專利名稱：集成的金屬-絕緣體-金屬電容器和金屬柵晶體管及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及微電子電路，而且更具體涉及具有金屬-絕緣體-金屬電容器的微電子電路和器件。
背景技術(shù)：
當(dāng)今動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)的處境，至關(guān)重要的是要實(shí)現(xiàn)高密度。當(dāng)DRAM的尺寸繼續(xù)增大時(shí)，它的性能就成了人們的關(guān)注點(diǎn)。因而，極需要提高DRAM的性能，特別是提高短周期、高速嵌入式DRAMs的性能。為了與靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAMs)的工藝實(shí)施方案相競爭，就需要在DRAMs中出現(xiàn)許多性能的突破。這類突破之一是要進(jìn)一步縮小DRAM的尺寸。DRAM的宏觀尺寸對于相同的容量約為SRAM的 至 而且，尺寸越小，延遲就越少。與通常獨(dú)立的DRAMs不一樣，可擦除的DRAM(eDRAM)的尺寸更難縮小，它提高工藝成本。
金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器普遍用作半導(dǎo)體中的去耦電容器。一個(gè)MIM電容器包括用諸如多晶硅、金屬或金屬合金之類的導(dǎo)電材料制成的一個(gè)下電極和一個(gè)上電極。還有，夾在電極之間的是一層電介質(zhì)薄層。如像氮化硅、氮氧化硅、氧化硅或是諸如氧化鋁、五氧化鉭、二氧化鈦、鈦酸鍶鋇等等之類的高k材料。
可以將MIM電容器作為分立元件加到芯片上，而且往往是加到端部的金屬層上。更為先進(jìn)型式的MIM電容器能被集成在一塊小芯片上，例如讓它處在各式各樣的后端線層之間，它們可以在那里提供更有效的去耦功能，并減少了由于與晶體管的硅層緊密接觸減小了引入外部噪音的可能性。美國專利5,903,493和美國專利6,198,617中所示的兩種常規(guī)設(shè)計(jì)，在此引用其完成的披露作為參考。在這些器件中，電容器元件是在金屬區(qū)M1的上面。
已經(jīng)得到公認(rèn)的是，當(dāng)芯片尺寸繼續(xù)日益縮小時(shí)，就需要從常規(guī)的多晶硅柵的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至金屬柵的結(jié)構(gòu)。(見如，美國電子與電氣工程師協(xié)會(IEEE)會刊第89卷第3期，2001年3月，第394-412頁，Tadahiro Ohmi等所著“硅工藝的新范例(New Paradigm of SiliconTechnology)”；美國電子與電氣工程師協(xié)會電子器件通信第22卷第5期，2001年5月，第227-229頁，Yee-Chia Yeo等所著“超薄氮化硅柵介質(zhì)的雙金屬柵COMOS工藝”；美國電子與電氣工程師協(xié)會2000年VLSI工藝討論會技術(shù)文獻(xiàn)匯編，第72-73頁，Qiang Lu等所著“深度亞微米CMOS晶體管的雙金屬柵工藝”；美國專利號6,057,583，Gardner等發(fā)布的“具有從溝道垂直移位的低阻金屬源和漏的晶體管”；美國專利號6,165,858，Gardner等發(fā)布的“通過雙重?fù)诫s注入的緩變結(jié)用于高速M(fèi)OS器件增強(qiáng)硅化作用的形成”；美國專利號6,033,963，Huang等發(fā)布的“用取代柵工藝形成CMOS器件的金屬柵的方法”；美國專利號6,130,123，Liang等發(fā)布的“制造互補(bǔ)金屬柵電極工藝的方法”；美國專利號6,049,114，Maiti等發(fā)布的“帶有覆蓋在柵介質(zhì)上的一層含金屬層的半導(dǎo)體器件”，在此引用其完成的披露作為參考。)而且，根據(jù)電路設(shè)計(jì)，經(jīng)過選擇，可以得到功函數(shù)與P型硅或N型硅的結(jié)構(gòu)相匹配或是功函數(shù)在P型和N型結(jié)構(gòu)之間的表示為中間帶隙金屬的柵材料。這三組柵材料的典型示例分別為Ni、TaN、RuO和MoN；Ru、Ta和TaSi；以及W?？梢栽诠璧脑春吐﹨^(qū)上使用類似的導(dǎo)電材料，由此得到的好處是利用這些金屬接觸之一作MIM電容器的下電極，它可顯著縮小全部常規(guī)多晶硅柵和MIM電容器組合的實(shí)體空間。
