动态随机存储器电容器的制造方法

本发明是关于一种半导体制程，特别是关于一种深次微米(deepsub-micron)，动态随机存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)电容器(capacitor)的制造方法。

动态随机存储器是一种广泛应用的集成电路组件，尤其在信息电子业中更居不可或缺的地位。而随着产业发展，对于更高容量的动态随机存储器的需求也随之增加，相关业界无不努力研发以满足高容量密度的要求，并在组件缩小化的同时如何保持其原有性质，此为业内人士共同面临的问题之一。

公知堆栈式动态随机存储器(stack DRAM)存储单元数组一般至少需要包括定义主动区(active area，AA)，定义字符线(word line，WL)，定义自动对准接触窗(self-aligned contact，SAC)，定义位线接触窗(bitline contact，BC)，定义位线(bit line，BL)以及节点接触窗(node contact，CN)等6道光罩始能完成。图1是公知堆栈式位线上电容器(capacitorover bit line，COB)动态随机存储器的剖面图，是利用隔离结构102在基底100上定义主动区104，包括字符线106、位线108以及电容器110等，其中位线108与电容器110分别以自动对准接触窗112以及节点接触窗114与基底100电性连接，至于字符线、位线108以及电容器110的间则有介电材料116绝缘。

上述的六道光罩中包括了一道定义主动区104的岛状光罩(islandpattern)，二道包括定义字符线106以及位线的线光罩(line/spacepattern)，与三道包括自动对准接触窗112、位线接触窗，以及节点接触窗114的接触洞光罩(contact hole pattern)。随着动态随机存储器芯片尺寸设计规则(design rule)的缩小，接触窗的尺寸也需随之缩小，对于目前的微影制程而言，将是一项极大的挑战。

此外，在不同光罩之间的重叠与对准的情况，在组件尺寸缩小的情况下也变得越发地困难，而此将会限制堆栈式形成动态随机存储器的制程窗口(process window)。

有鉴于此，本发明提供一种动态随机存储器电容器的制造方法，以改善制程窗口以及重叠范围(overlay margin)。

本发明提供一种动态随机存储器电容器的制造方法，是在基底上定义主动区后，在基底上形成复数条平行排列的字符线，接着，在字符线间，预定形成位线接触窗与节点接触窗的位置形成第一插塞与第二插塞，而其余的字符线间则填入绝缘材料。之后，在第一插塞上形成一位线接触窗，随后在基底上形成复数条平行排列，且与字符线垂直相交的位线，其中位线经由位线接触窗与第一插塞以及基底电性连接，而位线与位线之间电性绝缘，且位线上覆盖有一硬材料层。最后在第二插塞上形成节点接触窗。

本发明再提供一种动态随机存储器电容器的制造方法，是在基底上定义主动区后，在基底上形成复数条互相平行排列的字符线，而字符线与字符线之间以一间隙隔开。接着，在间隙中填入第一绝缘层，定义第一绝缘层，形成作为位线接触窗的第一自动对准接触窗开口与作为节点接触窗一第二自动对准接触窗开口。之后，在第一与第二自动对准接触窗开口中填入导电材料，形成第一自动对准接触窗与第二自动对准接触窗。接着在字符线上形成第二绝缘层，并定义第二绝缘层，形成一位线接触窗开口。接着，在位线接触窗开口中填入导电材料，形成一位线接触窗，使位线接触窗可经由第一自动对准接触窗与基底电性连接。随后，在第二绝缘层上形成介电层，并定义介电层，而形成复数条与字符线垂直且互相平行排列的沟道。续在沟道中填入导电材料，形成位线，其中位线的一上表面低于介电层，且位线经由位线接触窗与第一自动对准接触窗电性连接。接着，在位线上形成硬材料层，并将沟道填满。续定义介电层与第二绝缘层，形成一节点接触窗开口，并在节点接触窗开口中填入导电材料，形成一节点接触窗，其中节点接触窗经由第二自动对准接触窗与基底电性连接。

本发明形成的自动对准接触窗与节点接触窗均利用自动对准制程进行，可增加制程窗口，改善重叠范围。

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，特举一较佳实施例，并配合所附图，作详细说明如下：图面说明：图1是一种公知堆栈式位线上电容器的动态随机存储器的剖面图；图2A-2I是根据本发明较佳实施例的动态随机存储器电容器的布局；图3A-3I是根据图2A-2I3-3线切面的制造流程剖面图；

图4A-4I是根据图2A-2I4-4线切面的制造流程剖面图；图5是定义自动对准接触窗的光阻图案；图6A-6D是图2G6-6线的部分切面的制造流程；以及图7-9是图2I7-7、8-8、与9-9线切面的剖面图。

