專利名稱：具有漸縮的圓柱形存儲節(jié)點的電容器及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體器件的電容器的制造方法，更特別的涉及一種具 有漸縮的圓柱形存儲節(jié)點的電容器以防止圓柱形存儲節(jié)點的傾斜的電容器， 以及該電容器的制造方法。
背景技術：
由于半導體存儲器件例如DRAM是高度集成的，作為存儲器件中用于 儲存數(shù)據(jù)的存儲區(qū)，電容器的寬度更窄。電容器由嵌入存儲節(jié)點和平板節(jié)點 之間的介電層構成，且電容量與節(jié)點的表面積和介電層的介電常數(shù)成正比 例，與節(jié)點之間的距離也就是介電層的厚度成反比例。因此，為了得到高容量的電容器，需要使用具有大的介電常數(shù)的介電層， 和/或擴大節(jié)點的表面積，和/或縮小節(jié)點間的距離。然而，節(jié)點之間的距離 也就是介電層的厚度能夠縮小的程度存在局限性，因此研究集中在尋找采用 具有大的介電常數(shù)的介電層或擴大節(jié)點的表面積的方法上，以形成高容量的 電容器。擴大節(jié)點的表面積的典型方法包括形成具有凹陷或圓柱形的三維存儲 節(jié)點的方法。圓柱形存儲節(jié)點比凹陷型存儲節(jié)點具有更多的優(yōu)點以實現(xiàn)高容 量的電容器，因為其具有更大的節(jié)點面積。然而，盡管沒有顯示和詳細描述，為了形成圓柱形存儲節(jié)點，實施去除 模具絕緣層的浸出(dip-out)工藝，和在浸出(dip-out)工藝中的干燥程序 期間，由于去離子水(DIW)的表面張力和存儲節(jié)點的增加的高度，存儲節(jié) 點會傾斜以引發(fā)兩個相鄰存儲節(jié)點的橋接。因此，作為 一種保證和防止存儲節(jié)點的傾斜和相鄰存儲節(jié)點之間的橋接 的方法，它需要確保大于理想距離的單元至單元(cell-to-cell)間距和縮小 存儲節(jié)點的高度。然而，由于為了達到半導體器件的高集成度縮小了設計規(guī)則，來自掩模 態(tài)的單元之間的空間已經(jīng)很狹窄，所以采用傳統(tǒng)刻蝕工藝和圓柱形存儲節(jié)點 形成工藝4艮難保證足夠的單元至單元(cell-to-cell)間距，因此防止圓柱形 存儲節(jié)點的傾斜是不可能的。最終，當采用如上所述的傳統(tǒng)方法制造時，不 可能穩(wěn)定地形成圓柱形電容器。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實施例涉及一種電容器，其中防止了圓柱形存儲節(jié)點傾斜，還 涉及該電容器的制造方法。而且，本發(fā)明的實施例涉及一種電容器，該電容器能夠通過防止由圓柱 形存儲節(jié)點的傾斜產(chǎn)生的相鄰存儲節(jié)點間的橋接來穩(wěn)定地實現(xiàn)圓柱形電容 器，還涉及該電容器的制造方法。 .在一實施例中，電容器可包括設置有存儲節(jié)點接觸插頭的半導體基板； 圓柱形存儲節(jié)點，在半導體基板上方形成從而與存儲節(jié)點接觸插頭相接觸， 其上端部分具有漸縮的形狀；介電層，在圓柱形存儲節(jié)點上方形成；和平板 節(jié)點，在介電層上方形成。電容器可還包括在存儲節(jié)點接觸插頭和圓柱形存儲節(jié)點之間的界面處 形成的金屬硅化物層。金屬石圭化物層優(yōu)選地為TiS^層。存儲節(jié)點為由TiN、 WN、 TaN、 Ru和Pt中至少之一制成的金屬層。 介電層為Zr02層、八1203層，以及Al203層和Zr02層的疊層中之一。 