动态随机存取存储器及其制备方法与流程

专利2022-05-09  141


本发明涉及半导体存储技术领域,尤其涉及一种动态随机存取存储器及其制备方法。



背景技术:

动态随机存取存储器(dynamicrandomaccessmemory,dram)是一种常见的随机存取存储器,dram只能将数据保持很短的时间。为了保持数据,dram必须隔一段时间刷新一次,如果存储单元没有被刷新,数据就会丢失,由于这种需要定时刷新的特性,因此被称为“动态”存储器。

目前,业界普遍采用一个晶体管搭配一个电容器的结构作为一个dram单元。这种1t1c元件组合使dram的存储位元成为了密度最高、单位制造成本最低的电子元件,在计算机存取器件中具有不可替代的地位。随着半导体技术的飞速发展,dram元件正快速地向高密度、高质量的方向发展。如何能在单元元件面积不断减小的同时,设计出电容值相当的电容器是drma技术中最重要的挑战之一。其中一种方案是采用深槽式电容器,这种电容器采用了三维设计,以刻蚀的方式在dram晶体管的源端表面正下方挖掘深槽形成电容器,从而在有限的单元平面面积内利用纵深结构增加电容器面积。这种深槽式电容器以重掺杂的衬底为下极板,电容介质制作在深槽侧壁上,深槽内填充多晶硅并重掺杂作为上极板,然后通过连接带与晶体管的源级接通。

然而这种dram中的深槽电容器在工艺上却仍然面对着许多困难:(1)为了达到电容量的要求,刻蚀深度要求很深,即存在高深宽比的刻蚀要求,且会出现刻蚀速率递减效应,因此对刻蚀工艺的要求很高;(2)电容器的下极板采用埋藏基板工艺,该工艺复杂且难度较高;(3)为了达到电容量的要求,介质层要求很薄,从而具有漏电增大的风险,影响良率。

公开号为cn101997000b的中国专利公开了一种具有扩展型沟槽的dram结构及其制作方法,该结构包括nmos晶体管和与其源极相连的沟槽电容器,该沟槽电容器包括半导体衬底、交替排列的n型sige层和n型si层、沟槽、电介质层和多晶硅层,沟槽位于交替排列的n型sige层和n型si层内,深入至半导体衬底,其侧壁剖面为梳齿形,交替排列的n型sige层和n型si层作为沟槽电容器的下极板,电介质层位于沟槽内壁表面,多晶硅层填充于沟槽内作为沟槽电容器的上极板;在交替排列的n型sige层和n型si层之上还制备有p型si层,所述nmos晶体管制作于该p型si层上。该发明方法采用掺杂和外延技术交替生长n型sige层和n型si层并用选择性刻蚀制作出梳齿形的侧壁,工艺复杂,而且所述沟槽位于交替排列的n型sige层和n型si层内,而交替排列的n型sige层和n型si层位于所述半导体衬底之上,如此增大了dram结构的整体厚度,消耗了半导体衬底之上的纵向空间,导致dram结构占据的空间较大,降低了其存储密度;同时在该专利中所述半导体衬底仅起到了支撑作用,其半导体衬底未得到充分利用,构成材料浪费,成本投入较高。

因此,有必要提供一种新型的动态随机存取存储器及其制备方法以解决现有技术中存在的上述问题。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种动态随机存取存储器及其制备方法,以利于增大电容器的表面积,提升动态随机存取存储器的电容值。

为实现上述目的,本发明的所述动态随机存取存储器,包括:

衬底;

晶体管,设置于所述衬底的上表面;

