用於半導體器件的電容器及其製造方法
2023-09-11 01:42:20 1
專利名稱：用於半導體器件的電容器及其製造方法
技術領域：
本發明涉及用於半導體器件的電容器，特別涉及用於半導體器件的能有效地增大其電容量並簡化製造工藝的電容器及其製造方法。
通常有兩類電容器，一種是疊置型的，另一種是溝道型的。疊置型電容器可分成翅片形結構，圓柱形結構和盒形結構等。
圓柱形結構的疊置型電容器是形成有圓柱形結構的儲存節點電極。為獲得足夠大的單元電容量，圓柱形結構最適用於容量為64Mb或更大的存儲器單元電路。
根據構成存儲節點電極的圓柱體數量及其類型，圓柱形結構的電容器可分成1.0圓柱型電容器，1.5圓柱型電容器和2.0圓柱電容器等。
這些圓柱型電容器有以下特徵由於1.0圓柱型電容器只有一個圓柱體，其表面面積增大有限，因此，其缺點是，電容器的總電容量不足。2.0圓柱型電容器需要兩個圓柱體，因此必然會用更多的工藝步驟，結果，其缺點是生產合格率低，總工藝性差。1.5圓柱型電容器在腐蝕工藝中很難控制腐蝕形狀。
以下將參見
用於半導體器件的電容器的常規製造方法。
參見圖1a至1d，說明用於半導體器件的電容器的常規製造方法的工藝步驟首先，在已形成雜質擴散區和單元電晶體的矽襯底10(未畫出)上澱積絕緣材料，如氧化物層。由此形成第一絕緣層11，如圖1a所示。之後，在第一絕緣層11上形成氮化矽層12，在氮化矽層12上形成光致抗蝕劑層(P/R)，並對其刻圖。用已刻圖的光致抗蝕劑層作掩模，選擇除去氮化矽層12及其下的第一絕緣層11形成存儲節點接觸孔13。
其次，如圖16所示，在存儲節點接觸孔13和氮化矽層12上形成第一多晶矽層。之後，用化學汽相澱積(CVD)法在第一多晶矽層上澱積氧化物層，形成第二絕緣層15。之後，在第二絕緣層15上澱積光致抗蝕劑(P/R)層並刻圖。用光致抗蝕劑圖形作掩模，選擇除去第二絕緣層15和第一多晶矽層，形成第一存儲節點電極14。
之後，如圖1c所示，在剩下的第二絕緣層15和氮化矽層12上形成第二多晶矽層。之後，深腐蝕第二多晶矽氮化層，形成第二絕緣層15的兩個側邊上的第二存儲節點電極16。
參見圖1d，溼腐蝕被第一和第二存儲節點電極14和16包圍的第二絕緣層15，除去第二絕緣層15，形成電容器的下電極14和16。儘管圖中沒畫，按以下步驟在底電極的上部澱積介質層和上電極。從而製成有1.0圓柱結構的電容器。
參見圖2a至2f，說明用於半導體器件的電容器的另一常規製造方法的工藝步驟。
首先，如圖2a所示，在矽襯底17上已形成雜質擴散區和單元電晶體(未畫出)處澱積絕緣材料，如氧化物層，形成第一絕緣層18。之後，在第一絕緣層18上澱積光致抗蝕劑層(未畫)並刻圖。之後，用已刻圖的光致抗蝕劑層作掩模，選擇除去第一絕緣層18，形成節點接觸孔。之後，在第一絕緣層18的整個表面上形成有足夠厚度的第一多晶矽層19，以掩埋存儲節點接觸孔。用CVD法在第一多晶矽層19上澱積氧化物層，形成第二絕緣層20。之後，在第二絕緣層20的整個表面上澱積光致抗蝕劑(P/R)層並刻圖。用光致抗蝕劑層圖形作掩模，選擇除去第二絕緣層20。
參見圖2b，在包括第二絕緣層20的第一多晶矽層19的整個表面上形成第二多晶矽層21。
參見圖2c，在第二多晶矽層21上形成第三絕緣層22。
參見圖2d，深腐蝕第三絕緣層22，只留下有被第二絕緣層20覆蓋的臺階的第二多晶矽層21的側邊，形成絕緣側壁23。
