TW323405B - - Google Patents

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323405 A7 B7 五、發明説明（〜J) j 發明背景 發明領域 本發明一般係有關於積體電路元件的形成，且更特定而 言，本發明係有關於適合做爲高電容記憶體裝置及其他元 件之電容器，其對在次石版印刷尺寸之元件的形成是有利 的0 先前技藝説明 <所有數位式的處理系統，主要的元件爲隨機存取記憶體 (RAM)裝置。已知許多確實與電容器的貯存電荷有關的 隨機存取記憶體裝置的設計，顯示數據或指令位元的邏輯 狀態。該設計通常與動態隨機存取記憶體（D R A M s )有關 ，因其必須週期性地更新以補償損失的貯存電荷。在择高 速操作的情況下，爲達成高貯存電容量，貯存單元之積體 高密度是最重要的。然而，同時每個記憶體單元還必須儘 可能地貯存最大量的電荷，爲避免記憶體頻繁重寫，須與 集積密度一致。 經濟部中央標隼局負工消費合作社印製 (請先閲請背面之注意事項再填寫本頁) 眾所皆A，給是電壓之電荷貯存量隨所/提供電容器板面 板之減少而降低。由於所有電容器結構透過洩漏及其他;'效 應有電荷損失，故希望能儘可能地貯存最大量的電荷。然 而，當集積密度增加時，形成電容器板之晶片所需空間也 會增加其受限性。 爲此，且因同樣眾所皆知之電荷貯存電容量會隨電容器 板間間隔降低、和置於板間之絕緣材料的電介質常數增加 而增加的事實，欲發展不同幾何構造之垂直堆疊電容器， -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） ^^S40S A7 B7 五、發明説明（—2 ) — 以在晶片所給”印痕”内，用非常薄的電介質層在板間提供 額外的板面積。然而，垂直堆疊電容器之設計，已受限於 用來明確達成該等幾何構造之石版印刷方法的解析度。因 此，即使是使用新近研發之高電介質常數材料體，石版印 刷方法的實際限制已成爲發展單一晶片記憶體超過6 4 ·Μ b 的困擾。 此外，發展複雜幾何構造以增加記憶體單元之電容器板 表面積，會增加製程步驟。因爲製造半導體裝置之每個步 驟可能有瑕疵，該裝置的製造產量通常也隨製程步驟的增. 加而降低。 用來發展如半球粒、粗糙多晶矽及其‘類似物之表面特徵 的製程步驟，其可明顯增加有效電容器板表面積，亦爲明 顯的事實，其常統稱爲隨機表面技術。對特定石版印刷解 析度或最小形體尺寸之設計以符合特定電容器之印痕面積 而言，該隨機表面技術實際上是唯一可以增加電容器板表 面積的技術。表面積常可增加至約1 . 5至2.0倍，控制該表 面之形成一’常增加在相同晶片和晶片至晶/片之記憶體早元-間電容量的變化。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 對記憶體裝置而言，有限尺寸之電容器貯存電荷量的增 加特別重要，因爲在單一片上所須之電容器數、許多需要 電容器和積體電路中之其他元件（如分離結構）的其他應用 已知係受限於尺寸，且常常受限於石版印刷法之曝光工具 解析度的整體結構。因此，需要發展一種技術，形成較由 特定石版印刷曝光工具所產生者來得小的電路元件形體的 -5- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 經濟部中央#準局a貝工消費合作社印製 32S405 技術 發明摘述 因此本發日日n n丄 術，。 目的在於提供—種電容器的設計及製造的技 ^ 了減少製程步驟，並確實能使尺寸低於一般所用石版 印刷法之解析度。 - 本發明乏η . ~個目的在於提供一種垂直堆疊電容器結構 •、在、..0疋之晶片面積增加電荷存量。 _本發日月> Si . 、· —個目的在於提供一種垂直堆疊電容器結構 、，在不依賴高電介質常數材料或隨機表面技術的情況下， 增加電荷貯存量。 ,、=達成纟發明上述及其他目❺’所提，供之姓刻材料的方 :、、步驟如下·在基質表面部份形成待蚀刻之材料體、 第:材料之覆蓋層，其較該基質之待蝕刻面積的材料 月足厚，^基質園繞在待蚀刻材料體之周圍，該第一材科之 蝕刻速率不同於待蚀刻之材料、在覆蓋層至待蝕刻之材 體處形成孔隙、在該孔隙中以—致的方式沉積，以便形成 第二和第^材料的交替層，第二和第三材料各 同的飲刻速率，五第：和第三材料之至少其中-者ΐ = 速率與罘一材料相同、較佳蝕刻第二和第三材科之其中之 ―，以在待蝕刻材料體中形成貫穿第二和第三材料之交= 層的孔隙、貫穿該交替層之孔隙，選擇性地㈣待 材料體。 乂 根據本發明另一方面，一種形成次石版印刷形體尺寸的 万法，包括步驟如下：在基質區域塗覆第一材料之覆蓋層 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂 -6 «

A7 B7 323405 五、發明説明（-4 、在第#料（覆蓋層形成孔隙、在該孔隙中以一致的方 式沉積’以便至少形成三個第二和第三材料之交替層、該 第二和第三材料各別有顯著不同的蝕刻速率，且第二和第 三材料之至少其中一者的蝕刻速率與第—材料相同、較佳 .蝕刻第一和罘二材料之其中之一，以貫穿第二和第三材料 之交替層。 圖式簡要説明 ―參考圖式，由本發明之較佳具體實施例的下列詳細説明 ，可更瞭解本發明前述目的及其他㈣、觀點及優點，其 中： 圖1爲根據本發明形成電容器結構前.之基質的橫截面圖 ，孩基質包括互連的結構，以便得到積體電路記憶體之元 件.， . 圖2爲形成電容器結構之先前階段的橫截面圖，該電容 器結構爲根據本發明之圖丨的互連結構， 圖3、4、5和6爲根據本發明形成電容器之中間階段的橫 截面圖， 圖7實免上爲根據本發明之電容器結構完成品的橫截,，面 圖。 較佳具體實施例説明 關於圖式，更詳細而言，圖1顯示了如在積電路記憶體 中所展現之互連結構〗0的橫截面圖。關於圖i，其實沒有 任何邵份可容許做爲先前技藝，不過爲了本發明討論的需 要，仍將圖1併入本發明參考，圖！之説明一般係參照.Fujii 本纸張纽顏㈣2丨叫297公董） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 ，-° 經濟部中央插準局員工消費合作社印製 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明*T_-5 ) . 等人在1992年加州舊金山所舉行之國際電子設計會議 (International Electron Devices Metting)中提出 ”Ba〇 7Sr〇 3Ti03 膜之 VLSI DRAM技術，該膜爲1.3奈米與Si02等厚且洩漏電 流爲1 0 _ 9安培/公分2 ”之文獻，文獻載於技術摘要 (Technical Digest)1992年12月13-16日第267頁，在此該文獻完全併 入參考’以洋細讨論本結構’但其對本結構之實施並不重 要。應瞭解本結構，較佳係在基質之内和/或之上形成， j亥基質不以另外方式説明，本結構僅僅被認爲是許多互連 結構的一個範例，利用該互連結構對本發明之製造及運用 是有利的。亦應瞭解本發明所提供的優點，係爲互連結構 設計的活用，其能在相當高集積密度下‘形成，且可或不可 與圖1描述相似。然而，應用於本發明之任何和所有互連 結構，依據下文的討論，對習知技藝者完全是明顯的。 特定而言，圖1結構所提供的三個接觸釘1 2，藉此製造 用來做爲兩個場效應電晶體1 4、1 4 '的源極/漏極接頭2 0 。較佳之電晶體1 4、1 4 '，在位於連接物1 8之下具有閘氧 化層1 6、一1 6 ’，該連接物係在多晶矽層九虫矽化鎢所構成 。此外相同構造之連接物2 2做爲字線。（此範例記憶體‘爲 所謂的折疊位元線型態。根據折疊位元線配置圖，圖左侧 之連接物1 8爲位元線，其係由橫截面之前側或後侧連接至 記憶體單元上）。此等連接物與接觸釘1 2藉由侧壁之絕緣 結構2 8而絕緣，且由鈍化層2 6所覆蓋，該鈍化層可爲任 何適當之材料體，如氮化矽。同樣的絕緣體被提供在位元 線3 0之上和位元線3 0之側壁上，該位元線在電晶體1 4、 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 、-° 323^05

