專利名稱：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件及其使用鑲嵌柵極和外延生長的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，特別涉及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件及其使用鑲嵌柵極工藝和硅外延工藝的制造工藝，以防止由于層間絕緣層的空隙造成的焊盤橋連，以減小接觸電阻，并確保位線接觸的足夠覆蓋裕度。
背景技術(shù)：
通常，隨著半導(dǎo)體器件尺寸的減小，單元間距也減小。隨著單元間距減小，由于層間絕緣膜中間隙填充故障產(chǎn)生空隙，在單元接觸中產(chǎn)生開口故障，各單元的接觸電阻增加，位線接觸中的覆蓋裕度減小。
圖1A到4A示出了常規(guī)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的制造工藝的剖面圖，圖1B、2B、3B和4B示出了常規(guī)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的制造工藝的平面圖，其中圖1A、2A、3A以及4A為沿圖4B中的線IA-IA’截取的剖面圖。
參考圖1A和1B，半導(dǎo)體襯底100被分成場區(qū)101和有源區(qū)105。進(jìn)行常規(guī)的淺溝槽隔離STI工藝在半導(dǎo)體襯底100的場區(qū)101中形成場隔離區(qū)110。
參考圖2A和2B，在襯底100上形成跨越有源區(qū)105的柵極120。換句話說，在襯底100上，依次淀積柵極絕緣層121、多晶硅層123、鎢(W)層125、以及帽蓋氮化層127，并使用柵極掩模(未示出)構(gòu)圖形成柵極120。由氮化層組成的間隔層130形成在柵極120的側(cè)壁上。
參考圖3A和3B，第一層間絕緣層140淀積在襯底100上，進(jìn)行常規(guī)的自對準(zhǔn)接觸工藝形成自對準(zhǔn)的接觸(SAC)150。隨后，用于SAC接觸焊盤如多晶硅層的導(dǎo)電層淀積，并進(jìn)行化學(xué)和機(jī)械拋光CMP工藝或深蝕刻工藝形成SAC接觸焊盤160。
參考圖4A和4B，第二層間絕緣層170淀積在襯底100上，并構(gòu)圖形成位線接觸180。位線接觸露出了與隨后工藝中的位線連接的SAC接觸焊盤160的對應(yīng)接觸焊盤。在其它常規(guī)工藝中，例如用于形成位線、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)接觸、電容器以及金屬互連的工藝，依次進(jìn)行這些步驟以制造常規(guī)的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器DRAM器件。
然而，由于隨著DRAM器件尺寸的減小單元間距隨之減小，因此常規(guī)的DRAM器件制造方法存在以下問題。
首先，當(dāng)進(jìn)行第一層間絕緣層的間隙填充時(shí)，由于間隙填充故障造成的空隙造成焊盤之間的橋接故障。其次，SAC接觸150的開口面積減小，產(chǎn)生開口故障，由于表面處理導(dǎo)致SAC接觸焊盤160和有源區(qū)105之間的接觸面積減小，使單元接觸電阻增加。第三，柵極間隔層130的厚度減小，在柵極120和SAC接觸焊盤160之間產(chǎn)生泄露。最后，位線接觸180的覆蓋裕度減小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件及其制造方法，使用鑲嵌柵極工藝和硅外延工藝，能防止由于層間絕緣層中的空隙造成的焊盤之間的橋接失效。
本發(fā)明的其它實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件及其制造方法，其中用具有優(yōu)良介電特性的柵極絕緣層形成柵極間隔層以防止柵極和接觸焊盤之間的漏電流。
本發(fā)明的其它實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件及其制造方法，能防止由開口面積減少和表面處理造成的接觸開口故障和接觸電阻的增加。
本發(fā)明的其它實(shí)施例能確保用于位線接觸的足夠覆蓋裕度。
為獲得以上討論的和其它沒有提到的目標(biāo)和目的，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，包括形成在硅襯底上并具有帽蓋層的柵極，形成在每個(gè)柵極底部和側(cè)壁上的絕緣層，由絕緣層包圍并形成在柵極之間的第一導(dǎo)電層，制備在硅襯底上露出第一導(dǎo)電層和柵極的第一層間絕緣層，形成在露出的第一導(dǎo)電層上的第二導(dǎo)電層，以及形成在硅襯底上以包含露出第二導(dǎo)電層的位線接觸的第二層間絕緣層。