电容器,设置于所述衬底内部且与所述晶体管电接触,所述电容器包括第一沟槽和第二沟槽,所述第一沟槽和所述第二沟槽的朝向方向不同且相连通构成所述电容器的三维骨架。

本发明的所述动态随机存取存储器的有益效果在于:通过所述电容器包括第一沟槽和第二沟槽,所述第一沟槽和所述第二沟槽的朝向方向不同且相连通构成所述电容器的三维骨架,使得可以显著增大电容器的表面积,有利于提升动态随机存取存储器的电容值,减少电容器的刻蚀深度,而且克服了传统的深槽式电容器刻蚀深度要求很深,存在高深宽比的刻蚀要求和刻蚀速率递减效应的工艺难点;同时由于所述第一沟槽和所述第二沟槽所构成的三维骨架结构增大了电容器的表面积,使得在保证存储器所需的电容值的前提下,可以适当增加所述绝缘介质的厚度,从而可以降低漏电流,增加电荷保持时间和减少刷新频率,克服了传统的电容器为了达到电容量的要求,介质层要求很薄,具有漏电增大的风险;再者所述电容器设置于所述衬底内部,对原衬底的改动较小,未消耗衬底表面的纵向空间,存储器整体占据的空间较小,有利于提高其存储密度,并充分利用了衬底,降低了成本投入。

优选的,所述第一沟槽和所述第二沟槽垂直设置。其有益效果在于:使得在保证达到电容量的要求的前提下,大大减少了电容器的刻蚀深度和刻蚀难度,克服了传统的深槽式电容器刻蚀深度要求很深,存在高深宽比的刻蚀要求和刻蚀速率递减效应的工艺难点,而且所述第一沟槽和所述第二沟槽垂直设置可以减少所述电容器在衬底中的占用空间,使结构更加的简单紧凑。

优选的,所述电容器包括下极板、绝缘介质和上极板,所述上极板除位于所述衬底的上表面一端的表面外的其他表面均与所述绝缘介质的一表面抵接,所述绝缘介质的另一对称表面与所述下极板的一表面抵接,所述下极板的另一对称表面与所述三维骨架的表面抵接。

优选的,所述下极板和所述上极板的组成材料均为金属或金属化合物,构成所述上极板的组成材料与构成所述下极板的组成材料相同或不同。其有益效果在于:金属或金属化合物的电导率比多晶硅的电导率高,从而可以降低寄生电阻。

优选的,所述晶体管包括栅介质层、栅极、栅极侧墙、漏极和源极,所述栅介质层设置于所述衬底的上表面,所述栅极覆盖于所述盖栅介质层的上表面,所述栅极侧墙设置于所述衬底的上表面且位于所述栅介质层和所述栅极的两侧,所述漏极和所述源极设置于所述衬底内且分别与两侧的所述栅极侧墙抵接,所述源极与所述下极板电接触。其有益效果在于:所述栅极侧墙结构简单,易于微缩,有利于提高集成密度,所述漏极和所述源极设置于所述衬底内且分别与两侧的所述栅极侧墙抵接,减少了所述漏极和所述源极的占用空间,使结构更加的简单紧凑。

优选的,所述第一沟槽与所述源极远离所述栅介质层的一侧壁抵接,所述第二沟槽设置于所述晶体管的下方。其有益效果在于:使得在保证电容量的前提下,有利于提高集成密度,减少了所述第一沟槽和所述第二沟槽的占用空间,使结构更加的简单紧凑。

优选的,所述衬底具有第一导电类型,所述漏极和所述源极具有第二导电类型,所述第一导电类型和所述第二导电类型相反。

优选的,本发明还提供所述动态随机存取存储器的制备方法,包括以下步骤:

s0:提供所述衬底;

s1:在所述衬底的内部形成所述第一沟槽和所述第二沟槽,使所述第一沟槽和所述第二沟槽的朝向方向不同且相连通构成所述电容器的三维骨架;

s2:在所述三维骨架中形成所述电容器;

s3:在所述衬底的上表面形成所述晶体管,使所述晶体管与所述电容器电接触。

本发明所述动态随机存取存储器的制备方法的有益效果在于:通过步骤s1:在所述衬底的内部形成所述第一沟槽和所述第二沟槽,使所述第一沟槽和所述第二沟槽的朝向方向不同且相连通构成所述电容器的三维骨架,使得可以显著增大电容器的表面积,有利于提升动态随机存取存储器的电容值,减少电容器的刻蚀深度,而且克服了传统的深槽式电容器刻蚀深度要求很深,存在高深宽比的刻蚀要求和刻蚀速率递减效应的工艺难点。

