[发明专利]半导体电容器及其制备方法

说明书

一种半导体电容器及其制备方法。制备方法包括：a.提供衬底，衬底表面形成有介质层，介质层内形成有电容孔；b.在电容孔内形成至少一个晶须凝核；c.基于晶须凝核，形成晶须；d.在电容孔内和晶须表面形成第一下电极；e.在下电极表面形成第一介电层；f.在介电层表面形成第一上电极。以这样的制备方法制备的半导体电容器包括下电极、第一介电层、第一上电极以及至少一个晶须结构。其中晶须结构可以由晶须凝核形成也可以是去除晶须结构之后形成的一包括第二上电极和第二介电层的结构。这样的半导体电容器表面由大量晶须包覆，因此各部分结构的表面积得到增加，从而使电容量得到增加。且能够降低自刷新数据刷新作动频率。

技术领域

本发明涉及半导体电容制造工艺，特别涉及电容器器件的构造及制造工艺。

背景技术

利用半球状多晶硅HSG(Hemispherical Grain)技术提升电容量的工艺曾经占有相当重要的地位，然而随著双层电容工艺与高介电常数材料的普及化，以及电容截面尺寸微缩的大趋势，这种利用表面粗糙化增加电容表面积的HSG技术逐渐遭到淘汰。

晶须结构(Whisker)，在电机产品工艺中一般指微纳米级的短纤维结构。自然界存在包含晶须结构的天然矿物，但数量有限。工业应用的晶须主要在人工控制条件下合成。在半导体制备工艺中，晶须结构经常出现于金属器件表面，或以金属氧化/氮化物生成，而且尺寸微细。作为非必要产物，晶须结构通常被视作微尘、缺陷而被抑制生长或清洁掉以降低集成电路(IC，Integrated Circuit)失效的风险。

发明内容

然而经本发明人研究发现，在电容器表面埋入纳米级短纤维结构，可增加电容极板与介电层表面积，提升电容量，从而能降低半导体电容器数据的刷新频率。

由此本公开提供一种半导体电容器，包括下电极、第一介电层、第一上电极和至少一个晶须结构。第一介电层形成于。下电极表面。第一上电极形成于第一介电层表面。至少一个晶须结构被下电极包覆。

在一些实施例中，晶须结构为单晶硅、多晶硅、非晶硅、氧化硅、氮化硅、碳氮化硅、氮化镓、砷化镓、氮化钛和二氧化钛中的一种或多种。

在一些实施例中，晶须结构包括第二上电极和包覆第二上电极的第二介电层。其中，第一上电极和第二上电极材料相同，第一介电层和第二介电层材料相同。

在一些实施例中，第一介电层在至少一个非晶须结构位置的剖面上形成封闭图形。

在一些实施例中，晶须结构的形状为直线形、弧线形、折线形和分叉形中的一种或多种。

在一些实施例中，晶须结构为单晶硅、多晶硅、非晶硅、氧化硅、氮化硅、碳氮化硅、氮化镓、砷化镓、氮化钛和二氧化钛中的一种或多种。

在一些实施例中，晶须结构的直径为0.5-50nm。

本发明还提供一种上述半导体电容器的制备方法，包括以下步骤：步骤

a.提供衬底，衬底表面形成有介质层，介质层内形成有电容孔；步骤b.在电容孔内形成至少一个晶须凝核；步骤c.基于晶须凝核，形成晶须结构；步骤d.在电容孔内和晶须结构表面形成下电极；步骤e.在下电极表面形成介电层；步骤f.在介电层表面形成上电极。

在一些实施例中，在步骤e前还包括：去除至少部分介质层。

在一些实施例中，在步骤e前还包括：去除部分晶须结构。

在一些实施例中，步骤b为利用气相沉积的方式在电容孔的内壁上形成晶须凝核。

在一些实施例中，步骤a为利用湿法方式将晶须凝核以颗粒形式引入电容孔，附着于内壁上。

在一些实施例中，步骤b为使用化学气相沉积的方法基于晶须凝核形成晶须结构。