專利名稱：具有釕電極的半導(dǎo)體存儲器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體存儲器，尤其涉及一種可獲得大電容的具有一釕(Ru)電極的半導(dǎo)體存儲器；還涉及一種制造該半導(dǎo)體存儲器的方法。
眾所周知，一種具有至少一個存儲單元的動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)，其集成程度較高，主要是通過微粉化(micronization)而使其小型化，其中的存儲單元包括一晶體管和一電容器。然而，人們還迫切希望存儲單元的面積更加小型化。
因此，為滿足此要求，人們已經(jīng)提出了幾種方法，如一種溝槽式(trench type)或一種堆疊式(stack type)電容器，其在存儲器中以三維方式排列，以減少單元的面積而得到該電容器。然而，三維排列電容器的制造過程既漫長又冗長乏味，因而制造成本高。所以，人們?nèi)匀粡娏倚枨笠环N新的存儲器，既能減少單元面積，又能確保所需的信息容量，而無需復(fù)雜的制造步驟。
為滿足此要求，DRAM使用一種高介電常數(shù)材料作為電容器薄膜，如鈦酸鋇鍶(BST)和氧化鉭(Ta2O5)。同時，鐵電隨機存取存儲器(FeRAM)使用一種鐵電材料作為電容器薄膜，如鉭酸鍶鉍(SBT)和鋯鈦酸鉛(PZT)，而取代傳統(tǒng)的氧化硅膜或氮化硅膜。
然而，即使將所述高介電常數(shù)材料作為電容器薄膜，但是仍存在一個問題，即，使用傳統(tǒng)的方法來形成堆疊式或溝槽式電容器的結(jié)構(gòu)，其電容的增加會受到限制。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種具有一釕(Ru)電極的半導(dǎo)體存儲器，該釕電極具有粗糙的表面，其中，該粗糙表面是用一種熱化學(xué)蒸汽沉積(TCVD)技術(shù)，通過沉積一第二釕沉積層而獲得的。
本發(fā)明的另一目的是，提供一種制造具有一釕電極的半導(dǎo)體存儲器的方法，該釕電極具有粗糙的表面，其中，該粗糙表面是用一種熱化學(xué)蒸汽沉積(TCVD)技術(shù)，通過沉積一第二釕沉積層而獲得的。
按照本發(fā)明的一個方面，提供一種用于存儲單元的半導(dǎo)體存儲器，包括一有源矩陣，其具有一半導(dǎo)體襯底，形成于所述半導(dǎo)體襯底上的多個晶體管，一形成于所述晶體管和半導(dǎo)體襯底之上的絕緣層，以及一與所述晶體管電連接的接觸孔；一第一釕(Ru)層覆蓋在所述接觸孔和絕緣層上；一具有一粗糙表面的第二釕層形成在所述第一釕層上。
按照本發(fā)明的另一個方面，提供一種制造一用于存儲單元的半導(dǎo)體存儲器的方法，該方法包括以下步驟a)制備一有源矩陣，該有源矩陣具有一半導(dǎo)體襯底，形成于所述半導(dǎo)體襯底上的多個晶體管，一與所述晶體管電連接的接觸孔和一形成于所述晶體管之上的絕緣層；b)在所述接觸孔和絕緣層上形成一第一釕層；c)在所述第一釕層上形成一具有一粗糙表面的第二釕層。
本發(fā)明的上述目的和其它目的以及特征將通過結(jié)合下面的附圖對本發(fā)明的實施例的描述而得到進一步說明。在這些附圖中

圖1為一橫斷面視圖，示出制造根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的半導(dǎo)體存儲器；圖2A至2C為圖解橫斷面視圖，示出一種制造半導(dǎo)體存儲器的方法的優(yōu)選實施例；圖3為一橫斷面視圖，示出根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的半導(dǎo)體存儲器；以及圖4A至4D為圖解橫斷面視圖，示出一種制造根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的半導(dǎo)體存儲器的方法。
如圖1及2A至2C所示，分別是一種具有一溝槽式電容器的半導(dǎo)體存儲器100的橫斷面視圖，以及表示一種根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例制造半導(dǎo)體存儲器的方法的圖解橫斷面視圖。應(yīng)該注意，在圖1和圖2A至2C中，相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記表示。
如圖1所示，該橫斷面視圖示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種半導(dǎo)體存儲器100，其包括一有源矩陣110和一釕(Ru)電極構(gòu)件140。所述有源矩陣110包括一硅襯底102，形成于所述硅襯底102上的多個晶體管，一用于隔離晶體管的隔離區(qū)104，一位線118和一字線120。每一晶體管均具有擴散區(qū)106，一柵氧化層108，一柵極線112，一字線硬掩模(hardmask)113和一側(cè)壁114。
在所述半導(dǎo)體存儲器100中，所述位線118與所述擴散區(qū)106之一電連接，以提供一電勢。盡管所述位線118實際上向右和左方向擴展而繞過一接觸孔，但是圖中未示出所述位線118的這些部分。所述Ru電極構(gòu)件140可以與一板極線(plate line)(未示出)連接以提供一共用電勢(common potential)。
