一种电容器阵列结构、及其制造方法及半导体存储器件与流程

1.本技术涉及但不限于半导体的技术领域，尤其涉及一种电容器阵列结构、及其制造方法及半导体存储器件。


背景技术：

2.动态随机存储器(dynamic random access memory，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。每个存储单元通常包括电容器和晶体管；晶体管的栅极与字线相连、漏极与位线相连、源极与电容器相连；字线上的电压信号能够控制晶体管的打开或关闭，进而通过位线读取存储在电容器中的数据信息，或者通过位线将数据信息写入到电容器中进行存储。目前，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。
3.传统的方法对电容结构进行填充时，由于电容的高深宽比结构(高度:1000-2000nm,cd:30-60nm)，使用传统方法对电容结构进行填充时，会出现提前封口的现象，导致电容结构内产生空隙，造成漏电流的增加。


技术实现要素：

4.本技术的目的是提供一种电容器阵列结构、及其制造方法及半导体存储器件，为解决现有技术中在使用传统的方法对电容孔进行填充时，由于电容的高深宽比结构(高度:1000-2000nm,cd:30-60nm)，在填充的时候，会出现提前封口的现象，导致电容结构内产生空隙，从而造成漏电流的增加的问题。
5.为解决上述技术问题，根据一些实施例，本技术提供了一种电容器阵列结构的制造方法，包括：提供衬底，并于所述衬底上形成交替叠置的牺牲层及支撑层；在覆盖所述衬底的结构上形成电容孔；于所述电容孔内形成电容单元结构；在电容孔内形成电容单元结构之后通入硅源气体，于电容单元结构的表面形成晶种粒度；采用特气加倍或多倍的方式通入硅源气体、硼源气体、锗源气体进行反应以形成多晶种粒度，多晶种粒度在电容孔内扩散成膜以形成导电填充结构。
6.优选的是，于所述电容孔的内壁形成电容单元结构包括：在所述电容孔的内壁形成第一电极层；在所述交替叠置的牺牲层及支撑层上形成于支撑层上的至少一个开口，以打开所述支撑层，并基于所述开口去除所述牺牲层；于去除所述牺牲层得到的结构表面形成介质层，并于所述介质层的表面形成第二电极层。
7.优选的是，形成的一个所述开口仅与一个所述电容孔交叠，或者一个开口同时与多个所述电容孔交叠。
8.优选的是，在所述衬底表面形成刻蚀停止层，所述交替叠置的牺牲层及支撑层形成于刻蚀停止层的表面。
9.优选的是，所述锗源气体包括geh4或ge2h6中的至少一种，所述硅源气体包括sih4、si2h6或sih6cl中的至少一种，所述硼源气体包括bcl3或b2h6中的至少一种。
10.优选的是，在电容孔内形成电容单元结构之后通入硅源气体，于电容单元结构的表面形成晶种粒度包括：通入的硅源气体在第一反应条件下反应10～30分钟，其中sih4气体的流量为:200标况毫升每分～300标况毫升每分。
11.优选的是，通入的硅源气体在第一反应条件下反应10～30分钟包括：反应温度为360℃～410℃、进行反应的压力小于1托。
12.优选的是，采用特气加倍或多倍的方式通入硅源气体、硼源气体、锗源气体进行反应以形成多晶种粒度包括：通入的硅源气体、硼源气体、锗源气体在第二反应条件下反应10～40分钟，其中sih4气体的流量为:300标况毫升每分-700标况毫升每分、geh4气体的流量为:850标况毫升每分-1300标况毫升每分、bcl3气体的流量为:50标况毫升每分-200标况毫升每分。
13.优选的是，通入的硅源气体、硼源气体、锗源气体在第二反应条件下反应10～40分钟包括：反应温度为360℃～410℃、进行反应的压力在1-3托。
14.优选的是，在所述导电填充结构的表面形成保护层，其中，所述保护层的材料包含硼、锗掺杂的多晶硅。
15.优选的是，所述导电填充结构与所述保护层在同一反应室中制备，形成所述保护层的锗源气体包括geh4或ge2h6中的至少一种，所述硅源气体包括sih4、si2h6或sih6cl中的至少一种，所述硼源气体包括bcl3或b2h6中的至少一种。