因此，就需要有一種新的器件，它利用一個(gè)金屬接觸作晶體管的源/漏和MIM電容器的下電極的雙重電極。而且，還需要有一種新的器件，它提供很高的封裝密度仍不具有常規(guī)晶體管器件中存在的其它相關(guān)問題。

發(fā)明內(nèi)容
由于常規(guī)晶體管器件的前述和其它的問題、不利情況和缺點(diǎn)，本發(fā)明已設(shè)計(jì)成并且作為本發(fā)明的一項(xiàng)目的是要為制造具有金屬柵以及金屬接觸電容器的微電子電路提供一種結(jié)構(gòu)和方法。本發(fā)明的另一目的是通過在金屬柵和金屬電容器之間共用工藝步驟和材料顯著地降低制造這種器件的工藝成本。本發(fā)明還有的另一目的是要通過采用高密度的DRAM來利用該方法。
為了達(dá)到上面所提的目標(biāo)，按照本發(fā)明的一種方式提供一種集成電路結(jié)構(gòu)，它包括各有由一絕緣體分隔開的金屬板的一對電容器，以及與該電容器電連接的金屬柵半導(dǎo)體晶體管。晶體管的金屬柵和每一電容器的金屬板之一在集成電路結(jié)構(gòu)中包含同一金屬層。更具體地說，每一電容器包含具有在一下金屬板垂直上方的一上金屬板的一個(gè)垂直電容器，并且晶體管的每一金屬柵和電容器的每一上金屬板在集成電路結(jié)構(gòu)中包含同一金屬層。此外，每一晶體管包括與一鄰近電容器相應(yīng)的下金屬板連接的一個(gè)漏區(qū)。
本發(fā)明還提供一種形成金屬-絕緣體-金屬電容器和與其相關(guān)聯(lián)的有一金屬柵的半導(dǎo)體晶體管的方法。此方法在一塊基片上加工犧牲的柵結(jié)構(gòu)圖形，在犧牲的柵結(jié)構(gòu)附近形成側(cè)壁隔斷物，在側(cè)壁隔斷物附近形成第一金屬層，平整化第一金屬層，去除犧牲的柵結(jié)構(gòu)，在第一金屬層上形成絕緣體，從柵區(qū)去除第一金屬層一部分，并在絕緣體上和柵區(qū)內(nèi)形成第二金屬層。第二金屬層包括晶體管的柵和晶體管的一個(gè)板這兩者。
第一金屬層的平整化減少第二金屬層中的空隙與表面不均勻性。絕緣體包括電容器絕緣體和柵絕緣體這兩者。此外，在形成側(cè)壁隔斷物之后，本發(fā)明對基片中的源區(qū)和漏區(qū)摻雜。


參照附圖從隨后本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明中將會更好地了解到前述以及其它的目的、方式和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1為一制成的微電子器件局部的剖視示意圖；圖2為一制成的微電子器件局部的剖視示意圖；圖3為一制成的微電子器件局部的剖視示意圖；圖4為一制成的微電子器件局部的剖視示意圖；圖5為一制成的微電子器件局部的剖視示意圖；圖6為一制成的微電子器件局部的剖視示意圖；圖7為一制成的微電子器件局部的剖視示意圖；圖8為一制成的微電子器件局部的剖視示意圖；圖9為一制成的微電子器件局部的剖視示意圖；圖10為一制成的微電子器件局部的剖視示意圖；圖11為一制成的微電子器件剖視示意圖；圖12為一制成的微電子器件剖視示意圖；以及圖13為圖11一制成的微電子器件俯視示意圖。
具體實(shí)施例方式
對于eDRAM來說，不僅是DRAM的性能必需得到改進(jìn)，而且為了改進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)的性能還必需改進(jìn)諸如CPU之類的其它邏輯電路的性能。在嵌入式應(yīng)用中不論是DRAM還是支撐電路對使用金屬柵的當(dāng)前動向是已知的。對DRAM和支撐電路使用金屬電容器(諸如MIM)節(jié)約了芯片尺寸，特別是當(dāng)引用高k介質(zhì)材料時(shí)就更加如此。高k(介電常數(shù))材料諸如氧化鋁、五氧化鉭、二氧化鈦、鈦酸鍶鋇或其它鐵電體材料是適合于金屬板的。下面描述在一DRAM的單元構(gòu)形中形成邊靠邊的金屬柵和金屬接觸電容器的工藝。然而，以下所示的實(shí)施方式僅是示范性的，而且普通的專業(yè)人員都會懂得，本發(fā)明同樣可應(yīng)用于諸如支撐電路的那些需有一個(gè)電容器的其它結(jié)構(gòu)當(dāng)中。
