專利名稱：具有電容器的半導(dǎo)體存儲器件的制造方法
本申請是申請?zhí)枮?6112884.4，申請日為1996年9月26日，發(fā)明名稱為“具有電容器的半導(dǎo)體存儲器件的制造方法”申請案的分案申請。
本發(fā)明涉及一種具有電容器的半導(dǎo)體存儲器件的制造方法，特別是涉及一種動態(tài)隨機存取存儲器的一存儲單元(Memory Cell)結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該存儲單元包含一轉(zhuǎn)移晶體管(Transfer Transistor)和一樹型(tree-type)存儲電容器。


圖1是一DRAM的一存儲單元的電路示意圖。如圖所示，一個存儲單元是由一轉(zhuǎn)移晶體管T和一存儲電容器C組成。轉(zhuǎn)移晶體管T的源極連接到一對應(yīng)的位線BL，漏極連接到存儲電容器C的一存儲電極6(storageelectrode)，而柵極則連接到一對應(yīng)的字線WL。存儲電容器C的一相對電極8(opposed electrode)連接到一固定電壓源，而在存儲電極6和相對電極8之間則設(shè)置一電介質(zhì)膜層7。
在傳統(tǒng)DRAM的存儲容量少于1Mb時，在集成電路的制造過程中，主要是利用二維空間的電容器來實現(xiàn)。亦即泛稱的平板型電容器(planar typecapacitor)。一平板型電容器需占用半導(dǎo)體基底的一相當(dāng)大的面積來存儲電荷，故并不適合應(yīng)用于高度集成化的情況下。高集成化的DRAM，例如大于4M位的存儲容量，需要利用三維空間的電容器來實現(xiàn)，例如所謂的疊層型(stacked type)或溝槽型(trench type)電容器。
與平板型電容器比較，疊層型或溝槽型電容器可以在存儲單元的尺寸已進一步縮小的情況下，仍能獲得相當(dāng)大的電容量。雖然如此，當(dāng)存儲器件更高度集成化時，例如具有64Mb容量的DRAM，單純的三維空間電容器結(jié)構(gòu)已不再適用。
一種解決方式是利用所謂的鰭型(fin type)疊層電容器。鰭型疊層電容器的相關(guān)技術(shù)可參考Ema等人的論文“3-Dimensional Stacked Capacitor Cell for16M and 64M DRAMs”，International Electron Devices Meeting，pp.592-595，Dec.1988。鰭型疊層電容器主要是其電極和電介質(zhì)膜層由多層疊層，延伸成一水平鰭狀結(jié)構(gòu)，以便增加電極的表面積。DRAM的鰭型疊層電容器的相關(guān)美國專利可以參考第5,071,783號、第5,126,810號、第5,196,365號和第5,206,787號。
另一種解決方式是利用所謂的筒型(cylindrical type)疊層電容器。筒型疊層電容器的相關(guān)技術(shù)可參考Wakamiya等人的論文“Novel Stacked CapacitorCell for 64-Mb DRAM”，1989 Symposium on VLSI Technology Digest ofTechnical Papers，pp.69-70。筒型疊層電容器主要是其電極和電介質(zhì)膜層延伸成一垂直筒狀結(jié)構(gòu)，以便增加電極的表面積。DRAM的筒型疊層電容器的相關(guān)美國專利可以參考第5,077,688號。
隨著集成度的不斷增加，DRAM存儲單元的尺寸仍會再縮小。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知，存儲單元尺寸縮小，存儲電容器的電容值也會減小。電容值的減小將導(dǎo)致因α射線入射所引起的軟錯誤(soft error)機會增加，因此，人們?nèi)栽诓粩鄬ふ倚碌拇鎯﹄娙萜鹘Y(jié)構(gòu)及其制造方法，希望在存儲電容器所占的平面尺寸被縮小的情況，仍能維持所需的電容值。
因此，本發(fā)明的一主要目的就是在提供一種具有電容器的半導(dǎo)體存儲器件的制造方法，其所制成的電容器具有一樹狀結(jié)構(gòu)，以增加電容器的存儲電極的表面積。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，提供一種具有電容器的半導(dǎo)體存儲器件的制造方法，其中半導(dǎo)體存儲器件包括一基底、一形成在該基底上的轉(zhuǎn)移晶體管、以及一電連接到轉(zhuǎn)移晶體管的漏極和源極區(qū)之一上的存儲電容器，該制造方法包括下列步驟a.在基底上形成一第一絕緣層，覆蓋住轉(zhuǎn)移晶體管；b.形成一第一導(dǎo)電層，穿過至少第一絕緣層，與轉(zhuǎn)移晶體管的漏極和源極區(qū)之一電連接；c.在第一導(dǎo)電層周邊上方形成一柱狀絕緣層，柱狀絕緣層具有至少一對應(yīng)于漏極上方區(qū)域的凹口；d.