平板節(jié)點為由TiN、 WN、 TaN、 Ru和Pt中至少之一制成的金屬層。 在另一實施例中，電容器的制造方法可包括在設置有存儲節(jié)點接觸插 頭的半導體基板上方形成緩沖氧化物層、刻蝕截止層和模具絕緣層；刻蝕模具絕緣層和刻蝕截止層以在存儲節(jié)點接觸插頭的上部中形成第一孔；在包括 第一孔的模具絕緣層上方沉積漸縮層，在上端部分該漸縮層的厚度比在下端 部分該縮減層的厚度要厚；回刻蝕漸縮層和緩沖氧化物層使得形成了用于露 出存儲節(jié)點接觸插頭的第二孔且只在第二孔的上端部分保留該漸縮層；在包 括保留的漸縮層的第二孔的表面形成用于存儲節(jié)點的金屬層；去除模具絕緣 層和保留的漸縮層以形成圓柱形存儲節(jié)點，其上端部分具有漸縮形狀；以及 在存儲節(jié)點上方形成介電層和平板節(jié)點。 刻蝕截止層為氮化物層。模具絕緣層為PE-TEOS的單層或PSG層和PE-TEOS層的雙層。
由PE-TEOS層、PE-USG層、OrUSG層、LP-TEOS層、HTO層和SiON層中之一的氧化物層形成漸縮層。依照CVD或PECVD工藝沉積漸縮層在第一孔的上端部分厚度為50至500A,和在第一孔的下端部分厚度為10至100A。保留在第二孔的上端部分的漸縮層具有20至IOOA的厚度。該方法可還包括在存儲節(jié)點接觸插頭上方形成金屬硅化物層，優(yōu)選地為TiSix層，在回刻蝕漸縮層和緩沖氧化物層之后，但先于形成用于存儲節(jié)點的金屬層。依照CVD或ALD工藝，由TiN、 WN、 TaN、 Ru和Pt中至少之一制成 的金屬層形成存儲節(jié)點。由Zr02層、A1203層，以及A1203層和Zr02層的疊層中之一形成介電層， 且依照ALD工藝在200至480。C溫度下，采用Zr[N(CH3)]2、 Zr[N(CH2CH3)]2 或Zr[N(CH3)(CH2CH3)]2作為Zr源，采用A1(CH3)3作為Al源和采用03或 H20作為O源，形成A1203層和Zr02層。由TiN、 WN、 TaN、 Ru和Pt中至少之一制成的金屬層形成平板節(jié)點。 優(yōu)選地，平板節(jié)點為由依照CVD和PVD工藝的雙層或依照ALD和PVD工 藝的雙層形成的TiN層。在又一實施例中，電容器的制造方法可包括在設置有存儲節(jié)點接觸插 頭的半導體基板上方形成緩沖氧化物層、刻蝕截止層和模具絕緣層；刻蝕模具絕緣層、刻蝕截止層和緩沖氧化物層以形成用于露出存儲節(jié)點接觸插頭的 孔；在包括孔內(nèi)部的模具絕緣層上方沉積漸縮層，其中在上端部分的漸縮層 的厚度比在下端部分的漸縮層的厚度要厚；回刻蝕漸縮層以露出存儲節(jié)點接 觸插頭，其中只在孔的上端部分保留漸縮層；在包括^f呆留在孔的上端部分的漸縮層的孔的表面上形成用于存儲節(jié)點的金屬層；去除模具絕緣層和保留的漸縮層以形成圓柱形存儲節(jié)點，其中圓柱形存儲節(jié)點的上端部分具有漸縮形狀；以及在存儲節(jié)點上方形成介電層和平板節(jié)點。 在CVD或PECVD工藝中形成漸縮層。漸縮層在孔的上端部分沉積50至500A的厚度，和在孔的下端部分沉積 10至IOOA的厚度。保留在孔的上端部分的漸縮層具有20至IOOA的厚度。


圖1為示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的電容器的橫截面圖。圖2A至2G為示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的電容器制造方法的工藝步驟 的橫截面圖。圖3為示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的電容器的橫截面圖。