現(xiàn)在參閱附圖，特別是參閱圖1，所示的是一局部的制成的微電子器件1，它包括基片1000、淺槽隔離(ST1)區(qū)1400、在ST1區(qū)1400、該基片1000上如象犧牲的薄氧化層1200的柵絕緣體以及位于柵絕緣體1200上面的柵電極1100?；?000最好包含如硅晶片或硅在絕緣體上的晶片之類的摻雜阱1300。ST1區(qū)1400是由常規(guī)工藝形成的，諸如經(jīng)過光刻加工圖形，干法刻蝕的深度達(dá)到已為專業(yè)技術(shù)人員所知、隨后工藝步驟形成的半導(dǎo)體結(jié)的下面，氧化物填充淀積以及諸如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)之類的平整化。犧牲的薄氧化層1200形成在基片1000上，接著形成氧化層厚度1μm至3μm虛設(shè)的氧化層?xùn)艌D形1100。虛設(shè)的柵最好有高的高寬比(如10至30)以減少在后述平整工藝中的缺陷和空隙。
圖2示出氮化物的側(cè)壁隔離物1500，它是用諸如淀積和刻蝕之類的常規(guī)工藝形成在各個(gè)柵圖形1100的側(cè)壁上的。要求隔離物的厚度是在最小光刻特征尺寸范圍內(nèi)，使其有助于縮小電路的尺寸。此外，圖2繪示補(bǔ)充注入雜質(zhì)的作用，它將輕摻雜區(qū)1300轉(zhuǎn)換成更重的摻雜區(qū)1600、1601和1602，它們最終會形成晶體管的源/漏區(qū)。
在圖3中，用包括CVD、濺射等等在內(nèi)的任意常規(guī)方法在基片1000、側(cè)壁隔斷物1500、柵電極1100以及ST1區(qū)1400的上面淀積一層和一金屬層1700。此淀積構(gòu)成一種與硅的反應(yīng)能力較弱的金屬(如圖所示)或者是一種雙層結(jié)構(gòu)。采用雙層結(jié)構(gòu)時(shí)，淀積如TiN之類的一層薄的擴(kuò)散阻擋層，接著淀積一層底部節(jié)板作電容器電極。擴(kuò)散阻擋層防止節(jié)板材料與硅的源和漏接觸相互作用。
圖4繪示進(jìn)行過化學(xué)化學(xué)拋光以平整結(jié)構(gòu)1之后的器件1。圖5中利用一層掩模(未示出)去除虛設(shè)柵區(qū)1100所占區(qū)內(nèi)的虛設(shè)柵材料1100和犧牲氧化層1200。在側(cè)壁隔斷物1500的下面保留著氧化層1200。最好本發(fā)明利用一種選擇性的等離子體刻蝕或是濕法刻蝕以便只去除露出的氧化層并由此留下柵區(qū)內(nèi)的空隙2100。
在圖6中，用一層調(diào)整掩模2200確定各電容器的節(jié)板3500、3700。2300項(xiàng)表示通常的節(jié)板區(qū)。3600區(qū)作為犧牲區(qū)在后來要被去除。在圖7中，一層高k介質(zhì)材料2400保形地淀積在結(jié)構(gòu)1上。高k介質(zhì)層2400覆蓋住節(jié)板3500和3700、側(cè)臂隔斷物1500以及基片1000的露出部分。
圖8中示出有一窗孔2600的另一層掩模2500，它用于結(jié)合一次選擇性刻蝕工藝去除犧牲區(qū)3600和露出的高k介質(zhì)材料2400，如圖9中所示。接著，去除掩模2500。如圖10中所示，將另一金屬層2800淀積在結(jié)構(gòu)1上并進(jìn)行平整化。第二金屬2800可以是與第一金屬1700相同或者不同的材料。金屬層2800的厚度可以控制到使得不再需要拋光工藝。然后在結(jié)構(gòu)上面將掩模2700加工成圖形。