在柱狀絕緣層表面形成一第二導(dǎo)電層；e.在第二導(dǎo)電層表面交替形成第一和第二膜層至少一次，第二膜層由導(dǎo)電材料制成，而第一膜層由絕緣材料制成；f.對第一、第二膜層與第二導(dǎo)電層構(gòu)圖，在柱狀絕緣層上方形成一開口；g.在開口側(cè)壁形成一第三導(dǎo)電層；h.對第二膜層構(gòu)圖，分開位于該凹口中的第二膜層，第二導(dǎo)電層的周邊大致連接在第一導(dǎo)電層的周邊，第三導(dǎo)電層的一末端大致連接在第二導(dǎo)電層的一末端，第一、第二和第三導(dǎo)電層構(gòu)成一類樹干狀導(dǎo)電層，而第二膜層的一末端連接在第三導(dǎo)電層的內(nèi)表面上，構(gòu)成一類樹枝狀導(dǎo)電層，且第一、第二、第三導(dǎo)電層與第二膜層構(gòu)成存儲電容器的一存儲電極；i.去除柱狀絕緣層與第一膜層；j.在第一、第二、第三導(dǎo)電層和第二膜層暴露出的表面上，形成一電介質(zhì)；以及k.在電介質(zhì)層的一表面上，形成一第四導(dǎo)電層以構(gòu)成該存儲電容器的一相對電極。
為了使本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更顯而易懂，以下結(jié)合實施例，并配合附圖作詳細說明。附圖中圖1是一DRAM的一存儲單元的電路示意圖；圖2A至2I是一系列剖面圖，用以解釋本發(fā)明的一種半導(dǎo)體存儲器件制造方法的第一優(yōu)選實施例，以及本發(fā)明的一種半導(dǎo)體存儲器件的第一優(yōu)選實施例；圖3A至3D是一系列剖面圖，用以解釋本發(fā)明的一種半導(dǎo)體存儲器件制造方法的第二優(yōu)選實施例，以及本發(fā)明的一種半導(dǎo)體存儲器件的第二優(yōu)選首先請參照圖2A至2I，以詳述本發(fā)明的一種具有樹型存儲電容器的半導(dǎo)體存儲器件的第一優(yōu)選實施例。
請參照圖2A，首先將一硅基底10的表面進行熱氧化工藝處理，例如以硅的局部氧化(LOCOS)技術(shù)來完成，因而形成場區(qū)氧化層12，其厚度例如約3000A。接著，再將硅基底10進行熱氧化工藝處理，以形成一柵極氧化層14，其厚度例如約150。然后，利用一CVD(化學(xué)氣相沉積)或LPCVD(低壓CVD)法，在硅基底10的整個表面上沉積一多晶硅層，其厚度例如約2000。為了提高多晶硅層的導(dǎo)電性，可將磷離子注入到多晶硅層中。最好是可再沉積一難熔金屬(refractory metal)層，然后施行退火(anneal)步驟，即形成金屬多晶硅化合物層(polycide)，以進一步提高其導(dǎo)電性。該難熔金屬可例如為，沉積厚度例如約2000。之后，利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)對金屬多晶硅化合物層構(gòu)圖，因而形成如圖2A所示的柵極(或稱字線)WL1至WL4。接著，例如以砷離子注入到硅基底10中，以形成漏極區(qū)16a和16b、以及源極區(qū)18a和18b。在這些步驟中，字線WL1至WL4用作掩模層，而離子注入的劑量例如約1×1015atoms/cm2，能量則約70KeV。
請參照圖2B，接著以CVD法沉積一平坦化的絕緣層20，其例如為BPSG(硼磷硅玻璃)，厚度約7000。然后，再以CVD法沉積一蝕刻保護層(etching protection layer)22，其例如為氮化硅層，厚度約1000。之后，利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)，依次蝕刻蝕刻保護層22、平坦化絕緣層20、和柵極氧化層14，以形成存儲電極接觸孔24a和24b，其分別由蝕刻保護層22的上表面延伸到漏極區(qū)16a和16b的表面。接著，在蝕刻保護層22的表面沉積一多晶硅層，再利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)對多晶硅層構(gòu)圖，形成如圖所示的多晶硅層26a和26b，以界定出各存儲單元的存儲電容器的存儲電極。為了提高多晶硅層的導(dǎo)電性，可將例如砷離子注入到多晶硅層中。如圖所示，多晶硅層26a填滿存儲電極接觸孔24a，且覆蓋蝕刻保護層22的表面；多晶硅層26b填滿存儲電極接觸孔24b，且覆蓋蝕刻保護層22的表面。
請參照圖2C，接著沉積一厚的絕緣層，例如二氧化硅層，厚度約7000。再利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)對絕緣層構(gòu)圖，因而形成如圖所示的柱狀絕緣層28(insulating pillar)。柱狀絕緣層28具有多個凹口，例如圖示的29a和29b，且凹口29a和29b的優(yōu)選位置大致分別對應(yīng)于漏極區(qū)16a和16b上方的區(qū)域。