根據(jù)上述實施例，所述電極構(gòu)件140具有一帶粗糙表面的第二釕層132，以增大電極的表面積，而沒有增大其側(cè)面尺寸。
圖2A至2C為圖解橫斷面視圖，示出本發(fā)明的一種制造半導(dǎo)體存儲器100的方法。
所述制造半導(dǎo)體存儲器100的方法，首先是制備一有源矩陣110，該有源矩陣110包括一硅襯底102，一隔離區(qū)104，擴散區(qū)106，柵氧化層108，柵極線112，側(cè)壁114，一位線118和一絕緣層122，如圖2A所示。所述位線118與所述擴散區(qū)106之一電連接，以提供一電勢。盡管所述位線118實際上向右和左方向擴展而繞過所述接觸孔，但是圖中未示出所述位線118的這些部分。電極構(gòu)件140可以與一板極線(未示出)連接以提供一共用恒定電勢。所述絕緣層122由一種諸如硼磷硅玻璃(BPSG)的材料制成。
隨后的步驟如圖2B所示，通過使用一種諸如濺射(sputtering)技術(shù)和化學(xué)機械拋光(CMP)技術(shù)的方法，在所述接觸孔和所述絕緣層122上形成一第一釕層130。
接下來的步驟如圖2C所示，通過使用一種熱化學(xué)蒸汽沉積(TCVD)技術(shù)，在所述第一釕層130上形成一具有粗糙表面的第二釕層132，因而得到一釕電極構(gòu)件140。象一種常規(guī)的半球狀顆粒硅(HSGs)一樣，所述第二釕層132具有一半球狀顆粒狀的粗糙表面，以便增大電極的表面積進而增大電容。這里，所述TCVD技術(shù)是在這樣的條件下實現(xiàn)的使用的氣體是Ru(C5H5)2/O2，溫度范圍從約200℃至約400℃，壓力范圍從約40毫乇(mTorr)至約200毫乇。為了形成所述第二釕層132的粗糙表面，沉積溫度應(yīng)該低一些，因為在該低溫下，釕的核很難長大。另外，釕表面的粗糙度隨著在第二釕層132中的氧含量的不同而不同。
參見圖3和圖4A至4D，分別顯示一種具有一堆疊式電容器的半導(dǎo)體存儲器200的橫斷面視圖，以及顯示一種根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實施例制造半導(dǎo)體存儲器的方法的圖解橫斷面視圖。應(yīng)該注意，在圖3和圖4A至4D中，相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記表示。
如圖3所示，該橫斷面視圖示出根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的一種半導(dǎo)體存儲器200，其包括一有源矩陣210和一釕(Ru)電極構(gòu)件240。所述有源矩陣210具有一硅襯底202，形成于所述硅襯底202上的多個晶體管，一用于隔離晶體管的隔離區(qū)204，一位線218和一字線220。每一晶體管均具有擴散區(qū)206，一柵氧化層208，一柵極線212，一字線硬掩模213和一側(cè)壁214。
在所述半導(dǎo)體存儲器200中，所述位線218與所述擴散區(qū)206之一電連接，以提供一電勢。盡管所述位線218實際上向右和左方向擴展而繞過一接觸孔，但是圖中未示出所述位線218的這些部分。所述Ru電極構(gòu)件240可以與一板極線(未示出)連接以提供一共用恒定電勢。
根據(jù)上述實施例，所述電極構(gòu)件240具有一帶粗糙表面的第二釕層232，以增大電極的表面積，而沒有增大其橫向尺寸。
圖4A至4D為圖解橫斷面視圖，示出本發(fā)明的一種制造半導(dǎo)體存儲器200的方法。
所述制造半導(dǎo)體存儲器200的方法，首先是制備一有源矩陣210，該有源矩陣210具有一硅襯底202，一隔離區(qū)204，擴散區(qū)206，柵氧化層208，柵極線212，側(cè)壁214，一位線218，一傳導(dǎo)塞子224，一擴散阻擋層226和一絕緣層222，如圖4A所示。所述傳導(dǎo)塞子224由一種諸如多晶硅，鎢或類似的材料制成。在本發(fā)明中，所述擴散阻擋層226由氮化鈦制成。所述位線218與所述擴散區(qū)206之一電連接，以提供一電勢。盡管所述位線218實際上向右和左方向擴展而繞過所述接觸孔，但是圖中未示出所述位線218的這些部分。電極構(gòu)件240可以與一板極線(未示出)連接以提供一共用恒定電勢。所述絕緣層222由一種諸如硼磷硅玻璃(BPSG)的材料制成。
隨后的步驟如圖4B所示，當(dāng)所述擴散阻擋層226和所述絕緣層222的上表面被化學(xué)機械拋光(CMP)方法弄平之后，在所述擴散阻擋層226和所述絕緣層222的上表面上形成一第一釕層230?？梢圆捎靡环N濺射技術(shù)和化學(xué)機械拋光(CMP)技術(shù)形成所述第一釕層230。
接下來的步驟如圖4C所示，第一釕層230被構(gòu)圖而成為一預(yù)定的外形，從而獲得一被構(gòu)圖的釕層230A。
