半导体结构及其形成方法与流程

本公开涉及半导体制造，尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。

背景技术：

1、动态随机存储器(dynamic random access memory，dram)是计算机等电子设备中常用的半导体装置，其由多个存储单元构成，每个存储单元通常包括晶体管和电容器。所述晶体管的栅极与字线电连接、源极与位线电连接、漏极与电容器电连接，字线上的字线电压能够控制晶体管的开启和关闭，从而通过位线能够读取存储在电容器中的数据信息，或者将数据信息写入到电容器中。

2、随着半导体行业的发展，dram等半导体结构的尺寸不断减小，dram等半导体结构中电容器的特征尺寸(cd)也不断微缩，且电容器也由筒状结构向柱状结构发展。然而，随着电容器尺寸的不多缩小，柱状结构的电容器的深宽比大幅度提高。具有过高深宽比的下电极层，会导致电介质层沉积不均匀，例如下电极层底部的电介质层厚度较薄、下电极层顶部的电介质层厚度较厚，从而使得极易在电容器的底部出现漏电，影响了dram等半导体结构的性能。

3、因此，如何减少电容器中的漏电问题，从而改善半导体结构的电性能，是当前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本公开一些实施例提供的半导体结构及其形成方法，用于减少电容器内的漏电问题，以改善半导体结构的性能。

2、根据一些实施例，本公开提供了一种半导体结构，包括：

3、衬底，所述衬底的顶面上具有支撑结构、以及贯穿所述支撑结构的电容孔；

4、电容结构，包括第一电极层、电介质层、第二电极层和填充层，所述第一电极层覆盖所述电容孔的内壁，所述填充层覆盖所述第一电极层的下部位置的内表面且填充满所述电容孔的下部，所述电介质层至少覆盖所述第一电极层的表面，所述第二电极层覆盖于所述电介质层的表面。

5、在一些实施例中，所述填充层的材料为导电材料；

6、沿所述电容孔贯穿所述支撑结构的方向，所述第一电极层包括下部位置的第一电极层和上部位置的第一电极层，所述电介质层至少覆盖所述第一电极层的表面包括：所述电介质层覆盖所述第一电极层的上部位置的内表面和外表面以及所述填充层的顶面，且所述电介质层覆盖所述第一电极层的下部位置的外表面。

7、在一些实施例中，所述第一电极层的材料和所述第二电极层的材料均各自独立地包括金属材料或者氮化钛材料，所述填充层的材料包括多晶硅或掺碳的多晶硅。

8、在一些实施例中，沿所述电容孔贯穿所述支撑结构的方向，所述填充层的高度为所述电容孔的深度的1/3～2/3。

9、在一些实施例中，所述支撑结构包括沿远离所述衬底方向依次间隔设置的第一支撑层、第二支撑层和第三支撑层；

10、所述第一电极层还覆盖所述第三支撑层的顶面，所述电介质层还覆盖所述第一支撑层的表面、所述第二支撑层的表面和所述第三支撑层的表面。

11、在一些实施例中，所述填充层的顶面与所述第二支撑层的顶面平齐；或者，

12、所述填充层的高度为电容孔的深度的1/2～2/3。

13、在一些实施例中，所述电容孔的深宽比为30:1～200:1。

14、在一些实施例中，在与所述衬底的顶面平行的方向上，所述衬底上包括多个排布设置的所述电容结构；沿所述电容孔贯穿所述支撑结构的方向，所述电容孔包括下部的电容孔和上部的电容孔，所述半导体结构还包括：

