專利名稱：具有電容器的半導體存儲器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有電容器的半導體存儲器件(Semiconductor MemoryDevice)，且特別是涉及一種動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)的一存儲單元(Memory Cell)結(jié)構(gòu)，其包含一轉(zhuǎn)移晶體管(Transfer Transistor)和一樹型(tree-type)存儲電容器。


圖1是一DRAM元件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)置一介電膜層7。
在傳統(tǒng)DRAM的存儲電容量少于1Mb，于集成電路制作工藝中，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體基底的一相當大的面積來存儲電荷，故并不適合應(yīng)用于高度的集成化。高度集成化的DRAM，例如大于4Mb的存儲電容器，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，仍能獲得相當大的電容量。雖然如此，當存儲器件再進入更高度的集成化時，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介電膜層是由多數(shù)個堆疊層，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、以及第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介電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。電容值的減少將導致因α射線入射所引起的軟錯誤(softerror)機會增加。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員仍不斷在尋找新的存儲電容器結(jié)構(gòu)及其制造方法，希望在存儲電容器所占的平面尺寸縮小的情況，仍能維持所要的電容值。
因此，本發(fā)明的一主要目的就是提供一種具有電容器的半導體存儲器件，其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。
依照本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，提供一利具有電容器的半導體存儲器件，該器件包括一基底；一轉(zhuǎn)移晶體管，形成在基底上，并包括漏極和源極區(qū)；以及一存儲電容器，電連接到轉(zhuǎn)移晶體管的漏極和源極區(qū)之一上。其中，存儲電容器又包括一類樹干狀導電層，具有一底部，電連接到轉(zhuǎn)移晶體管的漏極和源極區(qū)之一上，類樹干狀導電層還具有一向上延伸部，以一大致向上的方向從底部延伸出；至少一類樹枝狀導電層，具有一似L形的剖面，類樹枝狀導電層的一末端連接在類樹干狀導電層的外表面上，類樹干狀導電層和類樹枝狀導電層構(gòu)成存儲電容器的一存儲電極；一介電層，形成在類樹干狀導電層和第一類樹枝狀導電層暴露出的表面上；以及一上導電層，形成在介電層上，以構(gòu)成存儲電容器的一相對電極。
依照本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，本發(fā)明的類樹干狀導電層是一體的構(gòu)件，電連接到轉(zhuǎn)移晶體管的漏極和源極區(qū)之一上，其可以為T型剖面，也可以為實心筒狀。
依照本發(fā)明的又一優(yōu)選實施例，本發(fā)明的類樹干狀導電層包括一下樹干部，電連接到轉(zhuǎn)移晶體管的漏極和源極區(qū)之一上，其具有一似T型的剖面；一上樹干部，大致以垂直方向自下樹干部的上表面往上延伸出，其可以為實心筒狀，也可以具有一似T型的剖面。類樹枝狀導電層的一末端連接在上樹干部的外表面上。
依照本發(fā)明的再一優(yōu)選實施例，提供一種具有電容器的半導體存儲器件，該器件包括一基底；一轉(zhuǎn)移晶體管，形成在基底上，并包括漏極和源極區(qū)；以及一存儲電容器，電連接到轉(zhuǎn)移晶體管的漏極和源極區(qū)之一上。存儲電容器還包括一類樹干狀導電層，具有一底部，電連接到轉(zhuǎn)移晶體管的漏極和源極區(qū)之一上，類樹干狀導電層還具有一向上延伸部，以一大致向上的方向從底部延伸出；至少一第一類樹枝狀導電層，包括一第一延伸段和一第二延伸段，第一延伸段的一末端連接在類樹干狀導電層的外表面上，大致以一水平方向往外延伸出，第二延伸段大致以一垂直方向，從第一延伸段的另一末端往下延伸出；一第二類樹枝狀導電層，具有一似“一”型的剖面，第二類樹枝狀導電層的一末端連接在類樹干狀導電層的外表面上，大致以一水平方向往外延伸出，類樹干狀導電層和第一、第二類樹枝狀導電層構(gòu)成存儲電容器的一存儲電極；一介電層，形成在類樹干狀導電層和第一、第二類樹枝狀導電層暴露出的表面上；以及一上導電層，形成在介電層上，以構(gòu)成存儲電容器的一相對電極。
依照本發(fā)明的又一優(yōu)選實施例，第一類樹枝狀導電層的第一延伸段的一末端連接在類樹干狀導電層的外表面上，大致以一水平方向往外延伸出；而第二延伸段則大致以一垂直方向，從其中一側(cè)的第一延伸段的另一末端往下延伸出。
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉若干優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細說明。附圖中圖1是一DRAM元件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)明的一種半導體存儲器件的第一優(yōu)選實施例；
圖3A至3E是一系列剖面圖，用以解釋本發(fā)明的一種半導體存儲器件制造方法的第二優(yōu)選實施例，以及本發(fā)明的一種半導體存儲器件的第二優(yōu)選實施例；圖4是一剖面圖，用以解釋本發(fā)明的一種半導體存儲器件制造方法的第三優(yōu)選實施例，以及本發(fā)明的一種半導體存儲器件的第三優(yōu)選實施例；圖5A至5E是一系列剖面圖，用以解釋本發(fā)明的一種半導體存儲器件制造方法的第四優(yōu)選實施例，以及本發(fā)明的一種半導體存儲器件的第四優(yōu)選實施例；圖6A至6E是一系列剖面圖，用以解釋本發(fā)明的一種半導體存儲器件制造方法的第五優(yōu)選實施例，以及本發(fā)明的一種半導體存儲器件的第五優(yōu)選實施例；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的表面進行熱氧化制作工藝，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(angstroms)。接著，再將硅基底10進行熱氧化制作工藝，以形成一柵極氧化層14，其厚度例如約150A。然后，利用一CVD(化學氣相沉積)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2000A。為了提高多晶硅層的導電性，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)，以進一步提高其導電性。該難熔金屬可例如為鎢(Tungsten)，沉積厚度例如約2000A。之后，利用傳統(tǒng)的光刻(photolithography)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與WL2。接著，例如以砷離子注入到硅基底10中，以形成漏極區(qū)16以及源極區(qū)18。在此步驟中，字線WL1與WL2是當作掩模層，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法沉積一絕緣層20，其例如為BPSG(硼磷硅玻璃)，厚度約7000A。然后，再以CVD法沉積一蝕刻保護層(etchingprotection layer)22，其例如為硅氮化物層(silicon nirtide)，厚度約1000A。
請參照圖2C，接著以CVD法沉積一厚的絕緣層24，其例如為二氧化硅層，厚度例如約7000A。之后再以CVD法在絕緣層24表面依次沉積一絕緣層與一犧牲多晶硅層，并利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)對絕緣層與犧牲多晶硅層構(gòu)圖，因而形成如圖所示的絕緣層25與犧牲多晶硅層28。其中，絕緣層26例如為硅氮化物層，厚度例如約是1000A，而犧牲多晶硅層28的厚度例如約是1000A。絕緣層26與犧牲多晶硅層28構(gòu)成一堆疊層26；28，其具有一凹口30，凹口30的較佳位置大致對應(yīng)于漏極區(qū)16的上方。
請參照圖2D，接著分別在堆疊層26；28的側(cè)壁(sidewalls)上形成二氧化硅間隔層(spacers)32。在本優(yōu)選實施例中，二氧化硅間隔層32可以以下列步驟形成沉積一二氧化硅層，其厚度例如約1000A；再回蝕刻(etch back)。之后，以CVD法沉積一絕緣層34；使其大致填滿凹口30的空間。絕緣層34例如為硅氮化物層，厚度例如約2000A。再利用化學機械拋光(chemicalmechanical polish；CMP)技術(shù)拋磨絕緣層34，至少直到堆疊層26；28上方的部分露出為止。
請參照圖2E，接著以堆疊層26；28和絕緣層34為蝕刻掩模層，蝕刻去除二氧化硅間隔層32。之后，仍以堆疊層26；28和絕緣層34為蝕刻掩模層，繼續(xù)蝕刻絕緣層24，但不蝕刻至蝕刻保護層22表面。然后以犧牲多晶硅層28為蝕刻掩模層，蝕刻去除絕緣層34，形成一開口36。開口36的深度可依實際需求加以調(diào)整，只要與蝕刻保護層22保持一段距離即可。
請參照圖2F，接著在堆疊層26；28和絕緣層24的表面沉積一多晶硅層38，厚度例如約1000A，以大致填滿開口36。為了提高多晶硅層38的導電性，可將例如砷離子注入到多晶硅層38中。之后，利用化學機械拋光技術(shù)拋磨多晶硅層，至少直到絕緣層26上方的部分露出為止，形成如圖所示的多晶硅層38。在此步驟中，犧牲多晶硅層28會被去除。然后以多晶硅層38與絕緣層24為蝕刻保護層，利用濕式蝕刻法去除堆疊層26；28，亦即去除剩余的絕緣層26。之后，以CVD法沉積一絕緣層40，其例如是二氧化硅層，厚度例如約2000A。
請參照圖2G，接著利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)，依次蝕刻絕緣層40、多晶硅層38、絕緣層24、蝕刻保護層22、絕緣層20和柵極氧化層14，以形成存儲電極接觸孔(storage electrode contact holes)42，其由絕緣層40的上表面延伸到漏極區(qū)16的表面。之后，以CVD法在絕緣層40表面沉積一多晶硅層44。多晶硅層44大致填滿存儲電極接觸孔42且覆蓋絕緣層40的表面。
請參照圖2H，接著利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)，對多晶硅層44構(gòu)圖，以界定出存儲單元的存儲電容器的存儲電極。之后利用濕式蝕刻法，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40與24。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，其如圖所示是由類樹干狀的多晶硅層44以及一具有似L形剖面的類樹枝狀多晶硅層38一起構(gòu)成。類樹干狀的多晶硅層44連接到DRAM的轉(zhuǎn)移晶體管的漏極區(qū)16，且具有一似T形的剖面。類樹枝狀多晶硅層38從類樹干狀的多晶硅層44的外表面，先以大致水平方向往外延伸一段距離后，再以大致垂直方向往下延伸出。由于本發(fā)明的存儲電極的形狀非常特殊，故在本說明書中以“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，接著分別在存儲電極44與38裸露的表面上分別形成一介電膜層46。介電膜層46例如可為二氧化硅層、硅氮化物層的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，在介電膜層46的表面上，形成由多晶硅制成的相對電極48。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1000A；再摻入例如N型雜質(zhì)，以提高其導電性；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未顯示，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，圖2I的結(jié)構(gòu)可根據(jù)傳統(tǒng)制作工藝技術(shù)制作位線、焊墊(bonding pad)、互連導線(interconnection)、隔絕保護層(passivation)、以及包裝等等，以完成DRAM集成電路。由于這些制作工藝與本發(fā)明的特征無關(guān)，故在此不多作贅述。
在第一優(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。
接著將參照圖3A至3E，詳述本發(fā)明的一種具有樹型存儲電容器的半導體存儲器件的第二優(yōu)選實施例，半導體存儲器件的此一優(yōu)選實施例，是由本發(fā)明的一種半導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)選實施例是以圖2F所示的優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，再以不同的制作工藝制作不同結(jié)構(gòu)的DRAM存儲電極在圖5A至5D中，與圖2F相似的部分是以相同的標號標示。
請參照圖2F和3A，接著以CVD法在絕緣層40表面依次沉積一絕緣層與一犧牲多晶硅層，并利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)對絕緣層與犧牲多晶硅層構(gòu)圖，因而形成如圖所示的絕緣層50與犧牲多晶硅層52。其中，絕緣層50例如為硅氮化物層，厚度例如約是1000A，而犧牲多晶硅層52的厚度例如約是1000A。絕緣層50與犧牲多晶硅層52構(gòu)成一堆疊層50；52，其具有一凹口54，凹口54較圖2C中的凹口30大，且較佳位置大致對應(yīng)于漏極區(qū)16的上方。
請參照圖3B，接著分別在堆疊層50；52的側(cè)壁上形成二氧化硅間隔層56。在本優(yōu)選實施例中，二氧化硅間隔層56可以以下列步驟形成沉積一二氧化硅層，其厚度例如約1000A；再回蝕刻。之后，以CVD法沉積一絕緣層58，使其大致填滿凹口54的空間。絕緣層58例如為硅氮化物層，厚度例如約2000A。再利用化學機械拋光技術(shù)拋磨絕緣層58，至少直到堆疊層50；52上方的部分露出為止。
請參照圖3C，接著以堆疊層50；52和絕緣層58為蝕刻掩模層，蝕刻去除二氧化硅間隔層56。之后，仍以堆疊層50；52和絕緣層58為蝕刻掩模層，繼續(xù)蝕刻絕緣層40與24，但不蝕刻至蝕刻保護層22表面。然后以犧牲多晶硅層52為蝕刻掩模層，蝕刻去除絕緣層58，形成一開口60。開口60的深度可依實際需求加以調(diào)整，只要與蝕刻保護層22保持一段距離即可。
請參照圖3D，接著在堆疊層50；52和絕緣層40的表面沉積一多晶硅層62，厚度例如約1000A，以大致填滿開口60。為了提高多晶硅層62的導電性，可將例如砷離子注入到多晶硅層62中。之后，利用化學機械拋光技術(shù)拋磨多晶硅層，至少直到絕緣層50上方的部分露出為止，形成如圖所示的多晶硅層62。在此步驟中，犧牲多晶硅層52會被去除。然后以多晶硅層62與絕緣層40為蝕刻保護層，利用濕式蝕刻法去除堆疊層50；52，亦即去除剩余的絕緣層50。之后，以CVD法沉積一絕緣層64，其例如是二氧化硅層，厚度例如約2000A。
請參照圖3E，接著利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)，依次蝕刻絕緣層64、多晶硅層62、絕緣層40、多晶硅層38、絕緣層24、蝕刻保護層22、絕緣層20和柵極氧化層14，以形成存儲電極接觸孔66，其由絕緣層64的上表面延伸到漏極區(qū)16的表面。之后，以CVD法在絕緣層64表面沉積一多晶硅層68。多晶硅層68大致填滿存儲電極接觸孔66且覆蓋絕緣層64的表面。接著利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)，對多晶硅層68構(gòu)圖，以界定出存儲單元的存儲電容器的存儲電極。之后利用濕式蝕刻法，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64、40與24。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，其如圖所示是由類樹干狀的多晶硅層68以及兩層具有似L形剖面的類樹枝狀多晶硅層62、38一起構(gòu)成。類樹干狀的多晶硅層68連接到DRAM的轉(zhuǎn)移晶體管的漏極區(qū)16，且具有一似T形的剖面。類樹枝狀多晶硅層62與38均從類樹干狀的多晶硅層68的外表面，先以大致水平方向往外延伸一段距離后，再以大致垂直方向往下延伸出。接下來的后續(xù)制作工藝因無異于傳統(tǒng)制作工藝，故在此不再贅述。
上述第一、第二優(yōu)選實施例中的類樹干狀電極層從剖面看，均具有似T型的剖面。然而，本發(fā)明并不限于此，下一個優(yōu)選實施例即將描述呈柱狀結(jié)構(gòu)的類樹干狀電極層的存儲電極。
接著將參照圖4，詳述本發(fā)明的一種具有樹型存儲電容器的半導體存儲器件的第三優(yōu)選實施例，半導體存儲器件的這一優(yōu)選實施例，是由本發(fā)明的一種半導體存儲器件制造方法的第三優(yōu)選實施例制作的。
本優(yōu)選實施例是以圖2G所示的優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，再以不同的制作工藝制作不同結(jié)構(gòu)的DRAM存儲電極。在圖4中，與圖2G相似的部分是以相同的標號標示。
請參照圖2G與圖4，接著利用化學機械拋光技術(shù)拋磨多晶硅層44，至少直到絕緣層40上方的部分露出為止，形成如圖所示的多晶硅層44。再來利用濕式蝕刻法，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40、24。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，其如圖所示是由類樹干狀的多晶硅層44以及一具有似L形剖面的類樹枝狀多晶硅層38一起構(gòu)成。類樹干狀的多晶硅層44連接到DRAM的轉(zhuǎn)移晶體管的漏極區(qū)16，且呈實心筒狀。類樹枝狀多晶硅層從類樹干狀的多晶硅層44的外表面，先以大致水平方向往外延伸一段距離后，再以大致垂直方向往下延伸出。接下來的后續(xù)制作工藝因無異于傳統(tǒng)制作工藝，故在此不再贅述。在本優(yōu)選實施例中是以化學機械拋光技術(shù)形成類樹干狀導電層，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當知道，也可利用回蝕刻技術(shù)，對圖2G中的多晶硅層44構(gòu)圖，而形成實心筒狀類樹干狀導電層?；蛘咴趫D2G中，在形成存儲電極接觸孔42后，以外延(Epitaxy)方式形成一多晶硅層，使之填滿存儲電極接觸孔42，以構(gòu)成實心筒狀類樹干狀導電層。
在上述第一、第二和第三優(yōu)選實施例中，存儲電極的類樹干狀電極層均是一體的構(gòu)件，且自剖面看，存儲電極的每一層類樹枝狀電極層均具有兩支似L型樹枝。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電極層由多部分構(gòu)成的存儲電極，且存儲電極的類樹枝狀電極層自剖面看，其中一支樹枝是似L型，而另一支只具有水平延伸段。
接著將參照圖5A至5E，詳述本發(fā)明的一種具有樹型存儲電容器的半導體存儲器件的第四優(yōu)選實施例，半導體存儲器件的此一優(yōu)選實施例，是由本發(fā)明的一種半導體存儲器件制造方法的第四優(yōu)選實施例制作的。
本優(yōu)選實施例是以圖2B所示的優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，再以不同的制作工藝制作不同結(jié)構(gòu)的DRAM存儲電極。在圖5A至5E中，與圖2B相似的部分是以相同的標號標示。
請參照圖2B與圖5A，接著利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)，依次蝕刻蝕刻保護層22、絕緣層20、和柵極氧化層14，以形成存儲電極接觸孔70，其分別由蝕刻保護層22的上表面延伸到漏極區(qū)16的表面。接著，以CVD法在蝕刻保護層22的表面沉積一多晶硅層72。為了提高多晶硅層72的導電性，可將例如砷離子注入到多晶硅層72中。如圖所示，多晶硅層72填滿存儲電極接觸孔70，且覆蓋蝕刻保護層22的表面。之后，在多晶硅層72表面沉積一厚的絕緣層74，其例如為二氧化硅層，厚度例如約7000A。然后再以CVD法在絕緣層74表面依次沉積一絕緣層與一犧牲多晶硅層，并利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)對絕緣層與犧牲多晶硅層構(gòu)圖，因而形成如圖所示的絕緣層76與犧牲多晶硅層78。其中，絕緣層76例如為硅氮化物層，厚度例如約是1000A，而犧牲多晶硅層78的厚度例如約是1000A。絕緣層76與犧牲多晶硅層78構(gòu)成一堆疊層76；78，其具有一凹口80，凹口80的中心往下對應(yīng)的較佳位置大致偏向漏極區(qū)16的某一側(cè)。在本優(yōu)選實施例中，凹口80偏向漏極區(qū)16的左側(cè)。
請參照圖5B，接著分別在堆疊層76；78的側(cè)壁上形成二氧化硅間隔層82。在本優(yōu)選實施例中，二氧化硅間隔層82可以以下列步驟形成沉積一二氧化硅層，其厚度例如約1000A；再回蝕刻。之后，以CVD法沉積一絕緣層84，使其大致填滿凹口80的空間。絕緣層84例如為硅氮化物層，厚度例如約2000A。再利用化學機械拋光技術(shù)拋磨絕緣層84，至少直到堆疊層76；78上方的部分露出為止。
請參照圖5C，接著以堆疊層76；78和絕緣層84為蝕刻掩模層，蝕刻去除二氧化硅間隔層82。之后，仍以堆疊層76；78和絕緣層84為蝕刻掩模層，繼續(xù)蝕刻絕緣層74，但不蝕刻至多晶硅層72表面。然后以犧牲多晶硅層78為蝕刻掩模層，蝕刻去除絕緣層84，形成一開口86。開口86的深度可依實際需求加以調(diào)整，只要與多晶硅層72保持一段距離即可。之后在堆疊層76；78和絕緣層74的表面沉積一多晶硅層88，厚度例如約1000A，以大致填滿開口86。為了提高多晶硅層88的導電性，可將例如砷離子注入到多晶硅層88中。之后，利用化學機械拋光技術(shù)拋磨多晶硅層，至少直到絕緣層76上方的部分露出為止，形成如圖所示的多晶硅層88。在此步驟中，犧牲多晶硅層78會被去除。
請參照圖5D，接著以多晶硅層88與絕緣層74為蝕刻保護層，利用濕式蝕刻法去除堆疊層76；78，亦即去除剩余的絕緣層76。之后，以CVD法沉積一絕緣層90，其例如是二氧化硅層，厚度例如約2000A。然后利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)，對應(yīng)于漏極區(qū)16的上方處，依次蝕刻絕緣層90、多晶硅層88與絕緣層74，直到多晶硅層72的表面為止，以形成一開口92。再在開口92中形成一實心筒狀的多晶硅層94，其形成方式例如是以外延方式或以沉積后再回蝕刻方式形成請參照圖5E，接著利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)，對多晶硅層88與72構(gòu)圖，以界定出存儲單元的存儲電容器的存儲電極，形成如圖所示的多晶硅層88與72。亦即藉此步驟將多晶硅層88其中一側(cè)的垂直延伸段去除。之后利用濕式蝕刻法，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90與74。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，其如圖所示是由類樹干狀的上多晶硅層94、類樹干狀的下多晶硅層72以及一僅有單邊具有似L形剖面的類樹枝狀多晶硅層88一起構(gòu)成。類樹干狀的下多晶硅層72連接到DRAM的轉(zhuǎn)移晶體管的漏極區(qū)16，且具有一似T形的剖面。類樹干狀的上多晶硅層94從類樹干狀的下多晶硅層72的上表面，大致以垂直的方向往上延伸出。類樹枝狀多晶硅層88從類樹干狀的上多晶硅層94的外表面，先以大致水平方向往外延伸一段距離，之后，其中一側(cè)的水平延伸段的一末端再以大致垂直方向往下延伸出。
在上述第一至第四優(yōu)選實施例中，存儲電極的類樹枝狀電極層均只有似L形剖面。然而，本發(fā)明并不限于此，存儲電極的類樹枝狀電極層可以包括有其他剖面形成。下一個優(yōu)選實施例即將描述具有一層似L形剖面與一似“一”型剖面的類樹枝狀電極層的存儲電極。另外，在上一個優(yōu)選實施例中，類樹干狀的下多晶硅層的水平部分的下表面與其下方的蝕刻保護層接觸。然而，本發(fā)明亦不限于此，下一個優(yōu)選實施例即將描述類樹干狀的下多晶硅層的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的作法。
接著將參照圖6A至6E，詳述本發(fā)明的一種具有樹型存儲電容器的半導體存儲器件的第五優(yōu)選實施例，半導體存儲器件的這一優(yōu)選實施例，是由本發(fā)明的一種半導體存儲器件制造方法的第五優(yōu)選實施例制造的。
本優(yōu)選實施例是以圖2B所示的優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，再以不同的制作工藝制作不同結(jié)構(gòu)的DRAM存儲電極。在圖6A至6E，與圖2B相似的部分是以相同的標號標示。
請參照圖2B和圖6A，接著以CVD法在蝕刻保護層22表面沉積一絕緣層96，其例如為二氧化硅層，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96、蝕刻保護層22、絕緣層20和柵極氧化層14，以形成存儲電極接觸孔98，其分別由絕緣層96的上表面延伸到漏極區(qū)16的表面。接著，在絕緣層96的表面沉積一多晶硅層100。為了提高多晶硅層的導電性，可將例如砷離子注入到多晶硅層中。如圖所示，多晶硅層100填滿存儲電極接觸孔98，且覆蓋住絕緣層96的表面。之后，在多晶硅層100的表面沉積一厚的絕緣層102，其例如為二氧化硅層，厚度例如約7000A。之后再以CVD法在絕緣層102表面依次沉積一絕緣層與一犧牲多晶硅層，并利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)對絕緣層與犧牲多晶硅層構(gòu)圖，因而形成如圖所示的絕緣層104與犧牲多晶硅層106。其中，絕緣層104例如為硅氮化物層，厚度例如約是1000A，而犧牲多晶硅層106的厚度例如約是1000A。絕緣層104與犧牲多晶硅層106構(gòu)成一堆疊層104；106，其具有一凹口108，凹口108的較佳位置大致對應(yīng)于漏極區(qū)16的上方。
請參照圖6B，接著分別在堆疊層104；106的側(cè)壁上形成二氧化硅間隔層110。在本優(yōu)選實施例中，二氧化硅間隔層110可以以下列步驟形成沉積一二氧化硅層，其厚度例如約1000A；再回蝕刻。之后，以CVD法沉積一絕緣層112，使其大致填滿凹口108的空間。絕緣層112例如為硅氮化物層，厚度例如約2000A。再來，利用化學機械拋光技術(shù)拋磨絕緣層112，至少直到堆疊層104；106上方的部分露出為止。
請參照圖6C，接著以堆疊層104；106和絕緣層112為蝕刻掩模層，蝕刻去除二氧化硅間隔層110。之后，仍以堆疊層104；106和絕緣層112為蝕刻掩模層，繼續(xù)蝕刻絕緣層102 ，但不蝕刻至多晶硅層100表面。然后以犧牲多晶硅層106為蝕刻掩模層，蝕刻去除絕緣層112，形成一開口114。開口114的深度可依實際需求加以調(diào)整，只要與多晶硅層100保持一段距離即可。接著在堆疊層104；106和絕緣層102的表面沉積一多晶硅層116，厚度例如約1000A，以大致填滿開口114。為了提高多晶硅層116的導電性，可將例如砷離子注入到多晶硅層116中。之后，利用化學機械拋光技術(shù)拋磨多晶硅層，至少直到絕緣層104上方的部分露出為止，形成如圖所示的多晶硅層116。在此步驟中，犧牲多晶硅層106會被去除。
請參照圖6D，接著以多晶硅層116與絕緣層102與蝕刻保護層，利用濕式蝕刻法去除堆疊層104；106，亦即去除剩余的絕緣層104。之后，以CVD法依次沉積一絕緣層118、一多晶硅層120與一絕緣層122，其中絕緣層118、122例如均是二氧化硅層，厚度例如分別約2000A與1000A。為了提高多晶硅層120的導電性，可將例如砷離子注入到多晶硅層120中。之后，利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)，在大致對應(yīng)于漏極區(qū)16的上方依次蝕刻絕緣層122、多晶硅層120、絕緣層118、多晶硅層116與絕緣層102，直到多晶硅層100的表面為止，以形成一開口124請參照圖6E，接著在開口124中形成一實心筒狀的多晶硅層126，其形成方式例如是以外延方式或以沉積后再回蝕刻方式形成。之后利用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)，對多晶硅層120、100構(gòu)圖，以界定出存儲單元的存儲電容器的存儲電極。之后利用濕式蝕刻法，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122、118、102與96。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，其如圖所示是由類樹干狀的下多晶硅層100、類樹干狀的上多晶硅層126、一具有似“一”型剖面的類樹枝狀多晶硅層120以及一具有似L形剖面的類樹枝狀多晶硅層116一起構(gòu)成。類樹干狀的下多晶硅層100連接到DRAM的轉(zhuǎn)移晶體管的漏極區(qū)16，且具有一似T形的剖面。類樹干狀的上多晶硅層126從類樹干狀的下多晶硅層100的上表面，大致以垂直的方向往上延伸出。類樹枝狀多晶硅層120從類樹干狀的上多晶硅層126的外表面，大致以水平方向往四周延伸出。類樹枝狀多晶硅層116則從類樹干狀的上多晶硅層126的外表面，先以大致水平方向往外延伸一段距離后，再以大致垂直方向往下延伸出。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當了解，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，也可混合應(yīng)用，而再完成非常多種不同結(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?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)當用以限制本發(fā)明。
雖然已公開本發(fā)明的多個優(yōu)選實施例，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)，可作些許更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當由后附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種具有電容器的半導體存儲器件包括一基底；一轉(zhuǎn)移晶體管，形成在該基底上，并包括漏極和源極區(qū)；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，該存儲電容器包括一類樹干狀導電層，具有一底部，電連接到該轉(zhuǎn)移晶體管的該漏極和源極區(qū)之一上，該類樹干狀導電層又具有一向上延伸部，以一大致向上的方向，從該底部延伸出，至少一第一類樹干枝狀導電層，具有一似L形的剖面，該第一類樹枝狀導電層的一末端連接在該類樹干狀導電層的外表面上，該類樹干狀導電層和第一類樹枝狀導電層構(gòu)成該存儲電容器的一存儲電極，一介電層，形成在該類樹干狀導電層和第一類樹枝狀導電層暴露出的表面上，以及一上導電層，形成在該介電層上，以構(gòu)成該存儲電容器的一相對電極。
2.如權(quán)利要求1所述的半導體存儲器件，其中該類樹干狀導電層具有一似T型的剖面。
3.如權(quán)利要求1所述的半導體存儲器件，其中該類樹干狀導電層大致為實心筒狀。
4.如權(quán)利要求1所述的半導體存儲器件，其中該類樹干狀導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；以及一上樹干部，大致以垂直方向自該下樹干部的上表面往上延伸出。
5.如權(quán)利要求4所述的半導體存儲器件，其中該下樹干部具有一似T型的剖面。
6.如權(quán)利要求5所述的半導體存儲器件，其中該上樹干部具有一似T形的剖面。
7.如權(quán)利要求5所述的半導體存儲器件，其中該上樹干部大致為實心筒狀。
8.如權(quán)利要求5所述的半導體存儲器件，其中該第一類樹枝狀導電層的該末端是連接在該上樹干部的外表面上。
9.如權(quán)利要求1所述的半導體存儲器件，其中該存儲電容器包括兩個大致平行的第一類樹枝狀導電層，每一個均具有一似L形的剖面，且其一末端均連接在該類樹干狀導電層的外表面上。
10.如權(quán)利要求1所述的半導體存儲器件，其中該存儲電容器還包括一第二類樹枝狀導電層，其具有一似“一”型的剖面，該第二類樹枝狀導電層的一末端連接在該類樹干狀導電層的外表面上，以大致水平的方向往外延伸出；以及該介電層是形成在該類樹干狀導電層和第一、第二類樹枝狀導電層暴露出的表面上。
11.如權(quán)利要求10所述的半導體存儲器件，其中該類樹干狀導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；以及一上樹干部，大致以垂直方向自該下樹干部的上表面往上延伸出。
12.如權(quán)利要求11所述的半導體存儲器件，其中該下樹干部具有一似L型的剖面。
13.如權(quán)利要求12所述的半導體存儲器件，其中該上樹干部具有一似L型的剖面。
14.如權(quán)利要求12所述的半導體存儲器件，其中該上樹干部大致為實心筒狀。
15.如權(quán)利要求11所述的半導體存儲器件，其中該第二類樹枝狀導電層的該末端是連接在該上樹干部的外表面上。
16.如權(quán)利要求10所述的半導體存儲器件，其中該存儲電容器包括兩個大致平行的第一類樹枝狀導電層，每一個均具有一似L形的剖面，且其一末端均連接在該類樹干狀導電層的外表面上。
17.一種具有電容器的半導體存儲器件包括一基底；一轉(zhuǎn)移晶體管，形成在該基底上，并包括漏極和源極區(qū)；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，該存儲電容器包括一類樹干狀導電層，具有一底部，電連接到該轉(zhuǎn)移晶體管的該漏極和源極區(qū)之一上，該類樹干狀導電層還具有一向上延伸部，以一大致向上的方向，從該底部延伸出，至少一第一類樹枝狀導電層，包括一第一延伸段和一第二延伸段，該第一延伸段的一末端連接在該類樹干狀導電層的外表面上，大致以水平方向往外延伸出，該第二延伸段大致以垂直方向，從該第一延伸段的另一末端往下延伸出，該類樹干狀導電層和第一類樹枝狀導電層構(gòu)成該存儲電容器的一存儲電極，一介電層，形成在該類樹干狀導電層和該第一類樹枝狀導電層暴露出的表面上，以及一上導電層，形成在該介電層上，以構(gòu)成該存儲電容器的一相對電極。
18.如權(quán)利要求17所述的半導體存儲器件，其中該類樹干狀導電層具有一似T型的剖面。
19.如權(quán)利要求17所述的半導體存儲器件，其中該類樹干狀導電層大致為實心筒狀。
20.如權(quán)利要求17所述的半導體存儲器件，其中該類樹干狀導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；以及一上樹干部，大致以垂直方向自該下樹干部的上表面往上延伸出。
21.如權(quán)利要求20所述的半導體存儲器件，其中該下樹干部具有一似T型的剖面。
22.如權(quán)利要求21所述的半導體存儲器件，其中該上樹干部具有一似T型的剖面。
23.如權(quán)利要求21所述的半導體存儲器件，其中該上樹干部大致為實心筒狀。
24.如權(quán)利要求17所述的半導體存儲器件，其中該第一類樹枝狀導電層的該第一延伸段的一末端連接在該類樹干狀導電層的外表面上，而該第二延伸段則從四周的該第一延伸段的另一末端延伸出。
25.如權(quán)利要求17所述的半導體存儲器件，其中該第一類樹枝狀導電層的該第一延伸段的一末端連接在該類樹干狀導電層的外表面上，而該第二延伸段則從其中一側(cè)的該第一延伸段的另一末端延伸出。
26.如權(quán)利要求17所述的半導體存儲器件，其中該存儲電容器包括兩個大致平行的第一類樹枝狀導電層，每一個均具有一第一延伸段和一第二延伸段，且該第一延伸段的一末端均連接在該類樹干狀導電層的外表面上。
27.如權(quán)利要求17所述的半導體存儲器件，其中該存儲電容器還包括一第二類樹枝狀導電層，其具有一似“一”型的剖面，該第二類樹枝狀導電層的一末端連接在該類樹干狀導電層的外表面上，以大致水平的方向往外延伸出；以及該介電層形成在該類樹干狀導電層和第一、第二類樹枝狀導電層暴露出的表面上。
28.如權(quán)利要求27所述的半導體存儲器件，其中該類樹干狀導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；以及一上樹干部，大致以垂直方向自該下樹干部的上表面往上延伸出。
29.如權(quán)利要求28所述的半導體存儲器件，其中該下樹干部具有一似T型的剖面。
30.如權(quán)利要求29所述的半導體存儲器件，其中該上樹干部具有一似T型的剖面。
31.如權(quán)利要求29所述的半導體存儲器件，其中該上樹干部大致為實心筒狀。
32.如權(quán)利要求28所述的半導體存儲器件，其中該第二類樹枝狀導電層的該末端連接在該上樹干部的外表面上。
33.如權(quán)利要求27所述的半導體存儲器件，其中該存儲電容器包括兩個大致平行的第一類樹枝狀導電層，每一個第一類樹枝狀導電層的一末端均連接在該類樹干狀導電層的外表面上。
全文摘要
一種具有電容器的半導體存儲器件,包括一基底、一形成在該基底上的轉(zhuǎn)移晶體管與一存儲電容器。轉(zhuǎn)移晶體管的漏極和源極之一電連接到存儲電容器。電容器包含一類樹干狀導電層、至少一第一類樹枝狀導電層、一第二類樹枝狀導電層、一介電層與一上導電層,其中,類樹干狀導電層電連接到漏極和源極之一,而類樹枝狀導電層的一末端連接在類樹干狀導電層的外表面上,與類樹干狀導電層構(gòu)成一存儲電極,而上導電層則構(gòu)成一相對電極。
文檔編號H01L27/105GK1177839SQ9611288
公開日1998年4月1日 申請日期1996年9月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月26日
發(fā)明者趙芳慶 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司