經濟部中夬標準局員工消費合作，钍印取 1心的共同節點處與接觸釘連接。 較佳位元線3 0爲矽化鎢或多晶矽或該材料之結合（該材 料對本發明之實施並不重要），該材料被施用在電晶體14 、1 4 ·之共同節點處的接觸釘上。如多晶矽之層3 2，可在 位元線結構形成前施用，以選擇性地使該位元線與下面結 構絕緣，除非是希望有連接物或爲增加黏滯力的緣故。較 佳情況是，也提供絕緣帽3 4和側壁3 6。 -如圖2顯示，有大的多晶矽塊或插塞3 8形成，且其可延 伸在位元線3 〇部份和絕緣帽3 4及側壁3 6之上。較佳藉由 任何已知方法，在覆蓋層提供厚的多晶矽沉積。然後，較 佳的是平面化該覆蓋層，接著並蝕刻以.分離該層成塊或插 塞’該塊或插塞與導電釘丨2接觸並連結至電晶體1 4，上。 只要該等塊38形成，甚至是較厚之絕緣層40的形成，較 佳係藉由已知的四乙基原矽酸鹽（T E 〇 S )方法。 然後，將此絕緣層平面化，且藉由石版印刷和氧化物反 應性離子蝕刻（RI Ε )，在多晶矽塊3 8表面形成相當寬的開 口 4 2。應—注意孔隙4 2可在對積體電路裝j之設計規則所 允許之最小形體尺寸下形成，至於尺寸，將被敘述之垂-直 堆疊電容器的所有結構，對任何其他部份或裝置元件而言 ’遠小於之石版印刷所需的解析度。亦應注意的是，在本 發明較佳具體實施例中，圖型化也可在全部或一些交替層 材料沉積之前或之後，在孔隙42内或重疊之上預形成，並 顯影該結構，參考圖3所述。 頃參考圖3’多層材料體44、46爲依序之以一致的方式 -9- 本紙張从適用中關家轉（CNS ) A4規格（210X297公董） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 *π A7 325405 _______ B7 玉、發明説明*7) /几積。較佳可利用化學蒸氣沉積，且可在單獨反應器中以 連續來進行。對本發明實施而言，多層材料體44、46並 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 不特別重要，只要對特定蚀刻劑之蝕刻速率非常不同即可 。較佳範例材料，層44爲TEOS/〇3、層46爲6 Si N ， X X y 其在氫氣RI E期間之蝕刻速率頗爲不同，所以可擇—而達 成較佳蝕刻效果。然而，重要的是，更慢之蚀刻材料的蝕 刻速率（如，層4 4 )應與層4 0蚀刻率爲相當的，較佳係利 J相似材料（如Τ Ε Ο S )來達成。 然後’此等以一致的方式沉積層將在T E 〇 S氧化層4 〇之 表面上平面化，如圖4所示。由圖3之橫截面來看，應瞭解 因該等層44、46在孔隙内42爲依序之.以一致的方式沉積 ’故其基本是杯狀的巢。將TEOS層40的表面平面化（其 在尺寸上並不重要，但較佳以化學-機械磨光法來進行）， 以在裝置表面留下垂直之杯狀巢的形體邊緣。 經濟部中夬標率局員工消費合作社印製 關於此點，較佳的是選擇性地内凹將移除的層44氧化物 材料選擇性地内凹，且可收集杯狀沉積層之最内部之由平 面化所得》之冷,‘或殘餘，至少是杯的深度，如圖4之5 〇 所示的大小。此選擇性的内凹，較佳係由乾蝕法或氫氟.酸 之濕蝕法來完成。然後，將此内凹區域填充另—種材料5 2 ，如多晶矽，其在會產生各向異性之44和46兩層的蝕刻 條件下，該多晶矽比起層4 4材料之蝕刻速率低。因此填進 該選擇性地内凹區域的材料，將達成比其他型態之石版印 刷技術更精細解析度的光罩。若使用多晶矽，低壓化學蒸 發沉積（LPCVD)是較佳的方法。然後再度將層4〇的表面 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公瘦） A7 B7 經濟部中央#準局員工消費合作社印製 立、發明説明（-8 ) 5 1平面化。 此點應被認清，若氧化物内凹及取代以另一種材料完成 ’則當表面剩餘爲氧化物（如T E 〇 s )絕緣體時，（以rE 和其他方法很容易地得到彼此非常不同的蝕刻速率）平面 化的表面頃包括有同心圓狀的多晶矽或其他材料之圖型·。 轉換表面圖型之材料的取代，在無結構性劣化由兩層所形 成形狀的情沉下，也允許達成的蝕刻法在44、46兩層和 ’晶矽塊38有各向異性。然而，視層44和46之材料及蚀 刻法的選擇，内凹多晶矽圖型的形成並非必需。此外，多 0Η秒塊3 8的蚀刻也不一定爲必需的（此例中，其可如預期 的薄），需視層4 4、4 6之形成結構和/·或電性而定，結構 可能實質如圖5所示，不須進一步的蝕刻。 