专利名称：在层内对准局部的开孔的制作方法
技术领域：
本发明涉及在层内，尤其是在微电子结构上的保护层内对准局部的开孔的方法。本发明尤其涉及用于储存二进制数据的非易失存储单元的制法。这种存储单元一般具有一只开关晶体管和一只存储电容器。电容器电极可以包含铂类金属，在电极之间安排铁电或顺电体材料作为介质。
传统的微电子半导体存储器件(DRAM动态随机存取存储器)主要由一只选择晶体管或开关晶体管和一只存储电容器构成，其中在两电容器板之间嵌入介质材料。一般多半用具有介电常数最大约为8的氧化物层或氮化物层作为介质。为了缩小存储电容器以及制造非易失存储器需要具有显著较高介电常数的“新颖的”电容器材料(铁电或顺电材料)。在W.Hnlein的出版物“Neue Dielektrika für Gbit-Speicherchips(千兆比特存储器芯片用的新介质)，Phys，B1、55(1999)举出这种材料的例子。为了制造在高集成密度非易失半导体存储器元件内使用的铁电电容器，例如，SrBi2(Ta，Nb)2O9(SBT或SBTN)，Pb(Zr，Ti)O3(PZT)，或Bi4Ti3O12(BTO)铁电材料可以用作电容器板之间的介质。但是也可以应用如例如(Ba，Sr)TiO3(BST)顺电材料。
然而，为了应用这种新颖介质，半导体工艺技术面临挑战。也就是首先这些新颖材料不再可以与传统的多晶硅电极材料组合。因此，必须使用惰性的电极材料，例如铂类金属或其导电氧化物(例如Ru2O)。其原因是在铁电介质淀积后，它必须在温度大约550-800℃的含氧气氛内视情况多次退火(老化处理)。因此，为了避免铁电介质与电极的不希望的化学反应，它大多由铂或另一足够温度稳定和惰性的材料，如另一铂类金属(Pd、Ir、Rh、Ru、Os)制造。
为了集成存储电容器，实施发生在含氢环境内的工艺步骤。所以例如为了金属化和晶体管的老化处理必须在由95％氮(N2)和5％氢(H2)组成的混合气体内退火。然而氢向处理过的存储电容器，即向介质内的渗透通过还原反应可以导致介质的氧化物陶瓷的退化。此外，金属间氧化物或氮化硅-钝化层的等离子体增强化学汽相淀积(PECVD)，基于层内高的含氢量促使介质的铁电或顺电材料的还原。即使在导电材料如高融点金属如钨或钛淀积时也用氢。这种淀积用于例如产生层或填充接触孔。
为了电容器，更确切地说，其介质防止氢，建议提供保护层用作防止氢向电容器内渗透的壁垒。保护层例如由氧化物材料如Al2O3、ZrO2或TiON构成，以及例如直接沉积到电容器结构上。
通常为了微电子结构的电接触，在制造固有的结构之后，必要时在沉积其它材料到结构之后，刻蚀接触孔并对该接触孔用导电材料填充。如果从保护层所处的一侧出发进行电接触，则必须对其开孔。
按照RIE法(Reactive Ion Etching反应离子蚀刻)建立接触孔是众所周知的。RIE属于化学物理干蚀刻法。为了可以精确对准地开孔，这时采用抗蚀掩模。虽然按照这种方式可以进行具有较高局部精密度的蚀刻，然而尤其在Al2O3和ZrO2情况下蚀刻速率较低。在按已知方法，例如RIE进行接触孔蚀刻时，由于以下原因使问题更加尖锐，即接触孔必须首先通过一般处于保护层上的材料(多半为SiO2)进行蚀刻。在相应的蚀刻推进后才到达保护层。但是在孔底上反正只是一层难以腐蚀的材料，在这里是接触孔上部的蚀刻是特别困难的，即特别缓慢而常常是不精密的。
此外，在不同材料之间的选择性是微不足道的，即该方法通常也导致抗蚀掩模材料的蚀刻和/或在接触孔底上电极材料的蚀刻。在离子倾斜入射到应蚀刻的表面时，即当离子并非垂直轰击表面时，可以在倾斜的蚀刻侧面上发生反射。这导致形成不希望的沟槽或孔在蚀刻侧面边缘上或在蚀刻孔底部侧面(所谓沟槽效应)。此外在RIE过程中用高动能的离子轰击可能导致应蚀刻表面的损伤。最终在RIE时可以产生，所谓的再沉积作用，即，刻蚀掉的材料可以在别处沉积。
