[发明专利]一种电容的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种电容的形成方法。

背景技术

随着集成电路制作工艺中半导体器件的集成度不断增加，随机存储器存储单元的密度也越来越高，电容在随机存储器存储单元所能利用的面积就越小。为了在电容的面积减小的同时，仍能维持可靠的性能，因此在电容所占的面积缩小的同时，仍能维持每个电容的电容量是很重要的。为了提高电容的电容量，理论上可从以下几个方向着手：(1)增加储存电极的表面积，(2)提高介质层的介电常数，(3)减小介质层的厚度。

现有技术中，通过增加下电极的表面面积(与上电极相对的面积)的方法来增加电容量。例如，在下电极的表面上形成半球形颗粒多晶硅层(HSG)，以增加电容量。其形成工艺可以为：提供一衬底，在所述衬底上依次形成掺杂的多晶硅层和未掺杂的非晶硅层；对所述未掺杂的非晶硅层通入硅烷气体，使所述非晶硅中的晶核生长成为半球形颗粒多晶硅层；对所述半球形颗粒多晶硅层进行掺杂；于半球形颗粒多晶硅层上依次形成介质层和下电极。

上述具有HSG表面层的电容(下文简称HSG电容)虽然提高了电容量，却可能缺乏稳定性，并可能出现集成电路存储单元的性能随其寿命而下降。研究已经表明，HSG电容的电容量随着加在电容电极上的电压极性变化而发生很大变化。特别是，当HSG电容上、下电极之间的电压从正值切换到负值，从而反偏置(在诸如读、写操作期间)时，会观察到电容量明显下降。

其中，对所述电容量的变化率定义为该电容的损耗率(depletion ratio，DR)，具体地：当HSG电容上、下电极之间的电压为正时，所述电容的电容量为C+，当HSG电容上、下电极之间的电压为负时，所述电容的电容量为C-，C-相对于C+的降低率定义为对应电容的损耗率，表示为：

DR＝(C+)-(C-)/(C+)

图1举例说明当HSG电容上、下电极加上电压时，其电容量的响应曲线。在图中，当电极之间的电位差设定为正值1.5V时得到最大的电容量(Cmax)，当电极之间的电位差被驱动到负值时电容量逐渐降低，直至电压达到-1.5V时，电容量处于最小值(Cmin)，仅约达Cmax的55％，即所述损耗率DR高达45％。所以对于HSG电容来说，降低损耗率非常关键。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种电容的形成方法，以降低电容的损耗率。

为解决上述问题，本发明提供一种电容的形成方法，包括下列步骤：

在半导体衬底上形成导电层；

在所述导电层上形成半球形颗粒多晶硅层，作为第一电极；

对所述半球形颗粒多晶硅层进行杂质掺杂；

在掺杂后的半球形颗粒多晶硅层上形成介质层，及位于介质层上的第二电极；

其中，在形成介质层前，还包括对掺杂后的半球形颗粒多晶硅层进行退火工艺，所述退火工艺在氧气氛围中进行。

可选的，所述退火工艺中，氧气的浓度范围为8％～10％。

可选的，所述退火的温度范围为800℃～900℃，所述退火的时间为5秒～20秒。

可选的，所述退火温度为850℃，所述退火时间为10秒。

可选的，对所述半球形颗粒多晶硅层掺杂的杂质为磷离子。

可选的，对所述半球形颗粒多晶硅层掺杂的步骤包括将所述半球形颗粒多晶硅层暴露于磷化氢气体中进行掺杂，所述掺杂的温度范围为600℃～700℃，时间为90分钟～150分钟，压强为5Torr～8Torr。

可选的，在介质层形成之前，还包括对所述退火后的半球形颗粒多晶硅层进行氮化，在所述半球形颗粒多晶硅层上形成氮化硅层。

可选的，所述氮化包括：在含有氮气的环境中，对所述退火后的半球形颗粒多晶硅层进行退火，以形成氮化硅层，所述退火范围为650℃至750℃，所述退火时间为120分钟至200分钟。

与现有技术相比，上述方案具有以下优点：在形成半球形颗粒多晶硅层，并对所述半球形颗粒多晶硅进行杂质掺杂之后，将所述具有半球形颗粒多晶硅层的结构在氧气氛围中进行退火，所述氧原子可以破坏半球形颗粒多晶硅层的接触表面上的晶格，使其发生晶格畸变，阻止位于所述接触表面上的杂质向半球形颗粒多晶硅内部扩散，进而可以在反向偏置时，抑制下电极的接触表面上形成耗尽层，以降低损耗率。

进一步，采用浓度为8％～10％的氧气，同时进行5秒～20秒的短时间的退火，可以很好地控制在半球形颗粒多晶硅层上形成氧化层的厚度，避免影响影响电容的介电系数。

附图说明

图1是HSG电容的电压电容特性曲线图；

图2至图3为HSG电容的结构示意图；