优选的,所述步骤s1具体包括以下步骤:

s11:在所述衬底内部形成标定结构层;

s12:在所述衬底内部形成所述第一沟槽,使所述第一沟槽的部分与所述标定结构层抵接;

s13:去除所述标定结构层形成与所述第一沟槽相连通的所述第二沟槽,以构成所述电容器的三维骨架。其有益效果在于:在所述衬底的内部形成所述第一沟槽和所述第二沟槽的工艺简单方便,节省了制作时间,降低了成本投入。

优选的,所述步骤s11中,通过离子注入的方式在所述衬底内部形成所述标定结构层。其有益效果在于:工艺简单方便,节省了制作时间,降低了成本投入。

优选的,所述步骤s12中,在所述衬底内部形成所述第一沟槽的步骤包括:

s121:在所述衬底的上表面旋涂光刻胶,并通过曝光和显影工艺形成用于限定所述第一沟槽的刻蚀形状;

s122:通过蚀刻工艺按所述第一沟槽的刻蚀形状刻蚀出所述第一沟槽。其有益效果在于:该步骤采用的工艺简单方便,容易操作,节省了制作时间,降低了成本投入。

优选的,所述步骤s2具体包括以下步骤:

s21:采用原子层沉积工艺在所述三维骨架的内部依次沉积第一金属薄膜、绝缘介质薄膜和第二金属薄膜;

s22:通过蚀刻工艺去除所述衬底的上表面的所述第一金属薄膜、所述绝缘介质薄膜和所述第二金属薄膜,使在所述三维骨架的内部分别形成所述下极板、所述绝缘介质和所述上极板以形成所述电容器。其有益效果在于:相对于传统深槽式电容器的下极板采用埋藏基板工艺,采用原子层沉积工艺在所述三维骨架的内部沉积形成所述下极板、所述绝缘介质和所述上极板以形成所述电容器,工艺简单,制作方便。

优选的,所述步骤s3具体包括以下步骤:

s31:在所述衬底的上表面依次设置所述栅介质层和所述栅极;

s32:在所述栅介质层和所述栅极的两侧分别设置所述栅极侧墙,使所述栅极侧墙位于所述栅介质层和所述栅极的两侧;

s33:在所述衬底的两侧边且位于所述栅极侧墙的下端形成所述源极和所述漏极,使所述漏极和所述源极分别与两侧的所述栅极侧墙抵接,且所述源极与所述下极板电接触。其有益效果在于:该步骤采用的工艺简单方便,容易操作,节省了制作时间,降低了成本投入。

附图说明

图1为本发明实施例的动态随机存取存储器的剖视图;

图2为本发明实施例的动态随机存取存储器的制备方法的流程图;

图3为本发明实施例对衬底进行离子注入处理后形成的衬底的剖视图;

图4为对图3所示的衬底进行退火处理形成标定结构层后得到的衬底的剖视图;

图5为对图4所示的衬底进行刻蚀处理后形成的衬底的剖视图;

图6为对图5所示的衬底去除标定结构层后形成的衬底的剖视图;

图7为在图6所示的衬底的三维骨架中形成电容器后形成的结构剖视图;

图8为对图7所示的衬底的上表面进行去除处理后形成的结构剖视图;

图9为对图8所示的衬底的上表面进行沉积处理后形成的结构剖视图;

图10为对图9所示的衬底的上表面进行刻蚀处理后形成的结构剖视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。除非另外定义,此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。

为克服现有技术中存在的问题,本发明实施例提供了动态随机存取存储器及其制备方法。

本发明实施例的所述动态随机存取存储器,包括衬底、晶体管和电容器;所述晶体管设置于所述衬底的上表面;所述电容器设置于所述衬底内部且与所述晶体管电接触,所述电容器包括第一沟槽和第二沟槽,所述第一沟槽和所述第二沟槽的朝向方向不同且相连通构成所述电容器的三维骨架。

