專利名稱：形成鐵電存儲(chǔ)器胞元的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)鐵電存儲(chǔ)器裝置。特別是，本發(fā)明是有關(guān)具備反向T形柵極堆疊的鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置及其制造方法。
(2)背景技術(shù)包括鐵電薄膜在內(nèi)的存儲(chǔ)器裝置，由于非揮發(fā)的特性，已經(jīng)引起高度且廣泛的注意。另外，這類存儲(chǔ)器裝置，由于非破壞性讀取的存儲(chǔ)器特性，亦同樣適用于高速讀取性能及高速寫入性能，其主要原因?yàn)檫@類存儲(chǔ)器是利用極性方向儲(chǔ)存信息、而不是利用電容上的電荷。
鐵電存儲(chǔ)器裝置可以包括各種元件。其中，一種類型的鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器(FeRAM)是具有類似動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)的雙晶體管—雙電容器(twotransistor，two capacitor)架構(gòu)。這類裝置是詳細(xì)揭示在″鐵電存儲(chǔ)器應(yīng)用(Ferroelectric Memory Applications)″，J.F.斯科特(Scott)等人，ULTRASONICSYNPOSIUM，299(1998)。另一種類型的鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器(FeRAM)是單晶體管胞元(a transistor-cell)類型—鐵電場(chǎng)效晶體管(FeFET)—其是將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在鐵電柵極晶體管中、并且不需要類似動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)的電容結(jié)構(gòu)。后面這種類型的鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(FeRAM)，相較于第一種類型，可以占據(jù)更少的表面面積、并是提供非破壞性的讀取動(dòng)作。
其他各種類型的鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(FeRAM)亦可能制作出來，并分別具有對(duì)應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)。這些類型可能包括金屬—鐵電—半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MFSFET)，其具有一金屬層、一鐵電層、及一半導(dǎo)體層；金屬—鐵電—隔離—半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MFIS FET)，其具有一金屬層、一鐵電層、一隔離層、及一半導(dǎo)體層；金屬—鐵電—金屬—半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MFMS FET)，其具有一金屬層、一鐵電層、一金屬層、及一半導(dǎo)體層；以及金屬—鐵電—金屬—隔離—半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MFMIS FET)，其具有一金屬層、一鐵電層、一金屬層、一隔離層、及一半導(dǎo)體層。
雖然鐵電場(chǎng)效晶體管(FeFET)裝置具有許多想要的特性，但是制造特定類型的鐵電場(chǎng)效晶體管(FeFET)裝置時(shí)還是會(huì)遭遇許多問題。舉例來說，想要在半導(dǎo)體材料上直接形成可接受的結(jié)晶鐵電薄膜便是相當(dāng)困難的事。另外，因?yàn)殍F電材料及半導(dǎo)體材料的化學(xué)反應(yīng)，想要在鐵電材料及半導(dǎo)體材料間長(zhǎng)出干凈界面亦是相當(dāng)困難的事，因?yàn)殍F電材料可能會(huì)擴(kuò)散至硅基底中。另外，想要在鐵電材料中維持適當(dāng)電荷亦是另一個(gè)問題。
過去，這些問題都是利用金屬—鐵電—金屬—隔離—半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MFMIS FET)加以克服。這種金屬—鐵電—金屬—隔離—半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MFMISFET)會(huì)在鐵電層及半導(dǎo)體層間提供金屬層，藉以作為緩沖層。但是，這種構(gòu)造及制造金屬—鐵電—金屬—隔離—半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(HFMIS FET)的現(xiàn)有方法亦同樣具有其自身問題。金屬—鐵電—金屬—隔離—半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MFMIS FET)是由金屬—隔離—半導(dǎo)體(MIS)電容及金屬—鐵電—金屬(MFM)電容器串連而成。為了讓這個(gè)金屬—鐵電—金屬—隔離—半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MFMIS FET)能夠獲致有效的低壓操作，這個(gè)金屬—鐵電—金屬(MFM)電容器及這個(gè)金屬—隔離—半導(dǎo)體(MIS)電容器間的電容比例并不能太大。然而，因?yàn)殍F電材料的介電常數(shù)大于隔離層的介電常數(shù)，因此，這個(gè)金屬—鐵電—金屬(MFM)電容器極可能會(huì)較這個(gè)金屬—隔離—半導(dǎo)體(MIS)電容器具有更大的電容。因此，為了獲致有效操作，我們應(yīng)該要提高這個(gè)金屬—隔離—半導(dǎo)體(MIS)電容器的電容。