請參照圖2D，接著在柱狀絕緣層28的側(cè)壁(sidewalls)上形成多晶硅間隔層(spacers)30a和30b。在本優(yōu)選實施例中，多晶硅間隔層30a和30b可以以下列步驟形成沉積一多晶硅層，其厚度例如約1000A；再回蝕刻(etchback)。之后，以CVD法依次沉積一絕緣層32、一多晶硅層34。絕緣層32例如為二氧化硅，厚度例如約1000，而多晶硅層34的厚度例如約1000。為了提高多晶硅層的導(dǎo)電性，可將例如砷離子注入到多晶硅層中。
請參照圖2E，接著在多晶硅層34的表面以CVD法沉積一絕緣層36。最好是至少填滿柱狀絕緣層28的凹口29a和29b。在此優(yōu)選實施例中，絕緣層36的厚度例如約7000。
請參照圖2F，接著利用化學(xué)機械拋光(chemical mechanical polish；CMP)技術(shù)，對圖2E結(jié)構(gòu)的表面拋磨至少直到柱狀絕緣層28上方的部分露出為止。再以CVD法沉積一多晶硅層38，其厚度例如約1000。為了提高多晶硅層38的導(dǎo)電性，可將例如砷離子注入到多晶硅層38中。
請參照圖2G，接著大約在漏極區(qū)16a和16b上方以及兩相鄰存儲電容器間的上方的區(qū)域，利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)先蝕刻多晶硅層38；其次蝕刻柱狀絕緣層28以及凹口29a、29b中的絕緣層36；最后蝕刻多晶硅層34。借此步驟將多晶硅層38和34切割成若干區(qū)段38a；38b和34a；34b。
請參照圖2H，接著利用濕式蝕刻法，并以蝕刻保護層22為蝕刻終點，將暴露出的二氧化硅層去除，亦即去除絕緣層36和32、以及柱狀絕緣層28。借此步驟即完成動態(tài)隨機存取存儲器的存儲電容器的存儲電極，如圖所示，其由類樹干狀的下多晶硅層26a；26b、類樹干狀的中多晶硅層30a；30b、類樹干狀的上多晶硅層38a；38b以及具有似L形剖面的類樹枝狀多晶硅層34a；34b一起構(gòu)成。類樹干狀的下多晶硅層26a；26b連接到DRAM的轉(zhuǎn)移晶體管的漏極區(qū)16a；16b，且具有似T形的剖面。類樹干狀的中多晶硅層30a；30b下端連接于類樹干狀的下多晶硅層26a；26b的周邊，且大致往上延伸出。類樹干狀的上多晶硅層38a；38b的一末端連接于類樹干狀的中多晶硅層30a；30b的上末端，且大致以水平方向由外往內(nèi)延伸出。類樹村狀的中多晶硅層30a；30b大致為中空筒狀，其水平剖面可為圓形、矩形、或其他適當(dāng)?shù)男螤?。類樹枝狀多晶硅?4a；34b則從類樹干狀的上多晶硅層38a；38b的下表面，先以大致垂直方向往下延伸一段距離后，再以大致水平方向往類樹干狀的中多晶硅層30a；30b的中心延伸。由于本發(fā)明的存儲電極的形狀非常特殊，所以在本說明書中以“樹型存儲電極”稱之，且因而制成的電容器則稱為“樹型存儲電容器”。
請參照圖2I，接著在存儲電極26a，30a，34a，38a和26b，30b，34b，38b裸露的表面上分別形成一電介質(zhì)膜層40a；40b。電介質(zhì)膜層40a；例如可為二氧化硅層、氮化硅層NO(硅氮化物/二氧化硅)結(jié)構(gòu)、ONO(二氧化硅/硅氮化物/二氧化硅)結(jié)構(gòu)或任何類似結(jié)構(gòu)。然后，在電介質(zhì)膜層40a和40b的表面上，形成由多晶硅制成的相對電極42。相對電極的制作工藝可由下列步驟完成以CVD法沉積一多晶硅層，其厚度例如為1000；再摻入例如N型雜質(zhì)，以提高其導(dǎo)電性；最后以傳統(tǒng)光刻腐蝕技術(shù)對多晶硅層構(gòu)圖，完成DRAM各存儲單元的存儲電容器。
雖然圖2I未示出，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，圖2I的結(jié)構(gòu)可依傳統(tǒng)工藝技術(shù)制作位線、焊墊(bonding pad)、互連導(dǎo)線(interconnection)、隔絕保護層(passivation)、以及包裝等等，以完成DRAM集成電路。由于這些制作工作與本發(fā)明的特征不直接相關(guān)，故于此不多作贅述。
在上述優(yōu)選實施例中，存儲電極只具有一層似L形剖面的類樹枝狀電極層。然而，本發(fā)明并不限于此，存儲電極似L形剖面的類樹枝狀電極層的層數(shù)可為二層、三層、或更多，下一個優(yōu)選實施例即將描述具有二層似L形剖面的類樹枝狀電極層的存儲電極。
接著將照圖3A至3D詳述本發(fā)明的一種具有樹型存儲電容器的半導(dǎo)體存儲器件的第二優(yōu)選實施例，半導(dǎo)體存儲器件的這一優(yōu)選實施例，是由本發(fā)明的一種半導(dǎo)體存儲器件制造方法的第二優(yōu)選實施例所制造的。
