專利名稱：動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電容器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置(semiconductor memory device)的制造技術(shù)，尤其是一種能夠增加電容(capacitanc)并且改善制程的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取記存儲(chǔ)器(dynamic random access memoryDRAM)的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電容器的制造方法。
背景技術(shù)：
習(xí)知半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置如動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，一般以陣列形式存在，其主要是由存儲(chǔ)單元所組成，存儲(chǔ)單元一般包括選擇晶體管和電容，選擇晶體管的汲極電性連接電容器，而其源極則電性連接位元線。其中選擇晶體管的閘極由字元線控制，因此當(dāng)字元線受選擇而使選擇晶體管導(dǎo)通時(shí)，儲(chǔ)存于電容的電荷即被送至位元線及感測(cè)放大器，經(jīng)感測(cè)放大器進(jìn)行比較后，決定存儲(chǔ)單元所儲(chǔ)存的為邏輯0或1，并將其送往I/O資料線讀出。
以下利用圖1所示的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的部分剖面圖，來說明傳統(tǒng)制程技術(shù)。
符號(hào)10表示半導(dǎo)體基底，STI表示用來區(qū)分主動(dòng)區(qū)域的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(shallow trench isolationSTI)，符號(hào)G表示閘極，符號(hào)S/D分別表示源極/汲極，符號(hào)18表示第一氧化層，符號(hào)24表示第二氧化層，此第二氧化層24的厚度愈高可得到愈大的下電極表面積，因而提高電容器的電容量。
符號(hào)20D表示與汲極D電性接觸的導(dǎo)電插塞(plug)，符號(hào)20S表示與源極S電性接觸的導(dǎo)電插塞，符號(hào)34表示用來當(dāng)作電容器的下電極的半球型硅晶粒(hemisphere silicon grainHSG)，符號(hào)38表示電容器絕緣層，42為第三氧化層，40與40’表示當(dāng)作電容器上電極的導(dǎo)電圖案，符號(hào)44表示選擇性蝕刻第三氧化層42以及第二氧化層24所形成位元線接觸孔(bit-linecontact hole)。符號(hào)46則表示填入位元線接觸孔44的位元線導(dǎo)電插塞。而符號(hào)48則是金屬導(dǎo)線。
由于此導(dǎo)電圖案40、40’使用微影技術(shù)以及后續(xù)的蝕刻步驟形成，當(dāng)曝光時(shí)產(chǎn)生誤對(duì)準(zhǔn)(miss alignment)的情況，則容易產(chǎn)生與導(dǎo)電圖案40’與導(dǎo)電插塞46幾近短路。
再者，上述電容器位于位元線之下(capacitor under bit line)的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元，雖然能夠通過增加第二氧化層24的厚度，而提高電容量，然而容易衍生位元線接觸孔44的蝕刻深寬比(etching aspect ratio)變大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電容器的制造方法，在不增加光罩次數(shù)的情況下，能夠降低上述上電極與位元線導(dǎo)電插塞不當(dāng)短路的可能性。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明提供一種動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電容器的制造方法，其方法概述如后提供一基底，基底中形成有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)用以界定第一主動(dòng)區(qū)和相鄰的第二主動(dòng)區(qū)，每一主動(dòng)區(qū)中形成有包含一共用源極、二汲極與二閘極的二晶體管，在包含晶體管的基底上形成有一第一絕緣層，且第一絕緣層中具有與汲極接觸的第一導(dǎo)電插塞和與源極接觸的第二導(dǎo)電插塞。在包含第一和第二導(dǎo)電插塞的第一絕緣層上形成一蝕刻停止層。在蝕刻停止層上形成一第二絕緣層，第二絕緣層中具有對(duì)應(yīng)于第一導(dǎo)電插塞的電容儲(chǔ)存窗口。涂布第一正型光阻層，并填滿電容儲(chǔ)存窗口。將第一主動(dòng)區(qū)一側(cè)的電容儲(chǔ)存窗口和第二主動(dòng)區(qū)鄰近于第一主動(dòng)區(qū)一側(cè)的電容儲(chǔ)存窗口之間的正型光阻層曝光后移除，以暴露出其下方的第二絕緣層的表面，使第一正型光阻層轉(zhuǎn)為一第一圖案化光阻層。移除暴露出的第二絕緣層，至暴露出的第二絕緣層的第一上表面低于覆蓋于第一圖層化光阻層下方的第二絕緣層的第二上表面一距離。移除第一圖案化光阻層后，在第二絕緣層的第一和第二上表面及電容儲(chǔ)存窗口底部及側(cè)壁形成一導(dǎo)電薄層。
