專利名稱：帶多層電容器的半導體存儲器裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有下列各特征的同類存儲器單元組成的存儲器裝置-各單個存儲器單元的各存儲電容器是在各選擇晶體管之上布置在存儲器裝置的一個第一主面上的，在此此主面具有大量毗鄰而處的單元面，-各單個存儲器單元的各存儲電容器是與第一主面中的各接點連接的，在此每個單元面具有一個接點，-每個存儲電容器的一個與接點連接的第一電極是條形構成的，-一種第二電極，-每個存儲電容器的各第一電極和各第二電極是由一種電介層隔開的，以及一種用于存儲器裝置制造的方法。
這種存儲器例如是從Mueller著的“半導體電子學的元件”，Springer出版社，第4版，1991,256頁及其后中已知的。在此描述了一種帶有存儲電容器的存儲器單元，存儲電容器的一個電極是幾乎構成為平面板的，并且是平行于存儲器裝置的一個主面布置的。為了隨著增長的集成密度和與此相連的存儲器裝置的縮小，使存儲電容器的眾所周知取決于電容器面積的電容量盡可能不變得更小，在上述文獻中建議將存儲電容器構成為缽狀地布置在存儲器裝置的一個主面中的溝槽電容器。存儲電容器的后述的實現可能性相對于開頭所述的實現可能性具有明顯較大的實現花費。
在US5,290,726中展示了一種在增長的集成密度時用于保持一定的電容器面積的一種其它可能性。這里敘述了將存儲電容器實現為布置在存儲器單元的選擇晶體管之上的翅片多層電容器。在此實現形式下該存儲電容器的一個第一電極具有顯示多個毗鄰相處和疊置指形條的截面，以便相對于該第一電極的平板形構成提高該電極表面積和由此提高電容器面積。存儲電容器的這種實現是以在選擇晶體管之上的某個最小面積為前提條件的，在此最小面積內可以實現該電容器。困難的是隨著增長的集成密度來提供此用于實現電容器所需要的最小面積。此外所敘述的電容器結構在制造方法方面是很昂貴的。
本發明的目的是如此繼續改進開始時所提及的存儲器裝置，使得盡管增長的集成密度可以以簡單的方式提供足夠大的電容器面積或者足夠大的電容量。另外本發明的目的在于說明一種用于制造一種這類的存儲器裝置的方法。
對于開始所提及的存儲器裝置通過下列各附加的特征達到了這個目的-每個存儲電容器的各第一電極的各側面是至少近似地正交于第一主面布置的。
以簡單的方式和方法能夠在所敘述的存儲器裝置上與由集成密度決定的單元面積無關地選擇第一電極的表面和因而選擇電容器面積。在所敘述的存儲器裝置上在第一主面中第一電極的給定長度下例如由在垂直于第一主面的方向上延長或者縮短第一電極，可以變化第一電極的表面。此外能夠在巧妙地布置各接點時或者通過第一電極的形狀來變化第一主面中的第一電極長度，并且由此變化該第一電極的表面。
本發明的各進一步發展是各從屬權利要求的對象。
在以下的敘述中假設了各單元面為矩形的。在此指出的是，第一主面劃分成各單元面沒有功能上的意義。在該單元面之下基本上存在一個選擇晶體管，該選擇晶體管可以經過該單元面中的接點進行接點接通。基于每個單元面含有一個與第一電極連接的接點的這個事實，可以將該第一電極分配給每個單元面，此電極是與單元面的接點連接的。
按本發明的存儲器裝置的一種實施形式安排了存儲電容器的第一電極經過各自所從屬的單元面向外延伸，在此各單元面產生于將第一主面的各部分面向位于其下的各晶體管的分配。必須保證的是各第一電極僅接觸一個單元面的接點，并且在各第一電極之間的間距是足夠大的。