參見圖2e，用第二絕緣層20和絕緣側壁23作掩模，選擇腐蝕第一和第二多晶矽層19和21。此時，由於第一多晶矽層19比第二多晶矽層21厚，腐蝕第二絕緣層20上的第二多晶矽層21，在腐蝕過程中露出第二絕緣層20。還除去沒有形成第二絕緣層20和絕緣側壁23的第一多晶矽層19部分，使其具有預定厚度。
最後，如圖2f所示，除去殘留的第二絕緣層20和絕緣側壁23。製成在中心部分有突出部分的1.5圓柱型結構的電容器的存儲節點電極。
即使圖中沒畫，按以下步驟在存儲節點電極上澱積介質層和上電極，由此製成電容器。
用於半導體器件的電容器的常規製造方法中，圓柱型結構中，用升高氧化物層或多晶矽層的高度來增加圓柱體的高度，因而，可增大下電極的表面面積，廣泛採用該方法來增大電容量。但該方法受到關於平面化的限制。
改變圓柱體構形是增大容量的一種方法。但該方法很難獲得能保持更高集成度的工藝裕度，因此，效率低。
本發明提供一種用於半導體器件的電容器，它能有效地增大其電容量，簡化製造工藝，以及該電容器的製造方法。它基本上克服了現有技術中的限制及缺陷造成的一個或多個問題。
本發明的目的是，提供用於半導體器件的電容器，其優點是能獲得工藝裕度和使器件平面化，能有效地提高其電容量，及該電容器的製造方法。
以下的說明中展示出發明的其它特徵和優點，從說明中將會了解實踐發明的方法。通過結合附圖的說明將特別指出實現和達到發明目的和其它優點的結構及要求保護的範圍。
為實現這些優點和其它優點，按本發明目的，如概括和概要所說明的，用於包括多個電晶體和與每個電晶體的兩邊毗鄰形成的雜質擴散區的DR工(動態隨機存取存儲器)的半導體器件的電容器，該電容器包括與任一雜質擴散區接觸的栓塞層(plug layer)上的存儲節點電極的第一和第二圓柱層，第一圓柱層包括同心於栓塞層並與之接觸的底層，和與底層垂直並與之接觸的有外表面層和內表面層的壁層；第二圓柱層包括與從底層按兩個縱軸方向伸出的底層垂直並與之接觸的有外表面和內表面的壁層。
通過對本發明的典型實施例的一般說明和詳細說明，將進一步說明本發明要求保護的範圍。
結合包括有理解發明特徵的附圖對有具體構形的實施例的說明，用於說明發明的原理。
圖1a至1d是用於半導體器件的電容器的常規製造方法的工藝步驟剖視圖；圖2a至2f是用於半導體器件的電容器又一常規製造方法的工藝步驟的剖視圖；圖3a至3e是按本發明優選實施例的用於半導體器件的電容器的製造方法的工藝步驟剖面圖4是按本發明優選實施例的縱軸和橫軸的結構剖面圖。
現在參見附圖詳細說明本發明優選實施例。
圖3a至3e是按本發明優選實施例的用於半導體器件的電容器的製造方法的剖面圖。
圖4是按縱軸和橫軸的結構剖面圖。
考慮各種條件，如圖形尺寸，掩模製造技術，現行半導體製造工藝中用的腐蝕方法，為了獲得工藝裕度，提供足夠的電容量，使器件平面化等，可使用於半導體器件的按本發明的電容器設計最佳化。
電容器包括在半導體襯底30的有源區上形成的多個電晶體；與電晶體兩邊毗鄰形成的多個雜質擴散區；層間介質層(ILD)31，氮化層32，和第一絕緣層33順序形成以便在每隔一個雜質擴散區就有存儲節點接觸孔，第一存儲節點電極35a掩埋存儲節點接觸孔34，每個第二存儲節點電極37a同心於並形成在每個第一存儲節點電極35a上。