于導(dǎo)電薄層上涂布第二正型光阻層，并填滿電容儲(chǔ)存窗口。繼續(xù)將第二正型光阻層全面性部份曝光后移除，至暴露出位于第二絕緣層的第一和第二上表面的導(dǎo)電薄層，使第二正型光阻層轉(zhuǎn)為一第二圖案化光阻層。接著移除暴露出的導(dǎo)電薄層，使導(dǎo)電薄層僅位于電容儲(chǔ)存窗口的表面，且形成下電極。移除第二圖案化光阻層后，在導(dǎo)電薄層表面形成一電容器絕緣層，并于電容器絕緣層上全面性沉積形成一導(dǎo)電層。然后，利用化學(xué)機(jī)械研磨法磨除部份導(dǎo)電層，至暴露出第二絕緣層的第二上表面，以形成上電極。


圖1為根據(jù)習(xí)知技術(shù)的一形成動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)一體的部分剖面圖；圖2A至圖2M為圖3的II-II剖面圖，其為根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例形成動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電容器的制程剖面圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的上視圖；圖4為圖2L的上視圖。
具體實(shí)施例方式
以下利用圖2A至圖2M所示的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電容器的制程剖面圖、以及圖3和圖4所示的上視圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的較佳實(shí)施例。
請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D2A和圖3，提供一基底10，例如為半導(dǎo)體硅基底，于基底中形成有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)STI以界定主動(dòng)區(qū)(active area)AA，并形成字元線WL，而此字元線WL在主動(dòng)區(qū)AA處做為閘極G，且于每一主動(dòng)區(qū)AA形成包含一共用源極S、二汲極D與二閘極G的二晶體管。其中閘極G主要是由表面形成有金屬硅化合物的復(fù)晶硅材料12構(gòu)成，閘極G表面具有例如氮化硅構(gòu)成的覆蓋層14。另外，符號(hào)16為側(cè)壁絕緣物，例如由氮化硅或是氮氧硅化物構(gòu)成。
接著，在基底10上方形成絕緣層18，其材質(zhì)可為二氧化硅或是硼磷硅玻璃。之后，利用化學(xué)氣相沉積法(chemical vapor deposition，CVD)形成蝕刻停止層(etching stop layer)22，其材質(zhì)可為氮化硅或是氮氧化硅。選擇性蝕刻絕緣層18和蝕刻停止層22，然后填入摻雜導(dǎo)電材料，以形成鑲嵌于絕緣層18中的導(dǎo)電插塞20S和20D，其中導(dǎo)電插塞20S和20D位于主動(dòng)區(qū)AA內(nèi)且分別與源極S和汲極D接觸。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2B，在上述蝕刻停止層22的表面形成絕緣層24，其材質(zhì)可為二氧化硅或是硼磷硅玻璃。然后選擇性蝕刻絕緣層24，以于其中形成露出導(dǎo)電插塞20D的電容儲(chǔ)存窗口26，此電容儲(chǔ)存窗口26呈筒狀。此時(shí)，導(dǎo)電插塞20S仍為絕緣層24所覆蓋。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2C，全面性旋轉(zhuǎn)涂布一光阻層28，以填滿電容儲(chǔ)存窗口26，本實(shí)施例采用正型光阻，然后提供一具有透光區(qū)域32’的光罩30，此透光區(qū)域32’大致對(duì)應(yīng)于分別屬于不同主動(dòng)區(qū)AA的兩相鄰的電容儲(chǔ)存窗口26間的絕緣層24。之后進(jìn)行部份曝光，通過適當(dāng)?shù)乜刂破毓獾膹?qiáng)度與時(shí)間，使得僅光阻層28的表面部分光阻進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)，而位于底部的光阻不產(chǎn)光化學(xué)反應(yīng)。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2D和圖3，利用顯影液去除對(duì)應(yīng)于透光區(qū)域32’且已曝光的光阻層28，以留下具有開口32且暴露出此區(qū)域的絕緣層24的上表面的圖案化光阻層28a。