爲繼續該較佳方法，假設使用内凹多晶矽光罩，進行各 向異性的蚀刻，約蚀刻掉一半的氧化物，至多晶碎插塞3 8 的表面，如圖5之54所示，當根據多晶矽光罩，進行各向 異性的银刻依TEOS氧化物以形成凹槽5 6。由於以一致的 方式沉秦·層4 4、*4 6不一定是導電性且其較佳材料包栝絕 緣Τ Ε 0 S氧化物，該氧化物係在導電之多晶矽塊或插塞彡8 上形成一層’爲得高導電性電容器板之高表面積，希望能 在插塞之導電性材料内蚀刻凹槽。由於利用多晶石夕光罩的 方法不能用來蚀刻多晶秒插塞，此時需要改變蚀刻劑或蚀 刻方法’因爲該方法也會損害多晶矽光罩。因此，較佳使 用乾蚀法，以各向異性地蚀刻插塞並移除多晶梦光罩，而 不對層4 6的B x S i χ N y、或層4 0所剩餘部份的τ Ε 0 S氧化物 -11 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂 323405 A7 B7 五、發明説明（ -9) . 或以一致的方式沉積層所剩餘之氧化物進行有效的蝕刻。 如圖6所示，該方法在多晶矽插塞中形成了深的凹槽。 要注意的是該蚀刻亦應避免在凹槽上形成任何氧化物，因 該氧化物將在電容器完成後之界面上造成問題。作爲光罩 之以一致的方式沉積的剩餘，現可由平面化而移除之，以 形成如圖7之多晶矽插塞3 8的結構。特別是將約5 0埃（A ) 之氧化物-氮化物-氧化物（Ο N 0 6 0 )以一致的方式沉積於 多晶矽插塞3 8之凹槽，且凹槽剩餘填以如鋁或多晶矽之導 電體6 2後，多晶矽插塞之凹槽結構，留存的是周圍的. TEOS氧化物，且包括實際上爲機械整體的同心圓，以便 完成剩下的電容器板。因此所得的電容器爲高強度和堅固 的結構，且可抵抗如振動之加速度力的損害。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 藉由具有相當高電介質常數之極薄Ο N 0絕緣體，彼此間 隔的巢狀圓形電容器板，係交叉形成（橫截面），比起前述 所謂冠形電容器的設計，^可提供更高的電容量，甚至新近 所發展設計是使用增強電介質常數之材料。更者，在多晶 矽插塞所-形成之凹槽深度只受限於厚度，/在不須改變形成^ 電容器之印痕的情況下，藉此以形成插塞3 8且可調整或1增 加電容量。 ' 由前文所述，可看出根據本發明之電容器提供一種電容 器結構，所形成電容器之結構形體的尺寸，遠小於對剩餘 結構所須之特定石版印刷方法的最小形體尺寸。根據本發 明之電容器結構上是堅固的，實質上的電容量是優於先前 技藝設計的，且其不一定需要特定之高電介質常數的材料 -12 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） A7 A7 經濟部中央標準肩員工消費合作社印製 五、發明説明飞一10) 或任何表面技術，該技術將造成元件至 ' 王凡件間、片至片間 t電容量的變化、和/或對生產產率之負面影響。 上述本發明之較佳具體實施例，係針對兩 τ %谷器的形成， 特別噢合記憶體的裝置，其大量增加電 %奋态板乏面積和電 介質厚度。然而，應了解的是特定修正的 - θ 万式對習知技藝 者是明顯的，修正的方式包括其他應用哎 、 j 4形成次石版印刷 形體之電容器結構的改變（如實質上小 <开疋石版印刷圖 型法或曝光技術之最小形體尺寸）。例 j邓，在上述 < 電容 器，層44、46以各向同性的方式做以—致的方式沉積， 但在孔隙42之側壁可達成較底部厚的最後沉積·在較厚之 以一致的方式層沉積後，也可藉各向異.性的蝕刻，蝕=每 層的底部。亦可以對層44、46之—進行明顯各向異性的 選擇性蝕刻，在孔隙42底部更慢蝕刻的部份層，可在垂直 邵份丈到明顯損傷前，整個蝕刻。任—種情形，由選擇性 内凹<光罩的形成和填充以另一種如多晶矽的材料，對形 成次石版印刷的形體並不一定是必須的。除電容器外之其 他應用，义石版印刷形態（如分離溝渠）的幾何本身，可允 許或指^上述較佳方法特定相同的簡化或修正。例如，Ο 、“之交替層不須爲同心圓，或甚至在圖4之表面5工形成 封閉曲線，因爲可藉由光罩避免交替層的部份沉積、或一 旦有沉積則選擇性地除去如圖型的部份。 根據本發明之單一較佳具體實施例的説明，習知技藝者 很容易在不遠離本發明精神及範圍内做修正。因此我^提 出要求保護的申請專利範圍如下。 -13- 本纸罐適用中國國家㈤CNS ) Α4規^^^ ---------< 裝------訂-----i,.VN (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 申請專利範風

