專利名稱：存儲單元裝置及其制作方法
在存儲單元裝置中，特別是在動態(tài)存儲器裝置中，信息以電荷的形式被存儲在各個存儲單元中。其中，電荷大多被存儲在存儲電容器中。其中，電荷只有在有限的時間內保留在存儲電容器中。在現今的動態(tài)存儲器裝置中，在存儲電容器中的保持時間為約2至3秒。為了更長時間地保留存儲的信息，這些存儲的信號應被定期刷新。
實踐表明，存儲單元裝置中的各個存儲單元具有波動很大的保持時間。這就是說，在這些存儲單元中的保持時間在很短的數值之間，譬如在10毫秒和一般的2至3秒之間波動，這種又稱為可變的滯留時間故障是不可預見的。
發(fā)明的任務在于提供一種存儲單元裝置，在該存儲單元中，存儲的電荷的保持時間的波動有所減少。此外，發(fā)明的任務還在于提供一種用于制作這種存儲單元裝置的方法。
按照發(fā)明，解決以上任務的技術方案在于權利要求1所述的存儲單元裝置以及權利要求6所述的、用于制作這種存儲單元裝置的方法。其它的權利要求描述了發(fā)明的其它實施形式。
在具有其中在電容器極板的多晶的半導體材料和單晶的半導體區(qū)之間存在電氣連接的存儲單元的存儲單元裝置中，在多晶的半導體材料和單晶的半導體區(qū)之間的電氣連接的范圍內設有非晶形的材料構成的小島。這些由非晶形的材料構成的小島穩(wěn)定單晶的半導體區(qū)和電容器極板的多晶的半導體材料之間的界面。據此，使如下情況得以避免，即在制作過程中，特別是在熱處理步驟中，多晶的半導體材料和單晶的半導體區(qū)之間的界面因如下原因發(fā)生變化，即一方面出現從單晶的半導體區(qū)的表面向多晶的半導體材料中的外延生長和另一方面出現從多晶的半導體材料向單晶的半導體區(qū)中的晶粒生長。
這些小島最好以不規(guī)則的點陣形式呈面地設在電氣連接的范圍內。
這些小島的形狀可以是多種多樣的。這些小島特別是為球形、橢圓形、旋轉橢圓形或不規(guī)則的形狀。各個小島特別是可為不同的形狀。
發(fā)明從如下考慮出發(fā)可變的滯留時間故障效應在存儲單元中被觀察，在這些存儲單元中，在單晶的半導體區(qū)和電容器極板的多晶的半導體材料之間存在電氣連接?？勺兊臏魰r間故障效應特別是在這樣的存儲單元中被觀察，在這些存儲單元中，在單晶的半導體區(qū)中設有一個選擇晶體管，該選擇晶體管的源/漏區(qū)與一個設在一個槽內的、由多晶的半導體材料構成的電容器極板電氣連接。該可變的滯留時間故障效應也出現在具有多層式電容器的存儲單元中。
試驗表明，有可變的滯留時間故障效應的存儲單元在單晶的半導體區(qū)中顯示出晶體缺陷，該晶體缺陷出自單晶的半導體區(qū)和多晶的半導體材料之間的界面。這些缺陷被視為多晶的半導體材料和單晶的半導體區(qū)之間的不穩(wěn)定的界面的結果。
按照發(fā)明，在多晶的半導體材料和單晶的半導體區(qū)之間設有由非晶形的材料構成的小島。這些小島既對單晶的半導體區(qū)的表面又對多晶的半導體材料的表面造成機械壓力。該對所述的表面造成的機械壓力在熱處理過程中可防止出自單晶的半導體區(qū)的表面的外延生長和出自多晶的半導體材料的晶粒生長。通過出自多晶的半導體材料的晶粒生長，在多晶的半導體材料中存在的晶格缺陷被傳遞到單晶的半導體區(qū)中。從單晶的半導體區(qū)的表面到多晶的半導體材料中外延生長在單晶的半導體區(qū)中也造成晶體缺陷。在發(fā)明的存儲單元裝置中，這些可導致位錯的缺陷通過設置由非晶形的材料構成的小島被避免。
同時，由非晶形的材料構成的小島可確保多晶的半導體材料和單晶的半導體區(qū)之間的電氣接觸，因為載流子可穿過由非晶形的材料構成的小島之間從多晶的半導體材料達到單晶的半導體區(qū)中。此外，摻雜物可在多晶的半導體材料和單晶的半導體區(qū)之間擴散。