尤其在涉及应开孔层的集成度时，如上述用作对氢渗透的壁垒的保护层情况下，上述效应引起对层的功能或微电子结构的功能有害影响。例如在刻蚀的孔底上的侧向沟槽随后导致氢分子渗入氢的壁垒。
本发明的任务是提供本文一开始所述类型的方法，用此方法对应开孔的层精确对准的局部开孔是可能的，其中在开孔的区域以外的应开孔的层应保持尽可能完好。
本任务通过具有下述特征的方法解决—由辅助材料构成的至少一种凸起的辅助结构沉积到衬底上，必要时有位于其上的结构，使辅助结构复盖衬底的一部分表面，—应开孔的层沉积到辅助结构上，使它复盖衬底和辅助结构的有关联的表面区域，以及—通过基本上平面蚀刻去除应开孔层的材料，必要时去除处于表面上的其它材料直到在辅助结构上的层开孔，并且露出辅助材料为止。进一步扩展是从属权利要求的目标。
根据本发明的方法在衬底上，必要时与其上存在的结构，尤其是微电子结构，至少是淀积一层由辅助材料构成的凸起的辅助结构，使辅助结构复盖一部分衬底表面。这时对于衬底可以理解为其上淀积微电子结构的原来的衬底和结构的统一体。可以存在算作衬底的其它层或元件。
应开孔的层淀积到辅助结构上，使它复盖衬底和辅助结构的相关联的表面区。此后，通过主要为平面蚀刻去除层的材料，并在必要时去除处在表面上的其它材料，直到在辅助结构上的层开孔，并使辅助材料露出为止。
把平面蚀刻理解为这样一种蚀刻方法，它使在平坦表面上的材料大体上均匀地侵蚀掉，或者在表面上的材料这样侵蚀掉，使得形成基本上平坦表面。因此，通过平面蚀刻恰好除去在凸起的辅助结构上存在的层材料，并使辅助结构(辅助材料)露出。与此相反，在凸起的表面区之外的辅助材料不受影响。
本发明的一个主要优点是在层开孔时不希望的副作用，如沟槽效应和再沉积作用不再产生。此外，在应开孔的层和辅助结构材料之间形成界线分明的、精确定义的过渡。该过渡的尺寸或位置通过辅助结构和层的形状和平面蚀刻的进展确定。然而在层内开孔的大小也可以与平面蚀刻的进展无关，即当在凸起的辅助结构边缘上的层向垂直蚀刻面方向伸展。在这种情况下，只去除在辅助结构凸处上存在的、尤其是对蚀刻面平行伸展的材料。
该凸起的辅助结构尤其是小岛状凸起。在这种情况下，层的材料是这样去除的，使得围绕露出的辅助材料形成一封闭的环行边缘。当应该穿过应开孔的层作电接触时，则本方法的扩展首先可以有益地应用。
在本方法的扩展中，在沉积应开孔的层之后，沉积第2辅助材料，使得至少局部补偿了表面不平整性或者至少局部填充低洼的区域。首先，在平面蚀刻时的蚀刻面被调整为大体上平行于第2辅助材料表面的走向。可以由同一物质或与辅助结构的辅助材料不同的另一物质构成的第2辅助材料用于整个结构，尤其是用于应开孔的层的机械稳定性。因此保证，仅通过平面蚀刻工艺进程来控制材料的去除。第2辅助材料也持久地防止处于应开孔区外的层的材料受外界影响。
第1和/或第2辅助材料尤其是氧化物材料，例如SiO2。但是也可以应用任一种其它合适材料。如果通过第1和/或第2辅助材料应当达到电绝缘，则可以使用任意的介质材料，例如也可使用聚合物，如PTFE(聚四氟乙烯)。这些材料其特征为一部分具有特别高的介电常数。
平面蚀刻最好至少部分地通过CMP(化学机械抛光)实现。在这种作为平面化方面众知的、本来大家熟知的方法中，在化学辅助机械抛光和通过机械作用辅助的化学湿法蚀刻之间的工艺部分的重要性各按需要有所侧重。通常，在CMP时提供具有弹性支撑(垫)的抛光台，抛光剂(浆)放在上面。应蚀刻的表面压到该垫上，因此在表面和垫之间发生相对移动。这时抛光台和/或应腐蚀的表面可以转动。
优先考虑应去除的材料各自的特征来选择浆，其中大多应达到尽可能大的蚀刻速度。