   賴兹委员明示..本:-£修正·,ίι是否變更原實質内.容 經濟部中央梯準局貝工消費合作社印製 —種蚀刻材料的方法，包括步驟如下 在基質表面部份形成待蝕刻之材料體， 塗覆第一材料之覆蓋層，其較該基質之待蝕刻面積的 材料體厚，孩基質圍繞在待蝕刻材料體之周圍，該第一 材料之蝕刻速率不同於待蝕刻之材料之蝕刻速率， 在覆蓋層至待蝕刻之材料體處形成孔隙， 在該〃孔隙中以一致的方式沉積第二和第三材料的交替 層―，第二和第三材料各別有顯著不同的蝕刻速率，且第 —和弟二材料之至少其中一者之蝕刻速率與第一材料相同， 一 . 選擇第二和第三材料之一進行較佳的蝕刻，以在待蝕 刻:料體:形成貫穿第二和第三材料之交替層的孔隙， 貫穿該交替層之孔隙，選擇性地蝕刻待蝕刻之材料 2. =據中請專利範園第押之方法，在該進㈣佳的蚀刻 則進一步包括如下的步驟 選擇性使該交替層之第二及第三材科凹入：，、以形成 入區，〜， 一 人用第四材㈣人該凹人區’該第四材料的㈣速率 1待蚀刻之材料的蝕刻速率。 3. 根據中請專利範園第2項之方法，其中待蚀刻之材料爲 電材料，該方法進一步包括如下的步聲 在孩塊材料之蝕刻區表面形成絕緣體，和 用導電材料填入該材料體的蝕刻區。 14- &張^(210χ297公羞 Γ II 裝 I 訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 體 之 凹 低 導 六、申請專利系題 Α8 Β8 C8 D8 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 • ~種形成次石版印刷形體尺寸的方法，包括如下的步驟 在要蚀刻之材料上塗覆第一材料之覆蓋層， 在第一材料之覆蓋層形成孔隙， 一在該孔隙中以一致的方式沉積，以便至少形成三個第 和第一材料I交替層，該第二和第三材料各別有顯著 不同的條刻速率，且第二和第三材料之中至少有一種的 蝕刻速率與第—材料相同， 來該至少二層平面化至該第一材料之塗覆層的至少— :面’選擇第二和第三材料中之—進行較佳的蝕刻，以 Λ穿第二和第三材料之交替層，及 蝕刻要蚀刻之材料。 ， 據申請專利範圍第4項之方法，在該進行較佳的蚀刻之 前進一步包括如下的步驟 在第二和第三材料之一的該至少三層之一，形成内凹 ，和 用第四材料填充該内凹區。 •根據申請t利範圍第4項之方法，包括如下的步'驟 在以一致的方式沉積步驟前，供給一塊；^料，放置 第—材料覆蓋層的孔隙中，和 透過第二和第三材料的孔隙，蝕刻該塊材料，兮 車父佳係藉由蝕刻第二和第三材料而形成。 孔 7.根據申請專利範圍第5項之方法，進一步包 观下的步聲 在以一致的方式沉積步驟前，供給一塊松 ^ ^竹，放置 弟—材料覆蓋層的孔隙中，和 在 隙 在 I I I I I 一 裝 II 訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} -15- 本紙張國家標準（CNS)八4辦（21〇χ297公釐

   A8 B8 C8 D8 以形成氧化物-氮化物-，其中形成絕緣體的步驟 以形成氧化物-氮化物- 申請專利裏凰 透過第二和第三材料的孔隙，蝕刻該塊材料，该孔隙 較佳係藉由蝕刻第二和第三材料而形成、 ". 8. 根據㈣專㈣圍第㈣之方法，其巾料材料爲導電材 料’ 5亥方法進一步包括如下的步驟 在该塊材料之蝕刻區表面形成絕緣體，和 用導電材料填入該塊材料的蝕刻區。 9. 祕中請專利範圍第7項之方法，其中該塊材料爲導電材 料’該方法進一步包括如下的步驟 在該塊材料之蝕刻區表面形成絕緣體，和 用導電材料塡入該塊材料的蝕刻區。 1〇·根據中請專利範園第8項之方法，其中形成絕緣體的步驟 包括 形成連續氧化物、和氮化物、層， 氧化物結構。 11.根據申請專利範園第9項之方法 包括 形成連續〜氧化物、和氮化物層， 氧化物結構D (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消费合作社印裝 -16-私紙⑽適用中(21〇χ297公釐