阶梯型字线结构的制作方法

本实用新型涉及半导体储存器技术领域，尤其涉及一种阶梯型字线结构。

背景技术：

动态随机存储器(dram，dynamicrandomaccessmemory)是一种常用的半导体存储器件，由许多重复的存储单元组成。每个存储单元通常包括一个电容器和一个晶体管。晶体管的栅极与字线相连、漏极或源极与位线或电容器相连，字线上的电压信息号能够控制晶体管的打开或关闭，进而通过位线读取在电容器中的数据信息，或者通过位线将数据信息写入电容器中进行存储。通常为了缩小器件尺寸，会在阵列排布的有源区区域设置纵横交错的字线和位线。

对于字线结构，其表面通常覆盖较厚的绝缘层，以减小了漏电流，改善gidl(gate-induceddrainleakage，栅极诱生漏极漏电流)效应。但是，绝缘层同样也占据了字线的较大空间，降低了字线的厚度，使得字线的电阻增加，从而降低了栅极对沟道的控制能力，导致晶体管驱动电流能力下降。

因此，如何在避免产生gidl效应的同时降低字线的电阻，提高栅极对沟道的控制能力，成为目前亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种阶梯型字线结构，其在降低字线结构的电阻的同时还能够避免产生gidl效应。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种阶梯型字线结构，其包括导电层，所述导电层的顶端呈中间高两边低的阶梯型构型。

进一步，所述导电层的顶端以所述导电层的中心线为轴对称设置。

进一步，所述阶梯型字线结构还包括一设置在所述导电层外表面的阻挡层，所述导电层的顶端的最高点高于所述阻挡层的上端面。

进一步，所述导电层的顶端的最低点高于所述阻挡层的上端面。

进一步，所述阶梯型字线结构还包括栅极绝缘层，所述栅极绝缘层设置在所述阻挡层的外表面。

进一步，所述栅极绝缘层的上端面高于所述导电层的顶端的最高点。

进一步，所述导电层顶端从边缘至中心的方向具有四级台阶。

进一步，所述导电层顶端从边缘至中心的方向具有三级台阶。

进一步，所述阶梯型字线结构设置在一衬底的沟槽中。

进一步，在所述衬底的上表面设置有氧化物隔离层。

本实用新型的优点在于，相较于现有的字线结构的顶端为平板构型而言，本实用新型阶梯型字线结构的顶端高于现有的字线结构的顶端，本实用新型增大了字线结构的面积，降低了字线结构的电阻，增加了栅极对沟道的控制能力，提高晶体管驱动电流的能力。在垂直于字线结构的顶端的方向上(如图1中y方向)，虽然本实用新型阶梯型字线结构的顶端的最高点距离漏极的距离减小，但是本实用新型采用台阶构型，其顶端的最高点与漏极在平行于字线结构的顶端的方向上(如图1中x方向)的距离并未减小很多，不足以产生漏电流。也就是说，本实用新型阶梯型字线结构在降低字线结构的电阻的同时还能够避免产生gidl效应。

附图说明

图1是本实用新型阶梯型字线结构的一具体实施方式的结构示意图；

图2是本实用新型阶梯型字线结构的另一具体实施方式的结构示意图；

图3是本实用新型阶梯型字线结构的再一具体实施方式的结构示意图；

图4是本实用新型阶梯型字线结构的制备方法的一具体实施方式的步骤示意图；

图5a～图5o是所述阶梯型字线结构的制备方法的一具体实施方式的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的阶梯型字线结构的具体实施方式做详细说明。