具體實施方式
本發(fā)明的優(yōu)選實施例涉及一種電容器，其中圓柱形存儲節(jié)點的上端部分 形成具有漸縮形。由此，由于單元至單元(cell-to-cdl)間距即圓柱形存儲 節(jié)點間的空間得到保證，能夠防止圓柱形存儲節(jié)點的傾斜和相鄰存儲節(jié)點間 橋接的最終產(chǎn)生。此后，將參考附圖描述本發(fā)明一實施例。圖1為示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的電容器的橫截面圖。如圖所示，根據(jù) 本發(fā)明一實施例的電容器160包括存儲節(jié)點152、介電層154和平板節(jié)點156， 特別地該存儲節(jié)點152具有其上端部分漸縮的圓柱形結構。在這種情況下，鑒于其上端部分漸縮的存儲節(jié)點152的形狀，與傳統(tǒng)結 構相比相鄰的圓柱形存儲節(jié)點間的空間增大了 ，因此充足的單元至單元 (cell-to-cell)間距得到保i正。由此，根據(jù)本發(fā)明一實施例，透過保證充足 的單元至單元(cell-to-cell)間距，能夠防止圓柱形存儲節(jié)點的傾斜和相鄰 儲儲節(jié)點間橋接的最終產(chǎn)生。因此，根據(jù)本發(fā)明一實施例，由于圓柱形電容器的形成能穩(wěn)定地進行所 以產(chǎn)量可得到提高，以及通過圓柱形電容器的形成也能實現(xiàn)高容量的半導體 存儲器件。圖1中，參考數(shù)字IIO指層間絕緣層，112指存儲節(jié)點接觸插頭，114 指緩沖氧化物層，116指刻蝕截止層，142指TiSix層以及H2指用于存儲節(jié) 點的孔。圖2A至2G為示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的電容器制造方法的工藝步驟 的橫截面圖且下面對其進行描述。參考圖2A,在形成有包括晶體管的基礎結構(未顯示)的半導體基板 100的上部分上方形成了層間絕緣層110之后，由多晶硅制成的存儲節(jié)點接 觸插頭112形成在層間絕緣層110中的理想位置上。在包括存儲節(jié)點接觸插
頭112的層間絕緣層110上方，順序形成了緩沖氧化物層114、刻蝕截止層 116和模具絕緣層120。
刻蝕截止層116優(yōu)選地由氮化物層形成，和模具絕緣層120優(yōu)選地由 PSG層122和PE-TEOS層124的雙層形成。這可能由PE-TEOS的單層形成 模具絕緣層120。
在模具絕緣層120上方形成無定形碳層作為硬掩模材料。此后，通過光 刻工藝和刻蝕工藝給無定形碳層構圖來形成硬掩模130，從而在存儲形成區(qū) 域中露出模具絕緣層120的一部分，其對應于存儲節(jié)點接觸插頭112的上部 區(qū)域。
參考圖2B,用硬掩模130作為刻蝕掩模，刻蝕模具絕緣層120和刻蝕 截止層130直到露出緩沖氧化物層114,這樣形成了第一孔H,。此時，硬掩 模130的大部分厚度都去除了，因而只保留了一定厚度。在包括第一孔H, 的硬掩模130上方沉積漸縮層140。
漸縮層140是用于引發(fā)圓柱形存儲節(jié)點的上端部分形成漸縮形的一個元 素，且沉積具有在第一孔的上端部分的沉積厚度比在下端部分的沉積厚 度要厚的非共形沉積特性。例如，依照CVD或PECVD工藝，漸縮層140 沉積具有PE-TEOS層、PE-USG層、(VUSG層、LP-TEOS層、HTO層和 SiON層之一的氧化物層，且在第一孔H,的上端部分的沉積厚度約50至 500A,和在第一孔的下端部分的沉積厚度約10至IOOA。
