專利名稱：用于制作沒有阻擋層的半導(dǎo)體存儲(chǔ)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(chǔ)器裝置的方法和一種按照該方法制作的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置。
建立在半導(dǎo)體基片上的存儲(chǔ)器裝置通常由許多個(gè)存儲(chǔ)單元構(gòu)成，這些存儲(chǔ)單元分別具有一個(gè)選擇晶體管和一個(gè)與該選擇晶體管相連的存儲(chǔ)電容器。在這種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的制作過程中，第一類電極通常被敷在各導(dǎo)電連接上，屆時(shí)，導(dǎo)電連接使這些第一電極與選擇晶體管中的各一個(gè)相連接。存儲(chǔ)電介質(zhì)被敷在第一電極上，第二電極又被敷在存儲(chǔ)電介質(zhì)上，使第一和第二電極以及其間的存儲(chǔ)電介質(zhì)構(gòu)成一個(gè)與選擇晶體管之一電氣連接的存儲(chǔ)電容器。
用新型的鐵電材料作為存儲(chǔ)電容器的存儲(chǔ)電介質(zhì)可制作這樣的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，這些半導(dǎo)體存儲(chǔ)器在去除供電電壓后不丟失其以電荷的形式存儲(chǔ)的信息并且無需因出現(xiàn)漏電流而定期刷新其存儲(chǔ)內(nèi)容。
淀積絕大多數(shù)迄今公開的鐵電材料是在高溫下在含氧的氣氛中進(jìn)行的。這導(dǎo)致如下后果，即在上述的屆時(shí)存儲(chǔ)電介質(zhì)被敷在第一電極上，并且第一電極又處在通往選擇晶體管的導(dǎo)電連接上的方法中，應(yīng)用這些鐵電材料導(dǎo)致導(dǎo)電連接氧化，因?yàn)樵阼F電材料的淀積過程中氧氣穿過第一電極朝導(dǎo)電連接方向擴(kuò)散。導(dǎo)電連接氧化意味著存儲(chǔ)電容器和選擇晶體管之間的連接中斷，使由存儲(chǔ)電容器和選擇晶體管構(gòu)成的存儲(chǔ)單元失去其功能。
用以在淀積鐵電的存儲(chǔ)電介質(zhì)的過程中避免導(dǎo)電連接氧化的技術(shù)方案規(guī)定，在導(dǎo)電連接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，而且須可防止氧化并可防止氧氣擴(kuò)散通過。應(yīng)用阻擋層時(shí)的缺點(diǎn)在于難于尋找適宜的、既能導(dǎo)電又能防止氧氣通過的、可防止氧化的并能相宜地敷到導(dǎo)電連接上的材料。
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種用于制作半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的方法，在該方法中，鐵電的材料可被用作待制作的存儲(chǔ)電容器的存儲(chǔ)電介質(zhì)并可放棄使用導(dǎo)電連接和第一電極之間的阻擋層，據(jù)此，特別是不產(chǎn)生上述缺點(diǎn)；本發(fā)明的任務(wù)還在于提供一種按照該方法制作的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置。
解決以上任務(wù)的技術(shù)方案在于一種用于制作半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的、具有如下方法步驟的方法-制備一個(gè)由選擇晶體管構(gòu)成的結(jié)構(gòu)；-在由選擇晶體管構(gòu)成的結(jié)構(gòu)上，在絕緣層的第一主面上淀積由電極材料構(gòu)成的第一層；-在由電極材料構(gòu)成的第一層上淀積一電介質(zhì)層；-在選擇晶體管的源極區(qū)上制造接觸孔；-在由電極材料構(gòu)成的第一層的暴露的邊緣上敷加第二絕緣層；-朝第一主面方向淀積由電極材料構(gòu)成的第二層；-使由電極材料構(gòu)成的第二層結(jié)構(gòu)化。
在本發(fā)明的、用于制作半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的方法中，在存儲(chǔ)電介質(zhì)被淀積之后才建立處于兩個(gè)電極之一(在該情況下指的是第二電極)和選擇晶體管之間的導(dǎo)電連接。該方法適于把任意的電介質(zhì)用作用于建立半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置中的存儲(chǔ)電容器的存儲(chǔ)電介質(zhì)。該方法特別適于把鐵電的材料用作存儲(chǔ)電介質(zhì)。因?yàn)樵谠摲椒ㄖ?，不?huì)出現(xiàn)前面所述的問題，即在淀積存儲(chǔ)電介質(zhì)的過程中通往選擇晶體管的導(dǎo)電連接的氧化問題。此外，用迄今公開的、用于制作半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的方法可輕易地實(shí)施該方法。
發(fā)明的其它實(shí)施形式是從屬權(quán)利要求的主題。
