專利名稱：半導(dǎo)體集成電路器件以及制造該器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路器件，更具體地說，涉及具有不可透過抗表面態(tài)的化學(xué)物種的層的半導(dǎo)體集成電路器件，以及制造該半導(dǎo)體集成電路器件的方法。
半導(dǎo)體動態(tài)隨機存取存儲器件的典型例子示于

圖1和2中?，F(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體動態(tài)隨機存取存儲器件公開在IEDM,1988,pp.596-599中。
在p型硅襯底1上制造現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體動態(tài)隨機存取存儲器件。場氧化層2被選擇生長在p型硅襯底1的主表面上，并限定多個有源區(qū)3a/3b。有源區(qū)3a向左側(cè)傾斜，并間隔地設(shè)置。另一方面，有源區(qū)3b向右側(cè)傾斜，并且也間隔地設(shè)置。有源區(qū)3a的右端部與有源區(qū)3b的左端部相間。這樣，有源區(qū)3a和有源區(qū)3b在p型硅襯底的主表面上以交錯的方式設(shè)置。有源區(qū)3a/3b形成存儲單元陣列，并且現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體動態(tài)隨機存取存儲器件包括多個存儲單元陣列。
每個有源區(qū)3a/3b被分配給一對存儲單元，而存儲單元通過n-溝道增強型存取晶體管和存儲電容器的串聯(lián)結(jié)合來實現(xiàn)。將砷有選擇地離子注入到每個有源區(qū)3a/3b中，并在每個有源區(qū)3a/3b中形成兩個源區(qū)4a和一個公共漏區(qū)4b。源區(qū)4a和公共漏區(qū)4b用陰影線表示，以便容易與其它元件區(qū)分。
有源區(qū)4a和公共漏區(qū)4b之間的表面部分用做溝道區(qū)，而溝道區(qū)被用氧化硅層覆蓋。氧化硅層用做n溝道增強型存取晶體管的柵絕緣層，而字線5在柵絕緣層和其間的場氧化層上延伸。
字線5被用第一層間絕緣層(inter-level insulatg layer)6覆蓋，而位接觸孔7形成在第一層間絕緣層6中。公共漏區(qū)4b暴露于位接觸孔7。位接觸孔7的位置在圖1中用插入方框中的斜線代表。位線8被在第一層間絕緣層6上圖形化，并通過位接觸孔7保持與公共漏區(qū)4b接觸。
位線8被用第二層間絕緣層9覆蓋，而節(jié)點接觸孔10穿過第二層間絕緣層9和第一層間絕緣層6。節(jié)點接觸孔10各開向源區(qū)4a。節(jié)點接觸孔10的位置在圖1中用插入方框的“X”表示。
存儲電極11形成在第二層間絕緣層9上，并通過節(jié)點接觸孔10分別保持與源區(qū)4a接觸。存儲電極11的表面被用介質(zhì)層12覆蓋，而單元板電極13通過介質(zhì)層12與存儲電極11相對。單元板電極13被用第三層間絕緣層14覆蓋，而在圖1所示布局中除去了第三層間絕緣層14。
主表面的中心區(qū)域被分配給存儲單元陣列，而外圍電路，如解碼器和檢測放大器被分配給中心區(qū)域周圍的周邊區(qū)域。單元板電極13被在存儲單元之間共享，并占據(jù)中心區(qū)域。可以將單元板電極13分離成分別與各存儲單元陣列有關(guān)的單元板子電極。
制造商已增大了半導(dǎo)體動態(tài)隨機存取存儲器件的存儲容量，并因此擴大了單元板電極。換句話說，單元板電極覆蓋p型硅襯底1的寬的中心區(qū)。
在現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體動態(tài)隨機存取存儲器件的存儲單元中各包含N溝道增強型存取晶體管，而要求制造商在制造過程中減小表面態(tài)的密度。制造商在用于形成單元板電極13的圖形化步驟之后進(jìn)行氫退火，以便減小表面態(tài)的密度。使氫原子與溝道區(qū)和柵絕緣層之間的界面處的懸空鍵耦合，并減小表面態(tài)的密度。
如上所述，寬單元板電極13覆蓋p硅襯底1的中心區(qū)，并且使氫原子不能通過。在上一代半導(dǎo)體動態(tài)隨機存取存儲器件中單元板電極不成為問題。被分配給存儲單元陣列的中心區(qū)不是那樣寬，以致于氫原子從半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的暴露的表面擴散到溝道區(qū)。如果制造商在用于單元板電極的多晶硅的淀積之前進(jìn)行氫退火，則氫必然到達(dá)邊界，并減少表面態(tài)。但是，在退火之后的熱處理期間氫被從懸空鍵釋放。為此，要在用于單元板電極的圖形化步驟之后進(jìn)行氫退火。