第二存儲節點電極37a包括第一圓柱層和第二圓柱層。所述第一圓柱層有底層和壁層，所述底層同心於與每隔一個雜質擴散區連接的第一存儲節點電極35a，並與之接觸，所述壁層有與底層垂直並與之連接的外表面和內表面；所述第二圓柱層，每層均包括有與在兩個縱軸方向從底層伸出的底層相垂直並與其連接的外表面和內表面的壁層。
底層與氮化層32的間隔距離相當於第一絕緣層33的厚度。伸出的底層上形成的第二圓柱層的寬度比第一圓柱層的寬度窄。第二圓柱層的縱軸方向垂直於第一圓柱層的縱軸方向。每個第一和第二圓柱的內表面與底層垂直，外表面構成為類似於橢圓輪廓的側壁。
以下將參見
用於半導體器件的電容器的製造方法。
首先，在已形成雜質擴散區，單元電晶體等的半導體襯底30上形成層間介質(LID)31，如圖3a所示。之後，在層間介質31上澱積氮化層32，氮化層32上澱積氧化層，從而形成第一絕緣層33。之後，選擇腐蝕第一絕緣層33，氮化層32，層間電介質31，形成存儲節點接觸孔34。
如圖3b所示，在包括存儲節點接觸孔34的第一絕緣層33上形成厚度為500-1000埃的第一多晶矽層35，掩埋存儲節點接觸孔34。然後，在第一多晶矽層35上形成2000-6000埃厚的氧化層，以形成第二絕緣層36。之後，在第二絕緣層36上形成字線時，用字線掩模對負光致抗蝕劑層逆光刻圖，以選擇除去第二絕緣層36。此時，腐蝕第二絕緣層36的腐蝕時間沒有確定，但，腐蝕終點是對第一多晶矽層35。
可用圖形尺寸縮短了的其它掩模代替字線掩模的情況下，能獲得足夠的工藝裕度，若現行的圖形間隔/線的尺寸是0.25μm/0.35μm，則可製成間隔/線為0.25μm/0.25μm的圖形尺寸的掩模。
參見圖3c，除去殘留的光致抗蝕劑層。在包括已刻圖的第二絕緣層36的第一多晶矽層35上澱積另一光致抗蝕劑層，然後用存儲節點作掩模刻圖。用已刻圖的光致抗蝕劑層作掩模，選擇腐蝕第二絕緣層36和第一多晶矽層35，由此構成第一存儲節點電極35a。此時，通過對第一多晶矽層35刻圖的工藝步驟，使相鄰單元之間的電容器相互隔開。當用存儲節點掩模對存儲節點刻圖時，縱軸方向的收縮性可減至最小，電容量增大。因此，最好用相移掩模(PSM)。
之後，如圖3d所示，在包括已刻圖的第二絕緣層36和存儲節點電極35a的第一絕緣層33的整個表面上澱積厚500-1000埃的多晶矽層，形成第二多晶矽層37。
參見圖3e，各向異性腐蝕第二多晶矽層37從而在第二絕緣層36的兩邊形成第二存儲節點電極37a。之後，除去第二絕緣層36，形成有第一存儲節點電極35a和第二存儲節點電極37a的電容器的下電極。之後，雖然圖中沒畫，但在隨後的工藝步驟中，在下電極的上部順序形成介質層和上電極，從而製成電容器。
本發明的用於半導體器件的電容器包括存儲節點電極，每個存儲節點電極有圓柱形結構，其中三個圓柱在縱軸方向相互重疊，二個圓柱在橫軸方向重疊。
可按相同的工藝增大電容器的容量，因為，縱軸方向重疊的圓柱體數量與橫軸方向重疊的圓柱體數量不同，可採用使縱軸的間隔大於橫軸的間隔。
由於縱軸間隔量大於橫軸的間隔量，因此，縱軸重疊的圓柱體數與橫軸重疊的圓柱數不同，因此，在相同的工藝下增大了電容量。
本發明的用於半導體器件的電容器有以下優點。
第一，因為構成電容器的存儲節點電極有圓柱形結構，其中，在一個方向至少有三個圓柱體重疊，在考慮到圖形尺寸和器件的平面化下可使單位面積的電容量達到最大。
第二，為確定有圓柱結構的存儲節點電極的高度在腐蝕絕緣層時確定的不是腐蝕時間而是終點。因此，使1.5圓柱形的腐蝕工藝裕度達到最大。