最后，通過使用一種熱化學(xué)蒸汽沉積(TCVD)技術(shù)，在所述被構(gòu)圖的釕層230A上形成一第二釕層232，因而得到一釕電極構(gòu)件240，如圖4D所示。所述TCVD技術(shù)是在這樣的條件下實現(xiàn)的使用的氣體是Ru(C5H5)2/O2，溫度范圍從約200℃至約400℃，壓力范圍從約40毫乇(mTorr)至約200毫乇。為了形成所述第二釕層232的粗糙表面，沉積溫度應(yīng)該低一些，因為在該低溫下，釕的核很難長大。
至于常規(guī)的半球狀顆粒硅(HSGs)，HSGs是在沉積后在退火工序中形成的。然而，在本發(fā)明的方法中，釕半球狀顆粒是使用一種TCVD技術(shù)通過在第一釕層上沉積所述第二釕層而形成的，因此，釕的電容增大了。雖然本發(fā)明的優(yōu)選實施例已經(jīng)進行了表示和說明，但是，應(yīng)當(dāng)知道，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不背離本發(fā)明的精神的條件下進行各種變化和修改，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種用于存儲單元的半導(dǎo)體存儲器，包括一有源矩陣，其具有一半導(dǎo)體襯底，形成于所述半導(dǎo)體襯底上的多個晶體管，一形成于所述晶體管和半導(dǎo)體襯底上的絕緣層，和一與所述晶體管電連接的接觸孔；一形成于所述接觸孔和絕緣層上的第一釕(Ru)層；以及一形成于所述第一釕層上的具有一粗糙表面的第二釕層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲器，其中，所述的第二釕層具有一半球狀顆粒的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體存儲器，其中，所述的第二釕層是通過使用一種熱化學(xué)蒸汽沉積(TCVD)技術(shù)而形成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲器，其中，所述的第一釕層是通過使用選自下列組中的一種方法而形成的一種濺射技術(shù)和一種化學(xué)蒸汽沉積(CVD)技術(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲器，其中，所述半導(dǎo)體存儲器的電容器結(jié)構(gòu)為溝槽式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲器，其中，所述半導(dǎo)體存儲器的電容器結(jié)構(gòu)為堆疊式。
7.一種制造用于存儲單元的半導(dǎo)體存儲器的方法，包括下列步驟a)制備一有源矩陣，該有源矩陣具有一半導(dǎo)體襯底，形成于所述半導(dǎo)體襯底上的多個晶體管，一與所述晶體管電連接的接觸孔，以及一形成于所述晶體管上的絕緣層；b)在所述接觸孔和絕緣層上形成一第一釕層；c)在所述第一釕層上形成一具有粗糙表面的第二釕層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述第二釕層具有一半球狀顆粒的形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述第二釕層是通過使用一種熱化學(xué)蒸汽沉積(TCVD)技術(shù)而形成的。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述第一釕層是通過使用選自下列組中的一種方法而形成的一種濺射技術(shù)和一種化學(xué)蒸汽沉積(CVD)技術(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，實現(xiàn)所述步驟c)使用了一種氣體Ru(C5H5)2/O2。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，實現(xiàn)所述步驟c)所用的溫度范圍從約200℃至400℃，壓力范圍從約40毫乇至約200毫乇。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體存儲器的電容器結(jié)構(gòu)為溝槽式。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體存儲器的電容器結(jié)構(gòu)為堆疊式。
全文摘要
一種用于存儲單元的半導(dǎo)體存儲器,包括:一有源矩陣,該有源矩陣具有:一半導(dǎo)體襯底,形成于所述半導(dǎo)體襯底上的多個晶體管,一形成于所述晶體管和半導(dǎo)體襯底上的絕緣層,和一與所述晶體管電連接的接觸孔;一形成于所述接觸孔和絕緣層上的第一釕(Ru)層;以及一形成于所述第一釕層上的具有一粗糙表面的第二釕層。本發(fā)明還涉及此種采存儲器的制造方法。
文檔編號C23C16/18GK1311531SQ0012068
公開日2001年9月5日 申請日期2000年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月28日
發(fā)明者樸圣彥 申請人:現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)株式會社