在任何種類的半導(dǎo)體集成電路器件中包含的場效應(yīng)晶體管都要求表面態(tài)的減少，而且在半導(dǎo)體集成電路器件中有時包含象單元板電極這樣的不可透過層。
因此，本發(fā)明的一個重要目的是提供一種半導(dǎo)體集成電路器件，該器件使抗表面態(tài)的化學(xué)物種能夠到達(dá)表面態(tài)發(fā)生的邊界。
本發(fā)明還有一個重要目的是提供制造半導(dǎo)體集成電路器件的方法。
本發(fā)明人考慮該問題，并提出使氫原子穿過形成在單元板電極中的窗口。本發(fā)明人研究了形成有窗口或類似物的單元板電極。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了被分成多個塊的單元板電極，而在未審查申請的日本專利公開No.3-102870中公開了帶有多個單元板子電極的現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體動態(tài)隨機存取存儲器件。被分成子電極的單元板電極的目的是減少在用于將多晶硅層圖形化成單元板電極的等離子刻蝕期間在其中聚集的電荷。福勒-諾得海姆隧穿電流流過因聚集的電荷而薄于其它部分的介質(zhì)層，并且是存儲電容器的薄介質(zhì)層的時間相關(guān)介質(zhì)擊穿(time-dependentdielectric breakdown)的原因。福勒-諾得海姆隧穿電流的大小與單元板電極的面積成比例，而上述未審查申請的日本專利公開提出將單元板電極分成多個子電極。窄的子電極減小了福勒-諾得海姆隧穿電流的大小，并防止介質(zhì)層出現(xiàn)時間相關(guān)介質(zhì)擊穿。但是，本發(fā)明人注意到子電極之間的間隙不能改善所有存取晶體管的溝道區(qū)和柵絕緣層之間邊界處的表面態(tài)密度。本發(fā)明人總結(jié)出窗口的位置對表面密度的減小有重要影響。
根據(jù)本發(fā)明的一個方案，提供一種半導(dǎo)體集成電路器件，該器件包括具有邊界的至少一個電路元件，表面態(tài)發(fā)生在該邊界處；層間絕緣層，覆蓋至少一個電路元件，并由可透過用于減少表面態(tài)的化學(xué)物種的第一材料形成；以及阻擋層，形成在邊界上方的層間絕緣層上，由幾乎不可透過化學(xué)物種的第二材料形成，并具有至少一個開口，該開口與阻擋層外周邊外部的層間絕緣層的暴露表面一起提供通向化學(xué)物種的通道，并使邊界以等于或小于臨界距離的距離與通道相隔，該臨界距離是沿與障礙平行的方向測量的，并且是根據(jù)在預(yù)定擴散條件下化學(xué)物種的擴散長度確定的。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方案，提供一種制造半導(dǎo)體集成電路器件的方法，該方法包括下列步驟a)制備中間半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，b)制造具有邊界的至少一個電路元件，表面態(tài)發(fā)生在該邊界處，c)用層間絕緣層覆蓋至少一個電路元件，該層間絕緣層由可透過用于減少表面態(tài)的化學(xué)物種的第一材料形成，d)在層間絕緣層上淀積幾乎不可透過化學(xué)物種的第二材料，e)將第二材料的層圖形化成具有至少一個開口的阻擋層，該開口與障礙的外周邊外部的層間絕緣層的暴露表面一起提供通向化學(xué)物種的通道，并使邊界以等于或小于臨界距離的距離與通道隔開，該臨界距離是沿與障礙平行的方向測量的，并且是根據(jù)在預(yù)定擴散條件下化學(xué)物種的擴散長度確定的，以及f)在預(yù)定擴散條件下用化學(xué)物種處理所獲得的步驟e)的結(jié)構(gòu)，從而減少表面態(tài)。
從下面參照附圖所作的描述，可以更清楚地理解半導(dǎo)體動態(tài)隨機存取存儲器件及其制造方法的特征和優(yōu)點，其中圖1是展示現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體動態(tài)隨機存取存儲器件的布局的平面圖；圖2是沿圖1的Y-Y線作出并展示現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體動態(tài)隨機存取存儲器件中包含的存儲單元結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖3A到3E是展示制造根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