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2E，去除未被圖案化光阻層28a保護(hù)的絕緣層24，使暴露于開口32中的絕緣層24的上表面S1與覆蓋于圖案化光阻層28a中的絕緣層24的上表面S2產(chǎn)生高度差異H1，H1約為1500-2500埃左右。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2F，移除圖案化光阻層28a。并利用傳統(tǒng)方式先在絕緣層24的上表面S1與S2及電容儲(chǔ)存窗口26側(cè)面和底部形成一導(dǎo)電薄層34，其例如是半球型硅晶粒的導(dǎo)電薄層，形成方法為先形成一層順應(yīng)性的復(fù)晶硅基質(zhì)層(base polysilicon)，然后以電漿或是濕蝕刻的方式形成表面粗糙的半球型硅晶粒的導(dǎo)電薄層34，以當(dāng)作電容器的下電極。此導(dǎo)電薄層34與導(dǎo)電插塞20D接觸。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2G，全面性旋轉(zhuǎn)涂布一光阻層36，以填滿電容儲(chǔ)存窗口26，本實(shí)施例采用正型光阻。然后進(jìn)行全面性部份曝光，通過適當(dāng)?shù)乜刂破毓獾膹?qiáng)度與時(shí)間使得僅光阻層36的表面光阻進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)，而位于底部的光阻不產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2H，利用顯影液去除已曝光的光阻層36，以轉(zhuǎn)為暴露出絕緣層24上表面S1與S2上方的導(dǎo)電薄層34的圖案化光阻層86a。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2I，利用干蝕刻，去除未被圖案化光阻層36a保護(hù)的導(dǎo)電薄層34，以暴露出絕緣層24的上表面S1與S2，使導(dǎo)電薄層34轉(zhuǎn)為僅覆蓋于電容儲(chǔ)存窗口26的下電極34a，并使電容儲(chǔ)存窗口26側(cè)壁的下電極34a的最高點(diǎn)，低于絕緣層24的最高上表面S2一距離H2，H2約為500-1500埃。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2J，移除圖案化光阻層36a。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2K，在下電極34a表面形成順應(yīng)性的電容器絕緣層38，若下電極34a為半球型硅晶粒，則電容器絕緣層38的材質(zhì)例如是氧化物/氮化物/氧化物(ONO)或其他類似此性質(zhì)者。然后，利用化學(xué)氣相沉積法并且以同步摻雜離子的方式全面性地形成導(dǎo)電層40，并填入電容儲(chǔ)存窗口26內(nèi)。
接著請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D2L和圖4，利用化學(xué)機(jī)械研磨法(CMP)以將導(dǎo)電層40平坦化，以定義導(dǎo)通與跨過分別屬于不同主動(dòng)區(qū)AA的兩相鄰的電容儲(chǔ)存窗口26間的上電極40a。此步驟能夠成功地定義電容器的上電極40a而不需要使用光罩，也就是比起傳統(tǒng)技術(shù)可減少一道光罩。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2M，利用化學(xué)氣相沉積法于上電極40a上形成絕緣層42，其材質(zhì)可為二氧化硅或是硼磷硅玻璃。然后選擇性絕緣層42和24以及蝕刻停止層22，以于其中形成與導(dǎo)電插塞20S接觸的位元線接觸孔44。然后將導(dǎo)電材料填入位元線接觸孔44中，以構(gòu)成位元線導(dǎo)電插塞46。然后全面性濺鍍或沉積一金屬層，然后定義此金屬層以形成當(dāng)作位元線的金屬導(dǎo)線48。
根據(jù)本發(fā)明，形成于位元線接觸孔44的位元線導(dǎo)電插塞46，不會(huì)與上電極40a產(chǎn)生不當(dāng)?shù)亩搪罚虼?，?duì)于元件的積集度提高的設(shè)計(jì)有幫助。
此外，上述的導(dǎo)電薄層(下電極)34a、電容器絕緣層38和上電極40a可為MIM(Metal-Insulator-Metal)或MIS(Metal-Insulator-Silicon)的結(jié)構(gòu)，在此結(jié)構(gòu)下，電容器絕緣層38可為高介電常數(shù)的氧化鉭(Ta2O5)或其他類似此性質(zhì)者。需注意的是，圖式中的下電極34a是以半球型硅晶粒為例，若在MIM結(jié)構(gòu)下，則下電極34a為平滑的表面。