本優(yōu)選實施例以圖2D所示的優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，再以不同的工藝制作不同結(jié)構(gòu)的DRAM存儲電極。在圖3A至3D中與圖2D相似的部分以相同的標號標示。
請參照圖2D和3A，接著以CVD法交替沉積絕緣層和多晶硅層，亦即如圖3A所示依次沉積一絕緣層44、一多晶硅層46、一絕緣層48。其中，絕緣層44和48例如為二氧化硅，厚度分別例如約1000與7000，而多晶硅層46的厚度則例如約1000。為了提高多晶硅層46的導(dǎo)電性，可將例如砷離子注入到多晶硅層46中。
請參照圖3B，接著利用CMP技術(shù)，拋磨圖3A所示結(jié)構(gòu)的表面，至少直到柱狀絕緣層28上方的部分露出為止。之后，以CVD法沉積一多晶硅層50，其厚度例如約1000。為了提高多晶硅層50的導(dǎo)電性，可將例如砷離子注入到多晶硅層50中。
請參照圖3C，接著大約在漏極區(qū)16a和16b上方以及兩相鄰存儲電容器間的上方的區(qū)域，利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)先蝕刻多晶硅層50；其次蝕刻柱狀絕緣層28以及凹口29a、29b中的絕緣層48；接著蝕刻多晶硅層46，然后再蝕刻柱狀絕緣層28以及凹口29a、29b中的絕緣層44；最后蝕刻多晶硅層34。借此步驟將多晶硅層50、46和34切割成若干區(qū)段50a；50b；46；46b和34a；34b。
請參照圖3D，接著以濕式蝕刻法，并以蝕刻保護層22為蝕刻終點，將暴露出的二氧化硅層去除，亦即去除絕緣層48、44和32以及柱狀絕緣層28。藉此步驟即完成動態(tài)隨機存取存儲器的存儲電容器的存儲電極，如圖3D所示，其由類樹干狀的下多晶硅層26a；26b、類樹干狀的中多晶硅層30a；30b、類樹干狀的上多晶硅層50a；50b以及兩層具有似L形剖面的類樹枝狀多晶硅層34a，46a；34b，46b一起構(gòu)成。類樹干狀的下多晶硅層26a；26b連接到DRAM的轉(zhuǎn)移晶體管的漏極區(qū)16a；16b，且具有似T形的剖面。類樹干狀的中多晶硅層30a；30b的下端連接于類樹干狀的下多晶硅層26a；26b的周邊，且大致往上延伸出，類樹干狀的上多晶硅層50a；50b的末端連接于類樹干狀的中多晶硅層30a；30b的上末端，且大致以水平方向由外往內(nèi)延伸出。類樹干狀的中多晶硅層50a；50b大致為中空筒狀，其水平剖面可為圓形、矩形、或其他適當(dāng)?shù)男螤?，主要是依柱狀絕緣層28的形狀而定。兩層類樹枝狀多晶硅層34a；46a，34b；46b則分別從類樹干狀的上多晶硅層50a；50b的下表面，先以大致垂直方向往下延伸一段距離后，再以大致水平方向由外往內(nèi)延伸。接下來的后續(xù)工藝與傳統(tǒng)工藝相同，故在此不再贅述。
在上述第一和第二優(yōu)選實施例中，存儲電極的類樹枝狀電極層均具有似L形剖面。且類樹干狀的下多晶硅層具有似T形的剖面。然而，本發(fā)明并不限于此，類樹枝狀電極層因彎折而構(gòu)成的節(jié)數(shù)目，可以為三節(jié)、四節(jié)或更多，同時，類樹干狀的下多晶硅層可具有一中空結(jié)構(gòu)的部分，以增加存儲電極的表面積。下一個優(yōu)選實施例即將描述類樹枝狀電極層具有四節(jié)結(jié)構(gòu)的存儲電極，且類樹干狀的下多晶硅層具有一似U形的剖面，以進一步增加存儲電極的表面積。
接著將參照圖4A至4F詳述本發(fā)明的一種具有樹型存儲電容器的半導(dǎo)體存儲器件的第三優(yōu)選實施例，半導(dǎo)體存儲器件的這一優(yōu)選實施例，是由本發(fā)明的一種半導(dǎo)體存儲器件制造方法的第三優(yōu)選實施例所制造的。
本優(yōu)選實施例以圖2A所示的優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，再以不同的工藝制作不同結(jié)構(gòu)的DRAM存儲電極。在圖4A至4F中，與圖2A相似的部分以相同的標號標示。
請對照圖2A和4A，接著以CVD法沉積一平板化的絕緣層52，其例如為BPSG。然后，再以CVD法沉積一蝕刻保護層54，其例如為硅氮化物層。之后，利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)，依次蝕刻保護層54，平板化絕緣層52、和柵極氧化層14，以形成存儲電極接觸孔56a和56b，其分別由蝕刻保護層54的上表面延伸到漏極區(qū)16a和16b的表面。接著，沉積一多晶硅層。再利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)對多晶硅層構(gòu)圖，形成如圖所示的多晶硅層58a和58b，以界定出各存儲單元的存儲電容器的存儲電極。為了提高多晶硅層的導(dǎo)電性，可將例如砷離子注入到多晶硅層中。如圖所示，多晶硅層58a；58b復(fù)蓋蝕刻保護層54的表面，以及存儲電極接觸孔56a和56b的內(nèi)壁表面，但未填滿存儲電極接觸孔56a和56b，因而使多晶硅層58a；58b具有一似U形剖面的中空結(jié)構(gòu)部分。接著沉積一厚的絕緣層，其例如為二氧化硅層，厚度約7000。再利用傳統(tǒng)的光掩模技術(shù)形成一光致抗蝕劑層60。并以各向異性蝕刻技術(shù)蝕刻曝露出的絕緣層的一部分，因而形成如圖所示的凸起絕緣層62a；62b；62c。