體動態(tài)隨機存取存儲器件的方法的平面圖；圖4是沿圖3E的Y-Y線作出并展示半導(dǎo)體動態(tài)隨機存取存儲器件結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖5是展示與圖4所示半導(dǎo)體動態(tài)隨機存取存儲器件中包含的單元板電極等效的單元板電極的局部放大平面圖；圖6是展示表面態(tài)密度關(guān)于距單元板電極周邊的距離的曲線圖；圖7A到7D是展示制造根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體動態(tài)隨機存取存儲器件的另一方法的平面圖；圖8是展示根據(jù)本發(fā)明的另一半導(dǎo)體動態(tài)隨機存取存儲器件結(jié)構(gòu)的剖視圖；以及圖9是展示與圖8所示半導(dǎo)體動態(tài)隨機存取存儲器件中包含的單元板電極等效的單元板電極的平面圖。
第一實施例實施本發(fā)明的方法示于圖3A到3E和圖4中。各層和各區(qū)逐次形成在多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，而多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)最終形成半導(dǎo)體動態(tài)隨機存取存儲器件。多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)如此復(fù)雜，因此在后面的各步驟中從多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中刪去一些參照物。
該方法以p型硅襯底21的制備開始(見圖3A)，并且在p型硅襯底21的表面部分上有選擇地形成隔離區(qū)22。隔離區(qū)22可以通過在表面部分上選擇生長的場氧化層來實現(xiàn)。隔離區(qū)22在表面部分中限定了多個有源區(qū)23a/23b。將一對存儲單元分配給有源區(qū)23a/23b的每一個。
有源區(qū)23a相對于箭頭AR1向左側(cè)傾斜，并沿箭頭AR1的方向間隔地設(shè)置。另一有源區(qū)23b相對于箭頭AR1向右側(cè)傾斜，并且沿箭頭AR1的方向間隔地設(shè)置。每個有源區(qū)23a/23b的端部都從過渡部分開始彎折，并沿垂直于箭頭AR1的方向取向。
有源區(qū)23a的右端部與有源區(qū)23b的左端部相間，而每個有源區(qū)23a的右端部與相鄰的有源區(qū)23b的左端部相隔L1和L2。長度L1等于在半導(dǎo)體動態(tài)隨機存取存儲器件的設(shè)計規(guī)則中限定的最小間隙。長度L2大于長度L1。
隨后，對有源區(qū)23a/23b進(jìn)行熱氧化，并使柵絕緣層24長到10納米厚。通過使用低壓化學(xué)汽相淀積使摻磷的多晶硅淀積在所獲得的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的整個表面上，并形成摻磷多晶硅層。將光刻膠溶液散布在摻磷多晶硅層上，并對其進(jìn)行烘烤使多晶硅層被光刻膠層(未示出)覆蓋。將用于柵電極線的圖形圖象從光掩模(未示出)傳輸?shù)焦饪棠z層上，并在光刻膠層中形成潛象。該潛象被顯影，并使光刻膠層被形成為光刻膠刻蝕掩模(未示出)。這樣，通過光刻法形成光刻膠刻蝕掩模。利用光刻膠刻蝕掩模，通過使用各向異性刻蝕來有選擇地刻蝕掉摻磷多晶硅層，并使該摻磷多晶硅層被圖形化成柵電極線25。柵電極線25在柵絕緣層24和隔離區(qū)22上延伸。
隨后，以借助于柵電極線25的自對準(zhǔn)方式，砷被離子注入到有源區(qū)23a/23b中。砷使有源區(qū)23a/23b的一部分從p導(dǎo)電類型轉(zhuǎn)換成n導(dǎo)電類型，并形成n型源區(qū)26和n型公共漏區(qū)27。n型源區(qū)26和n型公共漏區(qū)27在圖3B中用陰影線表示。柵電極線25在柵絕緣層24上的部分用做柵電極，該柵電極與柵絕緣層24、n型源區(qū)26和n型公共漏區(qū)27一起形成存儲單元的n溝道增強型存取晶體管。
隨后，氧化硅在所獲得的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的整個表面上被淀積到400納米厚，并形成第一層間絕緣層28。通過光刻法在第一層間絕緣層28上提供光刻膠刻蝕掩模(未示出)，并使位接觸孔29形成在第一層間絕緣層28中。相應(yīng)地，公共漏區(qū)27暴露于位接觸孔29。
