、290埃、 310埃、330埃或350埃等，優選300埃；第二金屬層612的材料為氮化鈦或 釕等。
基于上述工藝實施后，形成本發明的存儲器單元，包括半導體襯底600 上依次形成的由柵介質層603、柵極結構604、源極606a和漏極606b構成的 MOS晶體管和第一層間介電層607;在第一層間介電層607中對著MOS晶體 管的源極606a位置形成的通孔607a;在通孔607a中填充的導電層608且與 第一層間介電層607相平；位于第一層間介電層607上的第二層間介電層609， 第二層間介電層609中對著第一層間介電層中的通孔位置形成的第一開口 609a,所述第一開口 609a暴露出第一層間介電層607的通孔607a和導電層 608;第一開口 609a內形成的作為電容器第一電極的第一金屬層610和分立 金屬顆粒613a,第一金屬層610通過通孔607a中填充的導電層608與MOS 晶體管的源極606a相電連接；于分立金屬顆粒613a、分立金屬顆粒613a間 的第一金屬層610及上依次形成絕緣介質層611以及作為電容器第二電極的 第二金屬層612。
雖然本發明己以較佳實施例披露如上，但本發明并非限定于此。任何本 領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改， 因此本發明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。
權利要求
1.一種金屬-絕緣-金屬型電容器的形成方法，其特征在于，包括下列步驟在半導體襯底上形成第一金屬層；對第一金屬層進行退火，形成帶有分立金屬顆粒的第一金屬層，作為第一電極；在分立金屬顆粒及分立金屬顆粒間的第一金屬層上形成絕緣介質層；在絕緣介質層上形成第二金屬層，作為第二電極。
2. 根據權利要求1所述金屬-絕緣-金屬型電容器的形成方法，其特征在于 形成所述帶有分立金屬顆粒的第一金屬層進一步包括對第一金屬層在氮 氣氣氛中、在50(TC至600。C下進行退火2分鐘至7分鐘，形成所述分立金 屬顆粒的直徑為100埃至300埃。
3. 根據權利要求2所述金屬-絕緣-金屬型電容器的形成方法，其特征在于 形成第一金屬層的方法為化學氣相沉積法或物理氣相沉積法。
4. 根據權利要求3所述金屬-絕緣-金屬型電容器的形成方法，其特征在于 所述第一金屬層的材料為銅或鈦或金或4艮。
5. 根據權利要求4所述金屬-絕緣-金屬型電容器的形成方法，其特征在于 所述第一金屬層在退火前的厚度為400埃~600埃。
6. —種存儲器單元的形成方法，其特征在于，包括下列步驟 在半導體襯底上依次形成柵介質層、柵才及結構、半導體襯底中的棚-極結構兩側的源極和漏極，構成MOS晶體管；在整個半導體襯底上及MOS晶體管上形成第一層間介電層； 在第一層間介電層和柵介質層中對著MOS晶體管的源極或者漏極位置形成通孑L;在通孔中填入導電層至與第一層間介電層相平；在第一層間介電層上形成第二層間介電層，在對著第一層間介電層中的通 孔位置形成第一開口，所述第一開口暴露出第一層間介電層的通孔； 在第一開口內側形成第一金屬層；對第一金屬層進行退火，形成帶有分立金屬顆粒的第一金屬層，作為第一電極；在分立金屬顆粒及分立金屬顆粒間的第 一金屬層上形成絕緣介質層；在絕緣介質層上形成第二金屬層，作為第二電極。
7. 根據權利要求6所述存儲器單元的形成方法，其特征在于形成所述帶有 分立金屬顆粒的第一金屬層進一步包括對第一金屬層在氮氣氣氛中、在 50(TC至600。C下進行退火2分鐘至7分鐘，形成所述分立金屬顆粒的直徑 為100埃至300埃。
8. 根據權利要求7所述存儲器單元的形成方法，其特征在于形成第一金屬 層的方法為化學氣相沉積法或物理氣相沉積法。
9. 根據權利要求8所述存儲器單元的形成方法，其特征在于所述第一金屬 層的材料為銅或鈦或金或銀。
10. 根據權利要求9所述存儲器單元的形成方法，其特征在于所述第一金屬 層在退火前的厚度為400埃 600埃。
