[发明专利]具有纳米线结构的电容器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体工艺技术领域，特别涉及具有纳米线结构的电容器及其制备方法。

背景技术

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：

1.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MIM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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有纳米线结构的电容器及其制备方法，以提供小尺寸大容量的电容器结构。

为解决上述技术问题，本发明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。

本发明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。

本发明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；