將硅化鎢淀積在所獲得的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的整個表面上。硅化鎢填充了位接觸孔，并形成硅化鎢層。硅化鎢被表示為WSix，其中x是范圍(abound)2。通過光刻法在硅化鎢層上形成光刻膠刻蝕掩模(未示出)，并且使硅化鎢層被選擇刻蝕，從而將其形成為位線30。通過位接觸孔29使位線30保持與公共漏區(qū)27接觸，并沿垂直于箭頭AR1的方向延伸。
氧化硅在所獲得的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的整個表面上被淀積到400納米厚，并形成第二層間絕緣層31。通過光刻法在第二層間絕緣層31上形成光刻膠刻蝕掩模(未示出)，而將第二層間絕緣層31和第一層間絕緣層28有選擇地刻蝕掉。結(jié)果，節(jié)點接觸孔29穿過第二層間絕緣層31和第一層間絕緣層28，并相應(yīng)地，使n型源區(qū)26暴露于節(jié)點接觸孔32。
隨后，多晶硅淀積在所獲得的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的整個表面上。該多晶硅填充了節(jié)點接觸孔32，并形成500納米厚的多晶硅層。在多晶硅層上形成光刻膠刻蝕掩模。光刻膠刻蝕掩模使除n型源區(qū)26上方的矩形部分以外的多晶硅層暴露于刻蝕器。多晶硅層被圖形化成多晶硅矩形部分，并相應(yīng)地，通過節(jié)點接觸孔32使矩形部分保持與n型源區(qū)26接觸。相鄰多晶硅矩形部分之間的間隙等于最小間隙L1。
將多晶硅淀積在多晶硅矩形部分上，并對薄的多晶硅層進(jìn)行各向異性刻蝕，直到第二層間絕緣層31露出為止。然后，由薄的多晶硅層形成多晶硅側(cè)壁，而多晶硅矩形部分和多晶硅側(cè)壁作為一個整體構(gòu)成存儲電極33(見圖3D)。相鄰存儲電極33之間的間隙減小到小于最小間隙L1的值。這樣，存儲電極33以小于最小間隙L1的間隔設(shè)置。
隨后，用薄的復(fù)合介質(zhì)層34覆蓋所獲得的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(見圖4)。該薄的復(fù)合介質(zhì)層34包括氮化硅膜和氧化硅膜，并為5納米薄。
多晶硅在薄的復(fù)合介質(zhì)層上被淀積到100納米厚，并形成單元板電極35。單元板電極35位于分配給存儲單元陣列的區(qū)域上方。通過光刻法在多晶硅層上提供光刻膠刻蝕掩模(未示出)。光刻膠刻蝕掩模在使有源區(qū)域23b的右端部與有源區(qū)23a的左端部以長度L2隔開的隔離區(qū)22上方具有切口(見圖3A)。利用該光刻膠刻蝕掩模，通過使用各向異性干刻蝕技術(shù)，有選擇地刻蝕掉多晶硅層，以及隨后有選擇地刻蝕掉薄的復(fù)合介質(zhì)層34，使切口36形成在單元板電極35中，如圖3E所示。測得切口36寬度為0.4微米，長度為2微米。切口36可以只形成在單元板電極35中。在本例中，薄的復(fù)合介質(zhì)層34暴露于切口36。存儲電極33、薄的復(fù)合介質(zhì)層34以及單元板電極35作為一個整體構(gòu)成每個存儲單元的存儲電容器。
隨后，硼磷硅玻璃在所獲得的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的整個表面上被淀積到400納米厚，并形成第三層間絕緣層37，如圖4所示。
通過光刻法在第三層間絕緣層37上提供光刻膠刻蝕掩模，并有選擇地刻蝕掉第三層間絕緣層37、第二層間絕緣層31和第一層間絕緣層28，從而形成字接觸孔(未示出)。字接觸孔以預(yù)定的間隔設(shè)置，并且該預(yù)定的間隔可以等效于1024個位線。在所獲得的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的整個表面上淀積鋁或鋁合金，并通過使用光刻法和刻蝕技術(shù)將鋁層或鋁合金層圖形化成主字線(未示出)。主字線通過字接觸孔有選擇地與柵電極線25相連，并且主字線和柵電極線25形成多個字線。
單元板電極35與矩形單元板電極40等效。切口36以交錯的方式形成在中心線41的兩側(cè)。中心線41與側(cè)邊緣42/43相等地間隔，而側(cè)邊緣42/43與切口36之間的距離小于200微米。為此，矩形單元板電極40下面的任意點P以等于或小于100微米的距離與邊緣線42/43/44/45或切口36隔開。切口36和電極40的周邊外面的第二層間絕緣層31提供通向用于減少表面態(tài)的化學(xué)物種的氣體通道。