11. 一種金屬-絕緣-金屬型電容器的形成方法，其特征在于，包括下列步驟 在半導體襯底上依次形成第一金屬層和第三金屬層；進行退火工藝，第三金屬層成分立金屬顆粒，與第一金屬層構成第一電極； 在分立金屬顆粒及分立金屬顆粒間的第一金屬層上形成絕緣介質層； 在絕緣介質層上形成第二金屬層，作為第二電極。
12. 根據權利要求11所述金屬-絕緣-金屬型電容器的形成方法，其特征在于 形成所述分立金屬顆粒進一步包括對第三金屬層在氮氣氣氛中、在500。C 至600。C下進行退火2分鐘至7分鐘，形成所述分立金屬顆粒直徑為100 埃至300埃。
13. 根據權利要求12所述金屬-絕緣-金屬型電容器的形成方法，其特征在于 形成第三金屬層的方法為化學氣相沉積法或物理氣相沉積法。
14. 根據權利要求13所述金屬-絕緣-金屬型電容器的形成方法，其特征在于 所述第三金屬層的材料為銅或鈦或金或銀，厚度為80埃 120埃。
15. 根據權利要求11所述金屬-絕緣-金屬型電容器的形成方法，其特征在于 形成第一金屬層的方法為化學氣相沉積法或物理氣相沉積法。
16. 根據權利要求15所述金屬-絕緣-金屬型電容器的形成方法，其特征在于 所述第一金屬層的材料為氮化鈦，厚度為250埃 350埃。
17. 根據權利要求11至16任一項所述金屬-絕緣-金屬型電容器的形成方法， 其特征在于所述第三金屬層的熔點比第一金屬層的熔點低。
18. —種存儲器單元的形成方法，其特征在于，包括下列步驟 在半導體襯底上依次形成柵介質層、柵極結構、半導體襯底中的柵極結構兩側的源極和漏極，構成MOS晶體管；在整個半導體襯底上及MOS晶體管上形成第一層間介電層； 在第一層間介電層和柵介質層中對著MOS晶體管的源極或者漏極位置形成通孑L;在通孔中填入導電層至與第一層間介電層相平；在第一層間介電層上形成第二層間介電層，在對著第一層間介電層中的通 孔位置形成第一開口，所述第一開口暴露出第一層間介電層的通孔； 在第一開口內側依次形成第一金屬層和第三金屬層； 進行退火工藝，第三金屬層成分立金屬顆粒，與第一金屬層構成第一電極； 在分立金屬顆粒及分立金屬顆粒間的第一金屬層上形成絕緣介質層； 在絕緣介質層上形成第二金屬層，作為第二電極。
19. 才艮據權利要求18所述存儲器單元的形成方法，其特征在于形成所述分立 金屬顆粒進一步包括對第三金屬層在氮氣氣氛中、在500。C至600。C下進行退火2分鐘至7分鐘，形成所述半球形金屬顆粒直徑為100埃至300埃。
20. 根據權利要求19所述存儲器單元的形成方法，其特征在于形成第三金屬 層的方法為化學氣相沉積法或物理氣相沉積法。
21. 根據權利要求20所述存儲器單元的形成方法，其特征在于所述第三金屬 層的材料為銅或鈦或金或銀，厚度為80埃 120埃。
22. 根據權利要求18所述存儲器單元的形成方法，其特征在于形成第一金屬 層的方法為化學氣相沉積法或物理氣相沉積法。
23. 根據權利要求22所述存儲器單元的形成方法，其特征在于所述第一金屬 層的材料為氮化鈦，厚度為250埃~350埃。
24. 根據權利要求18至23任一項所述存儲器單元的形成方法，其特征在于 所述第三金屬層的熔點比第一金屬層的熔點低。
25. —種金屬-絕緣-金屬型電容器的形成方法，其特征在于，包括下列步驟 在半導體襯底上形成第一金屬層；在第一金屬層上形成離散的金屬原子顆粒；對金屬原子顆粒進行退火，形成分立金屬顆粒，與第一金屬層作為第一電極；在分立金屬顆粒及分立金屬顆粒間的第一金屬層上形成絕緣介質層； 在絕緣介質層上形成第二金屬層，作為第二電極。
26. 根據權利要求25所述金屬-絕緣-金屬型電容器的形成方法，其特征在于 形成離散的金屬原子顆粒的方法為原子層沉積法。
27. 根據權利要求26所述金屬-絕緣-金屬型電容器的形成方法，其特征在于 所述分立金屬顆粒的材料為銅或鈦或金或銀，直徑為100埃至300埃。
28. 根據權利要求25所述金屬-絕緣-金屬型電容器的形成方法，其特征在于 形成第一金屬層的方法為化學氣相沉積法或物理氣相沉積法。
