專利名稱：用于制作無阻擋層的半導(dǎo)體存儲器裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制作集成的半導(dǎo)體存儲器裝置的方法和一種用該方法制作的存儲器裝置。
以半導(dǎo)體為襯底的存儲器裝置通常由許多個分別具有一個選擇晶體管和一個與該選擇晶體管相連的存儲電容器的存儲單元構(gòu)成。在制成這種存儲器裝置的過程中，第一電極通常被覆在導(dǎo)通連接部上，其中，分別有一個導(dǎo)通連接部使第一電極中的一個第一電極與選擇晶體管中的一個選擇晶體管連接。存儲電解質(zhì)被敷到第一電極上，第二電極又被敷到上述存儲電介質(zhì)上，使第一電極和第二電極以及其間的存儲電介質(zhì)形成一個與選擇晶體管之一相連的存儲電容器。
這種存儲器裝置譬如已由JP5-343615A公開。該公開的存儲器裝置具有第一和第二電極，該第一和第二電極位于半導(dǎo)體襯底之上的絕緣層的表面上并垂直于該絕緣層的表面。
用新型的鐵電材料作為存儲容器的存儲電介質(zhì)可制作出在失去供電壓后不丟失其以電荷的形式被存儲的信息的并且無需因出現(xiàn)漏電流定期刷新其存儲內(nèi)容的半導(dǎo)體存儲器。
采用絕大部分迄今公開的此種鐵電材料的問題在于在半導(dǎo)體過程中對這些鐵電材料的加工。淀積絕大部分此種鐵電材料是在含氧的氣氛中在高溫下進(jìn)行的。在上述方法中，其中存儲電介質(zhì)被敷在第一電極上，第一電極又處在一個通往選擇晶體管之一的、導(dǎo)通的連接部上，采用此種鐵電材料會導(dǎo)致導(dǎo)通連接部氧化，因為氧化在鐵電材料的淀積過程中穿過第一電極朝導(dǎo)通接部擴(kuò)散并使導(dǎo)通接部氧化。導(dǎo)通連接部氧化意味著存儲單元的存儲電容器和選擇晶體管之間的電氣連接的中斷，使存儲單元不再具有功能。
用于避免在鐵電材料淀積過程中導(dǎo)致導(dǎo)通連接部氧化的技術(shù)方案規(guī)定，在導(dǎo)通接部和第一電極之間敷加阻擋層，其中，阻擋層必須是可導(dǎo)電的，而又必須能抗氧化的并必須防止氧氣穿過該阻擋層擴(kuò)散。采用阻擋層的缺點在于難于尋找適合的材料，這種材料既能導(dǎo)電，又能阻止氧氣通過并可抗氧化，并且能以適宜的方式被敷到導(dǎo)通接部上。
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種制作集成的半導(dǎo)體存儲器裝置的方法，在該方法中可用鐵電材料建立待建立的存儲電容器的存儲電介質(zhì)并且可棄用導(dǎo)通連接部和第一電極之間的阻擋層，據(jù)此，特別是不出現(xiàn)上述缺點，本發(fā)明的另一任務(wù)在于提供按上述方法制作的存儲器裝置。
解決上述任務(wù)的技術(shù)方案在于一種用于制作集成的半導(dǎo)體存儲器裝置的、具有如下方法步驟的方法-制備一個由具有半導(dǎo)體襯底和一個位于該半導(dǎo)體襯底上的絕緣層的選擇晶體管構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，-在選擇晶體管的位于半導(dǎo)體襯底內(nèi)的源極區(qū)的上方的絕緣層中建立通路接觸孔，-把一輔助層敷在絕緣層的以下被稱作第一主面的表面上并隨后在該輔助層上蝕刻出凹槽，-在凹槽的側(cè)面上建立第一電極，-把存儲電介質(zhì)敷到第一電極上，-把第二電極敷到存儲電介質(zhì)的暴露面上，-去除輔助層，-分別在第一電極之一和選擇晶體管之一的源極區(qū)之間建立導(dǎo)通連接部。
在發(fā)明的、用于制作存儲器裝置的方法中，在存儲電介質(zhì)被淀積之后才建立兩個電極之一，在此是第一電極，和選擇晶體管之間的導(dǎo)通連接部。