絕緣的材料，特別是SiO2或Si3N4和導電的材料，特別是鎢或其它的高熔點的金屬均適于用作由非晶形的材料構成的小島。
單晶的半導體區(qū)特別是半導體襯底的構成部分，該半導體襯底至少在電氣連接的范圍內具有單晶硅。單晶的硅片或SOI-襯底的多晶的硅層適用作半導體襯底。
由非晶形的材料構成的小島最好由氧化硅構成。
在制作存儲單元裝置時，最好把一層具有預先給定的厚度的非晶形的層鍍敷到電氣連接范圍內的單晶的半導體區(qū)的表面上。在該鍍敷層上再鍍敷上多晶的半導體材料。其中，非晶形層確保多晶的半導體材料多晶地生長。為了形成由非晶形的材料構成的小島，最好進行屆時非晶形層分解到小島中的熱處理步驟。
在與雙極性晶體管相關的情況下，通過熱處理過程由事先貫通的氧化物層形成氧化物小島這種方法已被H.Schaber等人在IEDM1987，第170～173頁中公開。其中，采用這種熱處理步驟的目的在于割裂所謂的原氧化物層或儲存氧化物層，該原氧化物層或儲存氧化物層在暴露的硅表面上不可控地形成并在雙極性的晶體管中，在發(fā)射極的表面上導致發(fā)射極和發(fā)射極引線之間的電阻值增大。通過在雙極性晶體管中對層間氧化物層的熱割裂，發(fā)射極電阻被改善?？墒?，H.Schaber等人在IEDM1987，第170～173頁中代表的文獻沒有指出由非晶形的材料構成的小島對在單晶的半導體區(qū)中形成缺陷的影響。
單晶的半導體區(qū)特別是選擇晶體管的一個源/漏區(qū)。電容器極板特別是設在一個蝕刻入一個半導體襯底中的槽中并且是一個所謂的槽電容器的構成部分，該槽電容器除具有電容器極板外，還具有電容器介質和半導體襯底的一個與槽相鄰的部分作為反電極。電容器極板也可設在其內設有選擇晶體管的半導體襯底的表面上并且可以是多層式電容器的構成部分。
小島最好是如此設置的，即相鄰的小島之間的距離與小島的直徑之比為至多10∶1，最好為至多2∶1和1∶1之間。這種設置可確保通過小島造成的壓力均勻地分布到電氣連接范圍內的單晶的半導體區(qū)的表面上并據此沿整個范圍防止缺陷的形成。
平行于單晶的半導體區(qū)的表面，小島最好具有0.5納米至50納米的尺寸范圍。相鄰的小島之間的距離也為0.5納米至50納米。垂直于單晶的半導體區(qū)的表面，小島的厚度為0.5納米至15納米。其中，其上設有小島的表面分別被視為單晶的半導體區(qū)的表面。該表面特別是可處在其中設有電容器極板的槽的墻的上部范圍內，并且是垂直于半導體襯底的主面伸展的。
按照一個優(yōu)選的實施形狀，平行于單晶的半導體區(qū)的表面，小島具有8納米至約12納米的尺寸范圍。相鄰的小島之間的距離為約12納米。垂直于單晶的半導體區(qū)的表面，小島的厚度為約8納米。
在制作存儲單元裝置時，非晶形的層最好通過熱氧化被建立。為了確?？煽氐刂谱骶哂蓄A先給定厚度的非晶形層，在制作時，在氧化的氣氛中，遵守預定溫度和時間。其中，氧化的氣氛可通過殘余氣體中的氧、大氣中的氧、特別是空氣中的氧，或通過有目的地加入的、具有氧的反應氣體被實現。在較低的溫度下，特別是在500℃至625℃的溫度下進行熱氧化對非晶形層的層厚的可控制性是有利的。
用于建立小島的熱處理最好在450℃和1150℃之間的范圍內進行。其中，如下情況被利用，即在如此高的溫度時，小島自發(fā)地被形成，這些上島的直徑和間距是可通過非晶形層的厚度預先給定的。
由非晶形的材料構成的小島也可以其它的方式，譬如通過非晶形層的淀積被形成，其中，淀積借助統計形成的掩膜或借助電子束蝕刻被建立。