16.优选的是，在所述导电填充结构的表面形成保护层包括：在反应温度为410℃～460℃下反应时间3～4小时，其中sih4气体的流量为:300标况毫升每分-700标况毫升每分、geh4气体的流量为:1250标况毫升每分-1800标况毫升每分、bcl3气体的流量为:50标况毫升每分-200标况毫升每分，进行反应的压力小于1托。
17.根据另一些实施例，本技术还提供了一种电容器阵列结构，包括：衬底，于所述衬底上设置交替叠置的牺牲层及支撑层；电容孔，开设于覆盖衬底的结构上；电容单元结构，形成于电容孔内壁上；导电填充结构，填充于电容单元结构表面，其采用特气加倍或多倍的方式通入硅源气体、硼源气体、锗源气体以在电容孔内形成多晶种粒度，多晶种粒度在电容孔内扩散成膜而成。
18.优选的是，还包括：刻蚀停止层，所述刻蚀停止层覆盖于衬底上，交替叠置的牺牲层及支撑层形成于刻蚀停止层的表面上。
19.优选的是，还包括：保护层，覆盖于所述导电填充结构的表面。
20.根据另一些实施例，本技术还提供了一种半导体存储器件，所述半导体存储器件包括所述的电容器阵列结构。
21.本公开的实施例至少具有以下优点：硅源气体在电容单元结构表面形成的晶种粒度在低温条件下被抑制长大，在填充电容孔的过程中，可以实现均匀和致密性，不会出现提前封口的问题，使后续掺杂锗的多晶硅在不易封口的环境下可以顺利的填入电容孔内；然后采用特气加倍或多倍的方式通入硅源气体、硼源气体和锗源气体反应以形成多晶种粒度，使掺杂锗的多晶硅反应物更好地扩散进入电容孔内的极小孔洞，以此实现对电容孔内部的完美填充，由此可以实现达到降低漏电,加强电容器阵列结构的作用。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
23.图1为本技术一实施例提供的一种电容器阵列结构的制造方法流程图；
24.图2a-图2l为本技术一实施例提供的一种电容器阵列结构的制造方法中，各步骤对应的剖面结构示意图；
25.图3a为本技术一实施例中导电填充结构的制造方法流程图；
26.图3b-图3d为本技术一实施例中导电填充结构的制造方法中，各步骤对应的剖面结构示意图。
具体实施方式
27.传统的方法在对电容结构进行填充时，由于电容的高深宽比结构(高度:1000-2000nm,cd:30-60nm)，使用传统方法对电容结构进行填充时，会出现提前封口的现象，导致电容结构内产生空隙，造成漏电流的增加。
28.为解决上述问题，本技术一实施例提供了一种电容器阵列结构的制造方法，包括：提供衬底，并于所述衬底上形成交替叠置的牺牲层及支撑层；于所述覆盖衬底的结构上形成电容孔；于所述电容孔内形成电容单元结构；在电容孔内形成电容单元结构之后通入硅源气体，于电容单元结构的表面形成晶种粒度；采用特气加倍或多倍的方式通入硅源气体、硼源气体、锗源气体进行反应以形成多晶种粒度，多晶种粒度在电容孔内扩散成膜以形成导电填充结构。
29.采用特气加倍或多倍的方式通入硅源气体、硼源气体和锗源气体反应以形成多晶种粒度，使掺杂锗的多晶硅反应物更好地扩散进入电容孔内的极小孔洞，以此实现对电容孔内部的完美填充。
30.其中形成的电容单元结构为环形电容或柱状电容，环形电容(cylinder，又叫双面电容，有两个电容：内、外)，本技术技术方案均在形成环形电容或柱状电容的电容结构之后进行，本实施例以环形电容为例进行详细说明。
31.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本技术各实施例中，为了使读者更好地理解本技术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例的种种变化和修改，也可以实现本技术所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本技术的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合，相互引用。