請參照圖4B，接著以光致抗蝕劑蝕(photoresist erosion)技術(shù)去除光致抗蝕劑60一厚度，而形成較薄較小的光致抗蝕劑層60a，借此又曝露出凸起絕緣層62a；62b；62c的一部分上表面。
請再參照圖4C，接著再以各向異性蝕刻技術(shù)蝕刻凸起絕緣層62a；62b；62c曝露出的上表面部分及殘留的絕緣層，以便形成具有階梯狀的柱狀絕緣層64結(jié)構(gòu)。最后去除光致抗蝕劑。
請參照圖4D，接著以CVD法依次沉積一多晶硅層66和一厚絕緣層68。然后利用化學(xué)機械拋磨技術(shù)，拋磨其結(jié)構(gòu)的表面。至少直到柱狀絕緣層64上方的表面露出為止。為了提高多晶硅層66的導(dǎo)電性，可將例如砷離子注入到多晶硅層66中。
請參照圖4E，接著以CVD法沉積一多晶硅層70，其厚度例如約1000。為了提高多晶硅層70的導(dǎo)電性，可將例如砷離子注入到多晶硅層70中。之后，利用傳統(tǒng)的光掩模與蝕刻技術(shù)，蝕刻多晶硅層70與柱狀絕緣層64直到蝕刻保護層54表面為止，在兩相鄰存儲電容器間形成多個開口72。再有，在開口72的間隔層上形成多晶硅間隔層74a和74b。在本優(yōu)選實施例中，多晶硅間隔層74a和74b可以以下列步驟形成沉積一多晶硅層，其厚度例如約1000；再回蝕刻。為了提高多晶硅層74a；74b的導(dǎo)電性，可將例如砷離子注入到多晶硅層74a；74b中。
請參照圖4F，接著大約在漏極區(qū)16a和16b上方的區(qū)域，利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)依次蝕刻多晶硅層70、厚絕緣層68與多晶硅層66。借此步驟將多晶硅層70和66切割成若干區(qū)段70a；70b和66a；66b。最后，以濕式蝕刻法，并以蝕刻保護層54為蝕刻終點，將暴露出的二氧化硅層去除，亦即去除絕緣層68以及殘留的柱狀絕緣層64。借此步驟即完成動態(tài)隨機存取存儲器的存儲電容器的存儲電極，其如圖4F所示，由類樹干狀的下多晶硅層58a；58b、類樹干狀中多晶硅層74a；74b、類樹干狀的上多晶硅層70a；70b以及具有四節(jié)彎折形剖面(或雙L形剖面)的類樹枝狀多晶硅層66a；66b一起構(gòu)成。類樹干狀的下多晶硅層58a；58b連接到DRAM的轉(zhuǎn)移晶體管的漏極區(qū)16a；16b，且具有一似U形的剖面，類樹干狀的中多晶硅層74a；74b的下端連接于類樹干狀的下多晶硅層58a；58b的周邊，且大致往上延伸出。類樹干狀的上多晶硅層70a；70b的一末端連接于類樹干狀的中多晶硅層74a；74b的上末端，且大致以水平方向由外往內(nèi)延伸出。類樹干狀的中多晶硅層74a；74b大致為中空筒狀，其水平剖面可為圓形、矩形、或其他適當(dāng)?shù)男螤?，主要是依柱狀絕緣層64的形狀而定。類樹枝狀多晶硅層66a；66b是從類樹干狀的上多晶硅層70a；70b的下表面，先以大致垂直方向往下延伸一段距離后，再以大致水平方向由外往內(nèi)延伸另一段距離，接著又以大致垂直方向往下延伸出。接下來的后續(xù)工藝與傳統(tǒng)工藝類同，故在此不再贅述。
依照本優(yōu)選實施例的構(gòu)想，若要制作更多節(jié)的類樹枝狀多晶硅層結(jié)構(gòu)，可以以圖4B和4C的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，再進行光致抗蝕劑浸蝕步驟和凸起絕緣層的各向異性蝕刻步驟一次或多次，以形成更多階梯的柱狀絕緣層結(jié)構(gòu)。
依照上述優(yōu)選實施例的構(gòu)想，柱狀絕緣層或凸起絕緣層的形狀的不同，即可改變類樹枝狀多晶硅層的延伸形狀及延伸角度，故本發(fā)明的柱狀絕緣層或凸起絕緣層的形狀并不應(yīng)取于此。實際上，也可利用其他的手段來變化出各種形狀，例如在圖4A的情況下中，若以各向同性(isotropic)蝕刻或濕式蝕刻來代替各向異性(anisotropic)蝕刻方式，對該厚絕緣層施行蝕刻，可得類三角形的絕緣層；或者于柱狀絕緣層形成之后，再形成間隔層絕緣層于柱狀絕緣層的間隔層上，也可獲得另一種不同形狀絕緣層。因此類樹枝狀多晶硅層可以有多種不同角度的延伸形狀。
在上述優(yōu)選實施例中，類樹干狀的中多晶硅層與上多晶硅層均分開形成，且類樹枝狀多晶硅層均延伸自類樹干狀的上多晶硅層的下表面。然而，本發(fā)明并不限于此，下一個優(yōu)選實施例即將描述類樹干狀的中多晶硅層與上多晶硅層一起形成，且類樹枝狀復(fù)狀晶硅層延伸自類樹干狀的上多晶硅層的內(nèi)表面。