图1是本实用新型阶梯型字线结构的一具体实施方式的结构示意图。请参阅图1，所述阶梯型字线结构包括导电层10，所述导电层10的顶端呈中间高两边低的阶梯型构型。

在本具体实施方式中，所述导电层10顶端从边缘至中心的方向具有四级台阶，且从导电层10顶端的边缘至中心的方向台阶的高度依次升高，从而形成中间高两边低的阶梯型构型。在本实用新型其他具体实施方式中，台阶的数量可根据实际情况设定。例如，请参阅图2，其为本实用新型阶梯型字线结构的另一具体实施方式的结构示意图，所述导电层10的顶端未一级台阶构型，即所述导电层10的顶端被分为中心区域a1及环绕所述中心区域a1的边缘区域a2，所述中心区域a1的导电层的高度大于所述边缘区域a2的导电层的高度。请参阅图3，其为本实用新型阶梯型字线结构的再一具体实施方式的结构示意图，在该具体实施方式中，所述导电层10顶端从边缘至中心的方向具有三级台阶，即所述导电层10的顶端被分为中心区域a1及依次向外环绕所述中心区域a1的中间区域a2及边缘区域a3，自所述中心区域a1至所述边缘区域a3，所述导电层10的高度依次减小。

请继续参阅图1，在图1中采用虚线b示意性绘示现有技术中平板型字线结构的顶端的位置，相较于现有的字线结构的顶端为平板构型而言，本实用新型阶梯型字线结构的顶端高于现有的字线结构的顶端，本实用新型增大了字线结构的面积，降低了字线结构的电阻，增加了栅极对沟道的控制能力，提高晶体管驱动电流的能力。在垂直于字线结构的顶端的方向上(如图1中y方向)，虽然本实用新型阶梯型字线结构的顶端的最高点距离漏极的距离减小，但是本实用新型采用台阶构型，其顶端的最高点与漏极在平行于字线结构的顶端的方向上(如图1中x方向)的距离并未减小很多，不足以产生漏电流。也就是说，本实用新型阶梯型字线结构在降低字线结构的电阻的同时还能够避免产生gidl效应。

优选地，在本具体实施方式中，所述导电层10的顶端以所述导电层10的中心线为轴对称设置。所述导电层10材料包括但不限于金属或金属合金，例如，钨、铝、铜及其合金。

进一步，所述阶梯型字线结构还包括一设置在所述导电层10外表面的阻挡层11。所述阻挡层11包括但不限于氮化钛层或氮化坦层。其中，在本具体实施方式中，所述导电层10的顶端的最低点高于所述阻挡层11的上端面，在本实用新型的其他具体实施方式中，所述导电层10顶端的最高点高于所述阻挡层11的上端面，所述导电层10的顶端的最低点低于所述阻挡层11的上端面。

进一步，所述阶梯型字线结构还包括栅极绝缘层12，所述栅极绝缘层12设置在所述阻挡层11的外表面。所述栅极绝缘层12包括但不限于氧化硅绝缘层。进一步，所述栅极绝缘层12的上端面高于所述导电层10的顶端的最高点。在本具体上述方式中，所述栅极绝缘层12可覆盖在形成所述阶梯型字线结构的沟槽20的侧壁上。

其中，所述阶梯型字线结构设置在一衬底200(绘示于5a)的沟槽201(绘示于5a)中。在所述衬底200的上表面设置有氧化物隔离层250(绘示于5a)。

本实用新型还提供一种所述阶梯型字线结构的制备方法。图4是本实用新型阶梯型字线结构的制备方法的一具体实施方式的步骤示意图。请参阅图4，所述阶梯型字线结构的制备方法包括如下步骤：步骤s40，提供衬底，所述衬底具有多个间隔设置的沟槽；步骤s41，在所述沟槽内填充导电材料，形成导电层，所述导电层的顶端低于所述沟槽上缘；步骤s42，分多次刻蚀所述导电层，使所述导电层的顶端呈中间高两边低的阶梯型构型。

图5a～图5o是所述阶梯型字线结构的制备方法的一具体实施方式的工艺流程图。在本具体实施方式中，以形成四级台阶为例进行说明。

请参阅步骤s40及图5a，提供衬底200，所述衬底200具有多个间隔设置的沟槽210。

所述衬底200包括但不限于硅晶体或锗晶体、绝缘缘体上硅(silicononinsulator，soi)结构或硅上外延层结构、化合物半导体(例如碳化硅、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟、或镝化铟)、合金半导体(例如sige、gaasp、alinas、algaas、gainas、gainp、gainasp或者它们的组合)。在该步骤中，可在衬底200上形成掩膜，利用光刻及刻蚀工艺在衬底200上形成沟槽210。