以上所述實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點(diǎn)，其目的在使熟習(xí)此項(xiàng)技藝的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，當(dāng)不能以其限定本發(fā)明的專利范圍，即大凡依本發(fā)明所揭示的精神所作的均等變化或修飾，仍應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電容器的制造方法，其特征是包括提供一基底，該基底形成隔離結(jié)構(gòu)用以界定一第一主動(dòng)區(qū)和相鄰的一第二主動(dòng)區(qū)，每一主動(dòng)區(qū)中形成有包含一共用源極、二汲極與二閘極的二晶體管，在包含該些晶體管的該基底上形成有一第一絕緣層，且該第一絕緣層中具有復(fù)數(shù)第一導(dǎo)電插塞和復(fù)數(shù)第二導(dǎo)電插塞分別與該些汲極和該些源極接觸；在包含該些第一和第二導(dǎo)電插塞的該第一絕緣層形成一蝕刻停止層；在該蝕刻停止層上形成一第二絕緣層，該第二絕緣層中具有復(fù)數(shù)電容儲(chǔ)存窗口對(duì)應(yīng)于該些第一導(dǎo)電插塞；涂布一第一光阻層，以填滿該些電容儲(chǔ)存窗口；將該第一主動(dòng)區(qū)一側(cè)的電容儲(chǔ)存窗口和該第二主動(dòng)區(qū)鄰近該第一主動(dòng)區(qū)一側(cè)的電容儲(chǔ)存窗口之間的該光阻層曝光后移除，以暴露出其下方的該第二絕緣層的表面，使該第一光阻層轉(zhuǎn)為一第一圖案化光阻層；移除暴露出的該第二絕緣層，至暴露出的該第二絕緣層的一第一上表面低于覆蓋于該第一圖層化光阻下方的該第二絕緣層的一第二上表面一距離；移除該第一圖案化光阻層；在該第二絕緣層的該第一和第二上表面及該些電容儲(chǔ)存窗口底部及側(cè)壁形成一導(dǎo)電薄層；涂布一第二光阻層，于該導(dǎo)電薄層上，并填滿該些電容儲(chǔ)存窗口；將該第二光阻層全面性部份曝光后移除，至暴露出位于該第二絕緣層的該第一和第二上表面的該導(dǎo)電薄層，使該第二光阻層轉(zhuǎn)為一第二圖案化光阻層；移除暴露出的該導(dǎo)電薄層，使該導(dǎo)電薄層僅位于該些電容儲(chǔ)存窗口的表面，以形成對(duì)應(yīng)于該些電容儲(chǔ)存窗口的復(fù)數(shù)下電極；移除該第二圖案化光阻層；在該導(dǎo)電薄層表面形成一電容器絕緣層；在該電容器絕緣層上全面性沉積形成一導(dǎo)電層；以及移除該導(dǎo)電層，至暴露出該第二絕緣層的該第二上表面，以形成一上電極。
2.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電容器的制造方法，其特征是在形成該上電極之后更包括在該上電極上方形成一第三絕緣層；以及于該第三絕緣層、該第二絕緣層以及該蝕刻停止層中形成復(fù)數(shù)位元線導(dǎo)電插塞與該些第二導(dǎo)電插塞接觸。
3.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電容器的制造方法，其特征是該導(dǎo)電薄層為半球型硅晶粒(HSG)。
4.如權(quán)利要求3所述的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電容器的制造方法，其特征是該電容器絕緣層的材質(zhì)為氧化物/氮化物/氧化物(ONO)。
5.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電容器的制造方法，其特征是該第一和第二絕緣層的材質(zhì)為二氧化硅。
6.如權(quán)利要求5所述的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電容器的制造方法，其特征是該蝕刻停止層的材質(zhì)選自由氮化硅和氮氧化硅所組成的族群中。
7.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電容器的制造方法，其特征是該些電容儲(chǔ)存窗口呈筒狀。
全文摘要
一種動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電容器的制造方法，在絕緣層中形成電容儲(chǔ)存窗口后，涂布一層填滿電容儲(chǔ)存窗口的光阻層，并將相鄰電容儲(chǔ)存窗口之間的光阻層曝光后移除，形成暴露出其下方的絕緣層表面的圖案化光阻層；移除絕緣層后，移除此圖案化光阻層；并在絕緣層表面及電容儲(chǔ)存窗口底部及側(cè)壁形成一導(dǎo)電薄層；通過涂布另一層光阻層，并經(jīng)全面性部份曝光后移除，至暴露出位于絕緣層上表面的導(dǎo)電薄層，接著移除暴露出的導(dǎo)電薄層，使導(dǎo)電薄層僅位于電容儲(chǔ)存窗口的表面而做為下電極后，將上述的光阻層移除；在導(dǎo)電薄層表面形成一電容器絕緣層；并于電容器絕緣層上全面性沉積形成一導(dǎo)電層，經(jīng)化學(xué)機(jī)械研磨至暴露出絕緣層的上表面后，形成上電極。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1441477SQ0210659
公開日2003年9月10日 申請(qǐng)日期2002年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月28日
發(fā)明者涂國(guó)基 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司