專利名稱：一種制造半導(dǎo)體的方法
該發(fā)明是關(guān)于一種制造半導(dǎo)體的方法 一種能增加存儲器件電容容量的方法。
近來，依照半導(dǎo)體制造工藝的發(fā)展和存儲器件應(yīng)用范圍的拓寬，大容量的存儲器已得到開發(fā)，特別是動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(Dynamical Random Access Memory，簡寫為DRAM)更是得到了積極的創(chuàng)新，它只需一個電容和一個晶體管即可構(gòu)成一個存儲單元，在大規(guī)模的集成中十為便利。
由于存儲單元的結(jié)構(gòu)關(guān)系到充填密度(Packing density)的提高，所以三維的電容結(jié)構(gòu)如堆狀(stack type)電容和溝狀(trench type)電容被設(shè)計出，以取代先前的平面型電容單元。
在1M和4M的DRAM中，為了獲得充足的單元電容量以便存儲單元工作，并提高集成密度(integration density)，人們廣泛采用的是一種堆狀電容構(gòu)造，然而，在16M的DRAM中，由于電容單元的尺寸減小到具有通常的堆狀電容單元構(gòu)造的4MDRAM的電容單元的尺寸的一半或更小，故而不能獲得充足的單元電容量。因此，人們提出了雙堆狀存儲結(jié)，翅狀結(jié)構(gòu)，圓柱單元和BOX結(jié)構(gòu)等。
圖1A到圖1G描繪了含有一個BOX結(jié)構(gòu)的單元(Stacked Capacitor Cell，碓狀電容單元)的制造過程。這一內(nèi)容已在Ext.Abs.21th SSDM 89的第141頁至144頁中由S.Inoue，A.Nitayama.K.Hieda和F。
Horiguchi所撰寫的文中披露。
關(guān)于圖1A到圖1G的BOX型STC單元生產(chǎn)工藝包括步驟如下a)在襯底上已形成的MOS管(字線)上依次淀積SiO2、Si3N4和SiO2b)在襯底上開接觸孔，然后在整個結(jié)構(gòu)表面淀積上多晶硅薄膜加以覆蓋。
c)再用與上述相同的順序和方式淀積SiO2、多晶硅和SiO2薄膜。
d)用多晶硅薄膜覆蓋整個結(jié)構(gòu)表面，然后通過深刻蝕(etching back)工藝過程形成側(cè)壁。
e)形成用來除去在存儲結(jié)中SiO2的窗口。
f)除去SiO2，得到一個BOX結(jié)構(gòu)的存儲結(jié)。
g)形成存儲結(jié)表面的電介質(zhì)膜，然后淀積多晶硅膜構(gòu)成電容極板。
BOX結(jié)構(gòu)的STC單元是由S。Inoue等首先提出，它能滿足64M的DRAM需要的單元電容量。
但是，由于BOX結(jié)構(gòu)的側(cè)壁是通過上面所述的制造BOX STC結(jié)構(gòu)的側(cè)壁工藝制成，故而它存在如下弊端。
首先，腐蝕過程十分復(fù)雜，因為需依次腐蝕SiO2膜，多晶硅膜，多晶硅膜和SiO2膜(見圖1C)才能獲得存儲結(jié)的形狀，然后進(jìn)行反刻蝕形成側(cè)壁(見圖1D)。而且，SiO2/多晶硅層必須依次腐蝕才能開出窗口(見圖1E)。
其次，調(diào)整側(cè)壁形成過程中的腐蝕速度十分困難。如果腐蝕速度太低，在除去SiO膜之后，便會形成如圖1F所示的尖端點。由于尖端點電場集中，故會導(dǎo)致電介質(zhì)擊穿或電流泄漏，或者造成存儲結(jié)表面的電介質(zhì)層厚度不均。另一方面，當(dāng)腐蝕速度太高，側(cè)壁的厚度又會太薄，以致存儲結(jié)上的多晶硅層之間的連接太脆弱。
因此，這種產(chǎn)品的性能和成品率都不高。
如前所述，本發(fā)明的目的是提供一個有效地制造BOX結(jié)構(gòu)堆狀電容的方法。在這里，通過形成BOX結(jié)構(gòu)存儲結(jié)，使得BOX結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面和外表面均成為電容的有效表面，從而提高了電容的容量。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種制造具有BOX結(jié)構(gòu)堆狀電容的半導(dǎo)體器件的方法，使得半導(dǎo)體存儲器件的產(chǎn)量能得以提高。
為達(dá)到這些目標(biāo)，制造堆狀電容器的方法包括下面的步驟在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底上生長一場氧化層，借以界定有源區(qū)域;