下面詳細說明在附圖中所示的實施例。附圖中的示圖不是成比例的。附圖所示為

圖1具有一層非晶形層和一層多晶的半導體層的單晶半導體區(qū)，圖2在通過熱處理建立小島之后，具有多晶的半導體層的單晶半導體區(qū)，圖3具有分別有一個選擇晶體管和一個槽電容器的存儲單元的存儲單元裝置的截面圖。
一層非晶形的層2被鍍敷到單晶的半導體區(qū)1的表面上(該單晶的半導體區(qū)1是一個單晶的硅片的或一層單晶的硅層的構成部分，該單晶的硅層或單晶的硅片設在SOI-襯底的一層被掩蓋的隔離層的表面上)并且一層多晶硅層3被鍍敷到非晶形層2上(見圖1)。非晶形層2在控制其厚度0.5納米的情況下由SiO2形成。
為了建立非晶形層2，單晶的半導體區(qū)1的表面先通過用氫氟酸蝕刻被凈化。屆時，在暴露的半導體表面上偶然和不受控制地生長出的原氧化物(又稱儲存氧化物)被完全消除。隨后，具有經蝕刻暴露的表面的、單晶的半導體區(qū)1被裝入爐內。在裝入爐中時，暴露的半導體表面處于大氣之中，屆時重新發(fā)生原氧化物。發(fā)生的原氧化物的厚度與單晶的半導體區(qū)1的摻雜濃度、與晶體走向和與裝爐過程的持續(xù)時間有關。如果單晶的半導體區(qū)的摻雜濃度為1017cm-3砷并且裝爐的持續(xù)時間為1小時，則在單晶的半導體區(qū)1的晶體走向為<100>的情況下形成其厚度為0.3納米的原氧化物層。進爐是在盡可能低的溫度時，即500℃時進行的。
在裝爐后，爐子被關閉并且通過具有最終厚度的非晶形層2通過對加熱溫度和氧化持續(xù)時間的精確控制被形成。在溫度為500℃和氧化持續(xù)時間為6分鐘的情況下，形成其最終層厚為0.5納米的非晶形層2。在裝爐時形成的原氧化物也是非晶形層2的一部分。
在爐子被關閉后殘余的和含氧的大氣用作形成非晶形層2時的爐內氧化氣氛。
在形成具有預定厚度的非晶形層2之后，爐內的氧化氣氛被抽走。爐內溫度被升高到隨后淀積多晶硅層3所需的淀積溫度625℃。該淀積是在應用含硅的過程氣體，譬如硅烷的情況下進行的。淀積時的過程氣體不含氧，據此，非晶形層2的厚度保持不變。多晶硅層3以300納米的厚度被淀積。
通過在950℃和1150℃之間的溫度范圍內的熱處理，到此時連續(xù)的非晶形層2被割裂并且由此形成由非晶形的材料構成的小島2′。這些小島2′呈面地位于單晶的半導體區(qū)1的表面和多晶硅層3之間。各個小島2′是球形的、橢圓形的或不規(guī)則形狀的。此外，布局是不均勻覆蓋的。
如果非晶形層以0.5納米的層厚被形成并且熱處理步驟在1100℃的溫度下進行5秒鐘，則產生基本上橢圓形的小島2′并且其平行于單晶的半導體區(qū)1的尺寸為8納米至20納米，相鄰的小島2′間的距離為12納米。小島2′的垂直于單晶的半導體區(qū)1的表面的厚度為8納米。如此地設置小島2′一方面可保證在單晶的半導體區(qū)1和多晶硅層3之間具有熱力學穩(wěn)定的界面，另一方面可使多晶硅層3和單晶的半導體區(qū)1之間以確定的電觸點進行電氣連接。
在淀積多晶硅層3和用以建立小島2′的熱處理步驟之間一般還進行許多其它的過程步驟。用于建立小島2′的熱處理步驟譬如可與用于使摻雜物活化和/或擴散的熱處理步驟同時進行。
用于建立非晶形層2的氧化氣氛也可通過有目標的供氧被形成。為此，譬如可采用一座有真空閘門的熱處理爐，在把單晶的半導體區(qū)置入之后，向爐內供氧氣。此外，也可采用一座在其內為3去除不受控制地生長出的原氧化物單晶的半導體區(qū)1被凈化蝕刻的爐子。通過有目標地供氧，非晶形層2隨后受到控制地被延生。不僅在其內非晶形層2和多晶硅層3在同一室內被形成的爐子適用作熱處理爐，而且多室式爐也適用作熱處理爐。非晶形層2也可在多晶硅層3被淀積時所用的同一溫度下被形成。可是，在這種情況下，須很精確地控制氧化的持續(xù)時間和供氧量。