將所獲得的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)放入退火箱(未示出)中，并將惰性氣體和氫的混合氣體引入退火箱。氫和惰性氣體被控制在1∶1。將退火箱保持在大氣壓下，即約105Pa，并在攝氏400度下進(jìn)行氫退火30分鐘。氫通過切口36進(jìn)入第二層間絕緣層31，并通過第二層間絕緣層31和第一層間絕緣層28擴散。氫到達(dá)溝道區(qū)和柵絕緣層24之間的邊界，并與p型硅晶體的懸空鍵耦合。結(jié)果減少了表面態(tài)。
本發(fā)明人對切口36做如下測定。在p型硅襯底中限定一個方形有源區(qū)，并用10納米厚的氧化硅層覆蓋。氧化硅層與柵絕緣層24對應(yīng)。將導(dǎo)電條以60微米間隔平行地圖形化，并為50微米寬。導(dǎo)電條在氧化硅層上延伸。導(dǎo)電條與柵電極線25一樣厚，并由與柵電極線25同樣的材料形成。因此，導(dǎo)電條與柵電極線25對應(yīng)。方形有源區(qū)、氧化硅層以及導(dǎo)電條形成多個MOS電容器。
用與第一層間絕緣層28對應(yīng)的400納米厚的氧化硅層覆蓋該多個MOS電容器。接著將氧化硅層淀積到400納米厚，并形成與第二層間絕緣層31對應(yīng)的400納米厚的氧化硅層。在第二氧化硅層上對位于方形有源區(qū)上方的方形的多晶硅層進(jìn)行圖形化。測得方形多晶硅層為4mm×4mm，并與單元板電極35對應(yīng)。但是，在方形多晶硅層中沒有形成任何切口。將400納米厚的硼磷硅玻璃層層疊在第二氧化硅層上，并與第三層間絕緣層37對應(yīng)。
本發(fā)明人在與第一實施例相同的條件下進(jìn)行氫退火。將氫與惰性氣體混合，并且氫與惰性氣體被控制在1∶1。用105Pa的混合氣體填充退火箱，且溫度為攝氏400度。使氫退火持續(xù)30分鐘。
在氫退火后，本發(fā)明人測量MOS電容器的準(zhǔn)靜態(tài)電容-電壓特性，并將準(zhǔn)靜態(tài)電容-電壓特性與理論電容-電壓特性比較。根據(jù)準(zhǔn)靜態(tài)電容-電壓特性和理論電容-電壓特性之間的差別來估算硅禁帶的中心線附近的表面態(tài)的密度。在圖6中，本發(fā)明人作出表面態(tài)密度關(guān)于距方形多晶硅層周邊的距離的曲線。該距離是與p型硅襯底的主表面平行地測量的。
如從圖6可以理解的，在100微米距離左右，表面態(tài)的密度飽和。因此，切口36有效地減少了表面態(tài)密度，因為切口36使任意點P與氫通道相隔不能大于100微米。因此，在上述退火條件下，100微米的距離是減少表面態(tài)的臨界長度。
未審查申請的日本專利公開No.4-105359提出將大MOS電容器分成多個小MOS電容器。將大MOS電容器分成小MOS電容器目的在于減少表面態(tài)。但是，該未審查申請的日本專利公開沒有記載對于半導(dǎo)體動態(tài)隨機存取存儲器件的應(yīng)用。如上所述，即使將導(dǎo)電電極簡單地分成多個導(dǎo)電子板，氫也能從諸如子電極之間的間隙這樣的氣體通道到達(dá)100微米以內(nèi)的硅和氧化硅之間的邊界。該未審查申請的日本專利公開沒有記載臨界長度，而且沒有指出本發(fā)明的主要特征。第二實施例圖7A到7D和圖8示出實施本發(fā)明的制造半導(dǎo)體動態(tài)隨機存取存儲器件的另一方法。該方法以p型硅襯底50的制備開始。場氧化層51被選擇生長在p型硅襯底50的主表面上，并限定有源區(qū)52。一對動態(tài)隨機存取存儲單元被分配給有源區(qū)52。該有源區(qū)具有倒T字母形結(jié)構(gòu)的上表面。
對有源區(qū)52進(jìn)行熱氧化，并使柵絕緣層53在n溝道增強型存取晶體管的溝道區(qū)上生長。通過使用低壓化學(xué)汽相淀積使摻磷的多晶硅淀積在整個表面上，并在摻磷多晶硅層上提供光刻膠刻蝕掩模(未示出)。通過使用各向異性干刻蝕，有選擇地刻蝕掉摻磷多晶硅層，并將該摻磷多晶硅層圖形化成柵電極線54。
砷被離子注入到有源區(qū)52中，并以借助于柵電極線54的自對準(zhǔn)方式在有源區(qū)52中形成n型源區(qū)55和n型公共漏區(qū)56。n型源區(qū)55和n型公共漏區(qū)56在圖7A中用陰影線表示。
將氧化硅在所獲得的結(jié)構(gòu)的整個表面上淀積到400納米厚，并形成第一層間絕緣層57(見圖8)。為簡化起見，在圖7B到7D所示結(jié)構(gòu)中刪去第一層間絕緣層57。
在第一層間絕緣層57上形成光刻膠刻蝕掩模(未示出)，并有選擇地刻蝕掉第一層間絕緣層57，并在第一層間絕緣層57中形成位接觸孔。n型公共漏區(qū)56暴露于位接觸孔，每個位接觸孔的位置在圖7B到7D中用方形和斜線表示。在第一層間絕緣層上對硅化鎢位線58進(jìn)行圖形化，并通過位接觸孔使之保持與n型公共漏區(qū)56接觸。