29. 根據權利要求27所述金屬-絕緣-金屬型電容器的形成方法，其特征在于 所述第一金屬層的材料為氮化鈦，厚度為250埃 350埃。
30. —種存儲器單元的形成方法，其特征在于，包括下列步驟 在半導體襯底上依次形成柵介質層、柵極結構、半導體襯底中的柵極結構兩側的源極和漏極，構成MOS晶體管；在整個半導體襯底上及MOS晶體管上形成第一層間介電層； 在第一層間介電層和柵介質層中對著MOS晶體管的源極或者漏極位置形成通孑L;在通孔中填入導電層至與第一層間介電層相平；在第一層間介電層上形成第二層間介電層，在對著第一層間介電層中的通 孔位置形成第一開口，所述第一開口暴露出第一層間介電層的通孔； 在第 一開口內側依次形成第 一金屬層和離散的金屬原子顆粒； 對金屬原子顆粒進行退火，形成分立金屬顆粒，與第一金屬層作為第一電極；在分立金屬顆粒及分立金屬顆粒間的第一金屬層上形成絕緣介質層； 在絕緣介質層上形成第二金屬層，作為第二電極。
31. 根據權利要求30所述存儲器單元的形成方法，其特征在于形成離散的金 屬原子顆粒的方法為原子層沉積法。
32. 根據權利要求31所述存儲器單元的形成方法，其特征在于所述分立金屬 顆粒的材料為銅或鈦或金或銀，直徑為100埃至300埃。
33. 根據權利要求30所述存儲器單元的形成方法，其特征在于形成第一金屬 層的方法為化學氣相沉積法或物理氣相沉積法。
34. 根據權利要求33所述存儲器單元的形成方法，其特征在于所述第一金屬 層的材料為氮化鈦，厚度為250埃~350埃。
35. —種金屬-絕緣-金屬型電容器，包括依次位于半導體襯底上的第一電極、 絕緣介質層和第二電極，其特征在于，所述第一電極包括第一金屬層和位 于第一金屬層上的分立金屬顆粒，所述絕緣介質層位于分立金屬顆粒及分 立金屬顆粒間的第 一金屬層上。
36. 根據權利要求35所述金屬-絕緣-金屬型電容器，其特征在于所述分立金 屬顆粒的材料為銅或鈦或金或銀。
37. 根據權利要求35所述金屬-絕緣-金屬型電容器，其特征在于所述分立金 屬顆粒的直徑為100埃至300埃。
38. —種存儲器單元，包括 形成于半導體襯底上的由柵介質層、柵極結構、形成于半導體襯底中的柵才及結構兩側的源極和漏極構成的MOS晶體管和第一層間介電層；第一層間介電層中對著MOS晶體管的源^l或者漏極位置形成的通孔； 通孔中填充的導電層且與第一層間介電層相平；位于第一層間介電層上的第二層間介電層，第二層間介電層中的對著第一 層間介電層中的通孔位置形成的第一開口 ，所述第一開口暴露出第一層間介 電層的通孔和導電層；第一開口內側依次形成的第一電極、絕緣介質層和第二電極，其特征在于， 第一電極包括第一金屬層和位于第一金屬層上的分立金屬顆粒，所述絕緣介 質層位于分立金屬顆粒及分立金屬顆粒間的第一金屬層上。
39. 根據權利要求38所述存儲器單元，其特征在于所述分立金屬顆粒的材料 為銅或4太或金或4艮。
40. 根據權利要求39所述存儲器單元，其特征在于所述分立金屬顆粒的直徑 為100埃至300埃。
全文摘要
一種金屬-絕緣-金屬型電容器的形成方法，包括下列步驟在半導體襯底上形成第一金屬層；對第一金屬層進行退火，形成帶有分立金屬顆粒的第一金屬層，作為第一電極；在分立金屬顆粒及分立金屬顆粒間的第一金屬層上形成絕緣介質層；在絕緣介質層上形成第二金屬層，作為第二電極。本發明還提供金屬-絕緣-金屬型電容器、存儲器單元及其形成方法。本發明第一電極包括第一金屬層和位于第一金屬層上的分立金屬顆粒，分立金屬顆粒可以增大金屬-絕緣-金屬型電容器第一電極的表面積，即使在芯片尺寸不斷縮小，金屬-絕緣-金屬型電容器的電容量也不會減小。
文檔編號H01L27/108GK101359593SQ20071004438
公開日2009年2月4日 申請日期2007年7月30日 優先權日2007年7月30日
發明者三重野文健, 華 季, 季明華 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司