為了制作具有分別有一個溝道電容器和一個選擇晶體管的存儲單元的存儲單元裝置，在P型摻雜的、具有<100>走向的硅襯底10中，深度為8微米的槽11通過掩蔽的、各向異性的蝕刻被形成。
電容器介質12在槽11的表面上被形成。該電容器介質12作為由第一SiO2層、Si3N4層和第二SiO2層構成的、總厚度為5納米的三重疊層被形成。
電容器介質12分別在槽11的側面11′的上部范圍內被去除，據此，單晶的硅襯底10的表面在側面11′的上部范圍內被剝露。如借助圖1和2所說明的那樣，在側面11′的上部范圍內，在單晶的硅襯底10的剝露的表面上，一層由SiO2構成的、其厚度為0.5納米的非晶形層受到控制地被建立，在后步過程步驟中，由該非晶形層形成由非晶形的材料構成的小島13。結合關系到圖1和2所進行的描述也適用于由SiO2構成的非晶形層的建立。
通過淀積有摻雜的多晶硅層，由多晶硅構成的電容器極板14被建立，這些電容器極板14基本上充滿槽11。在由多晶硅構成的電容器極板14和單晶的硅襯底10之間，以受控制的厚度生長的、非晶形的層設在側面11′的上部，據此，構成電容器極板14的多晶硅層受控制地、多晶地生長。
隨后，在硅的局部氧化(LOCOS)過程或在淺的槽隔離(STI)過程中建立隔離結構15，隔離結構15分別罩住兩個相鄰的槽11的側面11′的上部。
隨后，在單晶的硅襯底10的主面上敷上柵極介質16，該柵極介質16通過熱氧化被建立，其層厚為12.5納米。
字線17隨后被建立，其中，在兩個相鄰的槽11之間設有兩條字線17。字線17被譬如由SiO2構成的字線絕緣18包圍。
通過注入磷和/或砷，一個源/漏區(qū)19在字線17和相鄰的槽11之間被建立并且一個共同的源/漏區(qū)20在兩條字線之間被建立。
隨后，在1100℃的溫度下進行熱處理步驟，處理時間為5秒鐘，在該熱處理步驟中，一方面，源/漏區(qū)19、20的摻雜物被活化和被擴散，另一方面，由非晶形的材料構成的小島13通過割裂設在側面11′上的非晶形層被建立。由非晶形的材料構成的小島13基本上是橢圓形的，并且其平行于側面11′的尺寸為8納米至20納米。其垂直于側面11′的厚度為約8納米。相鄰的小島13之間的距離為約12納米。小島13可使電容器極板14和硅襯底10中的單晶的源/漏區(qū)19之間的界面變得穩(wěn)定并且特別是防止出自該界面進入源/漏區(qū)19、20和硅襯底10的任何缺陷(在圖3中的小島13的示圖是示意性的并且是被大大地放大了的。實際上，在圖示的截面上有許多小島13)。
隨后以公開的方式制作存儲單元裝置，特別是鈍化層21被淀積，在該鈍化層21中，接往共同的源/漏區(qū)20的位線接點22被建立。
存儲單元裝置中的每個存儲單元具有一個槽電容器和一個選擇晶體管。槽電容器分別由電容器極板14、電容器介質12和周圍的、P型摻雜的襯底材料構成。選擇晶體管分別由源/漏區(qū)19、20。位于19、20之間的柵極介質16和相應的字線17構成。電容器極板14與源/漏區(qū)19之一電氣連接，由非晶形的材料構成的小島13設在該電氣連接的范圍內。
權利要求
1．具有存儲單元的存儲單元裝置，在這些存儲單元之中，在電容器極板(14)的多晶的半導體材料和單晶的半導體區(qū)(19)之間存在電氣連接，其中，由非晶形的材料構成的小島(13)設在多晶的半導體材料(14)和單晶的半導體區(qū)(19)的電氣連接的范圍內。