32.图1为本技术一实施例提供的一种电容器阵列结构的制造方法流程图；图2a-图2l为本技术一实施例提供的一种电容器阵列结构的制造方法中，各步骤对应的剖面结构示意图。以下结合附图对本实施例提供的一种电容器阵列结构的制造方法作进一步详细说明，具体步骤如下：
33.步骤s11，提供衬底，于衬底上形成交替叠置的牺牲层和支撑层。
34.请参考图1和图2a所示，详细的可包括，在衬底101上依次形成覆盖衬底101的刻蚀停止层102、第一牺牲层103、第一支撑层104、第二牺牲层105和第二支撑层106，其中第一牺牲层103的厚度大于第二牺牲层105的厚度，第二支撑层106的厚度大于第一支撑层104的厚度。
35.在一个例子中，所述牺牲层与支撑层的材料可以相同也可以不相同，在本技术实施例中，以牺牲层的材料与支撑层的材料不相同为例进行说明，在同一蚀刻制程中，牺牲层的刻蚀速率远远大于支撑层的刻蚀速率，使得当牺牲层被完全去除时，所述支撑层几乎被完全保留，从而起到支撑作用。
36.在另一个例子中，牺牲层的材质包括氧化硅或氮氧化硅或多晶硅层，支撑层的材质包括氮化硅、氮氧化硅或氧化铝中的任意一种或任意两种以上的组合，在本技术实施例中，牺牲层的材料为sio2，支撑层的材料为sin。
37.在一些实施例中，对于各种支撑层和牺牲层的形成方法本领域易知的是可以采用如原子层沉积工艺(atomic layer deposition)或等离子体化学气相沉积工艺(plasma enhenced chemical vapor deposition)。
38.在本实施例中，需要说明的是刻蚀停止层102可以作为保护隔离其他线路的绝缘层，优选地，刻蚀停止层102采用原子层沉积工艺(atomic layer deposition)或低压化学气相沉积工艺(low pressure chemical vapor deposition)形成，厚度优选介于15nm～35nm之间。
39.在一些实施例中，衬底101的材料可以包括半导体衬底、绝缘体上硅(soi)衬底、绝缘体上锗(goi)衬底、单晶金属氧化物衬底等。在本实施例中衬底101采用硅材料，本实施例采用硅材料作为衬底101是为了方便本领域技术人员对后续形成方法的理解，并不构成限定，在实际应用过程中，可以根据需求选择合适的衬底的材料。
40.步骤s12、在步骤s11得到的结构上形成图形化掩膜层，基于图形化掩膜层于牺牲层和支撑层内刻蚀形成电容孔。
41.请参考图1和图2b所示，详细的可包括，在形成的第二支撑层106表面区域涂覆光刻胶层，在其他实施例中，也可以形成其他的掩膜层(如氮化硅硬掩膜层等等)，采用光刻工艺将该掩膜层图形化，以在第二支撑层106表面区域上依次形成图形化第一掩膜层107和图形化第二掩膜层108，在本实施例中，需要说明的是以形成的第一掩膜层107和第二掩膜层108为掩膜通过腐蚀工艺对覆盖衬底101的结构进行刻蚀，直至显露刻蚀停止层102，并去除第一掩膜层107和第二掩膜层108，以形成电容孔109，如图2c所示。图2d是相关技术中刻蚀后的电容器的俯视图，电容孔109的排布如图2d所示。
42.步骤s13，在形成电容孔之后，在电容孔内壁沉积氮化钛形成第一电极层。
43.请参考图1、图2c和图2e所示，详细的可包括，采用原子层沉积工艺(atomic layer deposition)或等离子体化学气相沉积工艺(chemical vapor deposition)在电容孔109的侧壁及底部，以及第二支撑层106的上表面沉积下电极材料层，下电极材料层包括金属氮化物及金属硅化物中的一种或两种所形成的化合物，如氮化钛(titanium nitride)、硅化钛(titanium silicide)、硅化镍(titanium silicide)以及硅氮化钛(tisixny)，优选地，在本实施例中以下电极材料层的材料为氮化钛为例进行说明。形成下电极材料层后再采用化学机械研磨或刻蚀等工艺去除位于第二支撑层106上表面的下电极材料层，保留位于电容