附图标记说明：100、200  基底                     102、202 隔离结构104、204  主动区                   106、206 字符线108、230  位线                     110      电容器112       自动对准接触窗           114      节点接触窗116       介电材料                 208      导电层210       覆绝缘层                 212      硬材料间隙壁214       间隙                     216、224 绝缘层218       不连续式T型岛状光阻图案218a      连续式自动对准接触窗光阻图案220a、220b第一插塞、第二插塞226       位线接触窗开             228      位线接触窗232       介电层                   234、234a沟道236       硬材料层238       线形节点接触窗开口光阻图案240       节点接触窗开             242      节点接触窗请同时参照图2A，图3A与图4A，在基底200上形成隔离结构202，以定义形成包括场效应晶体管(field effect transistor，FET)与电容器等组件的主动区(active area，AA)204，主动区204的定义是选择在符合设计尺寸(design rule)的条件下，具有最大微影制程窗口。其中，隔离结构202例如为浅沟道隔离(STI)，其可以任何公知技术形成。

接着，在基底200上形成互相平行排列的字符线206。字符线206的形成例如先在基底200形成栅极氧化物层(未绘出)，再于栅极氧化物层上依序形成导电层208与覆绝缘层(cap insulation layer)210，之后利用微影蚀刻制程定义覆绝缘层210、导电层206与栅极氧化物层，并在导电层208侧壁形成硬材料间隙壁212，而形成如图3A与图4A所示的字符线206，字符线206与字符线206之间具有间隙214隔开。

其中，导电层208作为场效应晶体管中的栅极，可以是掺杂的复晶硅，或是其它导电材质制成，而覆绝缘层210与硬材料间隙壁212则以氮化硅较佳。场效应晶体管的源/漏极区(未绘出)则形成在字符线206侧边的基底200。字符线206的微影蚀刻定义制程是利用直线且等宽的光阻图案进行，因此可提供最大的制程窗口以符合制程与电性的需求。

请同时参照图2B、图3B与图4B，在字符线206与字符线206之间的间隙214(图3A、图4A)填入绝缘层216。绝缘层216的形成是先在基底200上形成绝缘材料，例如以化学气相沉积法(CVD)沉积氧化物，覆盖字符线206并延伸至字符线206表面，之后，再以覆绝缘层210为终点，以化学机械研磨法(CMP)平坦化绝缘材料，直至暴露出覆绝缘层210的上表面为止。

请参照图2C、图3C与图4C，接着，利用光阻218定义绝缘层216，而去除在预定形成自动对准接触窗(self-aligned contact，SAC)位置上的绝缘层216，形成第一自动对准接触窗开口220a与第二自动对准接触窗开口220b，其中，第一自动对准接触窗开口220a是用作以后形成位线接触窗之用，而第二自动对准接触窗开口220b是用作以后形成节点接触窗之用。之后，再去除光阻218。

自动对准接触窗开口220a、220b的形成可利用如图2C所绘示的不连续式的T形岛状光阻图案(T-shape island PR pattern)218为光罩，覆盖部分的字符线206与绝缘层216，在作为覆绝缘层210与硬材料间隙壁212的氮化硅层与作为绝缘层216的氧化物具有高蚀刻选择比(etching selectivity)的条件下，蚀刻预定位置的绝缘层216，而形成自动对准接触窗开口220a、220b，暴露出基底200。使用T形岛状光阻图案218为光罩，可使定义自动对准接触窗开口220a、220b的制程窗口变大。

此外，定义自动对准接触窗开口220a、220b的光罩也可选用如图5所示的光阻图案218a，它是连续式的光阻图案，光阻图案218a的剖面同样如图3C的光阻218a所示，覆盖住部分的字符线206与绝缘层216，而可通过光阻218a去除预定形成自动对准接触窗开口220a、220b位置的绝缘层216。之后，再去除光阻218。

请同时参照图2D、图3D与图4D，在第一自动对准接触窗开口220a与第二自动对准接触窗开口220b中填入导电材料，形成第一插塞222a与第二插塞222b，其中，第一插塞222a作为后续形成的位线接触窗与基底200电性连接的第一自动对准接触窗，而第二插塞222b作为节点接触窗与基底200电性连接的第二自动对准接触窗。插塞222a、222b的形成是先在字符线206上形成导电材料，例如以化学气相沉积法形成复晶硅或钨金属等，之后，再以覆绝缘层210为研磨终点，使用化学机械研磨法将覆绝缘层210表面的导电材料研磨去除。

请同时参照图2E、图3E与图4E，在字符线206、第一插塞222a与第二插塞222b上形成一绝缘层224，之后再利用微影蚀刻法定义绝缘层224，蚀刻而去除部分绝缘层224，在第一插塞222a上形成一位线接触窗开口(bit line contact hole，CB hole)226，暴露出第一插塞。其中，绝缘层224例如以化学气相沉积法形成薄氧化物层，而在作为覆绝缘层210的氮化物与作为绝缘层224的氧化物具有较大的蚀刻选择比之下，蚀刻绝缘层224的步骤可停留在覆绝缘层210上，而不致破坏字符线206。