在有源區(qū)制作構(gòu)成存儲單元的晶體管的柵極、源區(qū)和漏區(qū)，在場氧化層的預(yù)先決定部分上形成第一導(dǎo)電層。再在柵極和第一導(dǎo)電層上覆蓋一第一隔離層;
在上述合成的結(jié)構(gòu)上再形成第二隔離層;
開一窗口以便露出源區(qū)，然后在整個第二隔離層和裸露的襯底表面淀積第二導(dǎo)電層;
在第二導(dǎo)電層上覆蓋第三隔離層，形成一鞍狀形式的第三隔離層;
在上述結(jié)構(gòu)上淀積第三導(dǎo)電層;
腐蝕掉位于源區(qū)之上的第三導(dǎo)電層;
除去第三隔離層圖形，形成電容器第一電極的圖案;
依次在上述結(jié)構(gòu)上形成一電介質(zhì)膜，和第四導(dǎo)電層。
本發(fā)明的這些目的和性質(zhì)通過下面的敘述以及與之相應(yīng)的


將更加顯而易見。
圖1A到圖1G說明制造常規(guī)堆狀電容器的工藝過程。
圖2是采用本發(fā)明所述方法制造的半導(dǎo)體存儲器件的局部平面圖。
圖3是圖2沿A-A線的截面圖。這是采用本發(fā)明所述方法制造的一個堆狀電容器。
圖4A到圖4I說明依照本發(fā)明制造堆狀電容器的一個具體實例。
圖5A到圖5F是另一個依照本發(fā)明制造堆狀電容器的實例。
圖2僅為用本發(fā)明制造的半導(dǎo)體存儲器件的局部平面圖。
在圖2中，數(shù)字102表示有源區(qū)域，數(shù)字2、5表示字線(柵極和后面提到的第一導(dǎo)電層)同樣地，數(shù)字20表示為暴露源區(qū)的被隱埋的接觸窗，10表示與隱埋接觸窗20相連的作為電容器第一電極的第二導(dǎo)電層，11表示鞍形第三隔離層。數(shù)字14表示作為電容器第二電極的第四導(dǎo)電層，21表示第四導(dǎo)電層被除去的區(qū)域。數(shù)字22表示漏區(qū)暴露區(qū)域的接觸窗，17表示與接觸窗22相連的作為位線的金屬層。
圖3是如圖2所示的一個半導(dǎo)體存儲器的堆狀電容截面圖。
如圖2、圖3所示，依照本發(fā)明制造的堆狀電容器，包括在第一導(dǎo)電類型層的半導(dǎo)體襯底100上有選擇地形成限定有源區(qū)的場氧化層101;在有源區(qū)嵌上柵氧化層1形成的柵極2;半導(dǎo)體襯底表面上柵極2的兩旁分別形成的第二導(dǎo)電類型的源區(qū)3和漏區(qū)4;位于場氧化層101的預(yù)定區(qū)域上，且與相鄰場氧化層的存儲單元柵極相連的第一導(dǎo)電層5;在柵極2和第一導(dǎo)電層5之上形成的隔離層6、7;與源區(qū)3相連接，并同時延伸到柵極2和第一導(dǎo)電層5之上的隔離層7之上的第二導(dǎo)電層10，與第二導(dǎo)電層10之間存在一定縫隙，一端與第二導(dǎo)電層10相接，其位置正好在柵極2和第一導(dǎo)電層5上方的第三導(dǎo)電層;覆蓋了第二導(dǎo)電層10和第三導(dǎo)電層12的表面的隔離層13;在隔離層13之上形成的第四導(dǎo)電層14。
圖4A到圖4I是依照本發(fā)明制造堆狀電容器的一個實施例的截面圖。
圖4A表示在半導(dǎo)體襯底100上制作晶體管的過程。首先，在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底100上作選擇性氧化處理，通過生長場氧化層來限定有源區(qū)。采用摻雜多晶硅作為晶體管的柵極2，它是通過在有源區(qū)上嵌一個柵氧化層1形成的。同時，第一導(dǎo)電層5也在場氧化層101的預(yù)定位置上形成。與同場氧化層相鄰的存儲單元的柵極相連。第一絕緣層6是為隔離柵極2和第一導(dǎo)電層5的，源區(qū)3和漏區(qū)4采用離子注入方式分別形成于半導(dǎo)體襯底表面，柵極的兩旁。
圖4B表示第二隔離層7的形成過程。第二隔離層厚度為1000
～3000
，該隔離層是在完成圖4A中的工藝過程后采取高溫氧化或低溫氧化方式獲得的氧化層。
圖4C表示第二導(dǎo)電層10的形成過程，它是電容器的第一電極開一個口，露出部分源區(qū)3，然后形成第二導(dǎo)電層10。比如，采用一種摻雜的第二多晶硅，其厚度為1000
～2000
，作為電容器的第一電極。它覆蓋整個第二隔離層7和暴露的襯底的表面。
圖4D表示第三隔離層11的形成過程。第三隔離層是厚度為1000
～2000
的高溫氧化層或低溫氧化層，淀積在第二導(dǎo)電層10之上，經(jīng)過腐蝕后，第三隔離層的圖案11便呈馬鞍形狀。