提高這個(gè)金屬—隔離—半導(dǎo)體(MIS)電容器的電容的可行方式可能包括下列幾種方法。首先，我們可以將這個(gè)金屬—隔離—半導(dǎo)體(MIS)電容器的柵極介電層，亦即這個(gè)隔離層變薄。其次，我們可以將這個(gè)金屬—隔離—半導(dǎo)體(MIS)電容器的柵極介電層，利用高介電特性的其他材料取代。另外，我們亦可以將這個(gè)金屬—隔離—半導(dǎo)體(MIS)電容器的物理面積變得比這個(gè)金屬—鐵電—金屬(MFM)電容器更大。
過去，增加這個(gè)金屬—隔離—半導(dǎo)體(MIS)電容器的物理面積可能會(huì)形成反向T形的金屬—鐵電—金屬—隔離—半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MFMIS)(以下是稱為″反向T形柵極堆疊″)，其將會(huì)需要兩個(gè)光阻罩幕以形成字元線。如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)的金屬—鐵電—金屬—隔離—半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MFMIS)裝置100包括一基底101、一摻雜區(qū)域102、一接觸插塞103、一隔離區(qū)域104及一反向T形柵極堆疊105，其包括一第一電極層106、一鐵電層107、一第二電極層108、一隔離層109、及此基底101。這個(gè)金屬—鐵電—金屬—隔離—半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MFMIS)裝置100是利用不止一個(gè)字元線罩幕形成，其中，一第一字元線罩幕是用以蝕刻第二電極層108及隔離層109，且一第二字元線罩幕是用以蝕刻第一電極層106及鐵電層107，藉以形成物理上更大于金屬—鐵電—金屬(MFM)電容器的金屬—隔離—半導(dǎo)體(MIS)電容器。然而，由于校準(zhǔn)不良及與自我校準(zhǔn)接觸蝕刻制程(常用來縮減胞元面積)不相容等各種原因，增加字元線罩幕的數(shù)目亦可能會(huì)增加漏電流及短路的風(fēng)險(xiǎn)。為避免漏電流及短路，隔離層104必須在接觸插塞103及反向T形柵極堆疊105間提供額外間隔，藉以避免，舉例來說，短路。隔離區(qū)域104可以包括，舉例來說，一種介電材料。
(3)發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明的主要目的是提出一種金屬—鐵電—金屬—隔離—半導(dǎo)體(MFMIS)裝置，其具有可以僅僅利用單一字元線罩幕形成的反向T形柵極堆疊、并且亦可以相容于想要的自我校準(zhǔn)接觸制程。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種形成鐵電裝置的方法包括利用一淺溝渠隔離區(qū)域，在一硅基底表面形成至少一主動(dòng)區(qū)域；在該至少一主動(dòng)區(qū)域及該淺溝渠隔離區(qū)域表面，形成多層，其中，該多層包括一隔離層、一第一電極層、一鐵電層、一第二電極層及一第一介電層；基于一字元線罩幕，蝕刻該多層的至少一層，藉以形成一第一蝕刻層及一未蝕刻層；形成一第一邊襯，藉以限定該第一蝕刻層的圖案；基于該第一邊襯，蝕刻該未蝕刻層的至少一部分，藉以形成一第二蝕刻層；形成一第二邊襯，藉以限定該第二蝕刻層的圖案；沉積一中間介電層；在該中間介電層中開啟一接觸孔；以及形成金屬以填滿該接觸孔。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，一種形成鐵電裝置的方法包括利用一淺溝渠隔離區(qū)域，在一硅基底表面形成至少一主動(dòng)區(qū)域；在該至少一主動(dòng)區(qū)域及該淺溝渠隔離區(qū)域表面，形成多層，其中，該多層是包括一隔離層、一第一電極層、一鐵電層、一第二電極層、及一第一介電層；基于一字元線罩幕，蝕刻該第一介電層及該第二電極層，藉以形成一第一蝕刻層及一未蝕刻層；形成一第一邊襯，藉以限定該第一蝕刻層的圖案；基于該第一邊襯，蝕刻該鐵電層，藉以形成一第二蝕刻層；形成一第二邊襯，藉以限定該第二蝕刻層的圖案；基于該第二邊襯，蝕刻至少該第一電極層，藉以形成一第三蝕刻層；摻雜該至少一主動(dòng)區(qū)域及該淺溝渠隔離區(qū)域的一第一區(qū)域，其中，該第一區(qū)域是利用該第二邊襯決定；形成一第三邊襯，藉以限定該第三蝕刻層的圖案；摻雜該至少一主動(dòng)區(qū)域及該淺溝渠隔離區(qū)域的一第二區(qū)域，其中，該第二區(qū)域是利用該第三邊襯決定；沉積一中間介電層；在該中間介電層中開啟一接觸孔；以及形成金屬以填滿該接觸孔。