15、公共电极层，连续填充满多个所述电容结构中的上部的电容孔、且覆盖所述电容结构中的所述第二电极层的表面；

16、所述公共电极层的材料与所述填充层的材料相同。

17、根据另一些实施例，本公开还提供了一种半导体结构的形成方法，包括如下步骤：

18、于衬底的顶面上形成堆叠结构；

19、于所述堆叠结构中形成贯穿所述堆叠结构的电容孔；

20、形成覆盖所述电容孔的内壁的第一电极层；

21、形成覆盖所述第一电极层的下部位置的内表面且填充满所述电容孔的下部的填充层；

22、形成至少覆盖所述第一电极层的表面的电介质层；

23、形成覆盖所述电介质层的表面的第二电极层，以形成包括所述第一电极层、所述电介质层、所述第二电极层和所述填充层的电容结构。

24、在一些实施例中，于衬底的顶面上形成堆叠结构的步骤包括：

25、提供衬底，所述衬底内具有电容接触区；

26、形成堆叠结构于所述衬底的顶面上，沿远离所述衬底方向，所述堆叠结构包括依次堆叠的第一支撑层、第一牺牲层、第二支撑层、第二牺牲层和第三支撑层。

27、在一些实施例中，于所述堆叠结构中形成贯穿所述堆叠结构的电容孔的步骤包括：

28、采用多重图形刻蚀工艺刻蚀所述堆叠结构，形成贯穿所述堆叠结构且暴露所述电容接触区的所述电容孔。

29、在一些实施例中，形成覆盖所述电容孔的内壁的第一电极层的步骤包括：

30、沉积第一导电材料于所述堆叠结构上，形成连续覆盖所述第三支撑层的顶面和所述电容孔的内壁、且与所述电容接触区电连接的所述第一电极层。

31、在一些实施例中，形成覆盖所述第一电极层的下部位置的内表面且填充满所述电容孔的下部的填充层的步骤包括：

32、沉积填充材料于所述堆叠结构上，形成填充满所述电容孔且覆盖所述第一电极层的表面的初始填充层；

33、回刻蚀所述初始填充层，去除位于所述电容孔的上部的所述初始填充层，保留于所述电容孔的下部的所述初始填充层作为所述填充层。

34、在一些实施例中，沿所述电容孔贯穿所述堆叠结构的方向，所述填充层的高度为所述电容孔的深度的1/3～2/3。

35、在一些实施例中，所述填充层的顶面与所述第二支撑层的顶面平齐；或者，

36、所述填充层的高度为电容孔的深度的1/2～2/3。

37、在一些实施例中，形成至少覆盖所述第一电极层的表面的电介质层之前，还包括如下步骤：

38、形成贯穿所述堆叠结构的刻蚀孔；

39、沿所述刻蚀孔去除所述第一牺牲层和所述第二牺牲层，暴露所述第一电极层的外表面，剩余的所述第一支撑层、所述第二支撑层和所述第三支撑层共同形成支撑结构。

40、在一些实施例中，所述填充层的材料为导电材料；沿所述电容孔贯穿所述支撑结构的方向，所述第一电极层包括下部位置的第一电极层和上部位置的第一电极层，形成至少覆盖所述第一电极层的表面的电介质层的步骤包括：

41、沉积介电材料于所述支撑结构上，形成电介质层，所述电介质层覆盖所述第一电极层的上部位置的内表面和外表面以及所述填充层的顶面，且所述电介质层覆盖所述第一电极层的下部位置的外表面、所述第一支撑层的表面、所述第二支撑层的表面和所述第三支撑层的表面。

42、在一些实施例中，所述第一电极层的材料和所述第二电极层的材料均各自独立地包括金属材料或者氮化钛材料，所述填充层的材料包括为多晶硅或掺碳的多晶硅。

43、在一些实施例中，在与所述衬底的顶面平行的方向上，所述衬底上包括多个排布设置的所述电容结构；所述半导体结构的形成方法还包括如下步骤：

44、形成连续填充满多个所述电容结构中的所述电容孔的上部、且覆盖所述电容结构中的所述第二电极层的表面的公共电极层，所述公共电极层的材料与所述填充层的材料相同。

45、在一些实施例中，所述电容孔的深宽比为30:1～200:1。

46、本公开一些实施例提供的半导体结构及其形成方法，通过在电容孔的下部设置覆盖第一电极层的下部位置的内表面且填充满所述电容孔的下部的填充层，从而降低电容孔的深宽比，即降低了所述电容孔内的电介质层和第二电极层的沉积高度，提高了所述电容孔内沉积的电介质层和第二电极层的厚度均匀性，减少甚至是避免了在电容孔的底部出现漏电的问题，改善了半导体结构的良率，保证了具有更高的k值。本公开另一些实施例采用导电材料来形成所述填充层，从而在减少电容结构漏电问题的同时，还能够增大电容器的表面积，提高电容器的电容量。