TW395054B - Manufacturing method of the dynamic random access memory cell capacitor - Google Patents
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Description
A7 A7 4|6lpif.doc/008 B7____ 五、發明説明(丨) 本發明是有關於一種半導體元件的製造方法,且特別 是有關於一種動態隨機存取記憶體(Dynamic Random Acces? Memory, DRAM)電容器之製造方法,以防止儲存節 點(node)插塞發生底切(undercut)的現象。 當動態隨機存取記憶體的記憶胞密度一直增加,則如 何在益漸減少的記憶胞面積下,仍維持足夠大的電容儲存 量’成爲一再被挑戰的問題,尤其在目前的目標仍爲減少 記憶胞所佔的面積之情況下。 爲了保持電容儲存量在可接受的範圍,已經提出許多 方法。例如’其中一個方法爲利用高電容率的介電材料作 爲電容器的介電層,如BST。然而,高電容率的介電材料 通常若直接沈積在半導體基底上,其化學性質不太穩定。 所以需要一或多層的材料,以提供高電容率的介電材料和 基底之間的電性相接。 另外一種解決方法爲改變電容器的幾何形狀來增加電 容器的表面積,例如溝渠式或重疊式的電容。在此敘述習 知的一種DRAM電容器的製造方法,請同時參照第i圖。 第1圖爲具有儲存節點24a和2朴之半導體基底2的部分 結構剖面圖。在基底2中形成場氧化物層4,以定義出主 動區和非主動區。在半導體基底2之上、,形成多個閘極結 構6 - 11。形成多個源極/汲極區於相鄰閘極結構之間的基 底中。於包括閘極結構6 __ U的半導體基底2之上,形成 由氧化物層所組成的第一絕緣層12。於第一絕緣層12/中 形成多個導電的接觸塾U — 16,和源極/汲極電性連接。 4 中國改家故石((^ Λ4ϋΤΤ^^7公势)---— (对先閲讀背面之注意事項再靖寫本頁} -裴 線 ^•','',,''部屮次^洋’"-^1消於合^:.?,印1 -1 n ΙΗ. · ^:"〇'部屮^^卑^01-消於合巧"印^* 416Ipif.doc/008 __ B7 五、發明説明(〉) 在第一絕緣層12和接觸墊14 - 16之上形成由氧化物層所 組成的第二絕緣層I8。再於第二絕緣層18之上形成第三 絕緣if 20’是由氮化物層所組成的。儲存節點接觸開口 22a 和22b位於第三絕緣層20和第二絕緣層18中,通往接觸 墊14和16。沈積一層導電層在第三絕緣層20以及接觸墊 I4和16之上,例如多晶矽層。導電層的厚度決定了儲存 節點的高度。再進行圖案化的步驟,以形成儲存節點24a 和24b。在形成儲存節點24a和24b之時,通常會進行過 蝕刻步驟’以確保儲存節點24a和24b之間爲彼此絕緣的。 然而,若在微影過程中發生沒對準的情形,則過蝕刻所導 致的底切25現象就會發生了。結果在後續的淸潔步驟以 及其所受的應力,會使儲存節點24a和24b掉下來。 而且若半球形5夕晶粒(Hemi-sphere Grain, HSG)層長在 儲存節點24a和24b上,可能也會在底切25之上長出HSG, 而發生接觸不良之問題。 本發明爲了解決上述的問題,因此本發明的目的就是 在提供一種在半導體元件上製造DRAM胞電容器的方法, 以防止發生底切的現象。本發明的一個重要特徵爲形成向 上突出的儲存節點插塞,以增加過蝕刻步驟的邊界。 根據本發明之上述和其他的目的’'提出一種DRAM 胞電容器的製造方法。在半導體基底上有閘極和源極/汲 極,源極/汲極在閘極兩側的半導體基底中。於半導體基 底上形成第一絕緣層,蝕刻第一絕緣層以形成接觸開口通 往源極/汲極。塡入導電層於接觸開口中,例如多晶矽層, 5 4、紙张尺度这用中阒1¾¾:榡冷((’NSM4現招(2IOX297公漤) 11 ^ n· n I n 訂 n 線 (iA先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) A7 416lpif.d〇c/008 37 ______ _— _______— " -------- "—------ - 五、發明説明(、) __ 以形成導電的接觸墊,分別作爲位元線以及儲存節點。在 第一絕緣層和接觸墊之上,形成由第一和第二氧化物層所 組成巧第二絕緣層。如眾所周知’位元線是位於第〜氧化 物層中,而且和其中一個接觸墊互相電性連接。在第二絕 緣層的上方形成氮化矽層’以做爲鈾刻終止層。在氮化矽 層的上方形成第三絕緣層’第三絕緣層由氧化物層所組 成。依序蝕刻第三絕緣層、氮化砂層和第二絕緣層,以形 成接觸開口,暴露出接觸墊。塡入第一導電層於接觸開口 中,以形成接觸插塞。第一導電層的材質可爲多晶矽、鎢 或氮化鈦。本發明的一個重要特徵爲蝕刻第三絕緣靥直至 氮化矽層,藉以使部分的接觸插塞自氮化矽層的上表面突 出。在氮化矽層和突出的接觸插塞之上形成一定厚度的第 二導電層,例如多晶矽層,此厚度決定儲存節點的高度。 然後圖案化第二導電層並蝕刻之,以形成儲存節點,和胃 觸墊相接,而且不會有底切的現象發生。在此,第二導胃 層在沈積時即具有不平整的上表面。亦即,因爲第二導_ 層傾向於爲共形沈積的,上表面會隨著下方的突出接觸插 塞而起伏。因此雖然發生儲存節點和接觸墊沒有對準的狀 況’仍可避免底切的情況發生。因爲突出的接觸插褰提供 了在蝕刻第二導電層之過蝕刻時的厚邊界,即過蝕刻的邊 界。 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂,下文特舉較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細 說明如下: “ 6 本紙张尺度4川屮_ 1^:樣Yr('NS ) Λ4規格(21〇; 297公釐) ~~~ (誚先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 線 • —1 1 1J. · A7 4161 pif.doc/008 __ b / 五、發明説明(C ) 圖式之簡單說明: 第1圖是DRAM胞儲存節點結構的剖面圖; _ 2圖是依據本發明一較佳實施例於形成儲存節點接 觸插塞之後的DRAM俯視圖; 第3A圖爲第2圖DRAM之AA’切線的剖面圖; 第3B圖爲第2圖DRAM之BB’切線的剖面圖; 第4圖爲依據本發明一較佳實施例於形成儲存節點之 後的DRAM俯視圖; 第5A圖爲第4圖DRAM之AA’切線的剖面圖;以及 .第5B圖爲第4圖DRAM之BB’切線的剖面圖。 圖式之標記說明: 2、1〇〇 :半導體基底 4 :場氧化物層 6 - 11、103 - 108 :閘極結構 12 :第一絕緣層 14 - 16 :接觸墊 18 :第二絕緣層 20 :第三絕緣層 22a、22b :節點接觸開口 24a、24b:儲存節點 ' 25 :底切 101a - 101c :主動區 102 :元件隔離區 109 :第一絕緣層 --- n I _ I I n I I I I _ m T n _ ---- 1 ·Λ、-° (邻先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 本紙依X度珅用中阈家標縛(('NS ) Λ4规枱(2ΚΓΧ 297公釐) A7 B7 4161pif.doc/008 五、發明説明(t ) 110a - 110f :接觸開口 112a _ 112f :接觸墊 1+4、118:氧化物層 116 a - 116 b :位兀線 117 :蝕刻終止層 120 :第二絕緣層 121a- 121f :位元線接觸插塞 122a - 122f :儲存節點接觸插塞 124a- 124f :儲存節點 實施例 現在詳述本發明的目的,一種DRAM胞電容器的製 造方法。電容器可在電晶體之上形成,此爲目前製造DRAM 所使用的方式,.因此只有和本發明相關的細節會在此敘述 之。 請參照第2圖,其繪示依照本發明較佳實施例於形成 儲存節點接觸插塞122a - 122f之後的DRAM俯視圖。請 參照第2圖,元件隔離區102定義出多個主動區l〇la -101c,元件隔離區102例如可爲場氧化物層。圖上亦繪出 多個接觸墊112a - 112f,多個儲存節點接觸插塞122 a -122f和多個位元線接觸插塞121a- 12lf。複數個閘極結構 103 - 108橫越過主動區l〇la - 101c。亦繪出多個位元線 116a - 116b橫越閘極結構103 - 108,並經由位元線接觸 插塞121b、121e分別和接觸墊112b、112e相接。接觸墊 ll2a - ΙΙΜ和源極/汲極之間爲電性相接,源極/汲極在相 8 ^|、紙张尺廋珀W中闽H2家標彳((’NS ) 見格(210 X297公漦) I - * I I ΐ^I 1.1 I ^ n I 1 (对先閱讀背面之注意事項再4寫本頁) tr"'部屮次枒卑局只r-,消於 4l6*pif.doc/〇〇8 B7 4l6*pif.doc/〇〇8 B7 形成多個第二接觸開口 12le、 五、發明説明(〔) 鄰閘極結構103 - 108之間。 第3A圖爲第2圖DRAM之AA’切線的剖面圖,以及 第3B,圖爲第2圖DRAM之BB’切線的剖面圖。請參照第 3A圖和第3B圖,在半導體基底上預定處形成元件隔 離區102,以定義主動區l〇la、101c。元件隔離區102例 如可爲場氧化物層,其形成的方法爲習知的方法,如區域 氧化法(Local Oxidation,LOCOS)或淺溝渠隔離方法。在半 導體基底1〇〇上形成多個閘極結構103 - 108,閘極結構 1〇3 - 108包括閘電極層,覆蓋在閘電極層之上的絕緣層, 即頂罩幕和側壁的間隙壁。在相鄰閘極結構103 _ 1〇8之 間的半導體基底100上形成多個源極/汲極區(圖上沒有提 供參考號碼),形成的方法爲傳統的離子植入法。 在半導體基底100上形成第一絕緣層109,覆蓋閘極 結構1〇3 - 1〇8。塡入導電材料於多個第一接觸開口 u〇c _ 110f ’ 如多㈤砂’ S將其圖*化以形S多個儲存節點接 觸墊1.12c、112d、ll2f和位元線接觸墊112e。在第一絕 緣層⑽以及接_ 112e、而之上形成第二絕緣層 12〇以一明t口的方式,用兩層氧化物層ιΐ4、118配置在 触娜止層117之上下。鈾刻終止層m和氧化物層W、 m具有很好嶋刻:¾難,例峨娜止層m可爲氮 化砂層。f 一氧化物層114在此具有多個位元線n6a-116b ’如弟3圖所π。第:氧化物層118則沈積在触刻終 止層117之上’厚約50〇〜15〇〇埃。在第二絕緣層中 121d和121f,分別通往接 (邻先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. ,1Τ 線
Hi m —J· 4161pif.d〇c/008 B7 4161pif.d〇c/008 B7 Μν',ί 部十女枒it^=?.-ii·/)於含朽社印 t 五、發明説明(9 ) 觸墊Ilk、lUd和lUf。分別塡入第一導電層於第二接 觸開口 121C、l2ld和l2lf之中,再圖案化第一導電層以 形成考個儲存節點接觸插塞I22b、122e和122f。第〜導 電層之材質之蝕刻速率小於或等於第二導電層的材質,第 二導電層在後續沈積做爲儲存節點之用。第一導電層之材 質例如可爲多晶矽、鎢或氮化鈦。 形成沒有底切形狀的儲存節點爲下一討論重點’其圖 示在第4圖和第5圖上。請參照第4圖,第4圖爲依據本 發明一較佳實施例於形成儲存節點l24a - l24f之後的 DRAM俯視圖。儲存節點124a - l24f是用來分別覆棻接 觸插塞 122a - 122f。 第5A圖爲第4圖DRAM之AA’切線的剖面圖,以及 第5B圖爲第4圖DRAM之BB’切線的剖面圖。下〜雄·驟 爲本發明的關鍵步驟。形成第3圖的接觸插塞122b、i22e 和122f之後,蝕刻氧化物層118直至蝕刻終止層117以形 成突出的接觸插塞,如第5A圖和第5B圖所示。以蝕刻 終止層Π7爲蝕刻終止層來蝕刻氧化物層118,例如濕倉虫 刻法或乾蝕刻法。自蝕刻終止層II7上表面突出之接觸插 塞l22b、l22e和l22f的高度和被蝕刻掉的第二氧化物層 的高度相同,約5〇〇 - 15〇〇埃。在蝕刻fe止層II7和突出 之接觸插塞122b、12:2e和12M之上形成第二導電餍,厚 度約8000 - 10000埃,此厚度決定了儲存節點的高度。第 二導電層可爲多晶矽層。圖案化第二導電層,並蝕刻之以 形成儲存節點l24b、12心和lMf。在此步驟,通常會進 10 « 家標吟(7,NS)A4^^(2K)X 297At ) - .. 裝 訂 線 {計先閱讀背赴之注意事項再填寫本頁」
J A7 B7 4161 pif.doc/008 五、發明説明(g) 行過蝕刻’以使每個儲存節點互爲電性絕緣。然而必須注 意的是,第二導電層在沈積時即具有不平的表面。那是因 爲在碎積第一導電層時,第二導電層傾向爲共形沈積,所 以上表面會隨著下方的突出接觸插塞而起伏。亦即第二導 電層在突出接觸插塞之上的厚度較其他區域處爲厚。因 此,即使在形成儲存節點時,發生如第5A圖和第5B圖 之^對準'丨Η況,仍可避免如第1圖所示的底切現象,此乃 因爲接觸插塞的突出部分之故。因爲突出的接觸插塞提供 了在蝕刻第二導電層之過蝕刻時的厚邊界。換句話說,接 觸插塞的突出部分增加了在其上之第二導電層的厚度,所 以增加了接觸插塞附近的過蝕刻邊界。 另外一個方法是爲了增加過蝕刻的邊界,可以在突出 的接觸插塞或者整個接觸插塞之上形成矽化物層,例如矽 化欽。 如上所解釋的,根據本發明的方法,爲了防止接觸插 塞發生底切的現象,接觸插塞至儲存節點以向上突出的形 式來形成之。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然其並非用以 限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神 和範圍內,當可作各種之更動與潤飾,囪此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 本纸张尺度述川屮國阀家標彳((,NS ) Λ4規核(210X297公釐) I I - —JI I n I、1T— I ——. I I 線 (誚先閱讀背而之注意事項再填寫本頁)
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- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 4161pif.doc/008 D8 六、申請專利範圍 1. 一種動態隨機存取記憶體記憶胞電容器之製造方 法,該方法包括: 形成絕緣層於一半導體基底上,該半導體基底具有 一閘極結構以及一對源極/溉極位於該閘極結構的兩側; 形成一儲存節點接觸開口於該絕緣層中,暴露出該對 源極/汲極其中之一; 塡入一第一導電層於該儲存節點接觸開口中,以形成 一儲存節點接觸插塞於該絕緣層中; 向下蝕刻該絕緣層至預定的厚度,藉以使該儲存節點 接觸插塞自該絕緣層上表面突出; 形成一第二導電層於該絕緣層和該儲存節點接觸插塞 之上;以及 圖案化該第二導電層以形成一儲存節點,該儲存節點 電性連接至該儲存節點接觸插塞。 2. 如申請專利範圍第1項所述之動態隨機存取記憶體 記憶胞電容器之製造方法,其中該第一導電層的蝕刻速率 等於或小於該第二導電層。 3. 如申請專利範圍第1項所述之動態隨機存取記憶體 記憶胞電容器之製造方法,其中該第一導電層的材質選自 於多晶矽、鎢和氮化鈦其中之一,以及ft第二導電層的材 質爲多晶矽。 4. 如申請專利範圍第1項所述之動態隨機存取記憶體 記憶胞電容器之製造方法,其中該儲存節點接觸插塞作爲 增加該第二導電層的過蝕刻邊界之用。 裝 訂 線 -· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 4161pif.doc/008 A8 B8 C8 D8 經濟部中央梯率局負工消费合作社印製 六、申請專利範圍 5. —種動態隨機存取記憶體記憶胞電容器之製造方 法,該方法包括: 形成一第一絕緣層於一半導體基底上,該半導體基底 具有一閘極結構以及一對源極/汲極位於該閘極結構的兩 側; 形成導電之一接觸墊於該第一絕緣層中,和該對源極 /汲極相接; 形成一第二絕緣層於該第一絕緣層和該接觸墊之上; 形成一接觸開口於該第二絕緣層之中; 塡入一第一導電層於該接觸開口之中,以形成一儲存 接觸節點插塞; 向下飩刻該第二絕緣層至預定的厚度,使該儲存接觸 節點插塞自該第二絕緣層之上表面突出一部份; 形成一第二導電層於該絕緣層和該儲存節點接觸插塞 之上;以及 圖案化該第二導電層以形成一儲存節點,該儲存節點 電性連接至該儲存節點接觸插塞。 6. 如申請專利範圍第5項所述之動態隨機存取記憶體 記憶胞電容器之製造方法.,其中該第二絕緣層依序由一氧 化物層、一氮化物層和一氧化物層所組成的多層結構,其 中該氮化物層於蝕刻該第二絕緣層時爲蝕刻終止層。 7. 如申請專利範圍第5項所述之動態隨機存取記憶體 記憶胞電容器之製造方法,其中該第一導電層的鈾刻速率 等於或小於該第二導電層。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -55 Γ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 4161pif.doc/008 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 8. 如申請專利範圍第5項所述之動態隨機存取記憶體 記憶胞電容器之製造方法,其中該第一導電層的材質選自 於多晶矽、鎢和氮化鈦其中之一,以及該第二導電層的材 質爲多晶矽。 9. 如申請專利範圍第5項所述之動態隨機存取記憶體 記憶胞電容器之製造方法,其中該儲存節點接觸插塞作爲 增加該第二導電層的過蝕刻邊界之用。 ----------^------ΐτ------0 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央梂準局貝工消费合作社印装 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210X297公釐)
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