孔109的侧壁及底部的下电极材料层即为第一电极层110(参照2e)。
44.步骤s14，在第二支撑层的表面区域形成具有开孔的图形化第三掩膜层，基于第三掩膜层对第二支撑层进行刻蚀，以形成第二支撑层上的第一开口。
45.详细的可包括，请继续参照图1和图2f，在第二支撑层106的表面区域形成具有开孔的图形化第三掩膜层111，其中开孔定义第二支撑层106上第一开口的位置及形状，基于第三掩膜层111对第二支撑层106进行刻蚀，以形成第二支撑层106上的第一开口112(参照2g)，第一开口112的底部暴露第二牺牲层105的顶部区域。
46.可选的，作为示例，在步骤s14中形成的第一开口112呈均匀间隔排布，且一个第一开口112仅与一个电容孔109交叠，或者一个第一开口112同时与多个电容孔109交叠，如图2h所示，是以一个第一开口112与三个电容孔109交叠作为示例。图2h是具有第一开口112的第二支撑层106的俯视图，第一开口112和电容孔109的位置关系如图2h所示。请继续参照图1和图2i，根据第一开口112，采用湿法刻蚀工艺去除位于第一支撑层104和第二支撑层106之间的第二牺牲层105。采用该方法形成的具有第一开口112的第二支撑层106，具有合适的开口位置，既能有利于牺牲层的湿法刻蚀，又能保证有足够的支撑强度。
47.步骤s15，基于第一开口在第一支撑层上形成第二开口，并去除第一牺牲层。
48.请参考图1和图2i所示，详细的可包括，基于第一开口112在第一支撑层104上形成第二开口113，如图2i中虚线框所示，图2j是具有第二开口的第一支撑层的剖视图，第二开口113和电容孔109的位置关系如图2j所示。根据第二开口113，采用湿法刻蚀工艺去除位于刻蚀停止层102和第一支撑层104之间的第一牺牲层103。
49.步骤s16，于步骤s15得到的结构的表面形成介质层，并于所述介质层的表面形成第二电极层。
50.详细的可包括，请继续参考图1和图2k所示，在电容孔109内壁第一电极层110的内外表面以及第一支撑层104和第二支撑层106的表面形成介质层114，其中介质层114选自钛酸锶(srtio3)和氧化钛(tio2)构成的叠层结构、氧化铝(al2o3)和氧化铪(hfo)构成的叠层结构以及复合钙铁矿型铁电材料(bst材料，复合钙铁矿结构的铁电极材料，是由batio3和srtio3按一定比例组成的固溶体)中的一种。
51.在介质层114的表面形成第二电极层115，一些实施例中，采用原子层沉积工艺(atomic layer deposition)或化学气相沉积工艺(chemical vapor deposition)或物理气相沉积(physical vapor deposition)的工艺形成介质层114以及第二电极层115，第二电极层115的材料包括金属氮化物及金属硅化物中的一种或两种所形成的化合物，如氮化钛(titanium nitride)，硅化钛(titaniumsilicide)，硅化镍(titanium silicide)，硅氮化钛(tisixny)，还可以是金属电极材料为导电材质如ru(钌)、pt(铂)、ir(铱)、pd(钯)等金属，乃至金属氧化物如ruo2(氧化钌)，iro2(氧化铱)等。
52.步骤s17，于第二电极层的表面形成导电填充结构，且导电填充结构填充于相邻第二电极层之间的间隙，并与第二电极层电连接。
53.如图2l所示，详细的可包括，在相邻第二电极层115之间的间隙、第二电极层115上形成导电填充结构。
54.图3a为本技术一实施例中导电填充结构的制造方法流程图；图3b-图3d为本技术一实施例中导电填充结构的制造方法中，各步骤对应的剖面结构示意图。其中导电填充结
构的制造具体包括如下步骤：
55.步骤s171，在电容孔内于第一反应条件下形成晶种粒度。