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，一種形成鐵電裝置的方法是包括至少一主動(dòng)區(qū)域，利用一淺溝渠隔離區(qū)域，形成在一硅基底中；多層，沉積在該至少一主動(dòng)區(qū)域及該淺溝渠隔離區(qū)域表面，其中，該多層是包括一隔離層、一第一電極層、一鐵電層、一第二電極層、及一第一介電層；一第一蝕刻層及一未蝕刻層，基于一字元線罩幕，蝕刻該第一介電層以形成；一第一邊襯，用以限定該第一蝕刻層的圖案；一第二蝕刻層，基于該第一邊襯，蝕刻該第二電極層以形成；一第二邊襯，用以限定該第二蝕刻層的圖案；一第三蝕刻層，基于該第二邊襯，蝕刻該鐵電層以形成；一第三邊襯，用以限定該第三蝕刻層的圖案；一第四蝕刻層，基于該第三邊襯，蝕刻至少該第一電極層以形成；摻雜該至少一主動(dòng)區(qū)域及該淺溝渠隔離區(qū)域的一第一區(qū)域，其中，該第一區(qū)域是利用該第三邊襯決定；一第四邊襯，用以限定該第四蝕刻層的圖案；摻雜該至少一主動(dòng)區(qū)域及該淺溝渠隔離區(qū)域的一第二區(qū)域，其中，該第二區(qū)域是利用該第四邊襯決定；中間介電層沉積；一接觸孔，開啟在該中間介電層中；以及金屬沉積，用以填滿該接觸孔。
熟悉此技術(shù)的人員應(yīng)該了解，先前及隨后描述的內(nèi)容僅是用來作為實(shí)施例，而不是用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求所述。本發(fā)明所附圖式，其包括在本發(fā)明中、并且構(gòu)成本發(fā)明說明書的一部分，是配合本發(fā)明說明，介紹本發(fā)明的可能實(shí)施例，藉以解釋本發(fā)明的原理。
(4)


圖1是表示現(xiàn)有技術(shù)的金屬—鐵電—金屬—隔離—半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MFMISFET)裝置的剖面圖；圖2(A)及2(B)是表示根據(jù)本發(fā)明的鐵電存儲(chǔ)器裝置的制造方法的流程圖；圖3(A)及3(B)是分別表示具有利用淺溝渠隔離區(qū)域隔離的主動(dòng)區(qū)域的基底的剖面圖及俯視圖；圖4(A)及4(B)圖是分別表示具有多沉積層的基底層的剖面圖及俯視圖；圖5(A)是一裝置的剖面圖，其具有蝕刻成多層的字元線；圖5(B)是一字元線罩幕的俯視圖；圖6(A)及6(B)是分別表示一第二介電層的剖面圖及俯視圖，其是用以限定一第一蝕刻層的圖案；圖7(A)及7(B)是分別表示一裝置中、一第二蝕刻層及一第一摻雜區(qū)域的剖面圖及俯視圖；圖8(A)及8(B)是分別表示一裝置中、一第二邊襯及一第二摻雜區(qū)域的剖面圖及俯視圖，其中，該第二邊襯是用以限定一反向T形柵極堆疊的圖案；圖9(A)及9(B)是分別表示一裝置的剖面圖及俯視圖，其中，該裝置具有一光阻罩幕，用以蝕刻反向T形柵極堆疊間的中間介電層沉積；圖10(A)及10(B)是分別表示本發(fā)明的一第一可能實(shí)施例的剖面圖及俯視圖；圖11是表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的剖面圖，其具有可能的電性連接；圖12是表示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的剖面圖；圖13是表示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的剖面圖；圖14是表示根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的剖面圖；以及圖15是表示根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的剖面圖。
(5)具體實(shí)施方式
根據(jù)本發(fā)明的裝置及方法是提供一種金屬—鐵電—金屬—隔離—半導(dǎo)體(MFMIS)存儲(chǔ)器裝置，其可以利用僅僅單一字元線罩幕形成反向T形柵極堆疊、并且可以相容于自我校準(zhǔn)接觸制程。
現(xiàn)在，請(qǐng)?jiān)敿?xì)參考根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例，其中，各個(gè)例子是表示在相應(yīng)附圖中。另外，在可能的情況下，我們將會(huì)利用相同的標(biāo)號(hào)表示各附圖中的相同或類似元件。
圖2(A)及2(B)是表示根據(jù)本發(fā)明的鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(FeRAM)的制造方法的流程圖。這種方法首先會(huì)在啟始基底中，形成至少一個(gè)主動(dòng)區(qū)域，其中，該至少一個(gè)主動(dòng)區(qū)域是利用淺溝渠隔離區(qū)域(STI)(其同時(shí)包括這個(gè)淺溝渠隔離區(qū)域(STI)的形成步驟)與至少另一個(gè)主動(dòng)區(qū)域隔離(步驟201)。淺溝渠隔離區(qū)域(STI)是熟悉此技術(shù)的人員所熟悉，諸如美國(guó)專利號(hào)第US5976949號(hào)所列舉。