圖4E表示第三導(dǎo)電層12的形成過程。第三導(dǎo)電層用作電容器的第一電極，是厚度為1000
～2000
的一層第三摻雜多晶硅，它是在完成圖4D的過程后再加以制備的。
圖4F表示第三導(dǎo)電層12的腐蝕過程。圖4F中所示的圖案是通過腐蝕源區(qū)3上方的第三導(dǎo)電層獲得的。刻蝕所用的掩模圖形尺寸正好與圖4C中開窗口時所用掩模圖形的尺寸一樣。
圖4G表示除去第三隔離層和形成電容器第一電極圖形的過程。圖4G中電容器第一電極的圖形是這樣形成的采用濕腐蝕法除去在實施圖4E所示的過程后暴露在外的第三隔離層，并且蝕刻位于柵極2和第一導(dǎo)電層5上方的第二和第三導(dǎo)電層。由于電容器的第一電極圖形向源區(qū)3彎曲，且延伸至柵極2和第一導(dǎo)電層5上方，所以位線的形成在電容器完成之后不會有困難。
圖4H表示電介質(zhì)層13和作為電容第二電極的第四導(dǎo)電層的形成過程。堆狀電容器的制備是這樣完成的，先生長一層厚度為50
～100
的電介質(zhì)層，使其覆蓋電容器第一電極(即第二導(dǎo)電層10和第三導(dǎo)電層12)的整個上部、側(cè)部和下部表面，然后再淀積第四導(dǎo)電層14，其厚度為1000
～2000
，作為電容器的第二電極，比如，可采用第四摻雜多晶硅層。在這里，電介質(zhì)層13的結(jié)構(gòu)可以是氧化層結(jié)構(gòu)如高溫氧化層或低溫氧化層;也可是氧化層/氮化物層/氧化層結(jié)構(gòu)，即ONO結(jié)構(gòu);還可是氮化層/氧化層結(jié)構(gòu)，即NO結(jié)構(gòu)。這里，依本發(fā)明制造的電容單元被稱為CSW(Curled Stacked and Wrapped，卷曲、堆狀和纏繞)電容單元，因為電容器的第一電極朝著源區(qū)卷曲，并伸向柵極和第一導(dǎo)電層上方;電容器的第二電極又纏繞于第一電極之上。
圖4I給出第四隔離層15，第一和第二平整層16、18，金屬層17和金屬電極19的形成過程。第四隔離層15形成于第四導(dǎo)電層14表面之上，繼而淀積一層厚度為3000
～5000
的第一平整層16。第一平整層可用BPSG(Boro-Phosphorus Silicate Glass，硼一磷硅玻璃)層構(gòu)成，利用其流動而變得平整。采用光刻方法開一窗口，露出部分漏區(qū)4。制備金屬層17，使其通過與窗口暴露的漏區(qū)相連。在淀積第二平整層18，比如BPSG層，完成平整化工作之后，再制作金屬電極19。這樣一個含有CSW電容單元的DRAM便完成了。這里金屬層17被用作位線。
圖5A到圖5F是采用本發(fā)明生產(chǎn)堆狀電容器的另一實例。
圖5A所進(jìn)行的過程與圖4A完全相同。圖5A給出形成包括第一氧化膜7a，氮化膜7b和第二氧化膜7C的第二隔離層的過程。在完成圖4A所示的過程后，再依次制備第一氧化膜7a(其厚度約為500
)，氮化膜7b(其厚度約為300
)以及第二氧化膜7C(其厚度約為1000
)。
圖5B給出了制備作為電容器第一電極的第二導(dǎo)電層10的過程。打開一窗口使源區(qū)3上一區(qū)域暴露出來。再在整個第二氧化層7C和暴露的襯底區(qū)域上形成第二導(dǎo)電層10。導(dǎo)電層可用第二摻雜多晶硅層，其厚度為1000
～2000
。
圖5C給出在實施了圖4D到圖4F的過程之后，除去第三隔離層，形成電容器第一電極圖形的過程。圖5C所示的電容器第一電極圖形是這樣完成的，完成圖4F的過程后利用濕腐蝕法除去暴露的第三隔離層，蝕刻延伸到柵極2和第一導(dǎo)電層5上方的第二和第三導(dǎo)電層。
圖5D給出了腐蝕第二氧化膜7C的過程。除去一部分或者全部位于第一電極的第二導(dǎo)電層10下面的第二氧化膜，可增加第一電極的表面面積。腐蝕可采用濕法腐蝕，并利用氮化層7b作為腐蝕阻擋層。這樣，可以根據(jù)第二氧化膜被腐蝕的范圍來控制電容器的有效面積。
圖5E給出了形成電介質(zhì)層13和作為電容器第二電極的第四導(dǎo)電層14的過程。在整個電容器第一電極(也就是第三導(dǎo)電層12，其下面第二氧化膜被腐蝕的第二導(dǎo)電層)的表面上部、側(cè)面和下部覆蓋厚度為50
～100
電介質(zhì)薄膜13;再在電介質(zhì)膜13上淀積第四導(dǎo)電層14作為電容器的第二電極，比如可采用摻雜的第四多晶硅層。這里，電介質(zhì)膜13采用氧化層結(jié)構(gòu)，比如高溫氧化層或低溫氧化層，或者采用ONO結(jié)構(gòu)，或者NO結(jié)構(gòu)。
圖5F的過程與圖4I的過程完全相同。