在沉积上述第2辅助材料的本方法的方案中，使得主要形成一平坦的平面，按照优先方式首先采用从第2辅助材料看来最佳的浆，并在相应的蚀刻进展之后，转到从应开孔的层材料看来最佳的浆。这时只要这是符合要求的，则也可以在应开孔层的材料上达到有选择的较高蚀刻速率。
在本发明的扩展中，在辅助结构的露出的辅助材料中蚀刻出空隙，该空隙尤其用于穿透已开孔层的电接触。这时首先形成一封闭的环行边缘，该边缘通过辅助结构的辅助材料形成。因此空隙被应开孔层的材料隔开。其优点为已开孔层机械上是稳定的。此外，已知的方法可以用于产生接触孔以及这类的空隙，例如以前描述过的RIE。辅助结构的辅助材料保护已开孔的层，并防止发生对层材料不希望的侵蚀。沉积另一导电材料到尤其是达到导电材料的空隙内。该空隙也可以推进到衬底的对置外侧，并恰在用导电材料填充空隙之后，实现另一电接触。
在具有包含电容器的微电子结构的衬底情况下使用本发明的方法具有特殊的优点，该电容器的介质包含铁电或顺电材料。这里应开孔的层尤其构成对物质渗透到微电子结构内的一种壁垒。例如，介质对氢的渗透或对与氢接触敏感的，而应开孔的层形成对氢向微电子结构，尤其是向介质层内渗透的一个壁垒。
在这种方案中，尤其涉及对在应开孔的区域外应开孔层的完好无损。在不断进行的数字存储器组件的微型化进展中，决定性地取决于允许目标明确、精确产生这种结构，并且不危及结构的持久的功能性的可执行的生产工艺技术。因此本发明准备好一种精确制造开孔的方法，尽管或者恰恰是因为可实现一种材料的平面刻蚀。因此开孔的位置预先已经通过辅助结构的设计确定或者至少共同确定。辅助结构的设计在较高的精确度用已知的生产工艺技术是可能的。使用例如已知的干蚀刻法，如RIE。避免稍后对应开孔的层的损害，因为在辅助结构的结构化时还根本不存在该层。
现在依靠一实施例详细说明本发明。这时涉及到附图。然而本发明并不限于这实施例。示出附图的各图为
图1示出具有2个凸起的小岛形辅助结构的一个衬底，其中衬底和辅助结构的表面被应开孔的层复盖；图2示出在沉积主要在平坦的表面上形成的第2辅助材料后图1的构造；图3示出通过平面蚀刻在应开孔的层内产生开孔的图2构造；以及图4示出在产生微结构的电接触孔后图3的构造。
图1示出的结构具有基体材料1，如在制造半导体组件时常用的那样，例如晶体硅。在基体材料1上沉积用于电接触的和微电子结构连接的电连接3。电连接3接触由导电材料，尤其是由惰性材料如铂类金属(Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Os)构成的第1电极5。
由铁电或顺电材料构成的介质7沉积到第1电极5上。介质材料对氢的接触和/或渗透特别敏感。
尤其由与第1电极5相同材料构成的第2电极9沉积到介质7上。两电极5、9和介质7一起形成用于储存数字信息的电容器。电容器可以以已知方式与一选择晶体管或开关晶体管组成存储器单元(DRAM)。晶体管处于尤其是在基体材料内或下，并且主要经电连接3与第1电极5电连接。
正如图1所示，在第2电极9的左端区沉积辅助材料13的小岛11。由辅助材料13构成的另一小岛11直接沉积到基体材料1的表面上。辅助材料13尤其是氧化物的辅助材料，例如为SiO2。辅助材料13可以以已知方式作为衬底1，5，7，9表面上的连贯的大体均匀厚度的淀积层，接着也以已知方式，例如在应用掩模情况下，蚀刻如图1所示的小岛形结构。
在依靠图1到4所示实施例时必须注意，小岛11凸起在电容器5，7，9的水平面之上。