請(qǐng)參考圖3(A)及3(B)，其是分別表示一基底300的剖面圖及俯視圖，其中，這個(gè)基底300是具有利用淺溝渠隔離區(qū)域(STI)302進(jìn)行隔離的主動(dòng)區(qū)域301。主動(dòng)區(qū)域301，舉例來說，是形成在啟始基底(圖中未示)中、并且利用淺溝渠隔離區(qū)域(STI)302與他的主動(dòng)區(qū)域隔離。熟悉此技術(shù)的人員應(yīng)當(dāng)了解我們亦可以使用其他類型的啟始材料，諸如隔離層表面硅材料(SOI)。雖然主動(dòng)區(qū)域301是表示為長(zhǎng)方形，但是熟悉此技術(shù)者當(dāng)了解本發(fā)明亦可以使用各種合適的形狀。另外，雖然本附圖僅僅表示單一主動(dòng)區(qū)域301及單一淺溝渠隔離區(qū)域(STI)302，但是熟悉此技術(shù)的人員亦當(dāng)了解本發(fā)明亦可以具有多個(gè)主動(dòng)區(qū)域301及淺溝渠隔離區(qū)域(STI)302。
等到主動(dòng)區(qū)域301及淺溝渠隔離區(qū)域(STI)302形成后，我們便可以進(jìn)行步驟202，藉以在主動(dòng)區(qū)域301及淺溝渠隔離區(qū)域(STI)302表面沉積多層，包括一隔離層401、一第一電極層402、一鐵電層403、一第二電極層404及一第一介電層405。
圖4(A)及4(B)是分別表示裝置400的剖面圖及俯視圖。請(qǐng)參考圖4(A)，裝置400包括基底300表面沉積的多層。
如圖中所示，隔離層401首先會(huì)沉積在基底300表面，其厚度范圍，舉例來說，大約20-400。隔離層401可以包括，舉例來說，二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化鋁、氧化鉭。接著，第一電極層402會(huì)沉積在隔離層401表面。第一電極層402可以包括一種導(dǎo)電體，諸如一種金屬(包括但卻不一定限制為鉑、銥、及鈦)或一種金屬的組合、導(dǎo)電金屬氧化物、氧擴(kuò)散阻障、及/或黏著層的組合(包括但卻不一定限制為鉑/氮化鈦/鈦、鉑/氮化鉭、二氧化銥/銥/氮化鉭、及鉑/二氧化銥/銥/氮化鉭)；一種半導(dǎo)體(包括但卻不一定限制為復(fù)晶硅、硅化鎢、及硅化鈷)；一種金屬氧化物(包括但卻不一定限制為二氧化銥，其可以具有，舉例來說，100-1000×106Ω/cm的高導(dǎo)電性)；或這些導(dǎo)電體的多層組合。鐵電層403(舉例來說，鋯鈦酸鉛、四氟化鋇鎂、三氧化鋰鈮、鈦鋯酸鉛鑭、鈦酸鍶、鈮酸鍶等等)是沉積在第一電極層402表面。鐵電層403可以包括，舉例來說，鋯鈦酸鉛、四氟化鋇鎂、三氧化鋰鈮、鈦鋯酸鉛鑭、鈦酸鍶、鈮酸鍶、鉭酸鉍鍶、及鈦酸鋇。第二電極層404是沉積在鐵電層403表面。第二電極層404可以包括但卻不一定限制為，舉例來說，類似第一電極層402的導(dǎo)電體。隨后，介電層405(舉例來說，氮化硅或二氧化硅)是沉積在第二電極層404表面。
然后，我們便可以利用一個(gè)光阻罩幕(以下是稱為″字元線罩幕″)，藉以經(jīng)由至少介電層405、第二電極層404、鐵電層403、及至少部分經(jīng)由第一電極層402，蝕刻一條字元線(步驟203)。這個(gè)蝕刻步驟可以得到第一蝕刻層及未蝕刻層。這個(gè)第一蝕刻層是包括該多層的一層或多層，其具有利用這個(gè)字元線罩幕蝕刻的一條字元線，且這個(gè)未蝕刻層是包括該多層的一層或多層，其并不具有利用這個(gè)字元線罩幕蝕刻的字元線。
請(qǐng)參考圖5(A)及5(B)，其是分別表示裝置500的剖面圖及字元線罩幕501的俯視圖。如圖中所示，這個(gè)字元線罩幕501是包括光阻505及金屬506，其是用以蝕刻裝置400中的一條字元線。這個(gè)字元線罩幕501的光阻505是包括該多層區(qū)域免于蝕刻，而金屬506則是用以將一條字元線蝕刻成沉積在基底300表面的該多層的未保護(hù)區(qū)域。金屬506以及介電層405、第二電極層404、鐵電層403、第一電極層402、及隔離層401材料的選擇是用來決定該多層的那些或那一層將會(huì)被蝕刻去除。另外，字元線罩幕501則是用來形成第一蝕刻層510及未蝕刻層511。
金屬506的選擇是要讓這些蝕刻步驟能夠停止在第一電極層402，藉以形成具有第一介電層405、第二電極層404、及鐵電層403的第一蝕刻層510，以及形成具有第二電極層402及隔離層401的未蝕刻層511。在蝕刻金屬506后，我們便可以將光阻505移除。
在另一個(gè)實(shí)施例中，這個(gè)蝕刻步驟亦可以停止在鐵電層403，其亦可以部分蝕刻。如此，第一蝕刻層便可以包括第一介電層405及第二電極層404，且未蝕刻層是可以包括鐵電層403、第二電極層402、及隔離層401。
然后，第二介電層是沉積在這個(gè)未蝕刻層及這個(gè)第一蝕刻層的上方，并回蝕以形成第一邊襯。這個(gè)第一邊襯乃是用以作為一個(gè)罩幕，藉以保護(hù)這個(gè)未蝕刻層、沿著字元線的區(qū)域能夠免于蝕刻。然后，這個(gè)未蝕刻層的部分是進(jìn)行蝕刻，藉以形成第二蝕刻層(步驟204)。這個(gè)第二蝕刻層是包括這個(gè)未蝕刻層、根據(jù)第一邊襯進(jìn)行蝕刻的部分(亦即包括這個(gè)未蝕刻層的一層或多層)。這樣，這些第一及第二蝕刻層便可以形成反向T形柵極堆疊。
第6(A)及6(B)是分別表示裝置600的剖面圖及俯視圖。其中，第二介電層是在移除光阻505后，沉積在這個(gè)裝置500的上方。這個(gè)第二介電層可以根據(jù)熟悉此技術(shù)的人員所知悉的任何方法進(jìn)行沉積，包括但卻不一定要限制為等離子體輔助化學(xué)氣相沉積(PE-CVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LP-CVD)、或原子層沉積(ALD)。然后，這個(gè)第二介電層便可以進(jìn)行回蝕，藉以形成第一邊襯605，其是限定第一蝕刻層510的圖案。這個(gè)第二介電層，或說明第一邊襯605，是可以包括氮化硅或具有高度二氧化硅蝕刻選擇性的其他介電材料。氧化物蝕刻的氮化硅蝕刻選擇性是二氧化硅蝕刻速率與氮化硅蝕刻速率的比例，而高度蝕刻選擇性則可能是至少5∶1的比例。另外，第一邊襯605亦可以是與第一介電層405相同或不同的材料。
