带叠置电容器的存储器单元制造技术

一种半导体存储器单元，包括连接到存储电容器的场效应晶体管，电容器为单元的硅芯片表面上的多个叠层。通过在覆盖芯片表面的氧化硅层中的杯形接触孔表面上的三个保形层形成电容器。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及动态随机存取存储器，特别涉及使用叠置电容器用于所述存储器的存储器单元，以及叠置电容器的制造方法。标准的动态随机存取存储器(DRAM)，例如硅芯片的大阵列中形成的存储器单元，利用了通常为MOSFET的开关与存储二进制数(位)用于以后恢复信息的存储电容器的串联组合。在一种形式的DRAM中，通过在硅芯片的上表面上形成叠置的层形成存储电容器，同时MOSFET开关形成在芯片上表面附近区域内。导电栓塞通常提供了芯片中MOSFET的源／漏区和作为存储电容器的下极板(下电极)的叠层之间的低电阻连接。在DRAM中要获得高容量，将单元制作得很小并相互设置得很近很重要。因此重要的是即使DRAM中的叠置电容器使用芯片表面上很少的表面空间，但仍然提供相当高的电容值，以便提高存储节点的可靠性。本专利技术为包括改进的叠置电容器的DRAM以及这种DRAM的制造工艺。现已公知，通常主要在晶片上进行制造，最后晶片被切为容纳有一个或多个DRAM的芯片。因此为方便起见主要针对含有单个存储器单元的部分芯片讨论工艺。首先通过在覆盖含有一个开关晶体管的部分硅芯片上表面的介质层中形成接触孔形成用于存储器单元的改进的电容器的主要部件。用于每个电容器的接触孔形成在电容器要连接的开关晶体管的区域上。然后，通常为掺杂的多晶硅的导电栓塞提供在接触孔的下部，低电阻连接到晶体管的所述区域，所述区域对应于单元的存储节点。通常首先用导体填充接触孔，然后除去填充的上部分来完成。这样仅留下了底部的部分栓塞。然后通过腐蚀使接触孔变空的上部分变宽。现在用导电层覆盖变宽的槽壁，优选使用铂，形成覆盖层和导电栓塞之间的低电阻连接。所述导电层作为电容器的下极板(下电极)。当导电栓塞为需要防止扩散到作为电容器下极板的导体内的材料时，例如导体为铂时，需要在栓塞和下极板之间插入作为所述扩散阻挡层的材料层。淀积导电层之后，构图扩散阻挡层和导电层，使它们仅局限在变宽槽的内部，以便于隔离。然后用介电常数适合于用做电容器介质的材料覆盖导电层。目前优选使用钛酸锶钡层，因为它的介电常数很高可以有效地用做电容器介质。之后介质层覆盖有导电层，也优选铂。所述铂层作为电容器的上极板(上电极)。当然，需要采取措施以避免电容器的上和下电极之间的电短路。所述电容器设计的优点为存储槽基本上自对准，由此可以减少光刻步骤的数量完成电容器的制造。所述电容器的另一优点为与现有设计中使用的层相比，可以容易地用较薄的铂层制成电容器。优选铂是由于它有利的功函数和耐氧化。隔离分立的存储单元很重要。因此，构图第一层和任何扩散阻挡层以避免以上讨论的短路很重要。然而，作为电容器介质的介质层和作为电容器上极板的导电层可以在芯片上延伸，在存储器单元阵列的其它单元中起相同的作用。在本专利技术的一个方案中，本专利技术涉及包括晶体管和电容器的存储器单元的形成方法。