在小岛11结构化之后，沉积应开孔的保护层15，使得电容器5，7，9的基体材料1和小岛11的共同的表面一侧贯通地被保护层15的材料复盖。保护层的材料例如是氧化物材料，如Al2O3、ZrO2或TiON。保护层15由合适的材料组成，并具有足够厚度，以便防止氢的穿过。因此保护层15是防止氢穿过的壁垒，并且保护对氢敏感的介质7。沿着第2电极9，或沿着基体材料1的表面，从小岛11的边缘看保护层15在水平方向(图1)的走向。即使材料过渡处的空腔应处在第2电极9和保护层15之间，或在基体材料1和保护层15之间，则上述装置是防止氢向电容器5，7，9内渗透的有效壁垒，即使氢应渗透到小岛11的区域内。在实施例中第2电极9和基体材料1也是防止氢渗透的有效壁垒是有益的。
正如从图2看到的那样，在图1示出的结构上沉积第2辅助材料，即例如由SiO2构成的氧化物层17。氧化物层17使得通过小岛11和电容器5，7，9引起的不平整性平整，并形成一个基本上平坦的表面。
现在借助CMP(化学机械抛光)从上面侵蚀掉总结构材料。这时蚀刻面平行于氧化物层17的表面平面。在蚀刻过程中，首先只侵蚀掉氧化物层17的材料，随后在进一步的过程中在形成图2所示的小岛11的左部罩形的区域内，也侵蚀掉保护层15的材料，并在进一步的过程中也侵蚀掉图2所示小岛11的左部的材料，以及附加地在保护层15形成图2所示小岛11右部罩形的区域内保护层15的材料。在无论左部所示小岛11或右部所示小岛11的辅助材料13露出之后，蚀刻过程可以终止。于是在保护层15内产生两个窗形开孔的目的达到了(参阅图3)。
随后接触孔19进入到剩余小岛区内的辅助材料13内。图4左部示出的接触孔19伸展直到第2电极9。在图4右部示出的接触孔19是一个贯穿孔，这推进直到基体材料1的下侧。随后以已知方式通过填充接触孔19可以进行电接触，并在贯穿孔19的下端进行其它接触。
在上面描述的实施例中，应开孔的层的材料是电绝缘材料。然而本发明不限于这种材料，如果应开孔的层具有导电材料，则在本发明方法的衍生方法中，在层开孔后或在辅助材料暴露后，把电绝缘材料沉积到应开孔层剩余材料上。其优点为，可以避免应开孔层与应沉积的表面金属化层不希望的电连接。电绝缘材料主要作为薄的附加层沉积，这种薄层与普通方式填充处于更深的区域应用的材料不一样，在稍后的接触孔蚀刻时不会遇到困难。辅助结构的材料和沉积到应开孔层的剩余材料上的材料优先是化学上彼此同类的或是同一材料。在这种情况下，在蚀刻接触孔时在连续的蚀刻步骤中各孔蚀透到附加的绝缘层和辅助结构的材料内。也可以用具有高选择性的蚀刻方法，即允许在所用材料或一种材料的选择性蚀刻。
此外，本发明的方法不限于沉积小岛型辅助结构。更确切地说，例如沉积小岛型辅助结构，然而在其内或中心区具有空隙也是可能的。这样一种辅助结构例如截面呈环形。这种辅助结构也与小岛型辅助结构一样通过一个唯一的光刻步骤，和随后用蚀刻多余的材料来产生。
如果这种辅助结构由电绝缘材料构成，而应开孔的层由导电材料构成，则在应开孔的层开孔后形成至少两个具有导电材料的区域，它们通过辅助结构材料彼此电绝缘。
当应开孔层与依靠图1到4所描绘的相类似，是氢壁垒，存在应开孔层的两彼此绝缘的导电区域的前述结构具有特殊优点。如果应开孔层或通过平面蚀刻已经开孔的层与多个电极有电接触，其中，各自电极之一分配给一只电容器，则必须防止在这些电极之间的短路。这是通过以下方式达到，即对其它区域电绝缘的导电氢壁垒的区域之一只与电极之一电连接。如果每一电极与导电氢壁垒层连接，则这意味着正如电容器电极全体一样，氢壁垒以相应方式电结构化。
因此根据本发明的方法首先沉积由电绝缘材料构成的一个或多个辅助结构，随后沉积贯通的导电氢壁垒层，并且通过平面蚀刻对氢壁垒层这样开孔，使得形成具有独立的彼此绝缘区域的、所希望的氢壁垒层结构。
