[發明專利]具有增加電容的嵌入式DRAM及其制造方法

無效

• 申請號: 200680005108.3
• 申請日: 2006-02-15
• 公開（公告）號: CN101142671A
• 公開（公告）日: 2008-03-12
• 發明（設計）人: 韋羅妮克·德容厄;奧德麗·貝爾特洛特
• 申請（專利權）人: NXP股份有限公司
• 主分類號: H01L21/8242
• 分類號: H01L21/8242
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 朱進桂

技術領域

本發明涉及一種具有增加電容的嵌入式動態隨機存取存儲器(DRAM)，更具體地涉及一種形成供這種器件使用的高性能電容器的方法。

背景技術

當前在半導體制作和電子工藝中存在幾種趨勢，從而致力于器件尺寸和功耗的連續最小化。這種趨勢的一個原因是制作了更多相對較小并且易于便攜的便攜裝置，因此傾向于依賴相對較小的電池作為他們的主要電源。例如，蜂窩電話、個人計算裝置和個人聲音系統是消費市場增加需求的那些裝置的一部分。除了尺寸的連續減少和便攜性的增加，要求那些個人裝置具有越來越多的計算功率和芯片上存儲器。按照這些要求，需要提供具有集成到相同半導體芯片上的存儲器和邏輯功能的存儲器件，并且將邏輯功能集成到DRAM(動態隨機存取存儲器)上使得能夠實現對其上包含信息的存取。

基本的DRAM單元包括用于存儲信息的電容器和用作導通/斷開開關的晶體管。通常使用包括單個電容器和雙電容器存儲單元的幾種類型的DRAM存儲單元。一個晶體管一個電容器的存儲單元類型要求比雙電容器類型更小的硅面積，但是較易受噪聲和工藝變化的影響。稱為，這種類型的單個電容器單元的類型要求電壓基準，用于確定已存儲的存儲器狀態。另一方面，雙電容器存儲單元要求更多的硅面積，但是存儲互補信號允許對已存儲信息的差分采樣。稱為，雙電容器存儲單元典型地比單個電容器存儲單元更穩定。

因此，DRAM單元更重要的參數之一是其電容：

C＝(ε_r·ε₀·S)/d

其中ε_r是電介質的相對介電常數

ε₀是真空介電常數

d是兩個電極之間的距離

S是電極的表面積

隨著存儲單元密度的增加，存在盡管減小單元面積但要維持足夠高的存儲能力的連續挑戰。增加單元電容的一種方式是通過使用諸如凹陷的或堆疊的電容器之類的三維單元電容器結構。

諸如DRAM器件之類的存儲器件要求具有足夠電容的高性能電容器，以便增加刷新周期以及對于α粒子的容限。然而，為了實現這種高性能的單元電容器，需要增加上電極(平板電極)和下電極(存儲節點電極)之間的重疊面積、或者減小插入到上和下電極之間的電介質膜的厚度。后一選項要求由具有高介電常數(HiK)的材料構成的電極之間的電介質膜。

因此，三維結構以及HiK電介質的使用使得能夠實現增加DRAM單元的電容。然而，該參數變得更加嚴格，并且難以隨著技術時代進步而進行優化。

參考圖1，包括柱形單元電容器的傳統DRAM器件包括具有有源區的半導體襯底10，所述有源區包括由電極21覆蓋的源極或漏極20。有源區的延伸由圍繞被柵極電極23覆蓋的柵極22的隔板24覆蓋。還將絕緣層30設置在電極21、23和隔板24上，在絕緣層30上設置了第一絕緣層27(例如，預先金屬化(pre-metal)的電介質層)，在下文中稱為PMD1層。使用光刻技術和刻蝕技術對PMD1層27進行構圖以形成節點接觸孔或溝槽，所述孔或溝槽穿過絕緣層30暴露有源區，并且所述溝槽填充有導電材料以形成接觸柱25。

接下來，將刻蝕停止層40沉積到接觸柱結構25和PMD1層上。然后，將下文中稱為PMD2層的第二絕緣層60設置在刻蝕停止層40上。對PMD2層進行構圖以形成暴露出刻蝕停止層40的預定部分的電容器孔，然后對刻蝕停止層40的已暴露部分進行干法刻蝕以暴露接觸栓塞25的頂部表面。將諸如多晶硅之類的導電材料設置在電容器孔中：這是電容器的下電極50。接著是電介質和第二電極沉積(未示出)。

用于增加電容的一種公知可能性是增加產生電容的柱的高度(即，下部或存儲節點電極50)。通過該方法，增加了存儲節點電極的表面積，以便增加電容器的電容。

然而，這很快受到高縱橫比的接觸刻蝕約束的限制，即：對于嵌入式DRAM接觸太高的縱橫比可以導致刻蝕停止。

美國專利申請公開2004/01599909A1描述了使用各向同性刻蝕工藝以使下電極的表面積最優化來形成高性能電容器的方法。將多個犧牲氧化物層設置在覆蓋具有接觸栓塞的絕緣層的刻蝕停止層上。對所述多個犧牲層構圖，并進行附加的各向同性刻蝕以形成擴大的電容器孔。然后對刻蝕停止層的已暴露部分進行刻蝕以形成最終的電容孔，所述電容孔暴露出各個接觸栓塞的上部和與其相鄰的一部分絕緣層。然后將共形導電層形成于半導體襯底上并且從上部犧牲氧化層的上表面選擇性地去除所述導電層以形成柱形下電極。

然而，該方法要求較大數量的掩模(masking)步驟，增加了制作工藝的成本和復雜度。

發明內容