該方法適于把任何的電介質(zhì)用作集成的半導(dǎo)體存儲器裝置中的存儲電容器的存儲電介質(zhì)。該方法特別適于把鐵電的材料用作存儲電介質(zhì)，因為在發(fā)明的方法中不會出現(xiàn)前面提及的問題，如在存儲電介質(zhì)淀積過程中的導(dǎo)通連接部的氧化問題。此外，發(fā)明的方法是可借助迄今公開的、用于制作存儲器裝置的方法輕易地實施的。
發(fā)明的改進(jìn)是從屬權(quán)利要求的主題。
可考慮用不同的方法在凹槽的側(cè)面上建立第一電極。發(fā)明的一個實施形式規(guī)定，通過朝第一主面淀積由電極材料構(gòu)成的第一層建立第一電極，其中，該第一層隨后被分割成后來的第一電極的面的分段。該分割最好是通過從輔助層的平行于第一主面伸展的面上和/或從第一主面的暴露的范圍上去除第一層來完成。第一主面的暴露的范圍譬如通過在輔助層中建立凹槽可得以形成，其中，凹槽范圍內(nèi)的輔助層是完全被去除了的。凹槽的截面最好呈矩形，據(jù)此，形成的第一電極幾乎是垂直于第一主面的。
隨后，建立存儲電介質(zhì)和第二電極，最好是通過相繼的淀積把一電介質(zhì)層朝第一主面方向敷到第一電極上并隨后把由電極材料構(gòu)成的第二層朝第一主面方向敷到電介質(zhì)層上進(jìn)行的。然后，從輔助層的平行于第一主面伸展的、位于凹槽之外的面上去除這兩層新敷加的電介質(zhì)層和由電極材料構(gòu)成的第二層。為了能在下一方法步驟中去除輔助層，去除上述兩層新敷加的電介質(zhì)層和由電極材料構(gòu)成的第二層是必要的。
為了在去除輔助層之后穩(wěn)定由第一電極、存儲電介質(zhì)和第二電極構(gòu)成的、在應(yīng)用具有矩形截面的凹槽的情況下幾乎垂直于第一主面的存儲電容器，在發(fā)明的另一實施形式中建議，朝第一主面方向淀積一穩(wěn)定層，該穩(wěn)定層隨后部分地連同電介質(zhì)層和第二層從輔助層的平行于第一主面伸展的面上被去除。剩余的穩(wěn)定層在部分地去除電介質(zhì)層和第二層之后保留在凹槽內(nèi)。
為了能在下一方法步驟中從第一主面上和從通路接觸孔中完全去除輔助層，從輔助層的平行于第一主面伸展的面上去除電介質(zhì)層、由電極材料構(gòu)成的第二層和或許還去除穩(wěn)定層是必要的。
在去除輔助層之后，選擇晶體管的源極區(qū)得以暴露并可與相應(yīng)的第一電極連接。發(fā)明的一個實施形式規(guī)定，導(dǎo)通連接部的建立是通過向一個處于第一電極之內(nèi)的范圍填充導(dǎo)電材料完成的。
按照發(fā)明的一個實施形式用作存儲電介質(zhì)的、迄今公開的絕大部分鐵電材料的鐵電性能與溫度有關(guān)。這些鐵電材料在表示其特性的溫度以下時呈鐵電特性，而在該表示其特性的溫度以上時則呈順電特性，其中，在順電狀態(tài)下的介電常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于迄今所用的存儲電介質(zhì)的介電常數(shù)。在幾種鐵電材料中，在其以下呈鐵電性能的溫度是很低的，因此，從技術(shù)角度著眼，采用的是僅以順電狀態(tài)出現(xiàn)的鐵電材料，其順電狀態(tài)下的介質(zhì)常數(shù)分別大于10，最好是大于100。
發(fā)明的一個實施形式規(guī)定，把其介電常數(shù)分別大于10的材料用作存儲電介質(zhì)，這些材料譬如可以是在前面提及的、在表示其特性的溫度以上被采用的鐵電材料。