接著將參照圖5A至5C，詳述本發(fā)明的一種具有樹型存儲電容器的半導(dǎo)體存儲器件的第四優(yōu)選實施例，半導(dǎo)體存儲器件的這一優(yōu)選實施例，由本發(fā)明的一種半導(dǎo)體存儲器件制造方法的第四優(yōu)選實施例所制造的。
本優(yōu)選實施例以圖4D所示的優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，再以不同的工藝制作不同結(jié)構(gòu)的DRAM存儲電極。在圖5A至5C中，與圖4D相似的部分以相同的標號標示。
請參照圖5A與4D，接著利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)，蝕刻柱狀絕緣層64直到蝕刻保護層54表面為止，在兩相鄰存儲電容器間形成一開口76，且開口76的間隔層緊鄰多晶硅層66的外緣。之后，以CVD法沉積一多晶硅層80，厚度例如約是1000。為了提高多晶硅層80的導(dǎo)電性，可將例如砷離子注入到多晶硅層80中。
請參照圖5B，接著，大約在漏極區(qū)16a和16b上方以及兩相鄰存儲電容器間的區(qū)域，利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)先蝕刻多晶硅層80；其次蝕刻柱狀絕緣層64以及絕緣層68；最后蝕刻多晶硅層66。借此步驟將多晶硅層80和66切割成若干區(qū)段80a；80b和66a；66b。
請參照圖5C，接著以濕式蝕刻法，并以蝕刻保護層54為蝕刻終點，將暴露出的二氧化硅層去除，亦即去除絕緣層68、以及柱狀絕緣層64。借此步驟即完成動態(tài)隨機存取存存儲器的存儲電容器的存儲電極。其如圖5C所示，由類樹干狀的下多晶硅層58a；58b、類樹干狀的上多晶硅層80a；80b以及具有四節(jié)彎折形剖面(或雙L形剖面)的類樹干狀的下多晶硅層66a；66b一起構(gòu)成。類樹干狀的下多晶硅層58a；58b連接到DRAM的轉(zhuǎn)移晶體管的漏極區(qū)16a；16b，且具有一似U形的剖面。類樹干狀的上多晶硅層80a；80b的下端連接于類樹干狀的下多晶硅層58a；58b的周邊，且大致上延伸一段距離，再以大致水平方向往內(nèi)延伸出。類樹干狀的上多晶硅層80a；80b大致為一中空筒狀，且具有一似倒L型的剖面。其中空筒狀的水平剖面可為圓形、矩形、或其他適當(dāng)?shù)男螤?，主要是依柱狀絕緣層64的形狀而定。類樹枝狀多晶硅層66a；66b的第一彎節(jié)因緊貼住類樹干狀的上多晶硅層80a；80b的倒L型轉(zhuǎn)角，所以，類樹枝狀多晶硅層66a；66b可視為僅具有三節(jié)彎折形剖面。且是從類樹干狀的上多晶硅層80a；80b的內(nèi)表面，先以大致水平方向往內(nèi)延伸一段距離后，再以大致垂直方向往下延伸另一段距離，接著又以水平方向往內(nèi)延伸出。接下來的后續(xù)工藝因無于傳統(tǒng)工藝，故在此不異再贅述。
在上述第一至第四優(yōu)選實施例中，類樹干狀的下多晶硅層水平部分的下表面均與其下方的蝕刻保護層接觸，且均是利用CMP技術(shù)將位于柱狀絕緣層上方的多晶硅層予以去除截斷。然而，本發(fā)明并不限于此，下一個優(yōu)選實施例即將描述類樹干狀的下多晶硅層水平部分的下表面未與其下方的蝕刻保護層接觸，而相距一段距離，以進一步增加存儲電極的表面積。同時，也將描述利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)，將位于柱狀絕緣層上方的多晶硅層予以切割的工藝，以及因而形成的不同存儲電極結(jié)構(gòu)。另外，在上述第一至第三優(yōu)選實施例中，類樹干狀的中多晶硅層均是以多晶硅間隔層方式形成。然而，本發(fā)明并不限于此，下一個優(yōu)選實施例亦將描述形成類樹狀的中多晶硅層的不同作法。
接著將參照圖6A至6D，詳述本發(fā)明的一種具有樹型存儲電容器的半導(dǎo)體存儲器件的第五優(yōu)選實施例，半導(dǎo)體存儲器件的這一優(yōu)選實施例，是由本發(fā)明的一種半導(dǎo)體存儲器件制造方法的第五優(yōu)選實施例所制造的。
本優(yōu)選實施例以圖2A所示的優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，再以不同的工藝制作不同結(jié)構(gòu)的DRAM存儲電極。在圖6A至6D中，與圖2A相似的部分以相同的標號標示。