絕大多數(shù)迄今公開的、按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形式用作存儲(chǔ)電介質(zhì)的鐵電材料的鐵電性能與溫度有關(guān)。這些鐵電材料在對(duì)它們而言的特征溫度以下呈鐵電性能，而在該特征溫度以上則呈順電性能，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(chǔ)電介質(zhì)的介電常數(shù)。對(duì)幾種鐵電材料而言其呈鐵電性能的溫度是很低的，據(jù)此，從技術(shù)角度看，只在順電狀態(tài)下應(yīng)用這些鐵電材料，在順電狀態(tài)下，其介電常數(shù)分別大于10，最好大于100。
發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(chǔ)電介質(zhì)，其中，這些材料譬如可以是上述的鐵電材料，它被用在對(duì)其而言的特征溫度以上。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形式規(guī)定把氧化物電介質(zhì)用作存儲(chǔ)電介質(zhì)。屬于此類材料的譬如有SBTN SrBi2(Ta1-xNbx)2O9、SBT SrBi2Ta2O9、PZT(Pb,Zr)TiO3、BST(Ba,Sr)TiO3或ST SrTiO3?；瘜W(xué)式(Pb,Zr)TiO3指的是PbxZr1-xTiO3。Pb和Zr在該材料中所占的比例可發(fā)生變化，其中，由Pb和Zr之比確定該電介質(zhì)的溫度特性，即確定溫度，在該溫度以下時(shí)，該材料呈鐵電性能，在該溫度以上時(shí)，該材料在介電常數(shù)高的情況下呈順電性能?；瘜W(xué)式(Ba,Sr)TiO3指的是BaxSr1-xTiO3，在該基質(zhì)中，Ba和Sr之比可確定溫度特性。上面所列的物質(zhì)絕不是全部。選擇上述物質(zhì)之一作為存儲(chǔ)電介質(zhì)主要取決于制作過程中的加工因素，并且還取決于應(yīng)用時(shí)的因素，如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的環(huán)境溫度。
在發(fā)明的制作過程中，屆時(shí)，由電極材料構(gòu)成的第二層在建立接觸孔之后被淀積在由選擇晶體管構(gòu)成的、在建立接觸孔之前曾在其上敷加由電極材料構(gòu)成的第一層和電介質(zhì)層的結(jié)構(gòu)上，可確保在接觸孔的由電極材料構(gòu)成的第一層暴露在其上的邊緣上不形成由電極材料構(gòu)成的第一層和由電極材料構(gòu)成的第二層之間的導(dǎo)電連接。為了防止由電極材料構(gòu)成的第一層和由電極材料構(gòu)成的第二層之間的導(dǎo)電連接，第二絕緣層在接觸孔的范圍內(nèi)被敷到由電極材料構(gòu)成的第一層的暴露的邊上。該絕緣層可完全覆蓋住接觸孔的側(cè)壁，但也可只有接觸孔的部分側(cè)面可被第二絕緣層所覆蓋。達(dá)到此目的的措施譬如可在于，采用截錐形的接觸孔或采用其在第一電極層的范圍內(nèi)的直徑大于其在第一絕緣層的范圍內(nèi)的直徑的接觸孔。
按照發(fā)明的方法制作的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置是從屬權(quán)利要求7至12的主題。
下面結(jié)合實(shí)施例借助附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。附圖所示為

圖1按本發(fā)明的、用于制作集成的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的方法，圖2按本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的一個(gè)實(shí)施例，圖3按本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的另一個(gè)實(shí)施例。
在以下的圖中，在沒有其它說明的情況下，相同的標(biāo)號(hào)表示相同的具有相同意義的構(gòu)件。
在圖1中，借助多個(gè)在圖1a至1f所示的方法步驟說明發(fā)明的、用于制作半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的方法。
圖1a示出了由選擇晶體管構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的一段的截面圖，該結(jié)構(gòu)具有一個(gè)半導(dǎo)體基體5，在該半導(dǎo)體基體5上敷有一絕緣層10，譬如二氧化硅(SiO2)。在圖1a中所示的選擇晶體管2具有一個(gè)源極區(qū)4、一個(gè)漏極區(qū)6和一個(gè)柵極8，其中，源極區(qū)4和漏極區(qū)6位于半導(dǎo)體基體5內(nèi)，而柵極8位于半導(dǎo)體基體5之上的絕緣層10中。源極區(qū)4和漏極區(qū)6可譬如由半導(dǎo)體基體5的與半導(dǎo)體基體5的導(dǎo)電類型互補(bǔ)地?fù)诫s的區(qū)域構(gòu)成，而柵極8是可由多晶硅構(gòu)成的。這些由選擇晶體管2構(gòu)成的結(jié)構(gòu)是可完整地預(yù)制的并可被用于不同的、用于制作具有各種不同的規(guī)格的存儲(chǔ)電容器的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的方法。