本發明的一種實施形式規定，比接點的最小寬度薄得多地選擇各第一電極的厚度。在這種發展上可以大大地避免，尤其當第一電極的厚度是象接點各尺寸那樣相似地確定尺寸的時候才出現的調節問題。
眾所周知的一個電容器的電容量是與采用的電介層的介電常數和電容器面積之積直接成正比的，在此電容器面積在各平板電容器上是由電容器板的長與高的乘積給定的。從此關系直接看出，當繼續假設存在于板上的電介層的厚度保持不變的時候，在已給定電容器板的長度情況下電容器板的高度可以隨著增長的介電常數而減少，卻不影響電容器的電容量。
在當前情況下條狀構成的第一電極的高度決定性地確定該存儲器裝置的總高度，如果此外人們考慮到，制造過程期間的各種不平面度和各種不準確性隨著第一電極的增長著的高度而更強地起作用的話，則呈現出在制造各種存儲電容器時采用具有大介電常數的各種電介層的各種優點，并且由此打開了實施帶有較小高度的各第一電極的可能性。因此本發明的一種實施形式安排了選擇具有大于10的，尤其是大于100的介電常數的各電介層用于制造各存儲電容器。
具有這樣高的各種介電常數的各電介層例如是象BST(Ba,Sr)TiO3,PZT(pb,Zr)TiO3,ST SrTiO3,SBTN SrBi2(Ta1-xNbx)2O9那樣的各氧化電介層。這些化學式(Ba,Sr)TiO3,和(Pb,Zr)TiO3代表SaxSr1-xTiO3或PbxZr1-xTiO3。
通過每個存儲器單元高的電容器面積也能良好地采用迄今已采用過的象ONO(=SiO2/Si3N4/SiO2)那樣的各標準電介層。
本發明的一種實施形式安排了將這些條形第一電極構成為各平面的板，這簡化了制造過程期間的各第一電極的制造。
如果各單元面象本發明的一種實施形式中所建議的那樣是成列地布置的話，在此一列的各單元面是相互間齊平地布置的，可以如此地相互移動相鄰各列，以致于各相鄰列的這些單元面針對各列移動方向的垂直線是不對中地布置的。在各第一電極正交于各列移動方向布置時在各單元面的所述布置上各第一電極重疊在各相鄰單元面之上是可能的，而這些各自的第一電極互相不接觸。可將多個相鄰的互相移動了的列匯合成一個組，在此一個組的各列是如此地互相移動的，以致于位于一個組的不同列之內的各單元面針對各列移動方向的垂直線是不對中地布置的。如果將各第一電極例如正交于各列的移動方向布置的話，則有可能，存儲電容器的第一電極越出各自的單元面延伸到一個組的每個列的各一個選擇晶體管的單元面上。當例如由n個列組成的一個組的各列尤其象按本發明存儲器裝置的一種其它的實施形式所規定的那樣，相互間各自移動單元面寬度的n分之一時，這些在這樣一個存儲器裝置上近似地互相平行分布的第一電極擁有近似相等的間距。
由于不能任意薄地構成這些板狀的第一電極，可以位于一個單元面上的各第一電極的數目是有限的。本發明的一種實施形式規定，各自所屬的第一電極以及正好一個相鄰單元面的第一電極位于一個單元面上，這種應用是上述對于n=2的應用的一種特殊情況。
各第一電極的構成不局限于平面的板。一種其它的實施形式因此規定采用其各側面是正交于第一主面構成的彎曲的或折彎的各板作為各第一電極。與構成為平面板相反，可以在此在很大程度上不取決于各自鄰單元面的各接點位置地構成這些第一電極。可是也必須在此保障各相鄰單元面的這些第一電極不相互導電地接觸，并且這些第一電極僅各自導電地接觸一個觸點。
按本發明存儲器裝置的一種其它實施形式規定，由多個至少近似地等距的板組成各存儲電容器的這些第一電極，以便進一步提高電容器面積和由此提高所形成的存儲電容器的電容量。各板中的每一個在此必須是通過此接點與所屬的選擇晶體管連接的。例如通過選擇性地刻蝕多個毗鄰相處的，交替不同強度地摻雜的半導體層可以出現這樣一種板布置。例如可以采用硅或也可采用砷化鎵作為半導體材料。