請參照圖6A和2A接著以CVD法依次沉積一平板化的絕緣層82、一蝕刻保護層84和一絕緣層86。平板化的絕緣層82例如為BPSG，厚度約7000A。蝕刻保護層84例如為氮化硅層，厚度約1000A。絕緣層86例如為二氧化硅，厚度約1000A。之后，利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)，依次蝕刻絕緣層86、蝕刻保護層84、平板化絕緣層82、和柵極氧化層14，以形成存儲電極接觸孔88a和88b，其分別由絕緣層86的表面延伸到漏極區(qū)16a和16b的表面。接著，在絕緣層86的表面與存儲電極接觸孔88a和88b中沉積一多晶硅層，再利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)對多晶硅層構(gòu)圖，形成如圖所示的多晶硅層90a和90b，以界定出各存儲單元的存儲電容器的存儲電極。為了提高多晶硅層90a；90b的導(dǎo)電性，可將例如砷離子注入到多晶硅層90a；90b中。如圖所示，多晶硅層90a填滿存儲電極接觸孔88a，且復(fù)蓋絕緣層86的表面；多晶硅層90b填滿存儲電極接觸孔88b，且覆蓋絕緣層86的表面。
請參照圖6B，接著沉積一厚的絕緣層，其例如為二氧化硅層，厚度約7000A。再利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)對絕緣層構(gòu)圖，因而形成如圖所示的柱狀絕緣層92。柱狀絕緣層92具有多個凹口，例如圖示的94a和94b，且凹口94a和94b的優(yōu)選位置大致為凹口中心分別對應(yīng)于漏極區(qū)16a和16b上方的區(qū)域。之后，以CVD法沉積一多晶硅層96。再以CVD法交替沉積兩次一絕緣層與一多晶硅層，形成一絕緣層98、一多晶硅層100、一絕緣層102與一多晶硅層104。絕緣層98與102例如均為二氧化硅，厚度均例如約1000，而多晶硅層96、100與104的厚度例如均約1000。為了提高多晶硅層的導(dǎo)電性，可將例如砷離子注入到多晶硅層中。
請參照圖6C，接著利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)，依次蝕刻多晶硅層104、絕緣層102、多晶硅層100、絕緣層98和多晶硅層96，形成多個開口106，用以將位于柱狀絕緣層92上方的多晶硅層104、100和96切割成若干區(qū)段104a；104b、100a；100b和96a；96b，以使不同的存儲電極形成斷路。之后，在開口106的間隔層上形成多晶硅間隔層108a和108b，用以將形成同一存儲電極的多晶硅層104a；100a；96與104b；100b；96b分別連接在一起。本優(yōu)選實施例中，多晶硅間隔層108a和108b可以以下列步驟形成沉積一多晶硅層其厚度例如約1000A；再回蝕刻。
請參照圖6D，接著大約在漏極區(qū)16a和16b上方的區(qū)域，利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)依次蝕刻多晶硅層104、絕緣層202和多晶硅層100。亦即藉此步驟將多晶硅層104a；104b和100a；100b再切割成若干區(qū)段。最后，利用濕式蝕刻法，并以蝕刻保護層84為蝕刻終點，將暴露出的二氧化硅層去除，亦即去除絕緣層102、98和96、以及柱狀絕緣層92。借此步驟即完成動態(tài)隨機存取存存儲器的存儲電容器的存儲電極，其如圖所示由類樹干狀的下多晶硅層90a；90b、類樹干狀的中多晶硅層96a；8\96b、類樹干狀的上多晶硅層108a；108b、以及具有三節(jié)彎折形剖面的兩層類樹枝狀多晶硅層104a，100a；104b，100b一起構(gòu)成。類樹干狀的下多晶硅層90a；90b連接到DRAM的轉(zhuǎn)移晶體管的漏極區(qū)16a；16b，且具有一似T形的剖面。類樹干狀的中多晶硅層96a；96b具有一似U型的剖面，似U形底部緊貼在類樹干狀的下多晶硅層90a；90b的上表面，可視為是類樹干狀的下多晶硅層90a；90b的一部分，而似U型的周邊大致連接于類樹干狀的下多晶硅層90a；90b的周邊，且大致往上延伸出。類樹干狀的上多晶硅層108a；108b的一末端連接于類樹干狀的中多晶硅層96a；96b的上末端，且大致往上延伸出。類樹干狀的中多晶硅層96a；96b大致為中空筒狀，其水平剖面可為圓形、矩形、或其他適當(dāng)?shù)男螤?。兩層類樹枝狀多晶硅?04a，100a；104b，100b分別從類樹干狀的上多晶硅層108a；108b的內(nèi)表面，先以大致水平方向往內(nèi)延伸出一段距離后，再以大致垂直方向往下延伸一距離，最后再以大致水平方向往內(nèi)延伸。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，上述本發(fā)明各個優(yōu)選實施例的構(gòu)想特征，除了可以單獨應(yīng)用之外，亦可混合應(yīng)用，而再實現(xiàn)很多種不同結(jié)構(gòu)的存儲電極和存儲電容器，這些存儲電極和存儲電容器的結(jié)構(gòu)都應(yīng)在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
