CN1241023A - 电容器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
制造有高介电常数介质膜的叠层式电容器的方法,其中存储器节点包括多晶硅层,阻挡金属层和带侧壁间隔层的过渡金属层。阻挡金属层和其侧壁间隔层防止多晶硅氧化。形成多晶硅层达到决定存储器节点高度的厚度。较薄地形成直接连接高介电常数介质膜的过渡金属层,以避免其倾斜腐蚀,因而可防止在各存储器节点与相邻节点之间的电桥。
Description
本发明涉及半导体制造，特别涉及柱型存储器节点及其制造方法。
随着DRAM器件被按比例缩小到约四分之一微米，由电容器占据的两维区域变得越来越小。另一方面，由于电容器的电容必须保持在恒定水平，因而提出了许多方法，以从减小的两维区域上获得期望的电容。
一种方法是通过增加电容器的高度形成三维尺寸结构的电容器来增加可利用的存储器单元表面面积。可是，电容器高度的增加，在存储器单元阵列区域与周边区域之间引起大的台阶，因而使金属互连变得困难。
另一种方法是增加电容器介质膜的介电常数。近来，诸如钛酸锶(SrTiO3)、钛酸锶钡((Ba·Sr)TiO3)等有高于10000的介电常数的高介电材料已被用作介质膜。可是，当多晶硅被用作电容器存储器节点时，在多晶硅层与高介电常数介质膜之间的界面上形成低介电特性的层，并因此增加介质膜的漏电流。
有人认为，当诸如钛酸锶、钛酸锶钡等高介电材料被用作介质膜时，最好把诸如铂(Pt)等过渡金属用作电容器存储器节点。可是，在高集成化的电路器件中采用这种过渡金属存在一些问题。例如，在空间间隔约为0.1-0.2微米的存储器节点应用中，在干式腐蚀期间在构图的存储器节点的侧壁上留下被腐蚀的过渡金属。结果，在各存储器节点与相邻的存储器节点之间出现电桥。
参考H.Yamaguchi等人的题目为“A Stacked Capacitor with anMOCVD(Ba·Sr)TiO3 Film and a RuO2/Ru Storage Node on a TiN-CappedPlug for 4GBit DRAMs and Beyond”(IEDM 1996-675)的文献。图1是表示按照H.Yamaguchi等人的参考文献的层叠式存储器节点的剖面图。通过用EB(电子束)光刻和RIE(反应离子腐蚀)在绝缘层14中形成达到半导体衬底10的接触孔15，来制造叠层式存储器节点。厚度约为2000埃的掺杂磷的多晶硅层被淀积在接触孔15中和绝缘层14上。然后从接触孔15中的绝缘层14的上表面深腐蚀该多晶硅层成为1000埃的沟槽(指的是16)。淀积钛并在N2气氛中通过RTA进行退火，形成TiSix以减小接触电阻。然后淀积层厚为4000埃、诸如氮化钛层等的阻挡金属层(标为17)，并通过化学机械研磨使其平面化形成存储器接触栓塞18。对于存储器节点，通过用Ru金属靶的DC溅射淀积厚度约为4500埃的过渡金属层19(500埃的钌和4000埃的二氧化钌构成的双层)。然后腐蚀该过渡金属层19，形成有0.15微米间隔的存储器节点20。此后，在包括存储器节点20的绝缘层14上淀积高介电常数介质膜21。
可是，上述方法存在一些问题。例如，极难腐蚀有约0.15微米间隔的过渡金属层。如前所述，在干式腐蚀期间在存储器节点的侧壁上会再淀积被腐蚀的过渡金属。结果，存储器节点有倾斜的轮廓并由此在存储器节点与相邻的存储器节点之间形成电桥。
本发明欲解决该问题，本发明的目的在于提供一种有高电容和良好侧面形貌(lateral profile)的存储器节点，该节点包括厚的多晶硅层、阻挡金属层和薄的过渡金属层。
本发明的另一个目的在于提供叠层式存储器单元电容器的制造方法，该电容器有高电容和良好的侧面形貌并且在各存储器节点与相邻存储器节点之间没有电桥。
本发明提供一种叠层式电容器，该电容器有底部多晶硅、阻挡金属层/侧壁间隔层，和有大体垂直的侧壁形貌的过渡金属层/侧壁间隔层。阻挡金属由选自TiAlN、TiSiN、TaTiN和TaAlN构成的组中的一个形成阻挡金属。过渡金属层包括Pt、Ir、Ru等。阻挡金属层/侧壁间隔层防止多晶硅与过渡金属之间的反应。此外，阻挡金属层/侧壁间隔层防止多晶硅与高介电常数介质膜以及过渡金属之间的反应。为了增加电容，最好形成较厚的例如1000埃-6000埃的多晶硅。过渡金属被较薄地形成以避免因厚度较厚导致的倾斜腐蚀。例如，约450埃-500埃。形成阻挡层以使其厚度足以防止反应，例如500埃-1000埃。