用于按上述各實施之一的用于制造存儲器裝置的方法是權利要求17、18、19或20的內容。
下面借助于附圖結合實施例詳述本發明。
圖1以俯視圖展示按本發明的存儲器裝置的一個第一實施例的剖面，圖2以俯視圖展示按本發明的存儲器裝置的一個第二實施例的剖面，圖3以截面圖和俯視圖展示在制造的不同方法步驟期間的存儲器裝置的示圖，圖4展示在一個變型的制造方法的幾個方法步驟期間的存儲器裝置的示圖，并且圖5展示在制造的幾個方法步驟期間的，按一種其它實施例的存儲器裝置的示圖。
只要另外未加說明，在以下各圖中各相同的相關號標記帶有相同意義的各相同件。
在圖1中表示了按本發明存儲器裝置1的一個第一實施例。如所示的那樣，一個第一主面2是劃分為大量毗鄰相處的單元面5的。每個單元面5具有一個接點4，此接點使得在一個第一電極14和一個布置在第一主面2之下的晶體管之間的連接成為可能。這些第一電極14是構成為其各側面17正交于第一主面2布置的各薄的條的。在所示的實施例中這些第一電極14延伸到保持著接點的各單元面5上方，這些單元面是與此接點連接的，而且也延伸到一個相鄰的單元面5上方，在此這些第一電極14是構成為彎曲板的，以便防止與相鄰單元面5的接點4的接觸。
圖2中以俯視圖表示了按本發明存儲器裝置1的一個第二實施例。在所示的實施例中這些接點4是如此地布置在第一主面2中的，以致于對這些單元面5產生一個在各列3中相互對中的布置。在所示的實例中每兩個直接毗鄰相處的列3形成一個組7。兩個毗鄰相處列3的這些單元面5是在所示實例中各自互相移動了各單元面5的寬度的一半。各存儲電容器的通過接點4與一個各自位于第一主面2之下的選擇晶體管連接的第一電極14是布置在各自的單元面5上的以及布置在一個相鄰的單元面上的。在此接點4之外這些第一電極14是由第一主面2中的一種絕緣材料6從位于其下的各選擇晶體管分開的。在圖1中所示的實施例上這些接點4位于屬于一個組7的兩個列3的一個共同邊緣9附近。由此可將這些第一電極14靠近第一電極14的位于第一主面中邊緣的中心與接點4連接。
圖3中表示了在制造方法的不同方法步驟期間按本發明的一種存儲器裝置的一種實施形式。在一個第一方法步驟中敷設一個氮化物層8’到存儲器裝置1的第一主面2上。圖3a中以截面圖表示了按該方法步驟的存儲器裝置的一個部分，在此沿著圖3e中所示的邊緣AA’出現此截面。在如圖3b中所示那樣的下一個方法步驟中使之形成各氮化物條8地結構化此氮化物層8’，在此在每一個接點4上必須存在各形成氮化物條8中的一個側面12。在下一個方法步驟中如圖3c中所示那樣敷設一個電極材料制的層14”到如此結構化的布置上。由電極材料制的層例如可以由象鉑，鎢或多晶硅那樣的金屬制成或由象氧化釕或氧化銥那樣的氧化物制成或由一種導電的氮化物制成。在從各氮化物條8的近似地平行于第一主面2而處的一個表面10上以及從各氮化物條8之間的第一主面2上除去電極材料14”之后，在此電極材料14”保留在各氮化物條8的各側面12上，產生了圖3d中所示的結構。在下一個方法步驟中將在各氮化物條8的各側面12上形成的電極材料制的各條14’劃分成段。這些段形成各存儲電容器的一個第一電極14。圖3e展示在進行剛才所述的方法步驟之后的對一個存儲器裝置的一個俯視圖。在下一個方法步驟中從存儲器裝置1的第一主面2除去這些氮化物條8。如圖3f中所示那樣各第一電極14因此暴露地位于第一主面2上。下一個方法步驟規定析出一個電介層16到各第一電極14上和到未由各第一電極14覆蓋的各區中的第一主面2上。圖3中以截面圖表示了按該方法步驟形成的存儲器裝置的一個部分。在此所示的實施例中未再表示為形成各存儲電容器所需的隨后的對應電極的析出和所形成存儲器裝置的接點接通。