參考圖2C,通過經(jīng)歷回刻蝕工藝刻蝕漸縮層140和緩沖氧化物層114, 在模具絕緣層120上方形成的一部分漸縮層140和保留在該部分漸縮層140 下面的硬掩模130被去除，和同時形成了用于露出存儲節(jié)點接觸插頭112的 第二孔H2。此時，處于或接近第二孔H2的上端部分，漸縮層140保留，且 保留的漸縮層140的厚度優(yōu)選地為約20至IOOA。
參考圖2D,為了減少由多晶硅制成的存儲節(jié)點接觸插頭112與將要接 著形成的金屬存儲節(jié)點之間的接觸電阻，金屬硅化物層142例如TiSk層形 成在它們之間的界面處。通過在包括保留的漸縮層140的第二孔H2和模具 絕緣層120上方沉積Ti層，以及之后通過進行快速熱處理，形成TiSk層。 在包括硅化物層142的第二孔H2和模具絕緣層120上方，形成用于存儲節(jié) 點的金屬層150。依照CVD或ALD工藝，用于存儲節(jié)點的金屬層150由TiN、 WN、 TaN、 Ru和Pt中之一或多個形成。優(yōu)選地，用于存儲節(jié)點的金屬層150由TiN形成。參考圖2E,依照眾所周知的工藝，形成在模具絕緣層120上方用于存 儲節(jié)點的一部分金屬層150被去除使得相鄰的存儲節(jié)點彼此分開。參考圖2F，模具絕緣層120通過浸出(dip-out)工藝去除了，從而形成 圓柱形存儲節(jié)點152。當模具絕緣層被去除時，保留的漸縮層140也通過浸 出(dip-out)工藝中的清潔工藝去除了。在這里，由于本發(fā)明的圓柱形存儲節(jié)點152通過漸縮層140 (在圖2F 中去除的)具有其上端部分略微向內(nèi)彎曲的形狀，相鄰圓柱形存儲節(jié)點152 間的空間即單元至單元間距增大了 。因此，在模具絕緣層120的浸出(dip-out) 工藝期間，限制了圓柱形存儲節(jié)點152傾斜，因而防止了相鄰圓柱形存儲節(jié) 點間的橋接。因此，由于本發(fā)明提供了形成圓柱形電容器的穩(wěn)定且可靠的方法，產(chǎn)量 增加了，更加由于依照本發(fā)明形成的圓柱形存儲節(jié)點具有比傳統(tǒng)產(chǎn)品更大的 縱橫比，本發(fā)明提供了更高級的方法以實現(xiàn)高容量半導體存儲器件。參考圖2G，介電層154和平板節(jié)點156順序形成在包括圓柱形存儲節(jié) 點152的刻蝕截止層116上方，由此#4居本發(fā)明的一實施例完成了圓柱形電 容器160的形成。介電層154由ZrCb層形成，和其厚度為約30至150A。 可能由八1203層或八1203層和Zr02層的雙層形成介電層154。依照ALD工藝 在200至480 。C溫度下，采用 Zr[N(CH3)]2 、 Zr[N(CH2CH3)]2或 Zr[N(CH3)(CH2CH3)]2作為Zr源，采用A1(CH3)3作為Al源和采用03或H20 作為O源，形成八1203層和Zr02層。平板節(jié)點156是由TiN、 WN、 TaN、 Ru和Pt中之一或多個形成的金屬層。優(yōu)選地，由TiN層形成平板節(jié)點156， 且由依照CVD和PVD工藝的雙層或依照ALD和PVD工藝的^又層形成該 TiN層。由于上面的描述很明白，在本發(fā)明的一實施例中，由于圓柱形存儲節(jié)點 152釆用漸縮層140形成圓柱形存儲節(jié)點152的上端部分向內(nèi)漸縮的形狀， 相鄰存儲節(jié)點152之間的空間增大了，由此防止圓柱形存儲節(jié)點的傾斜和兩 個傾斜的相鄰存儲節(jié)點的橋接。因此，源于圓柱形電容器的可靠的形成，產(chǎn) 品產(chǎn)量增加了。