為了一目了然，在下面的圖中沒示出半導(dǎo)體基體5和柵極8及漏極區(qū)6的標(biāo)號(hào)。此外，也沒示出由選擇晶體管構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的其它布線，如用以在這些結(jié)構(gòu)中通常使多個(gè)選擇晶體管相互連接的字線和位線。
圖1b示出了由選擇晶體管2構(gòu)成的，在完成第一方法步驟之后的結(jié)構(gòu)，在第一方法步驟中，由電極材料構(gòu)成的第一層12被淀積到絕緣層10的第一主面3上，電介質(zhì)層14被淀積到由電極材料構(gòu)成的第一層12上。譬如鉑可被用作電極材料。為了提高電介質(zhì)層14的和由電極材料構(gòu)成的第一層12的附著力，可在電介質(zhì)層14和由電極材料構(gòu)成的第一層12之間敷加一粘附層，如二氧化鈦(TiO2)。
圖1c示出了由選擇晶體管2構(gòu)成的、在完成另一方法步驟之后的結(jié)構(gòu)，在該另一方法步驟中，一個(gè)接觸孔18在圖示的選擇晶體管2的源極區(qū)4之上在絕緣層10、由電極材料構(gòu)成的第一層12和電介質(zhì)層14中被建立。據(jù)此，在接觸孔18的上部范圍內(nèi)，由電極材料構(gòu)成的第一層12的邊緣19是暴露的。
在下一方法步驟中，如圖1d所示，第二絕緣層20被敷在暴露的邊緣19上。在圖示的實(shí)施例中，第二絕緣層20完全覆蓋住接觸孔18的側(cè)面并據(jù)此也覆蓋住接觸孔18的范圍內(nèi)的由電極材料構(gòu)成的第一層12的暴露的邊緣19和電介質(zhì)層14。適用作第二絕緣層20的材料譬如是二氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)。第二絕緣層20最好通過朝第一主面3方向淀積一由絕緣材料構(gòu)成的層并隨后進(jìn)行各向異性刻蝕被建立。
圖1e示出了經(jīng)過下一方法步驟之后的結(jié)構(gòu)，在該方法步驟中，由電極材料構(gòu)成的第二層16朝第一主面3方向被淀積到結(jié)構(gòu)上。由電極材料構(gòu)成的第二層16覆蓋在接觸孔18之外的范圍內(nèi)的電介質(zhì)層14，覆蓋接觸孔18的側(cè)面上的第二絕緣層20并在接觸孔18的底上覆蓋選擇晶體管2的源極區(qū)4。
第二電極層16在下一方法步驟中被建立結(jié)構(gòu)，使由電極材料構(gòu)成的第二層16的分段16′得以形成，其中，如圖1f所示，分段16′相當(dāng)于形成的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置1的存儲(chǔ)電容器的第二電極并分別與各個(gè)選擇晶體管的源極區(qū)4相連。電介質(zhì)層14相當(dāng)于存儲(chǔ)電介質(zhì)34，由電極材料構(gòu)成的第一層12相當(dāng)于第一電極32，在圖示的實(shí)施例中，第一電極32是半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置1的多個(gè)存儲(chǔ)電容器所共用的。在圖示的實(shí)施例中，第二電極36同時(shí)構(gòu)成通往選擇晶體管2的導(dǎo)電連接。
在圖2中示出了按本發(fā)明的制作方法制作的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置1的另一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，接觸孔18在第一電極32的和存儲(chǔ)電介質(zhì)34的范圍內(nèi)所具有的直徑大于其在第一絕緣層10的范圍內(nèi)的直徑。在該實(shí)施例中，第二絕緣層20只覆蓋接觸孔18范圍內(nèi)的第一電極32和存儲(chǔ)電介質(zhì)34。在第一絕緣層10的范圍內(nèi)，接觸孔18的側(cè)面沒被覆蓋。
按發(fā)明的制作方法制作的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置1的在圖3中所示的另一實(shí)施例具有一個(gè)截錐形的接觸孔18。在該實(shí)施例中，第二絕緣層20覆蓋接觸孔18的范圍內(nèi)的第一電極32和存儲(chǔ)電介質(zhì)34以及位于接觸孔18的側(cè)面上的部分第一絕緣層10。第二絕緣層20具有至少近似垂直于第一主面3的側(cè)面，據(jù)此，在設(shè)有截錐形接觸孔18的情況下，使第二絕緣層20的厚度自源極區(qū)4朝第一主面方向逐漸加大。
標(biāo)號(hào)表1半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置2選擇晶體管3第一主面4源極區(qū)6漏極區(qū)8柵極10第一絕緣層12第一層14電介質(zhì)層16第二層16′第二層分段18接觸孔19第一層邊緣20第二絕緣層32第一電極34存儲(chǔ)器電介質(zhì)36第二電極
權(quán)利要求