56.如图3a、图3b所示：详细的可包括，将通过步骤s17中得到的导电填充结构置于化学气相沉积炉管内，向化学气相沉积炉管内通入硅源气体，硅源气体在第一反应条件下进行反应10～30分钟，以在电容孔109内的第二电极层115外表面形成晶种粒度117。其中通入的硅源气体包括sih4、si2h6或sih6cl中的至少一种，本技术实施例中以硅源气体为sih4为例进行说明，在一个例子中，第一反应条件具体包括：温度设置为360℃～410℃，反应压力控制在小于1torr，其中sih4气体的流量为:200标况毫升每分～300标况毫升每分。
57.本技术实施例在填充电容孔109的过程中通入硅源气体，硅源气体于第一反应条件下在第二电极层115外表面形成晶种粒度117，通过降低第一反应条件中的温度至360℃～410℃之间，从而实现在较低的温度下使形成的晶种粒度117在电容孔109内被抑制长大，由此在填充电容孔109的过程中，可以实现均匀和致密性，不会出现提前封口的问题，使后续掺杂锗的多晶硅在不易封口的环境下可以顺利的填入电容孔109内。
58.在其他实施例中，形成的晶种粒度117还位于电容孔109周围的第二支撑层106的上表面。
59.步骤s172、多晶种粒度在电容孔内于第二反应条件下扩散成膜以形成导电填充结构。
60.如图3a和3c所示，详细的可包括，导电填充结构包括填充导电层116，填充导电层116填充电容孔109的孔洞同时还延伸覆盖于电容孔109周围的第二支撑层106的上表面。
61.在一些实施例中，向化学气相沉积炉管内采用特气加倍或多倍的方式通入硅源气体、硼源气体和锗源气体在第二反应条件下进行反应10～40分钟，以在电容孔109内形成多晶种粒度，并扩散成膜以形成填充导电层116。通过采用特气加倍或多倍的方式在电容孔109内保持多晶种粒度扩散成膜浓度不变的情况下，可以使通入的气体流量加倍，由此来使化学气相沉积炉管机台实现高压的条件。
62.其中通入的硅源气体包括sih4、si2h6或sih6cl中的至少一种，锗源气体包括geh4、ge2h6中的至少一种，硼源气体包括bcl3、b2h6中的至少一种，在本实施例中，硅源气体以sih4、锗源气体以geh4、硼源气体为bcl3为例进行说明。在本技术中采用硼掺杂锗硅层作为填充导电层116，同时在填充导电层116中有锗，锗可以提高载流子移动速率，从而可以降低填充导电层116的电阻值。
63.采用特气加倍或多倍的方式通入硅源气体、硼源气体和锗源气体在第二反应条件下进行反应10～40分钟，其中第二反应条件具体包括：温度为360℃～410℃，反应压力控制在1～3torr，其中sih4气体的流量为:300标况毫升每分-700标况毫升每分、geh4气体的流量为:850标况毫升每分-1300标况毫升每分、bcl3气体的流量为:50标况毫升每分-200标况毫升每分。其中geh4气体的流量为:850标况毫升每分-1300标况毫升每分，低浓度的geh4在电容孔109内可以以较小的结晶粒度进行成膜，在填充电容孔109成膜的时候更加致密。
64.本技术实施例通过同时通入硅源气体、硼源气体和锗源气体以在第二反应条件下进行反应，控制第二反应条件中的反应温度360℃～410℃与第一反应条件中的反应温度360℃～410℃保持不变，同时提高反应的压力到1～3torr之间，使掺杂锗的多晶硅反应物更好地扩散进入电容孔109内的极小孔洞，以此实现对电容孔109内部的完美填充，由此可
以实现达到降低漏电,加强电容器阵列结构的作用。
65.步骤s173，于所述填充导电层表面在第三反应条件下形成保护层。