同樣，在本發(fā)明的一實施例中，由于圓柱形存儲節(jié)點的上端部分形成了 向內(nèi)漸縮的形狀，可形成具有比傳統(tǒng)產(chǎn)品大的更大縱橫比的圓柱形存儲節(jié)點，進而可提高電容量以實現(xiàn)高容量的存儲半導體器件。圖3為示出根據(jù)本發(fā)明另 一實施例的電容器的橫截面圖。依照此實施例，漸縮層140在形成第三孔H3之后實現(xiàn)，該第三孔通過刻蝕模具絕緣層120、 刻蝕截止層116和緩沖氧化物層114形成，用于露出存儲節(jié)點接觸插頭112。 除此之外，剩下的制造工藝與前面執(zhí)行的實施例一致，省略了詳細的描述。雖然為說明效果已經(jīng)描述了本發(fā)明的特殊的實施例，但是本領域的一般 技術人員可以理解在不脫離由權利要求所界定的本發(fā)明的精神和范圍的情 況下，可以作出各種改變、添加和替換。本發(fā)明要求于2006年12月29日提交的韓國專利申請第 10-2006-0138476號的權益，其公開的全文在此作參照引用。
權利要求
1. 一種電容器，包括設置有存儲節(jié)點接觸插頭的半導體基板；圓柱形存儲節(jié)點，形成在該半導體基板上方從而與該存儲節(jié)點接觸插頭相接觸，該圓柱形存儲節(jié)點的上端部分具有漸縮的形狀；介電層，在該圓柱形存儲節(jié)點上方形成；及平板節(jié)點，在該介電層上方形成。
2. 依照權利要求1的電容器，還包括在該存儲節(jié)點接觸插頭和圓柱形存 儲節(jié)點之間的界面處形成的金屬硅化物層。
3. 依照權利要求2的電容器，其中該金屬硅化物層為TiSix層。
4. 依照權利要求1的電容器，其中該存儲節(jié)點為由TiN、 WN、 TaN、 Ru和Pt中至少之一制成的金屬層。
5. 依照權利要求1的電容器，其中該介電層為Zr02層、八1203層，以及 A1203層和Zr02層的疊層中之一。
6. 依照權利要求1的電容器，其中該平板節(jié)點為由TiN、 WN、 TaN、 Ru和Pt中至少之一制成的金屬層。
7. —種電容器的制造方法，包括如下步驟在設置有存儲節(jié)點接觸插頭的半導體基板上方形成緩沖氧化物層、刻蝕 截止層和模具絕緣層；刻蝕該模具絕緣層和該刻蝕截止層以在該存儲節(jié)點接觸插頭的上部中 形成第一孔；在包括該第 一孔內(nèi)部的該模具絕緣層上方沉積漸縮層，其中該漸縮層在 上端部分的厚度比該漸縮層在下端部分的厚度要厚；回刻蝕該漸縮層和緩沖氧化物層使得形成了用于露出該存儲節(jié)點接觸 插頭的第二孔，其中只在第二孔的上端部分保留該漸縮層；在包括保留在第二孔的上端部分的漸縮層的第二孔的表面上形成用于 存儲節(jié)點的金屬層；去除該模具絕緣層和保留的漸縮層以形成該圓柱形存儲節(jié)點，其中該圓 柱形存儲節(jié)點的上端部分具有漸縮形狀；以及在該存儲節(jié)點上方形成介電層和平板節(jié)點。
8. 如權利要求7的電容器的制造方法，其中該刻蝕截止層為氮化物層。
9. 如權利要求7的電容器的制造方法，其中該模具絕緣層為PE-TEOS 的單層或PSG層和PE-TEOS層的雙層。
10. 如權利要求7的電容器的制造方法，其中由PE-TEOS層、PE-USG 層、OrUSG層、LP-TEOS層、HTO層和SiON層中之一的氧化物層形成該 漸縮層。
11. 如權利要求7的電容器的制造方法，其中該縮減層由CVD或PECVD工藝形成。
12. 如權利要求7的電容器的制造方法，其中該縮減層沉積在第一孔的 上端部分厚度為50至500A，和在第一孔的下端部分厚度為10至100A。
13. 如權利要求7的電容器的制造方法，其中保留在第二孔的上端部分 的該漸縮層具有20至100A的厚度。