该方法包括以下步骤在半导体芯片中形成晶体管，晶体管具有一种导电类型的第一和第二区，由相反导电类型的区域沿所述芯片的上表面隔开；在芯片的上表面上形成介质层；通过各向异性腐蚀，在介质层中形成侧壁基本上垂直的接触孔，露出晶体管的所述第二区域的部分上表面；用导电填充物填充接触孔，提供到所述第二区域的低电阻连接；除去接触孔上部分的导电填充物，在导电填充物中形成槽，并露出接触孔中的介质层；各向异性地腐蚀露出的介质层，使槽变宽并扩大介质层中接触孔的表面积；在接触孔的变大的接触孔的表面区域上保形地淀积第一导电层，作为存储电容器的下极板；构图所述导电层，将它基本上限制在接触孔的内部，淀积高介电常数的材料层，覆盖第一导电层；以及在最后提到的介质层上保形地淀积第二导电层，用做电容器的上极板，该电容器包括电隔离的上和下极板，由高介电常数层分开。在本专利技术的另一个方案中，本专利技术涉及在硅晶片的上表面形成叠置的电容器，用做与硅晶片的上表面部分内形成的开关晶体管串联的存储电容器。该方法包括以下步骤在硅晶片的上表面形成第一介质层；在覆盖的介质层中形成接触孔，露出将与存储电容器的下极板电连接的部分硅晶体管；用掺杂的多晶硅部分地填充接触孔，形成到硅晶体管所述部分的电连接；使接触孔未填充部分变宽成杯形，扩大未填充部分的表面积；在掺杂的多晶硅上形成扩散阻挡的导电层；在接触孔未填充部分的表面上保形地淀积第一导电层，作为电容器的所述下极板；离子腐蚀以从第一介质层的上表面除去任何导电材料，以便完全地分离和隔开分立的存储单元槽；在第一导电层和接触孔上保形地淀积第二介质层，作为电容器的介质；以及，在第二介质层上保形地淀积第二导电层，作为电容器的上极板，不会与电容器的下极板电短路。对于本专利技术的装置方案，本专利技术涉及在动态随机存取存储器中使用的存储器单元。存储器单元包括硅芯片，它的有源区为一种导电类型，它的上表面为相反导电类型的分离的区；以及，覆盖在包括杯形接触孔的所述上表面的介质覆盖层，包括下栓塞部分的杯形接触孔低电阻连接到一个分离区，在接触孔的杯形壁上覆盖保形的下导电层、层间介质层和上导电层，所述下和上导电层由所述层间介质层电隔离，形成存储单元的存储电容器。下面参考附图更详细地介绍工艺和所得电容器。附图说明图1示出了根据本专利技术的存储器单元的剖面图；以及图2－6的每一个示出了在具有本专利技术存储器单元特点的叠置电容器的形成过程中不同阶段的部分硅芯片。应该指出附图没有按比例。图1示出了根据本专利技术包括叠置电容器的存储单元的部分硅芯片20的剖面图。例如为p型电阻率的硅芯片20在它的上表面21包括隔开的第一和第二区22a和22b，分别为n型电导，形成n沟道MOSFET。这两个区域作为开关的电流端，作为MOSFET的源和漏工作。为方便起见，下文将区域22a作为源，区域22b作为漏，当逻辑信息写入或读出存储单元时，它们的作用相反。栅电极23覆盖隔开的n型区域22a和22b之间的p型区域，并通过栅氧化物25以MOSFET特色的方式与表面隔开。覆盖上表面21的是介质覆盖层26，一般主要为氧化硅，最终包括位线和字线导体(未示出)，需要提供到单元的连接，以通常的方式写入或读出存储在单元内的位。为进行存储，存储电容器需要与作为存储节点的晶体管区，即第二(漏)区22b串联连接。为此，电容器包括低电阻连接到第二区22b的导电栓塞27，作为电容器的第一(下)极板基本为杯形的第一导电层37、覆盖和隔离第一导电层37的覆盖介质层38，以及，覆盖介质层38并作为电容器的上或第二极板的保形的第二导电层39。所述第二导电层39一般连接到电源的一端，一般为地。通常第一导电区22a连接到位线，栅电极23连接到DRAM的字线。虽然如前所述不是电容器的主要部分，当使用铂和多晶硅时，通常有利地包括第一铂层37下的层36，层36的材料为如TiN、TaSiN或TiAlN等的材料，保形地位于所示开口的整个表面上，或仅选择性地位于多晶硅栓塞上。