按照本发明的电容器的多晶硅/阻挡金属/过渡金属电极是通过在半导体衬底的有源区上形成晶体管来形成的。用绝缘体例如场氧化层包围有源区。在所获得的结构上形成绝缘层。在绝缘层中将触点开口至预定有源区域。在触点开口中和在绝缘层上淀积导电层，然后使其平面化形成接触栓塞。在接触栓塞上和绝缘层上淀积掺杂的多晶硅层达到约1000埃-6000埃的厚度。然后，在多晶硅层上淀积厚度约为500埃-1000埃的第一阻挡金属层，以在随后的工艺中在氧化气氛下保护多晶硅层。将第一过渡金属层薄薄地淀积在阻挡金属层上，厚度约为450埃至500埃。顺序腐蚀第一过渡金属层、第一阻挡金属层和多晶硅层的所选部分，形成与接触栓塞接触的叠层式存储器节点。
为保护露出的侧壁多晶硅，在叠层式存储器节点的侧壁上形成导电间隔层。在叠层式存储器节点上淀积第二阻挡金属层，然后深腐蚀，在叠层式存储器节点的侧壁上形成阻挡金属间隔层。阻挡金属间隔层防止侧壁多晶硅的氧化。在所获得的结构上淀积第二过渡金属层，然后深腐蚀，在叠层式存储器节点的侧壁上形成过渡金属间隔层。在包括存储器节点的绝缘层上淀积高介电常数介质膜。
较薄地形成过渡金属，以避免其倾斜腐蚀。通过调整多晶硅和阻挡金属的厚度来增加可利用的表面面积，因此，可获得高电容的电容器，并且在各存储器节点和相邻的存储器节点之间没有微小的桥。
参照以下的附图，本领域的技术人员将理解本发明，其目的将变得显而易见：
图1是表示现有技术的电容器的叠层式存储器节点的剖面图；和
图2A-2C是表示按照本发明最佳实施例的制造电容器存储器节点的新方法的流程图。
下面将参照表示本发明最佳实施例的附图详细说明本发明。当然，本发明可以不同的方式实施，并且不构成对本申请所提出的实施例的限制。更确切地说，提供这些实施例是为了彻底和完全地进行公开，并充分地对所属技术领域的技术人员公开本发明的范围。附图中，为清楚起见放大表示了层的厚度和区域。还应理解，当层被称为是“在另一层或衬底上”时，可以是直接在另一层或衬底上或者也可以有中间层存在。相反，当元件被称为是“直接在”另一元件上时，就不存在其中间的元件。并且，为了更好地理解本发明和使附图清楚起见，在附图中仅示出了一个晶体管和一个电容器。
本发明涉及叠层式电容器。因此，为了更好地理解本发明仅简要地说明在制造DRAM中本发明采用的形成场氧化物层和晶体管结构的工艺。
参照图2A，在半导体衬底30上形成场氧化物层31，以在其上限定有源区。场氧化物层31包围各有源区。在有源区上形成晶体管。该晶体管包括栅氧化物层32、栅极33、侧壁间隔层和一对源/漏区(未示出)。在包括晶体管的半导体衬底30上形成绝缘层34，例如BPSG(Borophosphosilicate Glass，硼磷硅酸盐玻璃)层、USG(UndopedSilicate Glass，无掺杂硅酸盐玻璃)层等。
在绝缘层34上形成第一光刻胶层，然后将其构图为预定构形以限定存储器接触区域。利用构图的光刻胶层，腐蚀绝缘层，形成达到源/漏区之一的接触孔35。在接触孔35中和在绝缘层34上淀积第一导电层，并使该导电层平面化至绝缘层34的上表面，从而形成接触栓塞36。第一导电层为由多晶硅、钨和铝构成的组中选出的一种。
在包括接触栓塞36的绝缘层34上淀积第二导电层37。第二导电层37最好由多晶硅层形成并具有约1000埃-6000埃的厚度。多晶硅层的厚度取决于想要的电容。
在第二导电层37上淀积阻挡金属层38，阻挡金属层38的厚度达到约500埃-1000埃。阻挡金属层38由TiAlN、TiSiN、TaTiN和TaAlN构成的组中选出的一种形成。在随后的工艺中阻挡金属层38用作氧化阻挡层。氧从高介电常数介质膜43(参见图2C)扩散进入多晶硅中，并由此在多晶硅层37与高介电常数介质膜43之间的界面上形成低介电特性的层例如SiO2层。
在阻挡金属层38上淀积过渡金属层39。过渡金属层39由铂(Pt)、铱(Ir)和钌(Ru)构成的组中选出的一种形成。由于不能良好地腐蚀过渡金属层39，因而要求较薄地进行淀积，例如，达到约450埃-500埃的厚度，以避免其倾斜腐蚀。
在过渡金属层39上淀积第二光刻胶层(未示出)，然后将其构图为预定的构形，以限定存储器节点区域。利用第二构图的光刻胶层，顺序腐蚀过渡金属层39、阻挡金属层38和第二导电层37，形成存储器节点。由于非常薄地形成过渡金属层39，因而不会发生倾斜腐蚀，可获得存储器节点40的大体垂直的形貌。
接着进行侧壁间隔层的形成，该侧壁间隔层示于图2B中。在绝缘层34上和存储器节点40上淀积第二阻挡金属。进行深腐蚀，从而在存储器节点40的侧壁上形成厚度约为450埃-500埃的阻挡金属间隔层41。第二阻挡金属层采用与第一阻挡层相同的材料。在所获得的结构上淀积第二过渡金属。深腐蚀该过渡金属，于是在阻挡金属间隔层41上形成厚度约为450埃-500埃的过渡金属间隔层42。阻挡金属间隔层41和过渡金属间隔层42不仅仅用作阻挡氧化。
下面参照图2C，在绝缘层34上和有间隔层的存储器节点40上淀积高介电常数介质膜43。高介电常数介质膜43包括SrTiO3和(Ba·Sr)TiO3。