將氧化硅在所獲得的結(jié)構(gòu)的整個表面上淀積到400納米厚，并形成第二層間絕緣層59(見圖8)。為簡化起見，在圖7B到7D所示結(jié)構(gòu)中刪去第二層間絕緣層59。通過光刻法在第二層間絕緣層59上提供光刻膠刻蝕掩模(未示出)，并將第二層間絕緣層59和第一層間絕緣層57有選擇地刻蝕掉，以便形成節(jié)點接觸孔60(見圖8)。但是，任何節(jié)點接觸孔60都形成在所選n型雜質(zhì)區(qū)55a上方的第一/第二層間絕緣層57/59中。在后面的步驟中在n型雜質(zhì)區(qū)55a上方形成切口。每個節(jié)點接觸孔60的位置在圖7B到7D中用插入方框中的標(biāo)記“X”表示。
隨后，在第二層間絕緣層59上使存儲電極61圖形化，并為500納米厚。與第一實施例類似，相鄰存儲電極61之間的間隙窄于最小間隙L1。但是在雜質(zhì)區(qū)55a上方并不形成存儲電極61。
隨后，將氧化鉭Ta2O5在所獲得的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的整個表面上淀積到5納米厚，并且氧化鉭層用做存儲電容器的介質(zhì)層63。在介質(zhì)層63上順次淀積氮化鈦和硅化鎢。在硅化鎢層上制備光刻膠刻蝕掩模(未示出)，并將硅化鎢層、氮化鈦層和介質(zhì)層63有選擇地刻蝕掉。結(jié)果，在介質(zhì)層63上使單元板電極64圖形化，并在單元板電極中形成切口65，如圖7D所示。
測得切口65寬0.4微米，長2微米。切口65可以只形成在單元板電極64中。切口65位于n型雜質(zhì)區(qū)55a上方。存儲電極62、介質(zhì)層63和單元板電極64形成與n溝道增強型存取晶體管串聯(lián)的存儲電容器。
隨后，將硼磷硅玻璃在存儲電容器上淀積到400納米厚，并形成第三層間絕緣層66，如圖8所示。
通過光刻法在第三層間絕緣層66上提供光刻膠刻蝕掩模，并有選擇地刻蝕掉第三層間絕緣層66、第二層間絕緣層59和第一層間絕緣層57，從而形成字接觸孔(未示出)。字接觸孔以預(yù)定的間隔設(shè)置，并且該預(yù)定的間隔可以等效于1024個位線。在所獲得的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的整個表面上淀積鋁或鋁合金，并通過使用光刻法和刻蝕技術(shù)將鋁層或鋁合金層圖形化成主字線(未示出)。主字線通過字接觸孔有選擇地與柵電極線25相連，并且主字線和柵電極線54形成多個字線。
單元板電極64與圖9所示的矩形單元板電極70等效。位線58與長邊緣71/72平行地延伸，并且切口位于位線58之間的區(qū)域。切口65在單元板電極70中兩維地設(shè)置，并且矩形單元板電極70下面的任意點P以等于或小于100微米的距離與邊緣線71/72/73/74或切口65隔開。切口65和電極70的周邊外面的第二層間絕緣層59提供通向用于減少表面態(tài)的化學(xué)物種的氣體通道。
將所獲得的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)放入退火箱(未示出)中，并將惰性氣體和氫的混合氣體引入退火箱。氫氣和惰性氣體被控制在1∶1。將退火箱保持在大氣壓下，即約105Pa，并在攝氏400度下進(jìn)行氫退火30分鐘。氫通過切口65進(jìn)入第二層間絕緣層59，并通過第二層間絕緣層59和第一層間絕緣層57擴散。氫到達(dá)溝道區(qū)和柵絕緣層53之間的邊界，并與p型硅晶體的懸空鍵耦合。結(jié)果減少了表面態(tài)。
在切口65下面沒有制造存儲電容器，并且存儲單元陣列周期性地缺少存儲單元。但是失去的存儲單元被多余存儲單元所代替。這樣，第二實施例的存儲單元陣列適用于具有多余度的半導(dǎo)體動態(tài)隨機存取存儲器件。
從前面的描述中可以理解，切口提供了氣體通道的一部分，并使氫能夠到達(dá)有表面態(tài)發(fā)生的所有邊界。結(jié)果，氫有效地減小了表面態(tài)的密度，并使半導(dǎo)體動態(tài)隨機存取存儲器件可靠。此外，因為切口36/65提供了氣體通道，使設(shè)計者能夠自由地確定單元板電極35/64。
盡管展示并描述了本發(fā)明的特定實施例，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯然可以作出各種變化和修改，而不脫離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍。