2．按照權利要求1所述的存儲單元裝置，其中，小島(13)的設置準則在于，相鄰的小島(13)之間的距離與小島(13)的直徑之比為至多10∶1。
3．按照權利要求1或2所述的存儲單元裝置，-其中，電容器極板(14)是存儲電容器的一部分，該存儲電容器為槽電容器結構，-其中，單晶的半導體區(qū)(19)是選擇晶體管的一個源/漏區(qū)，該選擇晶體管設在半導體襯底(10)中。
4．按照權利要求1至3之一所述的存儲單元裝置，-其中，單晶的半導體區(qū)(19)至少在電氣連接的范圍內具有單晶的硅，-其中，電容器極板(14)至少在電氣連接的范圍內具有多晶的硅，-其中，小島(13)具有SiO2。
5．按照權利要求1至4之一所述存儲單元裝置，其中，平行于單晶的半導體區(qū)(19)的表面，小島(13)具有0.5至50納米的尺寸范圍并且相鄰的小島(13)之間的距離為0.5納米至50納米，并且垂直于單晶的半導體區(qū)(19)的表面，小島(13)具有0.5納米至15納米的厚度。
6．用于制作具有存儲單元的存儲單元裝置的方法，在存儲單元中，電氣連接在電容器極板的多晶的半導體材料和單晶的半導體區(qū)之間被建立，-其中，在電氣連接的范圍內，一非晶形的層(2)在單晶的半導體區(qū)(1)的表面上以預定的厚度被建立，-其中，電容器極板的多晶的半導體材料(3)被鍍敷到非晶形的層(2)上，-其中，熱處理步驟被進行，在該步驟中，從非晶形的層(2)中建立由非晶形的材料構成的小島(2′)。
7．按照權利要求6所述的方法，其中，小島的建立準則在于，相鄰的小島(2′)之間的距離與小島(2′)的直徑之比為至多10∶1。
8．按照權利要求6或7所述的方法，-其中，單晶的半導體區(qū)(1)的表面通過蝕刻被剝落，-其中，非晶形的層(2)在氧化的氣氛中，在預定的溫度和氧化時間中通過熱氧化被建立，-其中，多晶的半導體材料(3)在一個爐中被淀積，在該爐中，熱氧化事先至少部分地被進行。
9．按照權利要求8所述的方法，其中，熱氧化在低于淀積多晶的半導體材料(3)時所用的溫度下被進行。
10．按照權利要求8或9所述的方法，-其中，單晶的半導體區(qū)(1)至少在電氣連接的范圍內具有硅，-其中，電容器極板至少在電氣連接的范圍內具有多晶的硅，-其中，非晶形的層由SiO2形成，-其中，非晶形的層在500至625時和經過4至8分鐘的氧化時間通過熱氧化被建立，-其中，用于建立小島(2′)的熱處理是在950至1150℃時進行的。
11．按照權利要求6至10之一所述的方法，其中，平行于單晶的半導體區(qū)(1)的表面，小島(2′)具有0.5至50納米的尺寸并且相鄰的小島(2′)之間的距離為0.5至50納米，并且垂直于單晶的半導體區(qū)(1)的表面，小島(2′)具有0.5至15納米的厚度。
12．按照權利要求6至11之一所述的方法制作的、具有存儲單元的存儲單元裝置，在存儲單元中，在電容器極板的多晶的半導體材料和單晶的半導體區(qū)之間存在電氣連接。
全文摘要
在一個具有存儲單元的存儲單元裝置中,在其存儲單元中,在電容器極板(14)的多晶的半導體材料和單晶的半導體區(qū)(19)之間存在電氣連接,由非晶形的材料構成的小島(13)設在多晶的半導體材料和單晶的半導體區(qū)之間的電氣連接的范圍內。小島(13)特別是通過割裂通過熱氧化形成的非晶形層被建立的。該存儲單元裝置特別是具有槽電容器的動態(tài)存儲器裝置。
文檔編號H01L21/8242GK1222767SQ98122939
公開日1999年7月14日 申請日期1998年11月27日 優(yōu)先權日1997年11月28日
發(fā)明者E·貝爾塔諾里, G·貝克曼, H·克羅瑟, M·比安科 申請人:西門子公司