请参照图2F、图3F与图4F，在绝缘层224上形成导电材料，例如以化学气相沉积法形成复晶硅或钨金属等，填入位线接触窗开口222a中，并延伸至绝缘层224表面。之后，再利用化学机械研磨法研磨导电材料，将绝缘层224上的导电材料去除，而在第一插塞222a上形成位线接触窗228。其中，位线接触窗228通过第一插塞222a与基底200电性连接。

请参照图2G、图3G、图4G以及图6A-6D，其中图6A-6D是图2G6-6线的部分切面的制造流程。接着，在基底200上形成互相平行排列的位线230。位线230形成是先在绝缘层224与位线接触窗228上形成一毯覆式介电层232，覆盖整个晶圆，例如以化学气相沉积法形成氧化物层。之后，再于介电层232上覆盖线形位线光阻图案(BLline space pattern)，利用线形位线光阻图案为罩幕，以微影蚀刻制程定义介电层232，而在介电层232中形成与字符线垂直相交，互相平行排列且深度与介电层232厚度同高的沟道234，如图6A所示，其中沟道234需经过位线接触窗228，而在沟道234中暴露出位线接触窗228表面。

接着，在沟道234中形成位线230，它是先在沟道234中填入导电材料，例如以化学气相沉积法沉积钨金属，导电材料填满沟道234并延伸至介电层232表面。续进行回蚀沟道234中导电材料的步骤，回蚀刻除了将介电层232表面的导电材料去除外，将沟道234中的导电材料回蚀至一深度，使沟道234中的下半部具有导电材料，而形成如图6B所示的位线230，位线230通过位线接触窗228与第一插塞222a与基底200电性连接。其中，位线230的表面需低于介电层232表面，而位线230与介电层232之间更可具有阻障层(barrier layer)增加导电材料与氧化物的间的附着力。之后，再对介电层232进行等向性蚀刻(isotropic etching)步骤，使得位线230以上的沟道234开口扩大，而形成一碗状开口234a。请参照图6D，续在沟道234中填入硬材料层236，例如为氮化硅层，硬材料层236可以化学气相沉积法形成，在填满沟道234之后并延伸至介电层232表面，之后再以介电层232作为研磨终点，利用化学机械研磨法将介电层232表面的硬材料层去除，而形成如图3G以及图6D所示，不高于介电层232表面的硬材料层236。扩大的开口234a使得填入的硬材料层236具有较大的表面积，因此当后续形成节点接触窗开口时，可避免破坏底下的位线230。

请参照图2H、图3H与图4H，在介电层232与硬材料层236上形成如图2H所示的线形节点接触窗开口光阻图案(space node contactpattern，space CN pattern)238，覆盖在第一插塞222a上的介电层232与硬材料层236，至少需暴露出预定形成节点接触窗的位置。接着，以线形节点接触窗开口光阻图案238为罩幕，对介电层232与绝缘层224进行蚀刻，而形成节点接触窗开口240，暴露出第二插塞222b。在定义节点接触窗开口240的步骤中，由于位线230上有硬材料层236覆盖，因此在蚀刻步骤进行时，硬材料层236与介电层232的高蚀刻选择比可使得硬材料层236阻挡蚀刻剂的侵蚀，故可仅蚀刻暴露出的介电层232，而使节点接触窗开口240可自动对准在第二插塞222b上。随后去除光阻238。

接着，请参照图2I，图3I与图4I以及图7、图8与图9，其中图7、图8与图9分别是图2I线7-7、线8-8、与线9-9的剖面图。在节点接触窗开口240中填入导电材料，例如为复晶硅或钨金属，填满节点接触窗开口240并延伸至介电层232表面，随后再利用化学机械研磨法去除介电层232表面多余的导电材料，而形成如图4I所示的节点接触窗242，其中节点接触窗242经由第二插塞222b与基底电性连接。从图9所可明显看出，硬材料层236因扩大的碗状开口234a(图6C)相对于位线230而言具有较大的表面积，故在定义节点接触窗242时，可避免破坏到硬材料层236下方的位线230。

至此完成存储单元数组，后续可以任何公知制程进行电容的制作，例如柱状电容、冠状电容等。

此外，本发明的较佳实施例使用了在形成自动对准接触窗222a、222b与节点接触窗242时均利用自动对准接触窗的制程，故可增加制程窗口，并改善重叠范围。

再者，本发明的较佳实施例中，利用不连续T形岛状光罩图案218定义自动对准接触窗，再加上定义位线与节点接触窗时均使用线状/间隔状的光罩图案，因此更能增加制程窗口。

虽然本发明已以一较佳实施例阐明如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书范围所界定为准。