優(yōu)選地，第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層為外延的硅層，作為接觸焊盤，第二導(dǎo)電層具有半球形，用露出的柵極覆蓋。絕緣層為熱氧化層或高介質(zhì)層。優(yōu)選地，柵極底部上的那部分為柵極絕緣層，柵極和第一導(dǎo)電層之間的其它部分為柵極間隔層，其中柵極絕緣層和柵極間隔層之間的厚度差異在7nm內(nèi)。
此外，本發(fā)明的實(shí)施例提供了用于半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制造方法，包括在硅襯底上形成犧牲柵極，犧牲柵極相互分開設(shè)置。方法還包括在犧牲柵極之間的硅襯底的露出部分上形成第一導(dǎo)電層，形成第一層間絕緣層露出第一導(dǎo)電層和犧牲柵極，除去露出的犧牲柵極以形成開口，以及在開口中形成柵極。方法還包括在柵極頂部上形成帽蓋層，在露出的第一導(dǎo)電層上形成第二導(dǎo)電層，在硅襯底上形成第二層間絕緣層，以及蝕刻第二層間絕緣層形成露出第二導(dǎo)電層的位線接觸。
優(yōu)選地，犧牲柵極包括氮化層。第一導(dǎo)電層為優(yōu)選地通過各向異性外延生長而生長的硅層。第二導(dǎo)電層為優(yōu)選地通過各向異性外延生長而生長的硅層，并具有半球形以用柵極覆蓋。
優(yōu)選地，柵極形成方法包括以下工藝在硅襯底上形成絕緣層，在絕緣層上淀積柵電極材料，以及通過化學(xué)機(jī)械拋光工藝蝕刻?hào)烹姌O材料和絕緣層。絕緣層形成在柵極的底部和側(cè)壁上并包圍第一導(dǎo)電層，其中絕緣層包括通過熱氧化工藝或其它淀積工藝淀積的氧化層，或通過淀積工藝淀積的高介質(zhì)層。
優(yōu)選地，帽蓋層形成工藝包括以下工藝蝕刻部分柵極；在硅襯底上淀積絕緣層；以及深蝕刻絕緣層形成帽蓋層。


為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考下面結(jié)合附圖的說明，其中類似的參考數(shù)字表示類似的部件。
圖1A、2A、3A以及4A示出了常規(guī)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的制造工藝的剖面圖；圖1B、2B、3B和4B示出了常規(guī)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的制造工藝的平面圖；圖5A、6A、7A、8A、9A、10A、11A、12A和13A示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的制造工藝的剖面圖；以及圖5B、6B、7B、8B、9B、10B、11B、12B和13B示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的制造工藝的平面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在詳細(xì)地介紹本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例，它的例子顯示在附圖中。
圖5到13示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制造工藝，其中各圖的“A”部分為剖面圖，各圖的“B”部分為對應(yīng)于相同圖中所示剖面圖的平面圖。圖5A到13A的剖面圖為沿圖13B中的線IIA-IIA’截取。
參考圖5A和5B，硅襯底200包括場區(qū)201和有源區(qū)205。進(jìn)行常規(guī)的淺溝槽隔離STI工藝形成STI場隔離區(qū)210。場隔離區(qū)210將有源區(qū)205與其它相鄰的有源區(qū)205隔開。
參考圖6A和6B，通過犧牲氧化工藝將犧牲柵極絕緣層的氧化層形成在硅襯底200上，氮化層淀積在氧化層上。構(gòu)圖氮化層和氧化層，形成包括犧牲柵極絕緣層(未示出)的犧牲柵極220。此時(shí)，形成犧牲柵極220跨越有源區(qū)205，以具有與在隨后的工藝中形成的柵極相同的形狀。根據(jù)形成犧牲柵極220，形成開口225，露出部分有源區(qū)205。開口225對應(yīng)于將形成用于位線和電容器的接觸焊盤的接觸。