本發(fā)明決不限于在位線上方具有存儲電容器類型的半導(dǎo)體動態(tài)隨機存取存儲器件。對于任何種類的半導(dǎo)體集成電路來說，表面態(tài)的減少都是必需的，并且切口或開口對于防止對用于減少表面態(tài)密度的化學(xué)物種的阻礙是有效的。被保護以免受表面態(tài)影響的電路元件不限于場效應(yīng)晶體管。電路元件可以是形成在硅襯底上的電容器。
單元板電極可以由金屬或合金形成。金屬和合金是不可透過氫的。可以在單元板電極中形成孔。
離開氣體通道的臨界長度根據(jù)退火條件是可改變的。臨界長度與退火溫度一起增加。標(biāo)題為“Limitation of Post-Metallization AnnealingDue to Hydrogen Blocking Effect of Multilevel Interconnect”的論文提出氫的擴散長度在低溫下較短。當(dāng)然，如果層間絕緣層由另一種絕緣材料形成，則臨界長度會受其影響。因此，100微米的長度不是絕對的。重要在于本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了用于減少表面態(tài)的臨界長度。
權(quán)利要求
1．一種半導(dǎo)體集成電路器件，包括具有邊界的至少一個電路元件(24/25/26/27；53/54/55/56)，表面態(tài)出現(xiàn)在該邊界處；層間絕緣層(28/31；57/59)，覆蓋所述至少一個電路元件，并由用于減少所述表面態(tài)的化學(xué)物種可透過的第一材料形成；以及阻擋層(35；64)，形成在所述邊界上方的所述層間絕緣層上，并由幾乎不可透過所述化學(xué)物種的第二材料形成，其特征在于，所述阻擋層(35；64)具有至少一個開口(36；65)，該開口與所述阻擋層的外周邊外部的所述層間絕緣層的暴露表面一起為化學(xué)物種提供通道，并使所述邊界以等于或小于臨界距離的距離與所述通道隔開，所述臨界距離是沿與所述阻擋層平行的方向測量的，并且是根據(jù)在預(yù)定擴散條件下所述化學(xué)物種的擴散長度確定的。
2．如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體集成電路器件，其特征在于，所述化學(xué)物種是氫。
3．如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體集成電路器件，其特征在于，所述第一材料和所述第二材料是氧化硅和選自由多晶硅、金屬和合金構(gòu)成的一組物質(zhì)的材料，并且所述化學(xué)物種是氫。
4．如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體集成電路器件，其特征在于，所述第一材料、所述第二材料和所述化學(xué)物種是氧化硅、多晶硅和氫，并且所述至少一個電路元件是在溝道區(qū)和柵絕緣層(24；53)之間具有所述邊界的場效應(yīng)晶體管。
5．如權(quán)利要求4的半導(dǎo)體集成電路器件，其特征在于，所述場效應(yīng)晶體管用做動態(tài)隨機存取存儲單元的存取晶體管，并且所述阻擋層用做單元板電極(35；64)，所述單元板電極形成所述動態(tài)隨機存取存儲單元的存儲電容器(33/34/35；62/63/64)的一部分。
6．如權(quán)利要求5的半導(dǎo)體集成電路器件，其特征在于，所述單元板電極由所述存儲電容器和其它存儲電容器所共享，所述其它存儲電容器各包含在具有與所述動態(tài)隨機存取存儲單元相同的結(jié)構(gòu)的其它動態(tài)隨機存取存儲單元中。
7．如權(quán)利要求6的半導(dǎo)體集成電路器件，其特征在于，所述層間絕緣層包括第一層間絕緣子層(28/57)，覆蓋動態(tài)隨機存取存儲單元的存取晶體管，并形成有節(jié)點接觸孔(32/60)的下部和位接觸孔(29)，通過所述位接觸孔使所述第一層間絕緣子層上的位線(30；58)能夠保持與所述存取晶體管的漏區(qū)(27；56)接觸，以及第二層間絕緣子層(31；59)，層疊在所述第一層間絕緣層上，并形成有所述節(jié)點接觸孔(32；60)的上部，通過所述節(jié)點接觸孔的所述上部和所述下部，所述節(jié)點接觸孔使形成在其上的存儲電極(33；62)能夠保持與所述存取晶體管的源區(qū)(26；55)接觸。
8．如權(quán)利要求7的半導(dǎo)體集成電路器件，其特征在于，所述第二層間絕緣子層(31；59)的一部分暴露于所述至少一個開口(36；65)。
9．如權(quán)利要求6的半導(dǎo)體集成電路器件，其特征在于，所述單元板電極(35；64)還具有形成所述通道的一部分的開口(36；65)，并且所述存取晶體管的邊界以等于或小于所述臨界距離的距離與所述通道隔開。