如從圖3d和圖3g中可看出那樣，如果要防止敷設在各第一電極14各側面17上的由電介質16制的各層互相接觸的話兩個相鄰板型第一電極14的厚度和敷設在兩個第一電極14之間的電介層16的厚度一起必須小于兩個氮化物條8之間的距離。出于例如由制造過程期間的光刻分辨率的各種界限所決定的各種工藝原因，不能將此氮化物層8’結構化成任意薄的各氮化物條8，以致于除了兩個接點4的間距之外也由各氮化物條8的寬度決定兩個第一電極14的間距。
用于制造按本發明存儲器裝置的一種改進的方法因此規定，通過析出一種氮化物到位于第一主面中的半導體材料制的各條11上來制造這些氮物條8。可以對這些條11采用一種任意的材料代替半導體材料，這種材料是對氮化物可選擇性刻蝕的并且是第一主面2中的絕緣材料6。因此可通過下列用圖4詳述的各方法步驟代替用于制造各氮化物條8的上述各方法步驟。
如圖4a中所示，在將半導體材料制的層敷設到存儲器裝置1的第一主面2上之后必須將此半導體層合適地結構化成各條11。現在敷設一個氮化物層到存儲器裝置1的如此結構化的表面上，在下一個方法步驟中從各條11的平行于第一主面2而處的表面15上以及從各條11之間的第一主面2上除去此氮化物層，在此此氮化物層保留在各條11的各側面13上，以致于如圖4b中所示那樣產生了各氮化物條8。由于各氮化物條8的一個側面12必須是布置在一個選擇晶體管的每個接點4之上的，以便能將通過以后各方法步驟在各氮化物條8的各側面12上形成的各第一電極與相屬的選擇晶體管連接，顯然必須取決于各氮化物條8的寬度進行各條11的上述結構化。在例如可由各向同性的刻蝕進行除去各條11之后產生圖4c中所示的布置。這些氮化物條8現在暴露地位于第一主面2上，并且可以開始析出電極材料的析出。各其它的方法步驟相似于已述地進行。
在一個析出過程中的各第一電極14的所述制造時能實現，將各第一電極構成為薄板，這些板的厚度比各接點4的寬度小得多。各接點4的各尺寸例如受到制造過程的可實現的光刻分辨率的約束，而可以在一個析出過程中在光刻分辨率界限之下進行各第一電極的結構化。
通過從多個等距的板18建立第一電極14可以實現存儲器單元的存儲電容器電容量的放大。
在圖5中示范地描述用于制造帶有由多個等距板18組成的第一電極的存儲器裝置的各單個方法步驟。依次交替地析出由兩種不同的可選擇性地刻蝕的材料制成的各層18”、20”，例如由弱與強摻雜的半導體材料制的各層到已敷設各氮化物條8的存儲器裝置的第一主面2上，這些層共同相當于已述的由電極材料14”制的層，并且因此如圖5a中所示那樣將這些層共同標記為由電極材料14”制的層。在下一個方法步驟中從各氮化物條的至少近似地平行于第一主面2的表面10上以及從各氮化物條8之間的第一主面2上除去這些層18”、20”，在此如圖5b所示那樣，這些層18”、20”保留在各氮化物條8的各側面12上。在圖5中未表示的下一個方法步驟中將在各氮化物條8的這些側面上生成的，共同形成這些電極條14’的各條18’、20’劃分成段，在此這些段的長度相當于以后各第一電極14的長度。如同樣可從圖5b中看出的那樣，只有由作為第一個析出的層18”中產生的條18’與第一主面2處于直接接觸之中。將條18’是構成為至少近似直角形的，其它各條18’,20’是布置在該條18’的平行于第一主面2分布的部分之上的。