如上所述，本發(fā)明的制造含有BOX結(jié)構(gòu)的堆狀電容器的方法能夠比較有效地防止在光技術(shù)中由于側(cè)壁所帶來的問題，這是相對于S.Inoue等人的制造方法而言的。這主要是因為使用了鞍狀的二氧化硅圖形。詳細(xì)地講，因為所有的腐蝕過程僅在單層上進(jìn)行，側(cè)壁結(jié)構(gòu)已不再需要，制造過程不復(fù)雜，電介質(zhì)膜能夠均勻地附在存儲結(jié)表面，因此工作性能可以提高，產(chǎn)品成品率能夠增加。
而且，由于在柵極和第一導(dǎo)電層上方的雙層第一電極向源區(qū)彎曲故而在制作位線時因單元內(nèi)臺階覆蓋而引起的困難也就解決了。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征包括第一，通過在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底上形成場氧化層來限定一個有源區(qū)，第二，在該有源區(qū)形成晶體管的柵極、源區(qū)和漏區(qū)從而構(gòu)成存儲單元，在該場氧化層預(yù)定部分形成第一導(dǎo)電層；在該柵極和該第一導(dǎo)電層上形成第一隔離層；第三，在如上所述的結(jié)構(gòu)上形成第二隔離層；第四，開一窗口，使該源區(qū)部分暴露，然后在該第二隔離層和暴露襯底的全部表面淀積第二導(dǎo)電層；第五，在該第二導(dǎo)電層上覆蓋第三隔離層并將第三隔離層形成鞍狀圖形；第六，在上述構(gòu)造上淀積第三導(dǎo)電層；第七，腐蝕位于該源區(qū)上方的該第三導(dǎo)電層；第八，去除該第三隔離層圖形，并形成電容器的第一電極圖形；第九，在上述結(jié)構(gòu)上依次形成電介質(zhì)膜和第四導(dǎo)電層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特點是第三步所說的第二隔離層由在上述結(jié)構(gòu)上依次形成第一氧化膜、氮化膜和第二氧化膜構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特點是第五步中所說的第三隔離層為高溫氧化層或低溫氧化層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特點是該第三隔離層的厚度是1000
～2000
。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特點是第七步中所用的掩模圖形的尺寸與第四步中為開窗口所使用的掩模圖形的尺寸相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特點是第八步中所說的第三隔離層圖形是用濕法腐蝕去除的。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特點是在第八步之后還進(jìn)一步包括除去位于第一電極的第二導(dǎo)電層下面的第二氧化膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特點是該第二氧化膜采用濕法腐蝕加以去除。根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特點是第九步中所說的電介質(zhì)層的制備包括下面三個步驟在前述電容器第一電極表面形成第一氧化層，在該第一氧化層上形成氮化層，在該氮化層上形成第二氧化層。
全文摘要
一種制造半導(dǎo)體器件的BOX結(jié)構(gòu)堆狀電容器的方法在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底上形成場氧化層，在有源區(qū)上制作晶體管的柵極、源區(qū)和漏區(qū)，在場氧化層上預(yù)定區(qū)域制作第一導(dǎo)電層，并且在柵極和第一導(dǎo)電層上制作第一隔離層；在上述構(gòu)造上形成第二隔離層；開一窗口使該源區(qū)部分裸露，然后淀積第二導(dǎo)電層；并覆蓋第三隔離層；淀積第三導(dǎo)電層；將處于源區(qū)上方的第三導(dǎo)電層腐蝕；去除第三隔離層，并制作電容器第一電極；依次在上面所述的結(jié)構(gòu)上制備電介質(zhì)層和第四導(dǎo)電層。
文檔編號H01L27/10GK1057130SQ9010796
公開日1991年12月18日 申請日期1990年9月25日 優(yōu)先權(quán)日1990年6月2日
發(fā)明者徐光壁, 鄭泰榮 申請人:三星電子株式會社