10．如權(quán)利要求9的半導(dǎo)體集成電路器件，其特征在于，所述動態(tài)隨機存取存儲單元被有選擇地分配給形成在半導(dǎo)體襯底的主表面中并形成多行的有源區(qū)(23a/23b)，每隔一行的有源區(qū)(23a)向行方向的一側(cè)傾斜，剩余的有源區(qū)(23b)向所述行方向的另一側(cè)傾斜，所述每隔一行的一個所述有源區(qū)(23a)的一個端部分別以第一距離(L1)和長于所述第一距離的第二距離(L2)與一個剩余行的有源區(qū)(23b)的另一個端部隔開，并且所述至少一個開口(36)和所述開口(36)位于這樣的區(qū)域上方，所述區(qū)域的每一個在以所述第二距離隔開的所述一個端部和另一個端部之間。
11．如權(quán)利要求9的半導(dǎo)體集成電路器件，其特征在于，所述動態(tài)隨機存取存儲單元被有選擇地分配給有源區(qū)(52)，所述有源區(qū)形成在半導(dǎo)體襯底(50)的主表面中，并具有各自的倒T字母結(jié)構(gòu)的上部區(qū)域，并且所述至少一個開口(65)和所述開口(65)位于所選擇的有源區(qū)的一部分(55a)上，在所述部分上存儲電容器被除去。
12．如權(quán)利要求3的半導(dǎo)體集成電路器件，其特征在于，所述預(yù)定的擴散條件是包含所述氫和惰性氣體的混合氣體的大氣壓，攝氏400度數(shù)量級的溫度，30分鐘數(shù)量級的時間段和800納米數(shù)量級的所述層間絕緣層(28/31；57/59)的厚度，并且所述臨界距離在100微米的數(shù)量級。
13．一種制造半導(dǎo)體集成電路器件的方法，包括下列步驟a)制備中間半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；b)制造具有邊界的至少一個電路元件(24/25/26/27；53/54/55/56)，表面態(tài)發(fā)生在所述邊界處；c)用層間絕緣層(28/31；57/59)覆蓋所述至少一個電路元件，所述層間絕緣層由可透過用于減少所述表面態(tài)的化學(xué)物種的第一材料形成；d)在所述層間絕緣層上淀積幾乎不可透過所述化學(xué)物種的第二材料；e)將所述第二材料的層圖形化成阻擋層(35；64)；以及f)在預(yù)定擴散條件下用所述化學(xué)物種處理所獲得的所述步驟e)的結(jié)構(gòu)，從而減少所述表面態(tài)，其特征在于，在所述步驟e)中在所述阻擋層(35；64)中形成至少一個開口(36；65)，并且，所述至少一個開口(36；65)與所述障礙的外周邊外部的所述層間絕緣層的暴露表面一起為所述化學(xué)物種提供通道，并使所述邊界以等于或小于臨界距離的距離與所述通道隔開，所述臨界距離是沿與所述障礙平行的方向測量的，并且是根據(jù)在所述預(yù)定的擴散條件下所述化學(xué)物種的擴散長度確定的。
14．如權(quán)利要求13的方法，其特征在于，所述至少一個電路元件是與用于形成動態(tài)隨機存取存儲單元的存儲電容器(33/34/35；62/63/64)串聯(lián)的場效應(yīng)晶體管(24/25/26/27；53/54/55/56)。
15．如權(quán)利要求13的方法，其特征在于，所述第一材料和所述第二材料是氧化硅和選自由多晶硅、金屬和合金構(gòu)成的一組物質(zhì)的材料，并且所述化學(xué)物種是氫。
16．如權(quán)利要求15的方法，其特征在于，所述預(yù)定的擴散條件是包含所述氫和惰性氣體的混合氣體的大氣壓，攝氏400度數(shù)量級的溫度，30分鐘數(shù)量級的時間段，和800納米數(shù)量級的所述層間絕緣層的厚度，并且所述臨界距離為100微米的數(shù)量級。
全文摘要
在位線(30)上方具有存儲電容器類型的半導(dǎo)體動態(tài)隨機存取存儲器件中包含的存儲單元的存儲電容器(33/34/35)之間共享單元板電極(35),并以這樣的方式在單元板電極中形成切口(36),即,溝道區(qū)和柵氧化層(24)之間的邊界以等于或小于根據(jù)層間絕緣層中氫的擴散長度確定的臨界距離的距離與單元板電極的外周邊和切口水平地隔開,由此使氫必然能夠到達(dá)該邊界,以便減少表面態(tài)的密度。
文檔編號H01L27/108GK1220495SQ9812568
公開日1999年6月23日 申請日期1998年12月21日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月19日
發(fā)明者大石三真 申請人:日本電氣株式會社