通過掩模2700進(jìn)行一次金屬刻蝕工藝，用于刻蝕第二金屬2800形成電容器板3000和3400、柵3100和3300以及一個(gè)公共的源接觸3200。然后去除掩模2700并用一層絕緣體取代它?；蛘呤?，可將掩模2700作為一層絕緣體。如專業(yè)技術(shù)人員所熟知，還要進(jìn)行另外的工藝步驟使該結(jié)構(gòu)與別的器件相連和隔離。
這種工藝形成圖11和13中所示的雙電容器結(jié)構(gòu)。更具體地說，金屬電容器板3000、絕緣層2400和金屬節(jié)板3500形成一個(gè)第一電容器。與此類似，金屬電容器板3400、絕緣層2400和金屬節(jié)板3700形成一個(gè)第二電容器。漏區(qū)1600、柵3100和公共源1601構(gòu)成一個(gè)與第一電容器(3000、2400、3500)作好接觸的一個(gè)晶體管，而漏區(qū)1602-柵3300和公共源1601則構(gòu)成一個(gè)允許訪問與第二電容器(3400、2400、3700)的第二晶體管。圖13是圖11中所示同一結(jié)構(gòu)的俯視圖。此外，圖13示出第一電容器(3000、2400、3500)概括為3800項(xiàng)，第二電容器(3400、2400、3700)概括為3802項(xiàng)。再就是，圖13所示位線3710，它包含與公共源接觸3200形成電連接的接觸3705。
有了本發(fā)明，結(jié)構(gòu)基本上就保持著平面的結(jié)構(gòu)，它使金屬層2800能夠完全形成上電極板、柵和源接觸。不用本發(fā)明的工藝，金屬層2800就會像圖12中所示的不規(guī)則(非平面)的形狀。更具體地說，圖4中所示的平整化工藝確立了一個(gè)平整的表面，它使其余的工藝步驟能夠保持住均勻的平整表面。由于圖12中所示結(jié)構(gòu)不會像本發(fā)明的結(jié)構(gòu)那樣使接觸、電容器極板等等形成可靠的連接，它的成品率會降低。因此，當(dāng)與常規(guī)結(jié)構(gòu)相比時(shí)，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)具有顯著地更高的成品率和更高的可靠性。
此外，本發(fā)明無論是柵3100還是電容器的上電極板3000、3400都使用同一金屬層。通過制造金屬柵和上電極板顯著地改進(jìn)了器件的性能。而且，通過都利用同一金屬層作柵和電容器極板，本發(fā)明降低了工藝成本與材料消耗。此外，通過減少工藝步驟的次數(shù)，本發(fā)明減少了產(chǎn)生缺陷的機(jī)會從而提高了成品率和可靠性。
在本發(fā)明已用優(yōu)選的實(shí)施方案進(jìn)行說明的同時(shí)，專業(yè)技術(shù)人員將會認(rèn)識到本發(fā)明能在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)經(jīng)過修改得到實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種集成電路結(jié)構(gòu)包含具有由一絕緣體分隔開的金屬板的一電容器；以及與所述電容器電連接并有一金屬柵的一半導(dǎo)體晶體管。
2.權(quán)利要求1中的集成電路結(jié)構(gòu)，其中所述金屬柵和所述金屬板之一在所述集成電路結(jié)構(gòu)中包含同一金屬層。
3.權(quán)利要求1中的集成電路結(jié)構(gòu)，其中所述電容器包含具有在一下金屬板垂直上方的一上金屬板的一垂直電容器。
4.權(quán)利要求3中的集成電路結(jié)構(gòu)，其中所述金屬柵和所述上金屬板在所述集成電路結(jié)構(gòu)中包含同一金屬層。
5.權(quán)利要求3中的集成電路結(jié)構(gòu)，其中所述晶體管包括與下金屬板相連的一漏區(qū)。
6.一種集成電路結(jié)構(gòu)包含一對電容器，各有同一絕緣體分隔開的金屬板；以及半導(dǎo)體晶體管，分別與所述電容器之一電連接，其中所述半導(dǎo)體晶體管各有一金屬柵。
7.權(quán)利要求6中的集成電路結(jié)構(gòu)，其中所述晶體管的各所述金屬柵與各個(gè)所述電容器的所述金屬板之一在所述集成電路結(jié)構(gòu)中包含同一金屬層。