本发明实施例的所述动态随机存取存储器中,通过所述电容器包括第一沟槽和第二沟槽,所述第一沟槽和所述第二沟槽的朝向方向不同且相连通构成所述电容器的三维骨架,使得可以显著增大电容器的表面积,有利于提升动态随机存取存储器的电容值,减少电容器的刻蚀深度,而且克服了传统的深槽式电容器刻蚀深度要求很深,存在高深宽比的刻蚀要求和刻蚀速率递减效应的工艺难点;同时由于所述第一沟槽和所述第二沟槽所构成的三维骨架结构增大了电容器的表面积,使得在保证存储器所需的电容值的前提下,可以适当增加所述绝缘介质的厚度,从而可以降低漏电流,增加电荷保持时间和减少刷新频率,克服了传统的电容器为了达到电容量的要求,介质层要求很薄,具有漏电增大的风险;再者所述电容器设置于所述衬底内部,对原衬底的改动较小,未消耗衬底表面的纵向空间,存储器整体占据的空间较小,有利于提高其存储密度,并充分利用了衬底,降低了成本投入。

本发明一些实施例中,所述衬底为si或ge等半导体衬底。

本发明另一些实施例中,所述衬底为化合物半导体衬底,如sige、gaas、gasb、alas、inas、inp、gan、sic、ingaas、insb和ingasb中的任意一种。

本发明又一些实施例中,所述衬底为绝缘体上半导体衬底(semiconductoroninsulator,soi)。

本发明一些实施例中,所述第一沟槽和所述第二沟槽垂直设置,即所述第一沟槽和所述第二沟槽构成的所述三维骨架呈倒“l”形结构,所述倒“l”形结构即“l”形结构逆时针旋转90°后的结构。使得在保证达到电容量的要求的前提下,大大减少了电容器的刻蚀深度和刻蚀难度,克服了传统的深槽式电容器刻蚀深度要求很深,存在高深宽比的刻蚀要求和刻蚀速率递减效应的工艺难点,而且所述第一沟槽和所述第二沟槽垂直设置可以减少所述电容器在衬底中的占用空间,使结构更加的简单紧凑。

图1为本发明实施例的动态随机存取存储器的剖视图。

本发明一些实施例中,参考图1,所述电容器(图中未标示)设置于所述衬底101的内部,所述电容器(图中未标示)包括下极板102、绝缘介质103和上极板104,所述上极板104除位于所述衬底101的上表面一端的表面外的其他表面均与所述绝缘介质103的一表面抵接,所述绝缘介质103的另一对称表面与所述下极板102的一表面抵接,所述下极板102的另一对称表面与所述三维骨架(图中未标示)的表面抵接。即所述上极板104除位于所述衬底101的上表面一端的表面外的其他表面均被所述绝缘介质103覆盖,所述绝缘介质103除位于所述衬底101的上表面一端的表面外的两对称表面分别被所述上极板104和所述下极板102覆盖,所述下极板102的除位于所述衬底101的上表面一端的表面外的一表面覆盖所述三维骨架(图中未标示)的表面,其另一对称表面被所述绝缘介质103覆盖。

本发明一些实施例中,所述下极板和所述上极板的组成材料均为金属或金属化合物,构成所述上极板的组成材料与构成所述下极板的组成材料相同或不同,金属或金属化合物的电导率比多晶硅的电导率高,从而可以降低寄生电阻。

本发明一些实施例中,所述下极板和所述上极板均采用tin、tan、wn、mon、ni和ru中的至少一种制作而成。

本发明一些实施例中,所述绝缘介质采用al2o3、zro2、tio2、hfo2、la2o3、hfzro、hfalo和hftio中的至少一种制作而成。

本发明一些实施例中,参考图1,所述晶体管(图中未标示)设置于所述衬底101的上表面,所述晶体管(图中未标示)包括栅介质层105、栅极106、栅极侧墙107、漏极108和源极109,所述栅介质层105设置于所述衬底101的上表面,所述栅极106覆盖于所述盖栅介质层105的上表面,所述栅极侧墙107设置于所述衬底101的上表面且位于所述栅介质层105和所述栅极106的两侧,所述漏极108和所述源极109设置于所述衬底101内且分别与两侧的所述栅极侧墙107抵接,所述源极109与所述下极板102电接触。所述栅极侧墙107结构简单,易于微缩,有利于提高集成密度,所述漏极108和所述源极109设置于所述衬底101内且分别与两侧的所述栅极侧墙107抵接,减少了所述漏极108和所述源极109的占用空间,使结构更加的简单紧凑。