最後，當用字線掩模與存儲節點掩模匹配的方式主要確定縱軸方向的縱軸時，可用常規的字線掩模，因而，降低了製造成本。
對本領域的技術人員而言，按本發明的用於半導體器件的電容器還會有各種改型和變化，可以有效地增大電容器，簡化製造工藝和這些電容器的製造方法，但這些電容器的改型和變化及其製造方法均不脫離本發明的精神和要求保護的範圍。因此，本發明涵蓋這些改型和變化，並在本發明要求保護的範圍內。
權利要求
1.一種用於DRAM的半導體器件的電容器，DRAM包括多個電晶體和在每個電晶體兩側上的雜質擴散區，該電容器包含一個存儲節點電極，它包括與兩側邊雜質擴散區中任一個接觸的栓塞層，第一圓柱形層，它有同心於栓塞層並與之接觸的底層和與底層垂直並與之接觸的有外表面和內表面的壁層，和第二圓柱形層，每層包括壁層，該壁層有外表面和內表面，並垂直於從第一圓柱形層按兩個縱軸方向伸出的底層並與之接觸。
2.按權利要求1的電容器，其中，所述存儲節點電極的底層與其下形成的絕緣層隔開預定距離。
3.按權利要求1的電容器，其中，所述第一圓柱形層的縱軸方向的底層兩端部分上形成的所述第二圓柱的寬度小於所述第一圓柱的寬度。
4.按權利要求3的電容器，其中，第二圓柱形層的縱軸方向與第一圓柱形層的縱軸方向垂直。
5.按權利要求1的電容器，其中，每個圓柱的內表面與底層垂直、外表面類似於橢圓形側壁。
6.一種用於半導體器件的電容器的製造方法，包括以下工藝步驟在半導體襯底上順序形成層間介質層，氮化層，和第一絕緣層，半導體襯底包括多個單元電晶體和毗鄰每個電晶體兩邊形成的雜質擴散區；選擇除去所述第一絕緣層，氮化層和層間介質層，使雜質擴散區隔一個露出一個，形成存儲節點接觸孔；在第一絕緣層的整個表面上形成第一多晶矽層、掩埋存儲節點接觸孔；在第一多晶矽層上形成第二絕緣層，用單元電晶體的柵電極(字線)構圖時用的掩模選擇腐蝕第二絕緣層；在包括第二絕緣層的第一多晶矽層的整個表面上澱積光致抗蝕劑層，用存儲節點掩模對光致抗蝕劑層刻圖；用已刻圖的光致抗蝕劑層作掩模，選擇腐蝕第二絕緣層和第一多晶矽層；和在包括第二絕緣層和第一多晶矽層的整個表面上形成第二多晶矽層，並深腐蝕第二多晶矽層。
7.按權利要求6的方法，其中，用字線掩模腐蝕第二絕緣層的步驟中，光致抗蝕劑層(正-負)被逆光刻圖，該光致抗蝕劑是與刻圖字線用的光致抗蝕劑層的類型相反，並用已刻圖的光致抗蝕劑層選擇腐蝕第二絕緣層。
8.按權利要求6的方法，其中，用存儲節點掩模腐蝕第二絕緣層和第一多晶矽層的步驟中，採用相移掩模(PSM)以防止電容器面積中的縱軸方向收縮。
9.按權利要求6的方法，其中，所述第一多晶矽層的厚度為500-1000埃。
10.按權利要求6的方法，其中，所述第二絕緣層是2000-6000埃厚的氧化層。
11.按權利要求6的方法，其中，所述第二多晶矽層厚度為500-1000埃。
全文摘要
一種用於半導體器件的電容器及其製造方法,它能有效地增大其電容量、簡化製造工藝。該電容器包括與任一雜質擴散區接觸的栓塞層上的存儲節點電極的第一圓柱形層,該第一圓柱形層包括同心於栓塞層上並與之接觸的底層和有外表面和內表面與底層垂直並與之接觸的壁層;和第二圓柱形層,每層包括有內外表面的與從底層以兩個縱軸方向伸出的底層垂直並接觸的壁層。
文檔編號H01L21/8242GK1183636SQ9711059
公開日1998年6月3日 申請日期1997年4月22日 優先權日1996年11月27日
發明者曹元喆 申請人:Lg半導體株式會社