66.如图3a和图3d所示，详细的可包括，形成的保护层118用于防止填充导电层116中的锗对后续制程的影响，保护层118的材料包含硼、锗掺杂的多晶硅，其中保护层118与填充导电层116在同一反应室中制备，形成保护层118的锗源气体包括geh4或ge2h6中的至少一种，硅源气体包括sih4、si2h6或sih6cl中的至少一种，硼源气体包括bcl3或b2h6中的至少一种。本技术实施例中以锗源气体为geh4、硅源气体为sih4以及硼源气体为bcl3为例进行说明，其中第三反应条件包括，在温度为410℃～460℃下反应3～4小时，反应的压力小于1托，其中sih4气体的流量为:300标况毫升每分-700标况毫升每分、geh4气体的流量为:1250标况毫升每分-1800标况毫升每分、bcl3气体的流量为:50标况毫升每分-200标况毫升每分。在该步骤中，通入的geh4气体的流量变为:1250标况毫升每分-1800标况毫升每分，geh4中的锗可以提高载流子移动速率，从而可以降低填充导电层116的电阻值，因此提高通入的geh4气体的流量可以降低形成的电容器的阻值。
67.实施例二
68.请结合实施例一继续参阅图2l，本技术实施例还提供一种电容器阵列结构，所述电容器阵列结构由实施例一中所述的制造方法制造而得到，所述电容器阵列结构设置于衬底101上，在所述衬底101上设置交替叠置的牺牲层及支撑层；其中牺牲层包括第一牺牲层103和第二牺牲层105，支撑层包括第一支撑层104、第二支撑层106；第一牺牲层103、第一支撑层104、第二牺牲层105和第二支撑层106依次叠加形成于衬底上101。在第一牺牲层103和衬底101之间还形成有刻蚀停止层102，刻蚀停止层102可以作为保护隔离其他线路的绝缘层。
69.电容孔109，开设于第一牺牲层103、第一支撑层104、第二牺牲层105和第二支撑层106内并显露刻蚀停止层102；
70.电容器阵列结构包括第一电极层110，第一电极层110沉积于电容孔109内壁；介质层114，所述介质层114覆盖于第一电极层110的表面；第二电极层115，所述第二电极层115覆盖于介质层114的表面。
71.导电填充结构，包括填充导电层116，覆盖于第二电极层115的外表面并填充于相邻第二电极层115之间的间隙，并与第二电极层115电连接。填充导电层116的材质包含硼掺杂锗硅层(b-doped sige)。其中填充导电层116由采用特气加倍或多倍的方式在电容孔109形成多晶种粒度，并以此扩散成膜填充于电容单元结构表面而形成。
72.作为示例，所述电容器阵列结构还包括保护层118，所述保护层118覆盖于填充导电层116的表面。可选的，保护层118的材料包含硼、锗掺杂的多晶硅。作为示例，介质层114为高k介质层，以提高单位面积电容器的电容值，其包括钛酸锶(srtio3)和氧化钛(tio2)构成的叠层结构、氧化铝(alo)和氧化铪(hfo)构成的叠层结构。
73.实施例三
74.相应的，本技术实施例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实施例二中所述的电容器阵列结构。作为示例，所述半导体存储器件结构可以为但不仅限于动态随机存储器(dram)。
75.综上所述，本公开的实施例在反应温度为360℃～410℃条件下使通入的硅源气体
在导电层表面形成的晶种粒度被抑制长大，在填充电容孔的过程中，可以实现均匀和致密性，不会出现提前封口的问题，使后续掺杂锗的多晶硅在不易封口的环境下可以顺利的填入电容孔内；然后在反应压力为1～3托下，采用特气加倍或多倍的方式同时通入硅源气体、硼源气体和锗源气体以在高压条件下进行反应，控制第二反应条件中的参数，使掺杂锗的多晶硅反应物更好地扩散进入电容孔内的极小孔洞，以此实现对电容孔内部的完美填充，由此可以实现达到降低漏电,加强电容器阵列结构的作用。
76.应当理解的是，本技术的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本技术的原理，而不构成对本技术的限制。因此，在不偏离本技术的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。此外，本技术所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。