CMP与在层内产生精确对准的局部开孔的已知方法相比的优点是可达到较高蚀刻速率。此外也可以有益的方式在一个唯一的工艺步骤内把氧化层17或在半导体组件上相应的层上通常的平面化用于保护层15或相应层的开孔。此外，接触孔19可以对保护层15以显著的间隔引入辅助材料13内，使得在开孔区外的保护层15保持完好无损。因此，总之如在实施例所示一样，对不希望的材料(如氢)的渗透的有效的壁垒层是可实现的。无论在CMP或在接触孔稍后的蚀刻时工艺控制也是相当简单的，因为在蚀刻时不必精确对中，即根本不必用掩模(在CMP)，或者为了在蚀刻接触孔时掩模的定位可以使用相当大的余量。只在辅助结构的结构化时，在小岛11的实施例内必须注意大体上固定稍后的接触孔所希望的位置，并且必须注意辅助结构在足够的范围内在实施例中的其侧面上被保护层15的材料复盖了垂直方向走向的侧面。
保护层15或相应在的层不必直接沉积在辅助结构上，更确切地说其它材料可以先沉积在辅助结构上，或者可以这样形成总结构，使得在辅助结构的材料和应开孔层的材料之间至少局部地安排其它的材料。
参考符号清单1基体材料3电连接5第1电极7介质9第2电极11小岛13辅助材料15保护层17氧化物层19接触孔
权利要求
1.在层(15)内，尤其在微电子结构上的保护层内对准局部的开孔方法，其特征为，—由辅助材料(13)构成的至少一种凸起的辅助结构(11)沉积到衬底(1，5，7，9)上，必要时有位于其上的结构，使辅助结构复盖衬底(1，5，7，9)的一部分表面，—应开孔的层(15)沉积到辅助结构(11)上，使它复盖衬底(1，5，7，9)和辅助结构(11)的有关联的表面区域，以及—通过基本上平面蚀刻去除层(15)的材料，必要时去除处于表面上的其它材料(17)直到在辅助结构(11)上的层(15)开孔，并且露出辅助材料(13)为止。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征为，凸起的辅助结构(11)是岛形凸起和层(15)的材料是这样去除的，使其围绕暴露辅助材料(13)形成一个封闭环绕的边缘。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征为，在应开孔层(15)沉积之后，沉积第2辅助材料(17)。
4.根据权利要求1到3之一所述的方法，其特征为，平面蚀刻至少部分地通过CMP(化学机械抛光)实施。
5.根据权利要求1到4之一所述的方法，其特征为，蚀刻空隙(19)到辅助结构(11)的暴露的辅助材料(13)中。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征为，导电材料引入到达到导电材料的空隙(19)。
7.根据权利要求1到6之一所述的方法，其特征为，衬底(1，5，7，9)具有包含一只电容器的微电子结构(5，7，9)，电容器的介质(7)具有铁电或顺电材料，和应开孔层(15)形成对一种物质向微电子结构(5，7，9)渗透的壁垒。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征为，介质(7)对氢的影响是敏感的和应开孔的层(15)是防止氢对介质(7)渗透的一个壁垒层。
9.根据权利要求1到8之一所述的方法，其中应开孔的层由导电材料形成，其特征为，在辅助结构暴露后，电绝缘材料沉积到应开孔层的剩余材料上。
全文摘要
本发明涉及在微电子结构上在层(15)内对准局部的开孔方法,其中凸起的辅助结构(11)沉积到衬底(1,5,7,9)上,使它覆盖一部分衬底(1,5,7,9)表面,应开孔的层(15)沉积到辅助结构(11)上,并且通过平面蚀刻,去除层(15)的材料,必要时去除其它材料(17)直到在辅助结构(11)上的层开孔和辅助材料(13)暴露为止。
文档编号H01L27/108GK1329359SQ0112101
公开日2002年1月2日 申请日期2001年6月14日 优先权日2000年6月14日
发明者M·克雷恩克, G·欣德勒 申请人:因芬尼昂技术股份公司