进一步，在形成所述沟槽210时，在所述衬底200的表面还形成氧化物隔离层250，所述氧化物隔离层250未覆盖沟槽210内表面，而是仅覆盖所述衬底200上表面。所述氧化物隔离层250可在后续工艺中保护衬底200的上表面，避免其被刻蚀。

请参阅步骤s41及图5b～图5e，在所述沟槽210内填充导电材料，形成导电层220，所述导电层220的顶端低于所述沟槽210上缘。

进一步，在形成所述导电层220之前还包括一形成栅极绝缘层230及阻挡层240的步骤，在所述栅极阻挡层内填充导电材料，形成所述导电层。下面列举形成导电层220的方法的一具体实施方式。

请参阅图5b，在所述沟槽210内形成栅极绝缘层230。所述栅极绝缘层230可以为氧化层，其用于栅极与衬底之间的绝缘。可采用热氧化法形成所述栅极绝缘层230。所述栅极绝缘层230至少覆盖所述沟槽210内侧壁，所述栅极绝缘层230与所述沟槽210的形状相同，例如，所述沟槽210为u形，则所述栅极绝缘层230也为u形。进一步，在本具体实施方式中，所述栅极绝缘层230还向外延伸覆盖所述氧化物隔离层250的上表面。

请参阅图5c，在所述栅极绝缘层230上形成阻挡层240，所述阻挡层240至少覆盖所述栅极绝缘层230的内侧壁。所述阻挡层240的形状与所述栅极绝缘层230的形状相同，例如，所述栅极绝缘层230的形状为u形，则所述阻挡层240的形状也为u形。所述阻挡层240的材料包括但不限于金属氮化物，例如是氮化钛或氮化钽。在本具体实施方式中，所述阻挡层240除覆盖所述栅极绝缘层230的内侧壁外，还覆盖所述栅极绝缘层230的上表面。

请参阅图5d，在所述阻挡层240上形成导电层220，所述导电层220至少充满所述沟槽210。所述导电层220的材料包括但不限于金属或金属合金，例如，钨、铝、铜及其合金。在该步骤实施完毕，所述导电层220形成在所述阻挡层240上，且所述导电层220至少充满所述沟槽210，即所述导电层220填充所述阻挡层240的内侧壁形成的空隙中。在本具体实施方式中，所述导电层220不仅填充所述阻挡层240的内侧壁形成的空隙而且还覆盖所述阻挡层240的上表面。

请参阅图5e，刻蚀去除部分所述导电层220及所述阻挡层240，仅保留部分位于所述沟槽210内的导电层220及阻挡层240。在执行完该步骤后，所述导电层220的顶端低于所述沟槽210上缘。在本具体实施方式中，所述阻挡层240的顶端低于所述导电层220的顶端。在其他具体实施方式中，所述阻挡层240的顶端也可与所述导电层220的顶端平齐，或者所述阻挡层240的顶端高于所述导电层220的顶端。

请参阅步骤s42及图5f～图5n，分多次刻蚀所述导电层，使所述导电层的顶端呈中间高两边低的阶梯型构型。具体地说，分多次沿垂直所述导电层顶端的方向刻蚀所述导电层220，使所述导电层220顶端呈中间高两边低的阶梯型构型。

使所述导电层的顶端呈中间高两边低的阶梯型构型的一种方法是沿所述导电层顶端的边缘向所述导电层的顶端的中心方向，多次刻蚀所述导电层，使所述导电层的顶端呈中间高两边低的阶梯型构型。

下面列举使所述导电层的顶端呈中间高两边低的阶梯型构型的方法的一具体实施方式。

在所述沟槽210未被所述导电层220填充部分形成一掩膜层260，所述掩膜层260覆盖所述导电层220的顶端。在本具体实施方式中，所述掩膜层260还覆盖所述阻挡层240的顶端及所述栅极氧化层230的侧壁。