本发明一些实施例中,所述栅介质层采用sio2、al2o3、zro2和hfo2中的至少一种制作而成。

本发明一些实施例中,所述栅极采用tin、tan、mon和wn中的至少一种制作而成。

本发明一些实施例中,所述栅极侧墙采用sio2或si3n4等绝缘材料制作而成。

本发明一些实施例中,所述衬底具有第一导电类型,所述漏极和所述源极具有第二导电类型,所述第一导电类型和所述第二导电类型相反。

本发明一些具体实施例中,所述衬底具有第一掺杂类型,所述漏极和所述源极具有第二掺杂类型,所述第一掺杂类型具有第一导电类型,所述第二掺杂类型具有第二导电类型,所述第一导电类型和所述第二导电类型相反。具体的,所述第一掺杂类型为p型掺杂,所述第二掺杂类型为n型掺杂。

本发明一些实施例中,所述第一沟槽与所述源极远离所述栅介质层的一侧壁抵接,所述第二沟槽设置于所述晶体管的下方,使得在保证电容量的前提下,有利于提高集成密度,减少了所述第一沟槽和所述第二沟槽的占用空间,使结构更加的简单紧凑。

图2为本发明实施例的动态随机存取存储器的制备方法的流程图。

本发明实施例的所述动态随机存取存储器的制备方法,参考图2,包括以下步骤:

s0:提供所述衬底;

s1:在所述衬底的内部形成所述第一沟槽和所述第二沟槽,使所述第一沟槽和所述第二沟槽的朝向方向不同且相连通构成所述电容器的三维骨架;

s2:在所述三维骨架中形成所述电容器;

s3:在所述衬底的上表面形成所述晶体管,使所述晶体管与所述电容器电接触。

本发明一些实施例中,所述步骤s1具体包括以下步骤:

s11:在所述衬底内部形成标定结构层;

s12:在所述衬底内部形成所述第一沟槽,使所述第一沟槽的部分与所述标定结构层抵接;

s13:去除所述标定结构层形成与所述第一沟槽相连通的所述第二沟槽,以构成所述电容器的三维骨架。在所述衬底的内部形成所述第一沟槽和所述第二沟槽的工艺简单方便,节省了制作时间,降低了成本投入。

本发明一些实施例中,所述步骤s11中,通过离子注入的方式在所述衬底内部形成所述标定结构层。

图3为本发明实施例对衬底进行离子注入处理后形成的衬底的剖视图;图4为对图3所示的衬底进行退火处理形成标定结构层后得到的衬底的剖视图。

本发明一些具体实施例中,通过离子注入方式向所述衬底101中注入氧离子201,并控制所述氧离子201向所述衬底内扩散至一定深度,形成带有所述氧离子201的衬底,其结构如图3所示,所述衬底101为p型si衬底;将注入有氧离子的所述衬底101放入管式炉中进行退火,使得注入的所述氧离子与si材料发生反应形成氧化硅层202,形成带有所述氧化硅层202的衬底,其结构如图4所示。

本发明的另一些具体实施例中,通过离子注入方式向所述衬底中注入氮离子,并控制所述氮离子向所述衬底内扩散至一定深度,形成带有所述氮离子的衬底,所述衬底为p型si衬底;将注入有氮离子的所述衬底放入管式炉中进行退火,使得注入的所述氮离子与si材料发生反应形成氮化硅层,从而形成带有所述氮化硅层的衬底。

本发明一些实施例中,所述步骤s12中,在所述衬底内部形成所述第一沟槽的步骤包括:

s121:在衬底的上表面旋涂光刻胶,并通过包括曝光和显影的光刻工艺形成用于限定所述第一沟槽的刻蚀形状;

s122:通过蚀刻工艺按所述第一沟槽的刻蚀形状刻蚀出所述第一沟槽,且所述第一沟槽的一侧侧壁与所述标定结构层的一侧边缘抵接,所述第一沟槽的底部与所述标定结构层的底部齐平,该步骤采用的工艺简单方便,容易操作,节省了制作时间,降低了成本投入。