然后，我們便可以根據(jù)第一邊襯605，在主動(dòng)區(qū)域301中形成第一摻雜區(qū)域(步驟205)。這個(gè)第一邊襯605是用來作為一個(gè)罩幕，藉以限定這個(gè)主動(dòng)區(qū)域301、沿著欲摻雜字元線的區(qū)域。然后，這個(gè)主動(dòng)區(qū)域301便可以進(jìn)行摻雜植入，藉以形成第一摻雜區(qū)域。
圖7(A)及7(B)是分別表示裝置700的剖面圖及俯視圖。如圖中所示，第一邊襯605是用來作為一個(gè)罩幕，藉以蝕刻包括未蝕刻層511的一層或多層，藉以形成第二蝕刻層710。在一個(gè)實(shí)施例中，未蝕刻層511是包括隔離層401及第一電極層402。利用第一邊襯605作為蝕刻未蝕刻層511的一個(gè)罩幕，則我們便可以得到具有第二電極層402的第二蝕刻層710。熟悉此技術(shù)的人員應(yīng)當(dāng)了解這個(gè)第二蝕刻層亦可以進(jìn)一步包括隔離層401。
在另一個(gè)實(shí)施例中，未蝕刻層是包括隔離層401、第一電極層402及鐵電層403。在本實(shí)施例中，利用這個(gè)第一邊襯605作為蝕刻未蝕刻層一個(gè)罩幕，我們便可以得到具有鐵電層403及第一電極層402的第二蝕刻層。熟悉此技術(shù)的人員應(yīng)當(dāng)了解這個(gè)第二蝕刻層亦可以進(jìn)一步包括隔離層401。
接著，基底300未受第一電極層402保護(hù)的區(qū)域便會(huì)植入第一摻雜，其是形成摻雜區(qū)域701，藉以形成這個(gè)裝置700。舉例來說，第一摻質(zhì)可以利用離子植入法進(jìn)行植入。第一摻質(zhì)可以是N—型摻質(zhì)，其可以但卻一定要限制為磷或砷，或P-型摻質(zhì)，其可以包括但卻不一定要限制為硼或硼氟離子、并且以利用，舉例來說，1×1012-1×1016atoms/cm2的摻雜濃度進(jìn)行摻雜植入。
接著，第二摻雜區(qū)域是根據(jù)第二邊襯形成在這個(gè)主動(dòng)區(qū)域301及淺溝渠隔離區(qū)域(sti)302中(步驟206)。然后，第三介電層是沉積在這個(gè)裝置700的上方，并且回蝕以形成第二邊襯，藉以用來作為一個(gè)罩幕，限定這個(gè)主動(dòng)區(qū)域301、沿著欲摻雜字元線的區(qū)域。然后，這個(gè)主動(dòng)區(qū)域301便可以進(jìn)行摻雜植入步驟，藉以形成第二摻雜區(qū)域。
圖8(A)及8(B)是分別表示裝置800的剖面圖及俯視圖。第三介電層是沉積在這個(gè)裝置700的表面、并回蝕以形成第二邊襯805，藉以限定包括第一介電層405、第二電極層404、鐵電層403、及第一電極層402的反向T形柵極堆疊810。在另一個(gè)實(shí)施例中，利用第二邊襯805限定的這個(gè)反向T形柵極堆疊可以進(jìn)一步包括隔離層401。另外，這個(gè)第三介電層，或說明第二邊襯805，是包括氮化硅或具有高二氧化硅蝕刻選擇性的其他材料。
利用第二邊襯805限定的這個(gè)反向T形柵極堆疊810是包括第一蝕刻層510及第二蝕刻層710。第一蝕刻層及第二蝕刻層的部分可能實(shí)施例已說明如上。
然后，這個(gè)基底300未被第一電極層402或第二邊襯805保護(hù)的區(qū)域便可以植入第二摻質(zhì)，藉以形成第二摻雜區(qū)域801。第二摻質(zhì)可以利用，舉例來說，離子植入法進(jìn)行植入，并且可以是N+型摻質(zhì)或P+型摻質(zhì)。另外，第二摻質(zhì)亦可以利用較淡摻雜區(qū)域更大的摻質(zhì)濃度進(jìn)行摻雜植入。然而，熟悉此技術(shù)的人員應(yīng)當(dāng)了解我們通常會(huì)提供一般濃度的摻雜區(qū)域來取代淡摻雜區(qū)域及濃滲雜區(qū)域。
接著，本發(fā)明將繼續(xù)執(zhí)行步驟207，其中，中間介電層(ILD)是沉積在這個(gè)裝置800上方。這個(gè)中間介電層(ILD)是用以覆蓋整個(gè)裝置、并在反間T型柵極堆疊間填滿字元線。
然后，具有接觸孔的光阻罩幕是用以在這個(gè)中間介電層(ILD)中蝕刻接觸孔。這個(gè)中間介電層(ILD)依這個(gè)接觸孔的圖案進(jìn)行蝕刻，藉以在這個(gè)裝置中形成接觸孔。
圖9(A)及9(B)是分別表示裝置900的剖面圖及俯視圖。中間介電層(ILD)905，其可以是，舉例來說，硼磷硅玻璃(BPSG)、硅酸四乙酯(TEOS)、高功率等離子體(HPD)氧化物、旋涂式玻璃(SOG)、氟硅玻璃(FSG)，是沉積在這個(gè)裝置800的表面，其是填滿反向T形柵極堆疊810間的字元線。這個(gè)中間介電層(ILD)905可以利用適當(dāng)方法進(jìn)行沉積，其包括但卻不一定要限制為等離子體輔助化學(xué)氣相沉積(PECVD)、氣壓化學(xué)氣相沉積(APCVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDPCVD)、及原子層沉積(ALD)。另外，利用接觸孔圖案覆蓋整個(gè)裝置800的光阻罩幕901亦可以進(jìn)一步包括這個(gè)中間介電層(ILD)905，藉以在這個(gè)中間介電層(ILD)905中蝕刻接觸孔。
具有接觸孔圖案902的光阻罩幕901是用以執(zhí)行這個(gè)中間介電層(ILD)905的自我校準(zhǔn)接觸(SAC)蝕刻，藉以開放這個(gè)中間介電層(ILD)905中的一個(gè)或多個(gè)接觸孔、并讓這個(gè)中間介電層(ILD)905能夠覆蓋這個(gè)光阻罩幕901保護(hù)的區(qū)域。自我校準(zhǔn)接觸(SAC)蝕刻的特性、以及第二邊襯805及中間介電層(ILD)905間的高蝕刻選擇性是讓第二邊襯805得以保存。另外，光阻罩幕901則可以在蝕刻中間介電層(ILD)905以后移除。
然后，我們便可以沉積金屬，藉以填滿這個(gè)接觸孔(步驟209)，藉以在這個(gè)或多個(gè)接觸中形成一個(gè)或多個(gè)接觸插塞，其可以是位元線插塞或源極線插塞。位元線及源極線是分別耦接至位元線插塞及源極線插塞。
圖10A及10B是分別表示本發(fā)明第一可能實(shí)施例的剖面圖及俯視圖。裝置1000的形成是在移除光阻901后，在裝置900表面沉積金屬，舉例來說，鎢、鋁、復(fù)晶硅等等，藉以填滿根據(jù)接觸孔圖案902形成的接觸孔。這種金屬可以利用任何適當(dāng)方法進(jìn)行沉積，其可以包括但卻不一定要限制為物理氣相沉積(PVD)或化學(xué)氣相沉積(CVD)。隨后，這個(gè)沉積的金屬便可以進(jìn)行，舉例來說，回蝕步驟或化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)，藉以形成一個(gè)或多個(gè)接觸插塞1001。回蝕步驟通常是指移除表面額外材料、僅留下接觸孔材料的制程。熟悉此技術(shù)的人員所知悉的其他方法亦可以用來形成這個(gè)接觸插塞1001。這個(gè)接觸插塞1001通常是指源極線插塞1002，倘若這個(gè)接觸插塞1001并未接觸淺溝渠隔離區(qū)(STI)302、或是指位元線插塞1003，倘若這個(gè)接觸插塞1001有接觸到淺溝渠隔離區(qū)(STI)302。
第二邊襯805的厚度必須足夠厚，藉以提供第二蝕刻層(如先前所述)及這個(gè)接觸插塞1001的電性隔離，并且可以介于，舉例來說，50至600的范圍。另外，用以建立電性隔離的第二邊襯805厚度是取決于第二蝕刻層及這個(gè)接觸插塞1001的材料。
請(qǐng)參考圖11，其是表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的剖面圖，其是具有可能的電性連接。如圖中所示，裝置1100的制作是分別將源極線插塞1002及位元線插塞1003耦接至源極線1102及位元線1103。源極線1102及位元線1103應(yīng)該位于不同層級(jí)，其可以利用不同罩幕、在不同高度形成。另外，源極線1102及位元線1103亦可以利用傳統(tǒng)互連制程進(jìn)行連接。
圖12是表示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的剖面圖。裝置1200的制作方法是類似于圖2(A)及2(B)所述的方法。如圖中所示，裝置1200還包括第四介電層1205，其可以利用任何適當(dāng)方法進(jìn)行沉積，其包括但卻不一定要限制為低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、原子層沉積(ALD)及自我校準(zhǔn)化學(xué)氣相沉積(SACVD)，并且可以是，舉例來說，20-300的固定厚度。另外，第四介電層1205是可以在形成第二邊襯805后及在沉積中間介電層(ILD)905前進(jìn)行沉積，然后在形成接觸孔905時(shí)、根據(jù)接觸孔圖案902進(jìn)行回蝕，藉以作為接觸蝕刻步驟的蝕刻停止層，其可以將淺溝渠隔離區(qū)域(STI)凹處的蝕刻程度降至最低。另外，第四介電層1205亦可以在裝置操作期間，在接觸插塞1001及第二蝕刻511間提供額外的電性隔離(步驟208)。另外，第四介電層1205亦可以包括氮化硅或具有高二氧化硅蝕刻選擇性的其他介電材料。
圖13是表示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的剖面圖。如圖中所示，裝置1300的制作方法是類似于圖2(A)及2(B)所述的方法，藉以讓第一邊襯605能夠用以作為一個(gè)罩幕，藉以蝕刻更包括隔離層401的未蝕刻層511。這樣，我們便可以第二邊襯805，藉以限定隔離層401、第一電極層402、鐵電層403、第二電極層404及介電層405的圖案。另外，第二邊襯805亦可以在接觸插塞1001及第一電極層402及鐵電層403間提供電性隔離。熟悉此技術(shù)的人員亦應(yīng)該了解我們亦可以沉積第四介電層1205(請(qǐng)參考圖12)，藉以限定第二邊襯805的圖案、或限定第二邊襯805及介電層405的圖案，如圖10所述。
圖14是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的剖面圖。如圖中所示，裝置1400的制作方法是類似于圖2(A)及2(B)所述的方法，藉以讓第一蝕刻層能夠包括第二電極層404及介電層405。另外，我們可以沉積并回蝕第五介電層，藉以形成第四邊襯1405。第五介電層是沉積在第一蝕刻層表面，其是作為一個(gè)罩幕以蝕刻鐵電層403，藉以形成第二蝕刻層。隨后，我們是沉積及回蝕第二介電層，藉以形成第一邊襯605，進(jìn)而限定鐵電層403及第一蝕刻層的圖案，如先前所述。