1．用于以如下順序的方法步驟制作集成半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的方法-制備由選擇晶體管(2)構(gòu)成的、具有一個(gè)半導(dǎo)體基體(5)和一個(gè)位于半導(dǎo)體基體(5)之上的絕緣層(10)的結(jié)構(gòu)，-在由選擇晶體管(2)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)上，在絕緣層(10)的第一主面(3)上在淀積工藝中淀積由電極材料構(gòu)成的第一層(12)，-在由電極材料構(gòu)成的第一層(12)上淀積一電介質(zhì)層(14)，-在選擇晶體管(2)的源極區(qū)(4)上制造接觸孔(18)，-在由電極材料構(gòu)成的第一層(12)的暴露的邊緣上敷加第二絕緣層(20)，-淀積由電極材料構(gòu)成的第二層(16)，-為由電極材料構(gòu)成的第二層(16)建立結(jié)構(gòu)。
2．按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，電介質(zhì)層(14)由一種具有鐵電性能的材料構(gòu)成。
3．按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，電介質(zhì)層(14)由一種其介電常數(shù)大于10的材料構(gòu)成。
4．按照以上權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，該材料是一種氧化物電介質(zhì)，特別是SBTN SrBi2(Ta1-xNbx)2O9、SBT SrBi2Ta2O9、PZT(Pb,Zr)TiO3、BST(Ba,Sr)TiO3或ST SrTiO3。
5．按照以上權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，接觸孔(15)在由電極材料構(gòu)成的第一層(12)的范圍內(nèi)所具有的直徑大于其在第一絕緣層(10)的范圍內(nèi)的直徑。
6．按照以上權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，接觸孔(15)為截錐形結(jié)構(gòu)。
7．由許多個(gè)分別具有如下特征的、同樣的存儲(chǔ)單元構(gòu)成的、集成的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置7.1．一個(gè)具有一個(gè)源極區(qū)(4)、一個(gè)漏極區(qū)(6)和一個(gè)柵極(8)的選擇晶體管(2)，7.2．一個(gè)位于選擇晶體管(2)的源極區(qū)(4)之上的第一絕緣層(10)，7.3．一個(gè)位于絕緣層(10)的第一主面(3)上的、其上敷有存儲(chǔ)電介質(zhì)(32)的第一電極(30)，7.4．一個(gè)位于源極區(qū)(4)之上的接觸孔(18)，7.5．第一電極(30)在接觸孔(18)的范圍內(nèi)被第二絕緣層(20)所覆蓋，7.6．第二電極(34)位于存儲(chǔ)電介質(zhì)(32)之上并與選擇晶體管(2)的源極區(qū)(4)導(dǎo)電地連接，其特征在于具有如下特征7.7．接觸孔(18)在第一電極(32)的范圍內(nèi)所具有的直徑大于其在絕緣層(10)的范圍內(nèi)的直徑。
8．按照權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置，其特征在于，存儲(chǔ)電介質(zhì)(34)具有鐵電的性能。
9．按照權(quán)利要求7或8所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置，其特征在于，存儲(chǔ)電介質(zhì)(34)具有大于10的介電常數(shù)。
10．按照權(quán)利要求7至9之一所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置，其特征在于，該存儲(chǔ)電介質(zhì)是一種氧化物電介質(zhì)，特別是SBTNSrBi2(Ta1-xNbx)2O9、SBT SrBi2Ta2O9、PZT(Pb,Zr)TiO3、BST(Ba,Sr)TiO3或ST SrTiO3。
11．按照權(quán)利要求7至10之一所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置，其特征在于，接觸孔(18)在第一電極(32)的范圍內(nèi)所具有的直徑大于其在第一絕緣層(10)的范圍內(nèi)的直徑。
12．按照權(quán)利要求7至11之一所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置，其特征在于，接觸孔(18)為截錐形結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提出用于制作集成的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的,特別是把鐵電材料用作存儲(chǔ)電介質(zhì)的方法,其中,存儲(chǔ)電容器的一個(gè)電極和選擇晶體管之間的導(dǎo)電連接,在淀積存儲(chǔ)電介質(zhì)之后才被建立;以及按照該制作方法制作的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置。
文檔編號(hào)H01L29/788GK1231768SQ97198369
公開日1999年10月13日 申請(qǐng)日期1997年9月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月30日
發(fā)明者F·欣特邁爾, G·欣德勒, W·哈特納, C·馬祖雷-埃斯佩佐 申請(qǐng)人:西門子公司