8.權(quán)利要求6中的集成電路結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)所述電容器包含有在一下金屬板垂直上方的一上金屬板的一垂直電容器。
9.權(quán)利要求8中的集成電路結(jié)構(gòu)，其中所述晶體管的各所述金屬柵與所述電容器的各所述上金屬板在所述集成電路結(jié)構(gòu)中包含同一金屬層。
10.權(quán)利要求8中的集成電路結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)所述晶體管包含與一鄰近電容器的相應(yīng)下金屬板相連的一漏區(qū)。
11.一種形成一金屬-絕緣體-金屬電容器和一相關(guān)的有一金屬柵的半導(dǎo)體晶體管的方法，所述方法包括形成一層第一金屬層；在所述第一金屬層上面形成一絕緣體；從一柵區(qū)去除所述第一金屬層的一部分；以及在所述絕緣體上面和在所述柵區(qū)內(nèi)形成一層第二金屬層，其中所述第二金屬層包含所述晶體管的一柵和所述晶體管的一板。
12.權(quán)利要求11中的方法，還包括鄰近犧牲的柵結(jié)構(gòu)形成側(cè)壁隔斷物，其中所述第一金屬層是形成在所述側(cè)壁隔斷物上面。
13.權(quán)利要求11中的方法，還包括，在所述側(cè)壁隔斷物的所述形成之后，對所述基片中的源區(qū)和漏區(qū)摻雜。
14.權(quán)利要求11中的方法，還包括平整化所述的第一金屬層。
15.權(quán)利要求14中的方法，其中所述的第一金屬層的所述平整化減少了在所述第二金屬層中的空隙和表面不均勻性。
16.權(quán)利要求11中的方法，還包括在所述第一金屬層上面形成一絕緣體。
17.權(quán)利要求16中的方法，其中所述的絕緣體包括一電容器絕緣體和一柵絕緣體兩者。
18.權(quán)利要求11中的方法，其中所述的板包含所述電容器的一上板。
19.一種形成一金屬-絕緣體-金屬電容器和一相關(guān)聯(lián)的有一金屬柵的半導(dǎo)體晶體管的方法，所述方法包括在一塊基片上面加工犧牲的柵結(jié)構(gòu)的圖形；鄰近所述犧牲的柵結(jié)構(gòu)形成側(cè)壁隔斷物；鄰近所述側(cè)壁隔斷物形成一層第一金屬層；平整化所述第一金屬層；去除所述犧牲的柵結(jié)構(gòu)；在所述第一金屬層上面形成一絕緣體；從一柵區(qū)去除所述的第一金屬層的一部分；以及在所述絕緣體上面和在所述柵區(qū)內(nèi)形成一層第二金屬層；其中所述第二金屬層包含所述晶體管的一柵和所述晶體管的一板。
20.權(quán)利要求19中的方法，其中所述第一金屬層的所述平整化減少了在所述第二金屬層中的空隙和表面不均勻性。
21.權(quán)利要求19中的方法，其中所述絕緣體包括一電容器絕緣體和一柵絕緣體兩者。
22.權(quán)利要求19中的方法，還包括，在所述側(cè)壁隔斷物的所述形成之后，對所述基片中的源區(qū)和漏區(qū)摻雜。
23.權(quán)利要求21中的方法，其中所述的板包含所述電容器的一上板。
全文摘要
公開了一種集成電路結(jié)構(gòu)，它包括各有由一層絕緣體分隔開的金屬板的一對電容器，以及與該電容器電連接的金屬柵半導(dǎo)體晶體管。晶體管的金屬柵和每一電容器的金屬板之一在集成電路結(jié)構(gòu)中包含同一金屬層。更具體地說，每一電容器包含具有在一下金屬板垂直上方的一上金屬板的一個(gè)垂直電容器，而且晶體管的各金屬柵和電容器的各上金屬板在集成電路結(jié)構(gòu)中包含同一金屬層。
文檔編號H01L21/336GK1485924SQ03155108
公開日2004年3月31日 申請日期2003年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月21日
發(fā)明者L·A·克萊文格, L·L·許, 黃洸漢, L A 克萊文格, 許 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司