本发明一些实施例中,所述蚀刻工艺为干法蚀刻或通过使用蚀刻剂溶液的湿法蚀刻,所述干法蚀刻为离子铣蚀刻、等离子蚀刻、反应离子蚀刻和激光烧蚀中的任意一种。

图5为对图4所示的衬底进行刻蚀处理后形成的衬底的剖视图;图6为对图5所示的衬底去除标定结构层后形成的衬底的剖视图。

本发明一些具体实施例中,在所述衬底101的上表面旋涂光刻胶,并通过包括曝光和显影的光刻工艺形成用于限定所述第一沟槽的刻蚀形状,参考图5,通过蚀刻工艺按所述第一沟槽的刻蚀形状刻蚀出所述第一沟槽111,所述第一沟槽111的一侧侧壁与所述氧化硅层202的一侧边缘齐平,所述第一沟槽111的底部与所述氧化硅层202的底部齐平,再将带有所述第一沟槽111和所述氧化硅层202的所述衬底101浸没在氢氟酸溶液中,参考图6,从而去除所述氧化硅层202形成所述第二沟槽112,从而在所述衬底101中形成所述电容器的三维骨架。

图7为在图6所示的衬底的三维骨架中形成电容器后形成的结构剖视图;

图8为对图7所示的衬底的上表面进行去除处理后形成的结构剖视图。

本发明一些实施例中,参考图7和图8,所述步骤s2具体包括以下步骤:

s21:采用原子层沉积工艺在所述三维骨架(图中未标示)的内部依次沉积第一金属薄膜113、绝缘介质薄膜114和第二金属薄膜115;

s22:通过蚀刻工艺去除所述衬底的上表面的所述第一金属薄膜113、所述绝缘介质薄膜114和所述第二金属薄膜115,使在所述三维骨架(图中未标示)的内部分别形成所述下极板102、所述绝缘介质103和所述上极板104以形成所述电容器。相对于传统深槽式电容器的下极板采用埋藏基板工艺,采用原子层沉积工艺在所述三维骨架的内部沉积形成所述下极板、所述绝缘介质和所述上极板以形成所述电容器,工艺简单,制作方便。

本发明一些具体实施例中,采用原子层沉积工艺在所述第一沟槽和所述第二沟槽构成的所述电容器的三维骨架内部依次沉积一层tin薄膜、一层al2o3薄膜和一层tin薄膜,以分别作为下极板、绝缘介质和上极板。然后通过蚀刻工艺蚀刻去除所述衬底的上表面的所述tin薄膜、所述al2o3薄膜和所述tin薄膜,以实现在所述衬底内形成所述电容器。

本发明一些实施例中,所述步骤s3具体包括以下步骤:

s31:在所述衬底的上表面依次设置所述栅介质层和所述栅极;

s32:在所述栅介质层和所述栅极的两侧分别设置所述栅极侧墙,使所述栅极侧墙位于所述栅介质层和所述栅极的两侧;

s33:在所述衬底的两侧边且位于所述栅极侧墙的下端形成所述源极和所述漏极,使所述漏极和所述源极分别与两侧的所述栅极侧墙抵接,且所述源极与所述下极板电接触。该步骤采用的工艺简单方便,容易操作,节省了制作时间,降低了成本投入。

图9为对图8所示的衬底的上表面进行沉积处理后形成的结构剖视图;图10为对图9所示的衬底的上表面进行刻蚀处理后形成的结构剖视图。

本发明一些实施例中,参考图9和图10,所述步骤s31中,在所述衬底101的上表面依次设置所述栅介质层105和所述栅极106的步骤包括:

s311:在所述衬底101的上表面采用原子层沉积方法依次淀积一层原栅介质层116和原栅极层117;

s312:在所述原栅极层117的上表面旋涂光刻胶,并通过光刻工艺形成用于限定所述栅介质层105和所述栅极106的刻蚀形状;

s313:通过蚀刻工艺去除所述栅介质层105和所述栅极106的刻蚀形状左右两侧部分的所述原栅介质层116和所述原栅极层117,以形成所述栅介质层105和所述栅极106。