如圖5c中所示那樣在下一個方法步驟中優先析出一個氮化物層22在如此形成的結構上。在下一個方法步驟中從各氮化物條8的表面10上和從由各條18’,20’的分段形成的各板18,20的一個上邊緣15上，例如通過CMP方法(CMP=化學機械拋光)或者通過RIE方法(RIE=反應離子刻蝕)除去此氮化物層22。此氮化物層22在隨后的刻蝕過程期間保護各板20的靠近第一主面2處暴露著的各部分，在此刻蝕過程中通過選擇性的刻蝕除去例如由弱摻雜半導體材料制的各板20的這些部分，這些部分位于各板18的至少近似垂直于第一主面2分布的各部分之間。圖5e以截面圖展示在所述刻蝕過程之后的布置。由弱摻雜半導體材料制的各板20的在刻蝕過程之后留下的部分24形成各板18之間的導電連接，并且以此負責不直接與接點4接觸的各板18通向接點4的連接。在除去各氮化物條8之后產生圖5f中所示的布置，在此第一電極14由兩個或多個由例如強摻雜半導體材料制的等距板18組成，這些板是各自與接點4連接的。
也可采用兩種在上述方法中可以疊起地析出的其它材料組成的各種聯合代替由用于制造形成第一電極14的各等距板的，弱摻雜半導體材料和強摻雜半導體材料組成的聯合，在此必須具備用于選擇性地除去各材料之一的可能性和兩種材料必須是導電的。例如由氧化物和金屬組成的或由氮化物和金屬組成的各種聯合是可能的。
權利要求
1．由同類的具有一個選擇晶體管和一個存儲電容器的各存儲單元組成的存儲器裝置，具有以下各特征1.1各單個存儲器單元的各存儲電容器是在各選擇晶體管之上布置在存儲器裝置(1)的絕緣材料(6)的一個第一主面(2)上的；1.2每個存儲電容器的一個第一電極(14)是構成條形的，并且與各一個位于第一主面(2)中的接點(4)連接的；1.3第一電極(14)是由一個電介層(16)與一個第二電極分開的；1.4每個存儲電容器的第一電極(14)的各側面(17)是至少近似正交于第一主面(2)布置的。其特征在于，該其它的特征1.5各第一電極(14)的厚度是比各接點(4)的寬度小。
2．按權利要求1的存儲器裝置，其特征在于，第一電極(14)超越各自所屬的單元面(5)延伸。
3．按權利要求1或2的存儲器裝置，其特征在于，各條形第一電極(14)的厚度小于或等于各接點(4)的最小寬度。
4．按先前各權利要求之一的存儲器裝置，其特征在于，電介層(16)擁有大于10的介電常數。
5．按先前各權利要求之一的存儲器裝置，其特征在于，各條形的第一電極(14)是構成為平面的板的。
6．按權利要求5的存儲器裝置，其特征在于，這些單元面(5)是成列地布置的，一個列(3)的各單元面(5)是相互間平齊地布置的。
7．按權利要求6的存儲器裝置，其特征在于，兩個或多個相鄰的列(3)形成一個組(7)，一個組(7)的各列(3)是如此互相移動的，以致于位于一個組(7)的不同列(3)之內的各單元面(5)是針對各列移動方向的垂直線不對中地布置的。
8．按權利要求7的存儲器裝置，其特征在于，各第一電極(14)是正交于各列(3)的移動方向布置的。
9．按權利要求7或8的存儲器裝置，其特征在于，一個存儲電容器的第一電極(14)超越所屬的單元面(5)延伸到各自組(7)的每個列(3)各一個單元面(5)之上。
10．按權利要求7至9之一的存儲器裝置，其特征在于，一個組(7)由n個列(3)組成，這些列是互相移動一個單元面(5)的寬度的n分之一。
11．按權利要求10的存儲器裝置，其特征在于，n=2。