该层提高了铂的润湿性，还减小了栓塞27和铂层之间的互扩散或相互作用，并防止在高温处理步骤(例如淀积高介质材料)期间形成高阻界面层。在介绍电容器制造中使用的随后的图中，仅示出了硅晶片20的一部分22b和介电常数覆盖层26。在电容器的制造中，首先在介质覆盖层26上形成光刻胶层31，构图光刻胶层作为形成覆盖层26中接触孔的腐蚀掩模，露出开关晶体管的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储单元的形成方法，包括晶体管和电容器，包括以下步骤： 在半导体芯片中形成晶体管，晶体管具有一种导电类型的第一和第二区，由相反导电类型的区域沿所述芯片的上表面隔开； 在芯片的上表面上形成介质层； 通过各向异性腐蚀，在介质层中形成侧壁基本上垂直的接触孔，露出晶体管的所述第二区域的部分上表面； 用导电填充物填充接触孔，提供到所述第二区域的低电阻连接； 除去接触孔上部分的导电填充物，在导电填充物中形成槽，并露出接触孔中的介质层； 各向同性地腐蚀露出的介质层，使槽变宽并扩大介质层中接触孔的表面积； 在接触孔的变大的表面区域上保形地淀积第一导电层，作为存储电容器的下极板； 构图所述第一导电层，将它基本上限制在接触孔的内部； 淀积高介电常数的材料层，覆盖第一导电层；以及 在最后提到的介质层上保形地淀积第二导电层，用做电容器的上极板，该电容器包括电隔离的上和下极板，由高介电常数层分开。

【技术特征摘要】
US 1998-9-29 09/1628671．一种存储单元的形成方法，包括晶体管和电容器，包括以下步骤在半导体芯片中形成晶体管，晶体管具有一种导电类型的第一和第二区，由相反导电类型的区域沿所述芯片的上表面隔开；在芯片的上表面上形成介质层；通过各向异性腐蚀，在介质层中形成侧壁基本上垂直的接触孔，露出晶体管的所述第二区域的部分上表面；用导电填充物填充接触孔，提供到所述第二区域的低电阻连接；除去接触孔上部分的导电填充物，在导电填充物中形成槽，并露出接触孔中的介质层；各向同性地腐蚀露出的介质层，使槽变宽并扩大介质层中接触孔的表面积；在接触孔的变大的表面区域上保形地淀积第一导电层，作为存储电容器的下极板；构图所述第一导电层，将它基本上限制在接触孔的内部；淀积高介电常数的材料层，覆盖第一导电层；以及在最后提到的介质层上保形地淀积第二导电层，用做电容器的上极板，该电容器包括电隔离的上和下极板，由高介电常数层分开。2．如权利要求1所述的方法，其中填充接触孔使用的导电材料为掺杂的多晶硅，第一和第二导电层为金属。3．如权利要求2所述的方法，其中用作第一和第二导电层的金属为铂。4．如权利要求3所述的方法，其中导电扩散阻挡层淀积在掺杂的多晶硅和第一铂层之间。5．如权利要求4所述的方法，其中导电扩散阻挡层为选自TiN、TaSiN或TiAlN组成的组中的一种材料。6．如权利要求4所述的方法，其中高介电常数的材料为钛酸锶钡层。7．如权利要求1所述的方法，其中构图包括离子束腐蚀第一导电层上部分的步骤。8．如权利要求1所述的方法，其中变宽后的沟槽基本为杯形。9．如权利要求1所述的方法，其中第一介质层大部分为二氧化硅。10．一种叠置电容器的形成方法，该电容器位于硅晶片的上表面，用做与硅晶片的上表面部分内形成的开关晶体管串联的存储电容器，包括以下步...

【专利技术属性】
技术研发人员：M古特舍，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]