應(yīng)注意雖然在附圖中轉(zhuǎn)移晶體管的漏極均為硅基底表面的擴散區(qū)結(jié)構(gòu)，但是本發(fā)明并不限于此，任何適當(dāng)?shù)穆O結(jié)構(gòu)均可應(yīng)用于本發(fā)明，例如溝槽式(trench)漏極即為一例。
另外，也應(yīng)注意附圖中各構(gòu)件部分的形狀、尺寸、和延伸的角度，僅為繪示方便所作的示意表示，其與實際情況或有差異，故不應(yīng)當(dāng)用以限制本發(fā)明。
雖然本發(fā)明已以多個優(yōu)選實施例揭露如上，但其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作出更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以后附權(quán)利要求書及其等同物來限定。
權(quán)利要求
1.一種具有電容器的半導(dǎo)體存儲器件的制造方法，其中該半導(dǎo)體存儲器件包括一基底、形成在該基底上的一轉(zhuǎn)移晶體管、以及一存儲電容器電連接到該轉(zhuǎn)移晶體管的漏極和源極區(qū)之一上，該制造方法包括下列步驟a.在該基底上形成一第一絕緣層，覆蓋住該轉(zhuǎn)移晶體管；b.形成一第一導(dǎo)電層，穿過至少該第一絕緣層，與該轉(zhuǎn)移晶體管的該漏極和源極區(qū)之一電連接；c.在該第一導(dǎo)電層周邊上方形成一柱狀絕緣層，該柱狀絕緣層具有至少一對應(yīng)于漏極區(qū)上方區(qū)域的凹口；d.在該柱狀層表面形成一第二導(dǎo)電層；e.在該第二導(dǎo)電層表面交替形成第一和第二膜層至少一次，該第二膜層由導(dǎo)電材料制成，而該第一膜層由絕緣材料制成；f.對該第一、第二膜層與第二導(dǎo)電層構(gòu)圖，在該柱狀絕緣層上方形成一開口；g.在該開口側(cè)壁形成一第三導(dǎo)電層；h.對該第二膜層構(gòu)圖，分開位于該凹口中的該第二膜層，該第二導(dǎo)電層的周邊大致連接在該第一導(dǎo)電層的周邊，該第三導(dǎo)電層的一末端大致連接在該第二導(dǎo)電層的一末端，該第一、第二和第三導(dǎo)電層構(gòu)成一類樹干狀導(dǎo)電層，而該第二膜層的一末端連接在該第三導(dǎo)電層的內(nèi)表面上，構(gòu)成一類樹枝狀導(dǎo)電層，且該第一、第二、第三導(dǎo)電層與該第二膜層構(gòu)成該存儲電容器的一存儲電極；i.去除該柱狀層與該第一膜層；i.在該第一、第二、第三導(dǎo)電層和該第二膜層暴露出的表面上，形成一電介質(zhì)；以及k.在該電介質(zhì)層的一表面上，形成一第四導(dǎo)電層以構(gòu)成該存儲電容器的一相對電極。
2.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中該類樹干狀導(dǎo)電層包括一下樹干部，電連接到該轉(zhuǎn)移晶體管的該漏極和源極區(qū)之一上；一中樹干部，從該下樹干部的周邊大致向上延伸出；以及一上樹干部，大致以水平方向自該中樹干部的另一末端往內(nèi)延伸出。
3.如權(quán)利要求2所述的制造方法，其中該下樹干部具有一似T型的剖面。
4.如權(quán)利要求2所述的制造方法，其中該下樹干部具有一似U型的剖面。
5.如權(quán)利要求2所述的制造方法，其中該中樹干部大致為中空筒狀。
6.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中在步驟a之后和步驟b之前，還包括形成在該第一絕緣層上一蝕刻保護層的步驟。
7.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中在步驟a之后和步驟b之前，還包括下列步驟先在該第一絕緣層上形成一蝕刻保護層，接著在該蝕刻保護層上形成一第二絕緣層；其中該步驟b還包括使該第一導(dǎo)電層穿過該第二絕緣層與該蝕刻保護層的步驟；且其中該步驟i還包括去除該第二絕緣層的步驟。
全文摘要
一種具有電容器的半導(dǎo)體存儲器件的制造方法,包括在基底上形成覆蓋住晶體管的第一絕緣層;形成穿過該絕緣層并與漏和源極之一連接的第一導(dǎo)電層;形成柱狀層及其側(cè)壁的第二導(dǎo)電層;在各導(dǎo)電層上交替形成第一和第二膜層;在第二膜層上方形成第二絕緣層;形成第三導(dǎo)電層并對其構(gòu)圖,使各導(dǎo)電層與第二膜層構(gòu)成存儲電極;去除柱狀層與各絕緣層,形成介電層;及在介電層表面形成第四導(dǎo)電層以構(gòu)成相對電極。
文檔編號H01L21/8242GK1349254SQ01117028
公開日2002年5月15日 申請日期2001年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月19日
發(fā)明者趙芳慶 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司