本发明一些实施例中,所述步骤s32中,在所述栅介质层和所述栅极的两侧分别设置栅极侧墙的步骤包括:

s321:采用沉积手段在所述栅极的上表面、以及所述栅介质层和所述栅极的侧面形成原栅极侧墙层;

s321:通过光刻和干法刻蚀的方法去除所述栅极的上表面的原栅极侧墙层,使在所述栅介质层和所述栅极的两侧形成所述栅极侧墙。

本发明一些实施例中,所述沉积手段包括化学气相沉积工艺、电子束蒸发工艺、原子层沉积工艺或溅射工艺等。

本发明一些实施例中,所述步骤s33中,在所述衬底的两侧边且位于所述栅极侧墙的下端形成所述源极和所述漏极的步骤包括:

s331:在所述衬底的两侧边且位于所述栅极侧墙的下端旋涂光刻胶,并通过光刻工艺形成所述源极和所述漏极的刻蚀形状;

s332:采用离子注入方法在所述源极和所述漏极的刻蚀形状区域形成具有第二掺杂类型的重掺杂区域;

s333:采用激光退火的方法进行离子激活,以形成所述源极和所述漏极。

本发明一些具体实施例中,在所述衬底的上表面形成所述晶体管具体包括步骤:

先在所述衬底的上表面采用原子层沉积方法依次淀积一层hfo2层和一层tin层,以分别作为所述栅介质层和所述栅极;

然后在所述栅极的表面旋涂光刻胶,并通过其中包括曝光和显影的光刻工艺形成用于限定所述栅介质层和所述栅极的刻蚀形状,再通过干法蚀刻,如离子铣蚀刻、等离子蚀刻、反应离子蚀刻、激光烧蚀,或者通过使用蚀刻剂溶液的湿法蚀刻去除该刻蚀形状左右两侧的部分hfo2层和tin层,以形成所述栅介质层和所述栅极;

再采用化学气相沉积的方法在所述栅极的上表面、以及所述栅介质层和所述栅极的侧面生长sio2层,进一步通过光刻和干法刻蚀的方法去除所述栅极的上表面的sio2层,从而在所述栅介质层和所述栅极的两侧形成所述栅极侧墙;

最后在所述衬底的两侧边且位于所述栅极侧墙的下端旋涂光刻胶,并通过光刻工艺限定源区和漏区形状,接着采用离子注入方法在所述衬底内部形成具有第二掺杂类型的重掺杂区域,即n型重掺杂区域,然后采用激光退火的方法进行离子激活,从而形成所述源极和所述漏极。

虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式,但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是,能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是,应理解,这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且,在此说明的本发明可有其它的实施方式,并且可通过多种方式实施或实现。


技术特征:

1.一种动态随机存取存储器,其特征在于,包括:

衬底;

晶体管,设置于所述衬底的上表面;

电容器,设置于所述衬底内部且与所述晶体管电接触,所述电容器包括第一沟槽和第二沟槽,所述第一沟槽和所述第二沟槽的朝向方向不同且相连通构成所述电容器的三维骨架。

2.根据权利要求1所述的动态随机存取存储器,其特征在于,所述第一沟槽和所述第二沟槽垂直设置。

3.根据权利要求1所述的动态随机存取存储器,其特征在于,所述电容器包括下极板、绝缘介质和上极板,所述上极板除位于所述衬底的上表面一端的表面外的其他表面均与所述绝缘介质的一表面抵接,所述绝缘介质的另一对称表面与所述下极板的一表面抵接,所述下极板的另一对称表面与所述三维骨架的表面抵接。

4.根据权利要求3所述的动态随机存取存储器,其特征在于,所述下极板和所述上极板的组成材料均为金属或金属化合物,构成所述上极板的组成材料与构成所述下极板的组成材料相同或不同。

5.根据权利要求3所述的动态随机存取存储器,其特征在于,所述晶体管包括栅介质层、栅极、栅极侧墙、漏极和源极,所述栅介质层设置于所述衬底的上表面,所述栅极覆盖于所述盖栅介质层的上表面,所述栅极侧墙设置于所述衬底的上表面且位于所述栅介质层和所述栅极的两侧,所述漏极和所述源极设置于所述衬底内且分别与两侧的所述栅极侧墙抵接,所述源极与所述下极板电接触。