發(fā)明的一個實施形式規(guī)定，把氧化的電介質(zhì)用作存儲電介質(zhì)。屬于此類物質(zhì)的譬如有SBTN SrBi2(Ta1-xNbx)2O9、SBT SrBi2Ta2O9、PZT(Pb、Zr)TiO3、BST(Ba、Sr)TiO3或ST SrTiO3。分子式(Pb·Zr)TiO3指的是PbxZr1-xTiO3。Pb和Zr在該物質(zhì)中所占的份額可改變，其中，由Pb和Zr構(gòu)成的配比確定是該電介質(zhì)的溫度特性，即確定溫度，在該溫度以下時，該電介質(zhì)具有鐵電性能，而在該溫度以上時，該電介質(zhì)具有順電性能。分子式(Ba·Sr)TiO3指的是BaxSr1-xTiO3，在該物質(zhì)中，溫度特性主要可取決于Ba與Sr之比。所述物質(zhì)的上述列表肯定是不完整的。這些物質(zhì)之一被選作存儲電介質(zhì)主要與制作過程中的加工因素有關(guān)并且也與半導(dǎo)體存儲器裝置的應(yīng)用時的因素，如環(huán)境溫度有關(guān)。
按照發(fā)明的方法制作出的半導(dǎo)體存儲器裝置是從屬權(quán)利要求9至12的主題。
下面借助附圖結(jié)合實施例詳細(xì)說明本發(fā)明。附圖所示為

圖1發(fā)明的、用于制作存儲器裝置的方法，圖2按照該方法制作的存儲器裝置的俯視圖。
在以下附圖中，在沒有另外說明的情況下，相同的標(biāo)號表示具有相同意義的相同構(gòu)成部分。
在圖1中借助多個在圖1a至1k中示出的方法步驟說明了發(fā)明的、用于制作存儲器裝置的方法。
圖1a示出由選擇晶體管2構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的一個局部的截面圖，這些選擇晶體管2具有半導(dǎo)體襯底3，在半導(dǎo)體襯底3上敷有一絕緣層10。所示的選擇晶體管2的一個漏極區(qū)6和一個源極區(qū)4位于半導(dǎo)體襯底3中，選擇晶體管的一個柵極8位于其上方的絕緣層10內(nèi)。源極區(qū)4和源極區(qū)6可譬如由半導(dǎo)體襯底3的具有與半導(dǎo)體襯底3的導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型的參雜的范圍構(gòu)成。在源極區(qū)4的上方置入絕緣層10中的通路接觸孔可使以后建立選擇晶體管2的源極區(qū)4和設(shè)在絕緣層10的第一主面上的電極之間的導(dǎo)通連接部成為可能。為清晰起見，在下面的圖中不明顯地示出半導(dǎo)體襯底3并且不標(biāo)示漏極區(qū)6和柵極8的標(biāo)號。此外，在下面的圖中也不示出附加的接線，如在這種半導(dǎo)體存儲器裝置中通常使一定數(shù)量的選擇晶體管2相互連接的字線和位線。這種由選擇晶體管2構(gòu)成的結(jié)構(gòu)可是完全預(yù)制的并可用于不同的、用以制作具有各種各樣規(guī)格的存儲電容器的存儲器裝置的方法。
圖1b示出了圖1a所示的、由選擇晶體管2構(gòu)成的結(jié)構(gòu)在經(jīng)過下一方法步驟后的狀況，在該下一方法步驟中，一具有凹槽15的輔助層16被敷在絕緣層10的第一主面14上。在該實施例中所示的凹槽具有矩形的截面并可譬如通過對輔助層16進(jìn)行各向異性的蝕刻被建立。譬如氮化硅Si3N4可被用作構(gòu)成輔助層的材料。如圖所示，輔助層也填滿了選擇晶體管2的源極區(qū)4上方的通路接觸孔12。在圖示的實施例中，在凹槽15的范圍內(nèi)，絕緣層10的第一主面14的部分是暴露的。但也可規(guī)定其深度小于輔助層16的厚度的凹槽，據(jù)此，第一主面14是完全沒覆蓋的。
圖1c示出了圖1b所示的結(jié)構(gòu)在經(jīng)過后步方法步驟后的狀況，在這些方法步驟中，第一電極18被敷在輔助層16的側(cè)面20上。建立第一電極可譬如通過朝第一主面14方向淀積由電極材料構(gòu)成的第一層來完成，其中，通過從輔助層16的平行于第一主面14伸展的面上和從第一主面的暴露的部分上去除第一層可得到第一電極18。從上面提及的部分上去除第一層可譬如通過對由電極材料構(gòu)成的第一層進(jìn)行各向異性的蝕刻來完成，據(jù)此，只在輔助層的幾乎垂直于主面14伸展的側(cè)面20上保留有第一層。譬如鉑可被用作由電極材料構(gòu)成的第一層的材料。
圖1d示出了圖1c所示的結(jié)構(gòu)在下一方法步驟后的狀況，在該下一方法步驟中，在圖1c所示的結(jié)構(gòu)上首先淀積電介質(zhì)層22′并隨后在電介質(zhì)層22′上淀積由電極材料構(gòu)成的第二層24′。在下一方法步驟中，一穩(wěn)定層26′被淀積在圖1d所示的結(jié)構(gòu)上，據(jù)此，得出圖1e所示的結(jié)構(gòu)截面。譬如多晶硅或一種絕緣材料可被用作穩(wěn)定層26′的材料。
圖1f示出了圖1e所示的結(jié)構(gòu)在去除了該結(jié)構(gòu)的在位于在圖1e中繪出的A-A′線的上方各層之后的狀況。如圖1f所示，在去除上述各層之后，輔助層16朝上是暴露的并且電介質(zhì)22′、由電極材料構(gòu)成的第二層24′和穩(wěn)定層26′在凹槽15之外是從輔助層16的平行于第一主面伸展的面上被去除了的。去除這些層可譬如通過CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)過程來完成。如圖1e所示，線A-A′的選擇準(zhǔn)則在于，在去除上述各層時，輔助層的一小部分也被去除。據(jù)此，即使存在不平度，也可確保所述的各層從所希望的范圍上被去除。電介質(zhì)層22′的、由電極材料構(gòu)成的第二層24′的和穩(wěn)定層26′的留在凹槽15中的部分在下面依照上述次序被稱作存儲電介質(zhì)22、第二電極24和穩(wěn)定裝置26。
圖1g示出了圖1f所示的結(jié)構(gòu)在下一方法步驟后的狀況，在該下一方法步驟中，輔助層16從第一主面14上并從通路接觸孔12中完全被去除。在該圖中，穩(wěn)定裝置26的功能變得清晰可見，這些穩(wěn)定裝置26機(jī)械地穩(wěn)定留存在第一主面14上的、由第一電極18、存儲電介質(zhì)22和第二電極24構(gòu)成的存儲電容器。
圖1h示出了圖1f所示的結(jié)構(gòu)在下一方法步驟后的狀況，在該下一方法步驟中，由導(dǎo)電材料，如多晶硅構(gòu)成的第三層28′被淀積。該導(dǎo)電材料的功能是建立選擇晶體管的源極區(qū)4和存儲電容器的第一電極18之間的導(dǎo)通連接部。在下一方法步驟中，由導(dǎo)電材料構(gòu)成的第三層28′必須如此地被去除，即只分別是選擇晶體管2之一與第一電極18之一相連。如此地去除第三層28可譬如通過化學(xué)機(jī)械拋光過程來完成，據(jù)此，第三層28′被一直蝕刻至該第三層28′的高度不再超過第一電極18的高度為止。
在圖示的實施例中，蝕刻至圖1h所示的、位于第一電極18下方的線BB′為止，因此，存儲電容器的一小部分也可被去除。據(jù)此，如圖1i所示，可保證建立分別使第一電極18之一和選擇晶體管2之一的源極區(qū)4連接的導(dǎo)通連接部28。
圖1k示出了圖1i所示的結(jié)構(gòu)在下一方法步驟之后的狀況，在該下一方法步驟中，第二絕緣層30被淀積在圖1i所示的結(jié)構(gòu)上。在半導(dǎo)體存儲器裝置中所用的存儲電容器的電容與第一電極18的面積成正比。圖示的實施例表明，通過提高第一電極18可進(jìn)一步增加存儲電容器的電容。
圖2以俯視圖的形式示出了用發(fā)明的方法制作的半導(dǎo)體存儲裝置的一部分，在該局部示圖中示出了四個存儲單元。該俯視圖表明，第一電極18包括絕緣層10的第一主面14的一部分，在該部分內(nèi)分別設(shè)有通路接觸孔12，通過通路接觸孔12，第一電極18和選擇晶體管2之一的位于該接觸孔12之下的源極區(qū)4之間的連接部被建立。此外，圖2還示出了位于存儲電容器之間的穩(wěn)定裝置26。
權(quán)利要求
1．一種用于制作集成的半導(dǎo)體存儲器裝置的、具有如下方法步驟的方法一制備一個由具有半導(dǎo)體襯底(3)和一個位于該半導(dǎo)體襯底(3)上的絕緣層(10)的選擇晶體管(2)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，-在位于選擇晶體管(2)的源極區(qū)(4)的上方的絕緣層(10)中建立通路接觸孔(12)，-把一輔助層(16)敷在絕緣層(10)的表面(14)上并隨后在該輔助層(16)上蝕刻出凹槽(15)，-在凹槽(15)的側(cè)面(20)上建立第一電極(18)，-把存儲電介質(zhì)(22)敷到第一電極(18)上，-把第二電極(24)敷到存儲電介質(zhì)(22)的暴露面上，-去除輔助層(16)，-分別在第一電極(18)之一和選擇晶體管(2)之一的源極區(qū)(4)之間建立導(dǎo)通連接部(28)。
2．按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過淀積由電極材料構(gòu)成的第一層建立第一電極(18)，該第一層隨后從輔助層的平行于表面(14)伸展的面上和/或從第一表面的暴露的范圍上被去除。
3．按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，敷設(shè)存儲電介質(zhì)(22)和建立第二電極是通過一電介質(zhì)層(22′)和由電極材料構(gòu)成的一第二層(24′)在朝向第一表面(14)方向上的相繼沉積而成的，然后，從輔助層(16)的平行于表面(14)伸展的、位于凹槽(15)之外的面上去除這兩個層(22′、24′)。
4．按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在從輔助層(16)的平行于表面(14)伸展的面上去除兩層(22′、24′)之前，一穩(wěn)定層(26′)被淀積在第二層(24′)上，該穩(wěn)定層(26′)在去除兩層(22′、24′)時被部分地去除。
5．按照以上權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，建立導(dǎo)通連接部(28)是通過用導(dǎo)電的材料填滿位于第一電極(18)內(nèi)的區(qū)域完成的。
6．按照以上權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，存儲電介質(zhì)具有鐵電的性能。
7．按照以上權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，存儲電介質(zhì)(22)具有大于10的介電常數(shù)。
8．按照以上權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，存儲電介質(zhì)(22)是一種氧化的電介質(zhì)，特別是SBTN SrBi2(Ta1-xNbx)2O9,SBTSrBi2Ta2O9,PZT(Pb、Zr)TiO3,BST(Ba、Sr)TiO3或ST SrTiO3。
全文摘要
特別是在用鐵電的材料作為存儲電介質(zhì)的情況下用于制作半導(dǎo)體存儲器裝置的方法,其中,存儲電容器的一個第一電極和一個選擇晶體管之間的導(dǎo)通連接部在淀積存儲電介質(zhì)之后才被建立;以及用該制作方法制作出的存儲器裝置。
文檔編號H01L27/108GK1227000SQ97196947
公開日1999年8月25日 申請日期1997年9月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月30日
發(fā)明者G·欣德勒, W·哈特納, F·辛特邁爾, C·馬祖雷－埃斯佩霍 申請人:西門子公司