參考圖7A和7B，在由開口25露出的部分有源區(qū)205上，通過各向異性外延生長工藝形成用于接觸焊盤的第一硅層231。參考圖8A和8B，在硅襯底200上淀積第一層間絕緣層240，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光CMP平面化第一層間絕緣層240。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，形成用于接觸焊盤的第一硅層231之后，形成第一層間絕緣層240，以防止由層間絕緣層中的空隙造成的焊盤之間的橋連故障。此外，這可以防止由于接觸開口面積減小造成的開口故障，抑制了由于表面處理造成的接觸電阻增加，盡可能減小有源區(qū)205和接觸焊盤之間的接觸面積的減小。
參考圖9A和9B，通過除去包括犧牲絕緣層的犧牲柵極220，形成開口245。參考圖10A和10B，通過熱氧化工藝生長氧化層250，在襯底200的整個(gè)表面上淀積柵電極材料。通過CMP工藝蝕刻?hào)烹姌O材料，在通過除去犧牲柵極220形成的開口245中形成鑲嵌柵極260。氧化層250包圍鑲嵌柵極260的側(cè)壁，并包圍第一硅層231。
此外，鑲嵌柵極260具有不同的結(jié)構(gòu)，例如包括多晶硅層和鎢金屬層的疊層結(jié)構(gòu)，或者多晶硅層和硅化物層的疊層結(jié)構(gòu)。代替熱氧化工藝，可以使用淀積工藝制備氧化層250。此外，代替氧化層250淀積高介質(zhì)層，例如氧化鋁(Al2O3)、氧化鉿(HfO2)、氧化鋯(ZrO2)、或者氧化鉭(Ta2O5)。
對于氧化層250，柵極260底部上的部分251作為柵極絕緣層，柵極260側(cè)壁上的部分253作為柵極間隔層。氧化層250的厚度從10到100。氧化層250的部分251和部分253之間的厚度差異在7nm以下。雖然通過熱氧化工藝或淀積工藝氧化層250同時(shí)形成在柵極260的底部和側(cè)壁上，但是仍存在氧化層250的部分251和253之間的厚度差異。該差異由硅襯底200和第一硅層231之間的不同摻雜濃度，并同時(shí)進(jìn)行熱氧化工藝氧化速率造成。換句話說，由淀積工藝期間硅襯底200和第一硅層231之間的臺(tái)階覆蓋造成。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，同時(shí)形成柵極絕緣層和包括氧化層250的柵極間隔層，以具有相同的厚度。此外，柵極間隔層253由具有與柵極絕緣層一樣的優(yōu)良介質(zhì)特性的熱氧化層形成，以防止柵極260和隨后工藝中的接觸焊盤之間的漏電流。
參考圖11A和11B，深蝕刻部分柵極260。淀積絕緣層，例如氧化層或氮化層，隨后通過CMP工藝蝕刻在柵極260的頂部上形成帽蓋層270。
參考圖12A和12B，通過各向異性生長，第二硅層233生長在第一硅層231上，形成接觸焊盤230。接觸焊盤230包括第一硅層231和第二硅層233。由于在各向異性外延工藝中生長第二硅層233以具有半球形，接觸焊盤230的橫向延伸大于開口225(圖6A)的橫向延伸，并覆蓋柵極260。因此，在隨后的位線接觸工藝中，可以確保足夠的覆蓋裕度。
參考圖13A和13B，第二層間絕緣層280淀積在硅襯底上，然后蝕刻形成位線接觸290，露出將與隨后工藝中的位線連接的接觸焊盤230的對應(yīng)接觸焊盤。
雖然圖中沒有示出，但依次形成位線、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)接觸、電容器以及金屬線，以制造根據(jù)本發(fā)明該實(shí)施例的DRAM器件。
如上所述，本發(fā)明的各實(shí)施例通過外延生長用于接觸焊盤的硅層，然后形成層間絕緣層，可以防止層間絕緣層中的間隙填充故障造成的空隙。它防止了由于接觸開口面積的減少造成的開口故障，并防止了由于表面處理期間有源區(qū)和接觸焊盤之間的接觸面積減少造成的接觸電阻減小。還提高了位線接觸的覆蓋裕度。
雖然參考優(yōu)選實(shí)施例具體示出和介紹了本發(fā)明，但本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在可以不脫離本發(fā)明的精神和范圍，可以進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)的以上和其它變化。