在改进的实施例中，多晶硅层的厚度可形成为约500埃-1000埃，第一阻挡金属层的厚度可形成为约1000埃-6000埃。在这种情况下，露出相对较小区域的侧壁多晶硅并可放松用于侧壁间隔层形成的工艺。
本发明提供有高电容且在各电容器与相邻电容器之间不存在微小桥接的叠层式电容器。通过较薄地形成过渡金属可防止倾斜地腐蚀过渡金属，并且，较厚的多晶硅和阻挡金属层可增加可利用的表面区域，从而增加电容。
Claims (16)
1.一种制造叠层式电容器的方法，包括下列步骤：
在半导体衬底上的绝缘层中形成接触栓塞；
在所述绝缘层上和所述接触栓塞上顺序形成导电层，阻挡金属层和过渡金属层，所述阻挡金属层防止所述导电层的上表面被氧化，与所述导电层和所述阻挡金属层相比所述过渡金属层较薄；
通过顺序腐蚀所述过渡金属层、所述阻挡金属层和所述导电层形成存储器节点；
在所述存储器节点的侧壁上形成阻挡金属间隔层，以防止所述导电层的侧壁氧化；
在所述阻挡金属间隔层上形成过渡金属间隔层；和
在所述绝缘层上和存储器节点上形成高介电常数介质膜。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述接触栓塞由多晶硅、钨和铝构成的组中选出的一种形成。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述导电层由多晶硅层形成。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述阻挡金属层由TiAlN，TiSiN，TaTiN和TaAlN构成的组中选出的一种形成。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述导电层的厚度约为1000埃-6000埃，所述阻挡金属层的厚度约为500埃-1000埃。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述导电层的厚度约为500埃-1000埃，所述阻挡金属层的厚度约为1000埃-6000埃。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述过渡金属层由Pt，Ir，Ru构成的组中选出的一种形成。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述过渡金属层的厚度约为500埃。
9.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述阻挡金属间隔层由TiAlN，TiSiN，TaTiN和TaAlN构成的组中选出的一种形成。
10.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述高介电常数介质膜由SrTiO3和(Ba·Sr)TiO3构成的组中选出的一种形成。
11.一种电容器的存储器节点，包括：
形成于半导体衬底的绝缘层上的接触栓塞；和
形成在所述接触栓塞上的叠层式存储器节点，
所述存储器节点包括：
导电层；
形成在所述导电层的上表面和两侧壁上的阻挡金属层；
形成在所述阻挡金属层的上表面和两侧壁上的过渡金属层；和
形成在所述过渡金属层的上表面和两侧壁上的高介电常数介质膜。
12.根据权利要求11的电容器存储器节点，其特征在于，所述接触栓塞由多晶硅，钨和铝构成的组中选出的一种形成。
13.根据权利要求11的电容器存储器节点，其特征在于，所述导电层由多晶硅层形成。
14.根据权利要求11的电容器存储器节点，其特征在于，所述阻挡金属层由TiAlN，TiSiN，TaTiN和TaAlN构成的组中的一个形成。
15.根据权利要求11的电容器存储器节点，其特征在于，所述过渡金属层由Pt，Ir，Ru构成的组中选出的一种形成。
16.根据权利要求11的电容器存储器节点，所述高介电常数介质膜由SrTiO3和(Ba·Sr)TiO3构成的组中选出的一种形成。
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| CN101476104A (zh) * | 2008-12-24 | 2009-07-08 | 南京大学 | 一种高介电系数锆硅氧薄膜和制备方法及其应用 |
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1999
- 1999-06-29 CN CN99109410.7A patent/CN1241023A/zh active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |