DRAM的存储单元通常由一个存取晶体管和一个
存储电容器构成。根据 其在半导体
基板上的形成
位置,该电容器可分为
层压型或
沟道型。
采用层压型电容器的半导体制造商已经研究出了生产在有限区域内具 有更高容量的电容器的方法,来满足半导体用户的不同需求。本项研究是由 产生紧缩关键尺寸(CD)的存储单元的高集成
密度驱动的,从而降低了容 量。然而,为了在调节值范围内保证更新工作周期,就需要在有限区域内增 加容量。
随着半导体存储器集成度的逐渐增加,通常由作为下
电极节点的存储节 点和作为上电极的平面节点组成的电容器的图案尺寸在逐渐减小。从而,存 储节点的最低关键尺寸(CD)就变得很小以致不能在
制造过程中保持原来 的图案,换句话说,由于倾斜现象(leaning phenomenon)使存储节点破裂。
为了防止倾斜现象,传统方法包括在直线结构中形成的下层结构上形成 直线型存储节点来增加存储节点的最低CD或者降低存储节点的高度。然而, 利用前者难以在首先确定了设计规则时增加最低CD,而利用后者难以获得 所需的容量。
作为在有限区域内提供更大的最低CD并且减少倾斜现象的发生的先进 方法,近来对上述第一种方法进行了改进。在存储节点形成过程中,在与已 有直线结构相比偏移一个
角度的对角方向形成活性区、栅极、位线触点、存 储节点触点或内埋触点以及位线图案。从而,形成正方型存储节点。与现有 直线型的存储节点相比,这种改进的方法增加了存储节点的最低CD,并且 在此领域中称为对角结构。然而,虽然对角结构可以增加存储节点的CD来 保证
稳定性,但是存在包含于形成与存储节点适当连接的存储节点触点中的 严重复杂性。
为了用对角结构解决该问题,提出了形成融合直线结构和对角结构优点 的正方型存储电极的另一种方法。在此方法中,由已有直线结构形成活性区、 栅极、位线、存储节点触点等。然后,在其整个结构上形成
缓冲层,并且在 缓冲层上形成垫式触点,以使正方型存储节点和在直线结构中形成的存储节 点触点相连。在制造正方型存储节点中,已知正方型存储节点的最低CD约 为基于直线结构的直线型存储节点的两倍。
下面将参照图1至6对
现有技术中正方型存储节点的电连接用触点形成 方法进行说明,以仅提供对随后将要说明的本
发明的完全理解。
图1是显示在根据传统技术的半导体存储器中,正方型电容器的存储节 点和与该存储节点连接的触点之间的布置关系的俯视图。图2至6是显示制 造与参照图1的存储节点连接用触点的顺序流程的剖视图。
首先参照图1,在第一方向上形成作为多个存取晶体管的栅极六条字线 堆栈8,并且在垂直于第一方向的方向上形成与存取晶体管的漏极相连的四 条位线堆栈20。电容器的正方型存储节点32沿对角方向延伸至位线堆栈20 和字线堆栈8,来形成近长方形(oblong)结构。因此,如由交叉线区域所 示,存储节点触点22与存储节点
接触垫12重叠。由前述直线结构形成存储 节点触点22和存储节点接触垫12,以及其下部结构。此外,通过缓冲层形 成的垫式触点26与形成存储节点触点22的区域部分重叠。同时,序号15 表示用于连接一条位线与漏极位线触点,序号14表示位线接触垫。图2至6 是沿图1中所示的直线A-A’和B-B’的剖视图。
在图2至6左侧,沿图1的A-A’剖切线的剖视图,即沿与存取晶体管的 栅极相连的字线方向,每个均由顺序流程来显示。在图2至6右侧,沿图1 的B-B’剖切线的剖视图,即沿与存取晶体管的漏极相连的字线方向,由顺序 流程来显示。
图2显示了在基于位线上电容器(COB)(capacitor over bit line)结构 的DRAM中形成存储节点触点前的结构。在半导体基板2的预定区域上形 成器件分隔层4来界定许多活性区(或称有源区)。在活性区上形成栅极
氧 化层8a。在其上形成许多横穿活性区的平行字线堆栈8。字线堆栈8包含依 次层积的字线8b和
覆盖层8c。利用字线堆栈8和器件分隔层4作
离子注入 掩膜向活性区注入杂质离子,以形成杂质区6s、6d。在一对横穿各自活性区 的字线堆栈8之间的活性杂质区6d与DRAM单元晶体管的公共漏极区相关。 此外在每个公共漏极区6d两侧形成的杂质区6s与DRAM单元晶体管的源 极区相关。在栅极氧化层8a和字线堆栈8的
侧壁上形成字线间隔8d。在包 含字线间隔8d的半导体基板的一个表面上形成第一绝缘层10。部分蚀刻第 一绝缘层10来形成与公共漏极区6d相连的位线接触垫14和与源极区6s相 连的存储节点接触垫12。然后,在包含位线接触垫14和存储节点接触垫13 半导体基板一个表面上形成第二绝缘层16。
图案化第二绝缘层16以形成位 线触点15。然后,形成许多位线堆栈20,该位线堆栈20与位线触点15相 连并且在其侧壁上具有一个间隔20d。位线堆栈20是横穿字线堆栈8形成的。 位线堆栈20包括依次层积的位线20b和位线覆盖层20c。每个位线20b通过 位线触点15与位线接触垫14电连接。位线间隔20d形成于位线20b和覆盖 层20c的侧壁上。第三绝缘层18是按等于位线覆盖层20c的上部的高度, 在包含位线堆栈20和位线间隔20d的半导体基板2的整个一个表面上形成 的。
如图3中所示,通过通常的方法连续图案化第三绝缘层18和第二绝缘 侧16来形成存储节点触点22,以使得与存储节点接触垫12相连。从而,活 性区6s、6d,位线接触垫14,存储节点接触垫13,位线堆栈20,字线堆栈 8和存储节点接触垫12等组成直线下层结构。
如图4中所示,在具有已形成了的存储节点触点24的半导体基板2上 形成缓冲层24。用PE-TEOS(Plasma Enhanced Tetra Ethyl Ortho Silicate)材 料来形成缓冲层24。
参照图5,在具有缓冲层24的半导体基板2上形成用于与节点触点22 连接的正方型存储节点和垫式触点26。经由通过
光刻流程在缓冲层24上形 成开孔;用导电材料沉积该开孔;然后使其平整的流程来形成垫式触点26。
参照图6,在具有垫式触点26的半导体基板2上依次形成蚀刻截止层 28和模制氧化层(molding oxide layer)30,随后,在模制氧化层30上形成蚀 刻掩模图案。形成一个开口部分以部分暴露通过蚀刻流程与存储节点相连的 垫式触点26的上部。在包括开口部分的半导体基板的整个一个表面上进行 CVD(
化学气相沉积)流程,从而用多晶
硅制成导电层。通过平整流程等将 保留在模制氧化层上的导电层去除,从而形成正方型的存储节点32。每个正 方型存储节点32a至32e显示图1中所示的正方型存储节点的截面。
在上述传统流程中,为了在基于直线下层结构的半导体基板上形成正方 型存储节点,在形成存储节点触点后形成用缓冲层的触点。从而,存储节点 触点和用缓冲层的触点,即两个触点,形成于存储节点接触垫和从其上部相 连的存储节点之间。换句话说,需要用于形成用缓冲层连接正方型存储节点 和直线结构存储节点触点的垫式触点的附加流程。
此外,触点形成流程应该伴随着临界光刻流程,从而流程范围就很紧并 且整个制造过程就相对复杂和困难。
本发明的
实施例针对传统技术的这些和其他缺点。
根据本发明的示例性实施例,下面将参照图7至21对存储节点触点形 成方法和所得结构进行说明。
本领域技术人员应该理解:本发明可以用许多方式来实行而不局限于下 述实施例。下面各种实施例自然是示例性的。
图7是显示根据本发明的一个示例性实施例在正方型存储节点和存储节 点触点之间布置关系的放大俯视图,而图9是显示直线型掩模图案的放大俯 视图。图8和图10至15是显示根据本发明的一个示意性实施例在形成存储 节点触点中顺序流程的剖视图。图17至21是显示在图10的流程后执行的 顺序流程的剖视图。图16是在形成存储节点触点后进行的一个流程中形成 存储节点的剖视图。
首先参照图7,字线堆栈108是垂直显示的并且作为许多存取晶体管的 栅极而形成的。此外,四条位线堆栈120是
水平显示的并且与存取晶体管的 漏极相连。电容器的正方型存储节点132在与位线堆栈120和字线堆栈108 呈对角的方向形成近长方形(ablong)结构。因此,存储节点触点122与存 储节点触点112部分重叠,在
栅极长度方向上延伸至很长。正方型存储节点 132的下部与存储节点触点122的上部接触。按照直线结构形成字线堆栈108 的下层结构、位线堆栈120以及存储节点接触垫112等。位线触点115用于 连接位线和位线接触垫114。
图7显示根据本发明的一个示例性实施例俯视图,并且在根据本发明的 另一个实施例的其他俯视图中,只改变了图7中所示的用来表示存储节点触 点的序号,而其他的保持不变。
图8和图10至16是显示沿图7中直线C-C’和D-D’剖开的本发明的一 个示意性实施例的三维结构的剖视图。图17至21显示本发明的另一示例性 实施例。
图8和图10的左边是显示沿图7的C-C’方向或者在字线方向上的顺序 流程的剖视图。图8和图10至21的右边是显示沿图7的D-D’方向或者在 位线方向上顺序流程的剖视图。
图8显示了在位线上电容器(COB)结构的DRAM中形成存储节点触 点前的结构。在半导体极板102的预定区域上形成器件分隔层104以界定许 多活性区。在活性区上形成栅极氧化层108a。其上依次形成导电层108b和 字线覆盖层108c。导电层108b由
多晶硅层或多晶硅化金属层形成。字线覆 盖层108c优选为由氮化硅层制成。连续图案化字线覆盖层108c和导电层 108b来形成多个横穿活性区的平行字线堆栈108。字线堆栈包含依次层积的 导电层108b和字线覆盖层108c。通过用字线堆栈108和器件分隔层104作 离子注入掩模向活性区注入杂质离子,从而形成杂质区106s、106d。在横穿 每个活性区的一对字线堆栈108之间的活性杂质区106d与DRAM单元晶体 管的公共漏极区相关。
此外,在公共漏极区106d的两侧形成的杂质区106s与DRAM单元晶 体管的源极区相关。通过传统方法在栅极氧化层108a和字线堆栈108的侧 壁上形成字线间隔108d。字线间隔108d优选为由与字线覆盖层108c相同的 材料层制成。在具有字线间隔108d的半导体极板102的一个表面上形成第 一绝缘层110。部分蚀刻第一绝缘层110来形成与公共漏极区106d相连的位 线
衬垫114和与源极区106s相连的存储节点接触垫112。然后在包含位线衬 垫114和存储节点接触垫112的半导体基板的一个表面上形成第二绝缘层 116。图案化第二绝缘层116来形成位线触点115(参见图7)。形成与位线 触点115相连的许多位线堆栈120。位线堆栈120是横穿字线堆栈108形成 的。位线堆栈120是由依次层积的位线120b和位线覆盖层120c形成的。优 选地,位线120b可以由诸如钨层或者多晶硅化钨层的导电层形成,并且位 线覆盖层120c由氮化硅层形成。位线120b通过位线触点115(参见图7) 与位线衬垫114电连接。可以增加在位线堆栈120的侧壁上形成位线间隔(未 显示)的流程。位线间隔是由与位线覆盖层120c相同的材料形成的。
如图8中所示,在形成了位线堆栈的半导体基板102上,平整层间绝缘 层的上部以与位线覆盖层120c的上部高度一致。
层间绝缘层118可以通过在半导体基板102沉积绝缘材料然后对其进行 平整流程来形成,并且优选为用与位线覆盖层120c相比具有高蚀刻选择比 的材料形成。此外,层间绝缘层118由氧化硅层形成。层间绝缘层可以由单 种材料层或多种材料层形成。
参照图9,在具有层间绝缘层118的半导体基板102上形成线型掩模图 案123。
线型掩模图案123形成于垂直位线堆栈120的方向上,并且不包含图7 的线C-C’。从而,在图10中掩模图案120没有显示在字线方向(左侧)上 的剖视图中,而显示在位线方向(右侧)上的剖视图中。
掩模图案123优选为通过选择性使用多晶硅层、氮化硅层、用作
光刻胶 的材料或者任意与层间绝缘层118的层材料相比具有低的蚀刻选择比的材料 中的任意一种来形成。掩模图案123也可以形成为100至5000的厚度。
参照图10,利用掩模图案123,各向同性地蚀刻层间绝缘层118以形成 开口部分122c。
如图10所示,掩模图案123没有显示在该图右侧(位线方向),但是掩 模图案123显示在该图左侧(字线方向)。由于位线覆盖层120c与层间绝缘 层118相比具有低的蚀刻选择比,所以即使没有掩模图案123,也只选择性 地蚀刻层间绝缘层118以形成开口部分112c。
开口部分122c是通过诸如湿法蚀刻、干法蚀刻和用等离子蚀刻的传统 蚀刻方法中的任意一种方法在栅极纵向上延伸而形成的。
开口部分122c可以通过利用掩模图案123在100至8000范围内各 向异性地蚀刻层间绝缘层118,然后通过在10至1000范围内各向同性地 蚀刻其蚀刻部分来形成。
如图11所示,间隔材料层121a优选为用与层间绝缘层118的层材料相 比具有低蚀刻选择比的材料形成。例如,间隔材料层121a可以由从氮化硅 层、氮氧化硅层和多晶硅层中选择出来的一层来形成。间隔材料层121a的 厚度优选为在10至800范围内形成。
参照图12,间隔121是在掩模图案的侧壁上形成的,也在除与存储节点 接触垫112重叠区域之外的开口部分122c的内部形成的。
间隔121是通过在形成了开口部分122c和掩模图案123的半导体基板 102的一个表面上形成间隔材料层121a,然后进行
各向异性蚀刻来形成的, 其中仅有在开口部分122c的下部与存储接触垫112重叠的间隔材料层121a 通过各向异性蚀刻由使用掩模图案123去除。从而,在形成间隔121的过程 中,也形成了位线间隔。
参照图13,存储节点接触孔122d形成为具有T形并且从开口部分122c 的上部与存储节点接触垫112相连。
存储节点接触孔122d是通过各向异性地蚀刻没有间隔121的部分直至 暴露存储节点接触垫112而形成的。
参照图14,用作存储节点触点122的导电材料层122a是在具有存储节 点接触孔122d的半导体基板102的一个表面上形成的。
优选为用多晶硅材料来形成导电材料层,但是也可以用其他导电材料。
参照图15,存储节点触点122是在具有导电层料层122a的半导体基板 102上进行平整流程后形成的。存储节点触点122形成为与存储节点接触垫 112的上部接触,并且其上部区域在单元晶体管的长度方向上延伸以形成大 于其下部区域尺寸的结构。
存储节点触点122是由通过用字线覆盖层120c作平整截止层来执行平 整流程而形成的,并且也去除了掩模图案123。主要通过化学和机械
抛光 (CMP)流程或者通过回蚀(etch back)流程来执行平整流程。
随后,根据本发明的另一示例性实施例将对存储节点触点的形成方法和 结构进行说明。在另一实施例中存储节点触点的形成过程中,直至并包括形 成开口部分(图10的122c)的流程与为上面示例性实施例提供的说明相同, 从而将省略重复说明。将参照图17至21对在形成开口部分(图10的122c) 后的后续流程进行说明。
参照图17,在形成开口部分(图10的122c)后,对与存储节点接触垫 112接触的、作为开口部件122c的下部的部分进行各向异性蚀刻,以通过用 掩模图案123作蚀刻掩模来暴露存储节点接触垫112。形成从开口部分122c 的上部连接到存储节点接触垫112的T形存储节点接触孔222d。这种各向 异性蚀刻是通过干法蚀刻或者用等离子蚀刻方法等来进行的。
参照图18,间隔材料层221a是在具有所形成的存储节点接触孔222d 内部的半导体基板一个表面上形成的。间隔材料层221a是用与层间绝缘层 118的层材料相比具有低蚀刻选择比的材料形成。从而,间隔材料层221a 可以由从氮化硅层、氮氧化硅层和多晶硅层中选择出来的任意一种材料来形 成。间隔材料层221a厚度可以在10至800范围内形成。
参照图19,通过去除利用掩模图案123作为掩模在掩模图案123和被暴 露的存储节点触点的上部形成的间隔材料层221a,在存储节点接触孔222d 的侧壁上形成间隔221。间隔材料层211a的去除流程可以通过诸如干法蚀刻 等的各向异性蚀刻流程来进行。整体效果为位线间隔与间隔221同时形成。
图20中,存储节点触点导电材料层222a是在具有存储节点接触孔222d 的半导体基板102的一个表面上形成的。导电材料层222a可以最好由多晶 硅形成,或者由其他导电材料形成。
图21中,存储节点触点222是通过诸如CMP流程或者回蚀流程的平整 流程在具有导电材料层222a的半导体基板102上形成的。平整流程是通过 将位线覆盖层作为平整截止层来进行的,并且在此平整流程中同时去除掩模 图案123。
通过上述流程,与正方型存储节点电连接的T形存储节点触点222是根 据本发明的另一示例性实施例形成的。存储节点触点222形成为与存储节点 接触垫112的上部接触,并且其上部区域在单元晶体管的长度方向上延伸以 形成大于其下部区域尺寸的结构。
在随后的流程中,与存储节点触点的上部电连接的正方型存储节点(图 15的122,图21的222)可以通过本发明的该示例性实施例来形成。
图16是显示根据本发明示例性实施例在通过后续流程形成的存储节点 触点上形成的存储节点的剖视图。图16中,虽然存储节点由本发明的一个 示例性实施例在存储节点触点(图15的122)上部形成,但是存储节点也可 以由本发明的另一示例性实施例在存储节点触点(图21的222)上部形成。
参照图16,在后续流程中,存储节点132是按以下方式在具有存储节点 触点122的半导体基板102上形成的,这种方式为通过缓冲层124形成的正 方型存储节点132的下部、蚀刻截止层128和模制氧化层130与存储节点触 点122的上部部分接触。
因此,与传统方法相比,缓冲层124用于充分减少以下现象:在缓冲层 124下形成的位线堆栈120和存储节点触点122等受蚀刻模制氧化层130的 一部分的流程和去除蚀刻截止层128的一部分的流程的影响。从而可以形成 缓冲层124或者不形成缓冲层124。
正方型存储节点132是通过以下顺序流程而形成的:在具有存储节点触 点(图15的122,图21的222)的半导体基板102上形成蚀刻截止层128 和模制氧化层130,蚀刻模制氧化层130的一部分以与存储节点触点122部 分重叠并且暴露蚀刻截止层128,从而去除被暴露的蚀刻截止层128并暴露 存储节点触点122的一部分,然后形成在其上将要形成存储节点132的一部 分。随后,正方型存储节点132是通过用导电层来填充存储节点形成部分并 随后对其进行平整来形成的。方型存储节点132a至132e表示图7中所示的 方型存储节点的截面。
存储节点触点可以广泛地应用于在DRAM单元中使用的半导体存储器 件中存储节点布局。与存储节点触点相连的正方型存储节点也可以形成箱 型、圆筒型、如立方堆栈结构的半球(HSM)型或其他若干种形式。
如上所述,为与正方型存储节点相连而形成的存储节点触点提供了至少 下列不同于传统技术中触点形成方法和结构的优点。
例如,在传统技术中,在形成直线结构的存储节点触点后,需要为与正 方型存储节点相连而通过在存储节点触点上使用缓冲层来形成一个触点的 流程。从而,传统技术需要精密的光刻流程。同时,根据本发明的实施例, 形成在栅极长度方向上延伸的T形存储节点触点并直接与存储节点相连,从 而就不须通过利用缓冲层来形成垫式触点。也就是说,不需要精密的光刻流 程,而该流程在传统技术中利用缓冲层形成触点中是必不可少的。此外,在 平整流程中去除掩模图案以形成存储节点触点,从而省去了掩模图案去除流 程。因此,根据本发明的实施例就减少了所需流程的数量。
同样,正方型存储节点的下表面与存储节点触点的上部相接触,这就增 加了存储节点的最低关键尺寸。因此,就充分减少了倾斜现象。
此外,存储节点的下部具有与T形存储节点触点的上部充分的接触范 围。因此,提高了流程的稳定性,降低了半导体存储器的制造成本并且增加 了电连接接触区域。
实践本发明的方式有很多种。下列是对本发明的一些实施例的示例性、 非限制性说明。
根据本发明的一些实施例,形成存储节点触点的方法包括准备包括至少 一个通过绝缘层与存储单元晶体管的活性区接触的接触垫的半导体基板。为 了用后面流程中形成的存储节点与接触垫进行电连接,该方法还包括形成T 形存储节点触点,该存储节点触点由与接触垫的上部接触的下部区域和沿存 储单元晶体管的栅极长度方向延伸并且形成尺寸大于下部区域的上部区域 组成。
根据本发明的一些实施例,形成T形存储节点触点的方法包括在半导体 基板上形成上部高度与位线覆盖层上部高度相同并且其上部被平整过的层 间绝缘层,然后垂直于位线在覆盖层和层间绝缘层的上部形成直线型掩模图 案,其中半导体基板至少包含一个通过绝缘层与存储单元晶体管的活性区接 触的接触垫并且具有带覆盖层的位线布局。这种方法包括通过利用掩模图案 选择性地且各向同性地蚀刻与存储节点接触垫重叠的层间绝缘层的一部分, 来在存储单元晶体管的栅极方向上形成被延伸至确定部分的开口部分。这种 方法包括在除与存储节点接触垫重叠的部分之外、掩模的侧壁上且在开口部 分内形成间隔,然后通过利用间隔和掩模图案来部分蚀刻没有形成间隔的开 口部分下部,从而形成从开口部分的上部连到存储节点接触垫的上部的存储 节点接触孔。这种方法也包括用导电材料填充存储节点接触孔以形成存储节 点触点。
根据本发明的一些实施例,形成T型存储节点触点的方法包括在半导体 基板上形成上部高度与位线覆盖层上部高度相同并且其上部被平整过的层 间绝缘层,然后垂直于位线在覆盖层和层间绝缘层的上部形成直线型掩模图 案。这种方法包括,通过利用掩模图案按确定深度选择性地且各向同性地蚀 刻与存储节点接触垫重叠的层间绝缘层的一部分,以在存储单元晶体管的栅 极方向上形成被延伸至确定部分的开口部分。这种方法包括通过用掩模图案 作蚀刻图案各向异性地蚀刻与存储节点接触垫重叠的开口部分的下部,以暴 露存储节点接触垫,并从而形成从开口部分上部连到存储节点触点上部的存 储节点接触孔。这种方法也包括在除存储节点触点的暴露部分之外、掩模图 案的侧壁上且在存储节点接触孔内形成间隔,并用导电材料填充具有间隔布 局的存储节点接触孔,以形成存储节点触点。
根据本发明的一些实施例,位线间隔可以在形成存储节点触点之前形 成。这些实施例还可以包括在各向同性地蚀刻层间绝缘层的一部分前,按确 定的深度各向异性地蚀刻与存储节点触点重叠的层间绝缘层的一部分。
根据本发明的一些实施例,在存储节点触点的结构中,其中的存储节点 触点在具有至少一个通过绝缘层与存储单元晶体管的活性区接触的接触垫 的半导体基板上,与构成数据存储电容器的存储节点的下部接触并且与接触 垫的上部接触,以电连接存储节点与接触垫:该结构包括与接触垫的上部接 触并且基于确定厚度的导电下部区域;以及导电上部区域,该区域在存储单 元晶体管的栅极长度方向上延伸以具有大于导电下部区域的尺寸并且具有 通过从接触形成距离中减去导电下部区域厚度而得到的厚度,从而形成整体 T形结构,其中接触形成距离是从存储节点的下部到接触垫的上部的距离。
由上述实施例形成的存储节点触点可以用作连接在半导体基板上形成 的正方型存储节点和活性区的触点。
通过利用本发明的实施例,省去了通过缓冲层形成板式触点的传统流 程,改善了工艺流程裕度,并减少了整个制造流程的数量。
对于本领域技术人员很明显:在不偏离本发明的精神或范围内对上述实 施例可以进行改进和
变形。例如,可以改变存储节点接触垫和存储节点的形 状或者层材料的组成。同样,可以省去或者增加等同的制造流程。从而,本 发明的实施例涵盖本发明的任意此类改进和变形,只要它们落入所附权利要 求及其同等结构的范围之内。