12．按權利要求1至4之一的存儲器裝置，其特征在于，各第一電極(14)是構成為彎曲的或折角的板的。
13．按先前各權利要求之一的存儲器裝置，其特征在于，各存儲電容器的這些第一電極(14)由多個至少近似地等距的與接點(4)連接的各板(18)組成。
14．按權利要求13的存儲器裝置，其特征在于，這些板(18)由一種強摻雜半導體材料組成。
15．按權利要求14的存儲器裝置，其特征在于，此半導體材料是硅。
16．按權利要求15的存儲器裝置，其特征在于，此半導體材料是砷化鎵。
17．用于制造按先前各權利要求之一的存儲器裝置的方法，其特征在于以下各方法步驟a)在存儲器裝置(1)的一種絕緣材料(6)的第一主面(2)上析出一個氮化物層(8’)，通向位于其下各選擇晶體管的各接點(4)位于此存儲器裝置中，b)將氮化物層(8’)如此地結構化為氮化物條(8)，一個氮化物條(8)的一個側面(12)是布置在每個接點(4)之上的，c)析出電極材料(14”)，d)在各氮化物條(8)的平行于第一主面(2)而處的表面(10)上以及在介于各氮化物條(8)之間的各區中的第一主面(2)上刻蝕電極材料(14”)，在此此電極材料(14”)保留在各氮化物條(8)的各側面(12)上，e)將在各氮化物條(8)的各側面(12)上形成的各電極條(14’)劃分成第一電極(14)的長度的各段，f)刻蝕各氮化物條(8)，g)析出電介層(6)，h)析出第二電極。
18．用于制造按權利要求1至16之一的存儲器裝置的方法，其特征在于，通過下列各方法步驟代替這些方法步驟a)和b)-析出一種半導體材料到第一主面(2)上，此半導體材料的厚度相當于存儲電容器的第一電極(14)的以后的高度，-將半導體材料如此地結構化成各平行的條，在析出氮化物層之后，在半導體材料制的各條(11)之上，每個接點(4)是布置在各氮化物條(8)的準確一個邊緣之下的，這些氮化物條(8)是形成在由半導體材料制的各條(11)的各側面上的，-在半導體材料的各條(11)的平行于第一主面(2)而處的表面上以及在介于半導體材料制的各條(11)之間的各區中的第一主面(2)上刻蝕氮化物層，在此此氮化物保留在半導體材料制的各條(11)的各側面上。-刻蝕半導體材料制的各條(11)。
19．用于制造按權利要求13至16之一的存儲器裝置(1)的按權利要求17或18的方法，其特征在于，如下地代替方法步驟c)-析出兩種不同的可選擇性地刻蝕的材料的多個層(18”；20”)以及將下列各方法步驟插入方法步驟e)和f)之間；-析出氮化物(22)，以便保護第一電極(14)的下邊緣，-從第一電極(14)的平行于第一主面(2)布置的表面上除去氮化物，-選擇性地刻蝕各析出材料(20”)之一。
20．按權利要求19的方法，其特征在于，這些層(18”,20”)由弱摻雜的和強摻雜的半導體材料制成，并且在選擇性刻蝕之后留下的層由強摻雜半導體材料制成。
全文摘要
由同類的各存儲器單元組成的存儲器裝置(1)擁有布置在各選擇晶體管之上的各存儲電容器,這些存儲電容器的各第一電極(14)是條形構成的,并且是垂直地布置在一個第一主面(2)上的。例如通過變化各第一電極(14)的各高度或者在布置各單元面(5)時,通過重疊相鄰各單元面(5)的各第一電極(14)可以變化各第一電極(14)的這些表面和由此可以變化這些電容器面積。
文檔編號H01L21/8242GK1231766SQ97198331
公開日1999年10月13日 申請日期1997年9月5日 優先權日1996年9月27日
發明者W·哈特納, C·馬祖雷-埃斯佩佐, G·欣德勒 申請人:西門子公司