圖15是表示根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的剖面圖。如圖中所示，裝置1500的制作方法是類似于圖2(A)及2(B)所述的方法，藉以讓第一蝕刻層能夠包括介電層405。另外，我們可以沉積及回蝕第六介電層以形成第五邊襯1505，藉以限定包括第一介電層405的第一蝕刻層、并用以作為一個(gè)罩幕，蝕刻第二電極層404(或在另一個(gè)實(shí)施例中，蝕刻第二電極層404及鐵電層403)。然后，我們便可以沉積及回蝕第五介電層以形成第四邊襯1405，其是限定第二蝕刻層、并用以作為蝕刻鐵電層403的罩幕。然后，我們便可以沉積及回蝕第二介電層以形成第一邊襯605，其是用以限定鐵電層403及第一及第二蝕刻層，如先前所述。
根據(jù)本發(fā)明揭示的各個(gè)附圖及實(shí)施例，熟悉此技術(shù)的人員還可在不違背本發(fā)明精神及范圍的前提下，進(jìn)行各種可能的修改與變動(dòng)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)不限于上述各個(gè)特定實(shí)施例，而應(yīng)該是以下列權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種形成一鐵電裝置的方法，包括利用一隔離區(qū)域，在一硅基底上形成至少一主動(dòng)區(qū)域；在該至少一主動(dòng)區(qū)域及該隔離區(qū)域上沉積多層，其中，該多層包括一隔離層、一第一電極層、一鐵電層、一第二電極層及一第一介電層；基于一字元線罩幕，蝕刻該多層的至少一層，藉以形成一第一蝕刻層及一未蝕刻層；形成一第一邊襯，藉以限定該第一蝕刻層；基于該第一邊襯，蝕刻該未蝕刻層的至少一部分，藉以形成一第二蝕刻層；形成一第二邊襯，藉以限定該第二蝕刻層；形成一中間介電層；在該中間介電層中開啟一接觸孔；以及形成一導(dǎo)電體，藉以填滿該接觸孔。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括摻雜該至少一主動(dòng)區(qū)域及該隔離區(qū)域的一第一區(qū)域，其中該第一區(qū)域是利用該第一邊襯決定。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括摻雜該至少一主動(dòng)區(qū)域及該隔離區(qū)域的一第二區(qū)域，其中該第二區(qū)域是利用該第二邊襯決定。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括沉積至少一額外介電層。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，該至少一額外介電層是在沉積該中間介電層之前沉積。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，蝕刻該字元線罩幕的該步驟是停止于該第一電極層。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，蝕刻該字元線罩幕的該步驟是停止于該鐵電層。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第一邊襯是用以蝕刻該第一電極層。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括形成一接觸插塞。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，該接觸插塞是包括一位元線插塞。
11.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還包括耦接一位元線至該位元線插塞。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，該接觸插塞是包括一源極線插塞。
13.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括耦接一源極線至該源極線插塞。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第一區(qū)域是淡摻雜。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第二區(qū)域是濃摻雜。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，開啟該接觸孔的該步驟是利用自我校準(zhǔn)接觸方法完成。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第一邊襯是二氧化硅。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該介電層是具有高度的二氧化硅蝕刻選擇性。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第一電極層及第二電極層是選自金屬、半導(dǎo)體材料、金屬氧化物及高度導(dǎo)電性材料之一。
20.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第一電極層及該第二電極層是一多層的導(dǎo)電體組合。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第一區(qū)域及第二區(qū)域是摻雜N型摻質(zhì)。
22.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第二區(qū)域是摻雜N+材料。
23.一種形成鐵電裝置的方法，其特征在于，包括利用一淺溝渠隔離法，在一硅基底上形成至少一主動(dòng)區(qū)域；在該至少一主動(dòng)區(qū)域及一淺溝渠隔離區(qū)域上形成多層，其中，該多層是包括一隔離層、一第一電極層、一鐵電層、一第二電極層、及一第一介電層；基于一字元線罩幕，蝕刻該第一介電層及該第二電極層，藉以形成一第一蝕刻層及一未蝕刻層；形成一第一邊襯，藉以限定該第一蝕刻層；基于該第一邊襯，蝕刻該鐵電層，藉以形成一第二蝕刻層；形成一第二邊襯，藉以限定該第二蝕刻層；基于該第二邊襯，蝕刻至少該第一電極層，藉以形成一第三蝕刻層；摻雜該至少一主動(dòng)區(qū)域及該淺溝渠隔離區(qū)域的一第一區(qū)域，其中，該第一區(qū)域是利用該第二邊襯決定；形成一第三邊襯，藉以限定該第三蝕刻層；摻雜該至少一主動(dòng)區(qū)域及該淺溝渠隔離區(qū)域的一第二區(qū)域，其中，該第二區(qū)域是利用該第三邊襯決定；沉積一中間介電層；在該中間介電層中開啟一接觸孔；以及形成金屬以填滿該接觸孔。
24.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，還包括沉積至少一額外介電層。
25.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，該至少一額外介電層是在沉積該中間介電層之前沉積。
26.一種鐵電裝置，包括至少一主動(dòng)區(qū)域，是利用一淺溝渠隔離法，形成在一硅基底中；多層，是沉積在該至少一主動(dòng)區(qū)域及淺溝渠隔離區(qū)域上，其中，該多層包括一隔離層、一第一電極層、一鐵電層、一第二電極層及一第一介電層；一第一蝕刻層及一未蝕刻層，是基于一字元線罩幕，蝕刻該多層的至少一層而形成；一第一邊襯，用以限定該第一蝕刻層；一第二蝕刻層，是基于該第一邊襯，蝕刻該未蝕刻層的至少一層而形成；該至少一主動(dòng)區(qū)域及該淺溝渠隔離區(qū)域的一第一摻雜區(qū)域，其中，該第一摻雜區(qū)域是利用該第一邊襯決定；一第二邊襯，用以限定該第二蝕刻層；該至少一主動(dòng)區(qū)域及該淺溝渠隔離區(qū)域的一第二摻雜區(qū)域，其中，該第二摻雜區(qū)域是利用該第二邊襯決定；中間介電層沉積；一接觸孔，開啟在該中間介電層中；以及金屬沉積，用以填滿該接觸孔。
27.一種鐵電裝置，包括至少一主動(dòng)區(qū)域，是利用一淺溝渠隔離法，形成在一硅基底中；多層，是沉積在該至少一主動(dòng)區(qū)域及該淺溝渠隔離區(qū)域表面，其中，該多層包括一隔離層、一第一電極層、一鐵電層、一第二電極層、及一第一介電層；一第一蝕刻層及一未蝕刻層，是基于一字元線罩幕，蝕刻該第一介電層及該第二電極層而形成；一第一邊襯，用以限定該第一蝕刻層；一第二蝕刻層，是基于該第一邊襯，蝕刻該鐵電層而形成；一第二邊襯，用以限定該第二蝕刻層；一第三蝕刻層，是基于該第二邊襯，蝕刻至少該第一電極層而形成；該至少一主動(dòng)區(qū)域及該淺溝渠隔離區(qū)域的一第一摻雜區(qū)域，其中，該第一區(qū)域是利用該第二邊襯決定；一第三邊襯，用以限定該第三蝕刻層；該至少一主動(dòng)區(qū)域及該淺溝渠隔離區(qū)域的一第二摻雜區(qū)域，其中，該第二區(qū)域是利用該第三邊襯決定；中間介電層沉積；一接觸孔，開啟在該中間介電層中；以及金屬沉積，用以填滿該接觸孔。
28.一種鐵電裝置，包括至少一主動(dòng)區(qū)域，是利用一淺溝渠隔離法，形成在一硅基底中；多層，是沉積在該至少一主動(dòng)區(qū)域及一淺溝渠隔離區(qū)域表面，其中，該多層包括一隔離層、一第一電極層、一鐵電層、一第二電極層及一第一介電層；一第一蝕刻層及一未蝕刻層，是基于一字元線罩幕，蝕刻該第一介電層而形成；一第一邊襯，用以限定該第一蝕刻層；一第二蝕刻層，是基于該第一邊襯，蝕刻該第二電極層而形成；一第二邊襯，用以限定該第二蝕刻層；一第三蝕刻層，是基于該第二邊襯，蝕刻該鐵電層而形成；一第三邊襯，用以限定該第三蝕刻層；一第四蝕刻層，是基于該第三邊襯，蝕刻至少該第一電極層而形成；該至少一主動(dòng)區(qū)域及該淺溝渠隔離區(qū)域的一第一摻雜區(qū)域，其中，該第一區(qū)域是利用該第三邊襯決定；一第四邊襯，用以限定該第四蝕刻層；該至少一主動(dòng)區(qū)域及該淺溝渠隔離區(qū)域的一第二摻雜區(qū)域，其中，該第二區(qū)域是利用該第四邊襯決定；中間介電層沉積；一接觸孔，開啟在該中間介電層中；以及金屬沉積，用以填滿該接觸孔。
全文摘要
本發(fā)明具有反向T形柵極堆疊的金屬－鐵電－金屬－隔離－半導(dǎo)體(MFMIS)存儲(chǔ)器裝置，其可以僅利用一個(gè)字元線罩幕完成。這種金屬－鐵電－金屬－隔離－半導(dǎo)體(MFMIS)存儲(chǔ)器裝置的制作是利用一個(gè)字元線罩幕形成字元線、并利用邊襯形成一個(gè)反向T形柵極堆疊，因此可以相容于自我校準(zhǔn)的蝕刻制程。
文檔編號(hào)H01L29/94GK1482671SQ03142589
公開日2004年3月17日 申請(qǐng)日期2003年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月11日
發(fā)明者劉豪杰 申請(qǐng)人:華邦電子股份有限公司