6.根据权利要求5所述的动态随机存取存储器,其特征在于,所述第一沟槽与所述源极远离所述栅介质层的一侧壁抵接,所述第二沟槽设置于所述晶体管的下方。

7.根据权利要求5所述的动态随机存取存储器,其特征在于,所述衬底具有第一导电类型,所述漏极和所述源极具有第二导电类型,所述第一导电类型和所述第二导电类型相反。

8.一种如权利要求1-7中任意一项所述的动态随机存取存储器的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

s0:提供所述衬底;

s1:在所述衬底的内部形成所述第一沟槽和所述第二沟槽,使所述第一沟槽和所述第二沟槽的朝向方向不同且相连通构成所述电容器的三维骨架;

s2:在所述三维骨架中形成所述电容器;

s3:在所述衬底的上表面形成所述晶体管,使所述晶体管与所述电容器电接触。

9.根据权利要求8所述的动态随机存取存储器的制备方法,其特征在于,所述步骤s1具体包括以下步骤:

s11:在所述衬底内部形成标定结构层;

s12:在所述衬底内部形成所述第一沟槽,使所述第一沟槽的一部分与所述标定结构层抵接;

s13:去除所述标定结构层形成与所述第一沟槽相连通的所述第二沟槽,以构成所述电容器的三维骨架。

10.根据权利要求9所述的动态随机存取存储器的制备方法,其特征在于,所述步骤s11中,通过离子注入的方式在所述衬底内部形成所述标定结构层。

11.根据权利要求9所述的动态随机存取存储器的制备方法,其特征在于,所述步骤s12中,在所述衬底内部形成所述第一沟槽的步骤包括:

s121:在所述衬底的上表面旋涂光刻胶,并通过曝光和显影工艺形成用于限定第一沟槽的刻蚀形状;

s122:通过蚀刻工艺按所述第一沟槽的刻蚀形状刻蚀出所述第一沟槽。

12.根据权利要求8所述的动态随机存取存储器的制备方法,其特征在于,所述步骤s2具体包括以下步骤:

s21:采用原子层沉积工艺在所述三维骨架的内部依次沉积第一金属薄膜、绝缘介质薄膜和第二金属薄膜;

s22:通过蚀刻工艺去除所述衬底的上表面的所述第一金属薄膜、所述绝缘介质薄膜和所述第二金属薄膜,使在所述三维骨架的内部分别形成所述下极板、所述绝缘介质和所述上极板以形成所述电容器。

13.根据权利要求8所述的动态随机存取存储器的制备方法,其特征在于,所述步骤s3具体包括以下步骤:

s31:在所述衬底的上表面依次设置所述栅介质层和所述栅极;

s32:在所述栅介质层和所述栅极的两侧分别设置所述栅极侧墙,使所述栅极侧墙位于所述栅介质层和所述栅极的两侧;

s33:在所述衬底的两侧边且位于所述栅极侧墙的下端形成所述源极和所述漏极,使所述漏极和所述源极分别与两侧的所述栅极侧墙抵接,且所述源极与所述下极板电接触。

技术总结
本发明提供了一种动态随机存取存储器,包括衬底、晶体管和电容器;所述晶体管设置于所述衬底的上表面;所述电容器设置于所述衬底内部且与所述晶体管电接触,所述电容器包括第一沟槽和第二沟槽,所述第一沟槽和所述第二沟槽的朝向方向不同且相连通构成所述电容器的三维骨架,使得可以显著增大电容器的表面积,有利于提升动态随机存取存储器的电容值,减少电容器的刻蚀深度,克服了传统的深槽式电容器刻蚀深度要求很深,存在高深宽比的刻蚀要求和刻蚀速率递减效应的工艺难点,而且使得可以适当增加所述绝缘介质的厚度,从而可以降低漏电流,增加电荷保持时间和减少刷新频率。本发明还提供了一种动态随机存取存储器的制备方法。

技术研发人员:陈琳;朱宝;孙清清;张卫
受保护的技术使用者:复旦大学;上海集成电路制造创新中心有限公司
技术研发日:2021.04.29
技术公布日:2021.08.03

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