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，包括形成在硅襯底上的多個(gè)柵極，每個(gè)柵極具有帽蓋層；形成在每個(gè)柵極底部和側(cè)壁上的絕緣層；第一導(dǎo)電層，形成在柵極之間的硅襯底上并通過絕緣層與柵極隔開；第一層間絕緣層，形成在硅襯底上，并構(gòu)成為露出第一導(dǎo)電層和柵極；第二導(dǎo)電層，形成在第一導(dǎo)電層上；以及第二層間絕緣層，形成在硅襯底上，并包含被構(gòu)成以露出第二導(dǎo)電層的位線接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中第二導(dǎo)電層具有半球形，并覆蓋多個(gè)柵極中的相鄰柵極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層為外延的硅層，起接觸焊盤的作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中絕緣層包括熱氧化層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中絕緣層包括高介質(zhì)層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中形成在每個(gè)柵極底部上的絕緣層構(gòu)成為柵極絕緣層，形成在每個(gè)柵極側(cè)壁上絕緣層構(gòu)成為柵極間隔層，其中柵極絕緣層和柵極間隔層之間的厚度差異小于7nm。
7.一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制造方法，包括在硅襯底上形成多個(gè)犧牲柵極，犧牲柵極相互分開設(shè)置；在犧牲柵極之間的硅襯底的露出部分上形成第一導(dǎo)電層；在硅襯底上形成第一層間絕緣層，露出第一導(dǎo)電層和犧牲柵極；通過除去犧牲柵極以形成多個(gè)開口；在多個(gè)開口中形成多個(gè)柵極；在每個(gè)柵極上形成帽蓋層；在第一導(dǎo)電層上形成第二導(dǎo)電層；在硅襯底上形成第二層間絕緣層；以及通過蝕刻第二層間絕緣層形成露出第二導(dǎo)電層的位線接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中形成多個(gè)犧牲柵極包括使用氮化層形成多個(gè)犧牲柵極。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中形成第一導(dǎo)電層包括使用通過各向異性外延生長而生長的硅層形成第一導(dǎo)電層。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中形成第二導(dǎo)電層包括通過各向異性外延生長而生長的硅層形成第二導(dǎo)電層，其中硅層具有半球形并覆蓋相鄰的柵極。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中形成第一導(dǎo)電層和形成第二導(dǎo)電層包括一起作為接觸焊盤而形成的第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中形成多個(gè)柵極包括在硅襯底上形成絕緣層；在絕緣層上淀積柵電極材料；以及通過化學(xué)機(jī)械拋光工藝蝕刻?hào)烹姌O材料和絕緣層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中形成絕緣層包括在每個(gè)柵極的底部上形成柵極絕緣層；在每個(gè)柵極的側(cè)壁上形成柵極間隔層；以及形成柵極絕緣層和柵極間隔層，以便它們之間的厚度差異不大于7納米。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中形成柵極絕緣層和形成柵極間隔層包括通過熱氧化工藝形成氧化層。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中形成柵極絕緣層和形成柵極間隔層包括使用淀積工藝形成高介質(zhì)層。
16.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中在每個(gè)柵極上形成帽蓋層包括蝕刻每個(gè)柵極的一部分；在硅襯底上淀積絕緣層；以及深蝕刻絕緣層來形成帽蓋層。
全文摘要
一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件及其制造方法，包括在硅襯底上形成犧牲柵極的工藝，犧牲柵極相互分開設(shè)置。方法還包括在犧牲柵極之間的硅襯底的露出部分上形成第一導(dǎo)電層，形成第一層間絕緣層露出第一導(dǎo)電層和犧牲柵極，除去露出的犧牲柵極以形成開口，以及在開口中順序形成鑲嵌柵極。方法還包括在柵極頂部上形成帽蓋層，在露出的第一導(dǎo)電層上形成第二導(dǎo)電層，在硅襯底上形成第二層間絕緣層，以及蝕刻第二層間絕緣層形成露出第二導(dǎo)電層的位線接觸。
文檔編號(hào)H01L21/60GK1481028SQ0314726
公開日2004年3月10日 申請日期2003年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月12日
發(fā)明者宋斗憲 申請人:三星電子株式會(huì)社