请参阅图5f，在所述沟槽210未被所述导电层220填充部分形成一掩膜层260。在该步骤中，所述掩膜层260不仅填充所述沟槽210未被所述导电层220填充部分，而且还覆盖所述栅极绝缘层230的上表面。进一步，所述掩膜层260可为一层结构，也可为多层结构。在本具体实施方式中，所述掩膜层260为多层结构，其包括四层，分别为第一掩膜层260a、第二掩膜层260b、第三掩膜层260c及第四掩膜层260d。所述第一掩膜层260a、第二掩膜层260b、第三掩膜层260c及第四掩膜层260d可选用刻蚀选择比较大的材料，以便于后续刻蚀工艺的进行。例如，所述第一掩膜层260a的材料可为氮化物，第二掩膜层260b的材料可为碳，第三掩膜层260c的材料可为硼磷硅玻璃，第四掩膜层260d的材料可为正硅酸乙酯。

请参阅图5g，去除所述栅极绝缘层230的上表面覆盖的掩膜层260，仅保留位于沟槽210区域及其上方的掩膜层260。在该步骤实施完毕，所述多层掩膜层沿所述导电层220顶端的边缘至中心的方向依次排列。

自所述导电层220顶端边缘起多次图形化所述掩膜层260，并在每次图形化所述掩膜层260后刻蚀所述导电层220，使所述导电层的顶端呈中间高两边低的阶梯型构型。具体过程说明如下：

请参阅图5h，沿垂直所述导电层220的顶端的方向，去除所述第一掩膜层260a，暴露出所述导电层220的顶端边缘。在该步骤中，所述阻挡层240顶端的第一掩膜层260a有部分未被去除，剩余的第一掩膜层260a的上端面与导电层220的被暴露的端面平齐。剩余的第一掩膜层260a能够保护所述阻挡层240，避免其在后续工艺中被刻蚀。

请参阅图5i，以所述掩膜层260为掩膜沿垂直所述导电层220顶端的方向刻蚀所述导电层220，使所述导电层220的边缘高度低于所述导电层220的中心的高度。

请参阅图5j，沿垂直所述导电层220的顶端的方向，去除所述第二掩膜层260b，并暴露出所述导电层220顶端的部分区域。该被暴露的区域位于所述导电层220顶端未被刻蚀区域的边缘。

请参阅图5k，以所述掩膜层260为掩膜沿垂直所述导电层220顶端的方向刻蚀所述导电层220，形成二级台阶。该步骤实施完毕后，所述导电层220的暴露的区域的高度低于所述导电层220的中心被掩膜层260覆盖的区域的高度。

请参阅图5l，沿垂直所述导电层220的顶端的方向，去除所述第三掩膜层260c，并暴露出所述导电层220顶端的部分区域。该被暴露的区域位于所述导电层220顶端未被刻蚀区域的边缘。

请参阅图5m，以所述掩膜层260为掩膜沿垂直所述导电层220顶端的方向刻蚀所述导电层220，形成三级台阶。该步骤实施完毕后，所述导电层220的暴露的区域的高度低于所述导电层220的中心被掩膜层260覆盖的区域的高度。

请参阅图5n，去除第四掩膜层260d及所述阻挡层240上端面剩余的第一掩膜层260a，暴露出所述导电层220的上端面及所述阻挡层240的上端面。在该步骤实施完毕后，在所述沟槽210内形成阶梯型字线结构。

在本具体实施方式中，形成多层掩膜层并依次图形化，以刻蚀导电层形成阶梯型字线结构，其能够控制各个台阶的宽度及刻蚀深度，避免过刻蚀，从而在提高字线面积的同时避免产生漏电流。

本实用新型形成阶梯型字线结构的方法不限于上述方法，在本实用新型其他具体实施方式中，也可采用其他方法形成阶梯型字线结构。

进一步，请参阅图5o，在形成阶梯型字线结构后，在所述导电层220上方覆盖介电层300，所述介电层300填充沟槽210并覆盖栅极绝缘层230的上表面。所述介电层300的材料可为氮化硅。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。