14. 如權利要求7的電容器的制造方法，還包括如下步驟在回刻蝕該 漸縮層和緩沖氧化物層之后，但先于形成用于該存儲節(jié)點的該金屬層，在該 存儲節(jié)點接觸插頭上方形成金屬硅化物層。
15. 如權利要求14的電容器的制造方法，其中金屬硅化物為TiSix層。
16. 如權利要求7的電容器的制造方法，其中該存儲節(jié)點是由TiN、WN、 TaN、 Ru和Pt中至少之一制成的金屬層。
17. 如權利要求7的電容器的制造方法，其中由Zr02層、八1203層，以 及A1203層和Zr02層的疊層中之一形成該介電層。
18. 如權利要求17的電容器的制造方法，其中該八1203層和ZrCb層依 照ALD工藝在200至480。C溫度下采用Zr[N(CH3)]2、 Zr[N(CH2CH3)]2或 Zr[N(CH3)(CH2CH3)]2作為Zr源，采用A1(CH3)3作為Al源和采用03或H20 作為O源形成。
19. 如權利要求7的電容器的制造方法，其中該平板節(jié)點為由TiN、WN、 TaN、 Ru和Pt中至少之一制成的金屬層。
20. 如權利要求19的電容器的制造方法，其中該TiN層為由依照CVD 和PVD工藝的雙層或依照ALD和PVD工藝的雙層形成。
21. —種電容器的制造方法，包括如下步驟在設置有存儲節(jié)點接觸插頭的半導體基板上方形成緩沖氧化物層、刻蝕 截止層和模具絕緣層；刻蝕該才莫具絕緣層、刻蝕截止層和緩沖氧化物層以形成用于露出該存儲節(jié)點接觸插頭的孔；在包括該孔內(nèi)部的該;漠具絕緣層上方沉積漸縮層，其中該漸縮層在上端 部分的厚度比該縮減層在下端部分的厚度要厚；回刻蝕該漸縮層以露出該存儲節(jié)點接觸插頭，其中只在孔的上端部分保 留該漸縮層；在包括保留在孔的上端部分的漸縮層的孔的表面上形成用于存儲節(jié)點 的金屬層；去除該模具絕緣層和保留的漸縮層以形成圓柱形存儲節(jié)點，其中該圓柱 形存儲節(jié)點的上端部分具有漸縮形狀；以及 在該存儲節(jié)點上方形成介電層和平板節(jié)點。
22. 如權利要求21的電容器的制造方法，其中在CVD或PECVD工藝中形成該漸縮層。
23. 如權利要求21的電容器的制造方法，其中該漸縮層在孔的上端部分 沉積50至500A的厚度，和在孔的下端部分沉積10至100A的厚度。
24. 如權利要求21的電容器的制造方法，其中保留在孔的上端部分的該 漸縮層具有20至100A的厚度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電容器，其通過在設置有存儲節(jié)點接觸插頭的半導體基板上方形成緩沖氧化物層、刻蝕截止層和模具絕緣層來制成。該模具絕緣層和刻蝕截止層被刻蝕以在該存儲節(jié)點接觸插頭的上部分形成孔。在包括該孔的該模具絕緣層上方沉積漸縮層。該漸縮層和緩沖氧化物層被回刻蝕使得只在該刻蝕的孔的上端部分保留該減縮層。在該保留的縮減層上方的該刻蝕的孔上形成金屬存儲節(jié)點層。去除該模具絕緣層和保留的漸縮層以形成具有減縮上端的圓柱形存儲節(jié)點。在該存儲節(jié)點上方形成介電層和平板節(jié)點。通過防止由圓柱形存儲節(jié)點的傾斜產(chǎn)生的相鄰存儲節(jié)點間的橋接來穩(wěn)定地實現(xiàn)了圓柱形電容器。本發(fā)明還涉及一種電容器的制造方法。
文檔編號H01L27/108GK101211922SQ20071014177
公開日2008年7月2日 申請日期2007年8月21日 優(yōu)先權日2006年12月29日
發(fā)明者曹豪辰, 樸哲煥, 李東均, 金在洙 申請人:海力士半導體有限公司