嵌入式动态随机存储器单元及其形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种嵌入式动态随机存储器单元及其形成方法。
【背景技术】
[0002]嵌入式存储器为一种系统单芯片器件，将存储器与逻辑器件形成在同一个芯片上以降低制作成本。嵌入式存储器件包含有存储区和逻辑区，存储区内存储的数据由逻辑区内的逻辑电路来操作。目前较为广泛的存储器件包括:动态随机存储器单元、静态随机存储器单元以及闪存单元。
[0003]动态随机存储器单元的主要包括:一个存储晶体管和一个电容器组成。现有技术将动态随机存储器单元的存储晶体管和电容器采用堆叠结构形成，以提高所述动态随机存储器单元的集成度。
[0004]由于所述动态随机存储器单元的存储晶体管和逻辑电路中的晶体管都需要形成在半导体衬底中，所以在嵌入式动态随机存储器中，所述逻辑区和所述动态随机存储器单元的晶体管形成在同一平面内，占有较大的芯片面积。
[0005]综上所述，现有技术中的嵌入式动态随机存储器的集成度还有待进一步的提高。
【发明内容】
[0006]本发明解决的问题是提供一种嵌入式动态随机存储器及其形成方法，提高嵌入式随机存储器的集成度。
[0007]为解决上述问题，本发明提供一种嵌入式动态随机存储器的形成方法，包括:提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成逻辑晶体管，以及覆盖所述逻辑晶体管的第一介质层；在所述第一介质层内形成连接所述逻辑晶体管的第一源极和第一漏极的第一金属插塞；在所述第一介质层表面形成第二介质层，以及位于所述第二介质层内的第一金属互连结构，所述第一金属互连结构连接第一金属插塞；在所述第二介质层表面形成存储晶体管，以及覆盖所述存储晶体管的第三介质层，所述存储晶体管一侧的第二源极或第二漏极位于所述第一金属互连结构表面；在所述第三介质层内形成第二金属互连结构，所述第二金属互连结构与存储晶体管另一侧的第二漏极或第二源极连接；在所述第二金属互连结构表面形成电容。
[0008]可选的，所述逻辑晶体管为鳍式场效应晶体管，所述存储晶体管为鳍式场效应晶体管。
[0009]可选的，形成所述存储晶体管的方法包括:在所述第二介质层表面形成半导体材料层；对所述半导体材料层进行图形化形成鳍部；在所述鳍部表面形成氧化物层；对所述鳍部进行退火处理，使鳍部材料变成单晶结构；去除所述鳍部表面的氧化物层；在所述鳍部表面形成横跨所述鳍部的栅极结构。
[0010]可选的，采用溅射工艺在所述第二介质层表面形成半导体材料层。
[0011]可选的，所述半导体材料层的材料为锗、硅或锗化硅。
[0012]可选的,所述半导体材料层的厚度为15nm?30nm。
[0013]可选的，所述退火处理在惰性气体氛围下进行，所述退火处理的温度为500°C?800°C，退火时间为4小时?6小时。
[0014]可选的，采用原子层沉积工艺形成所述氧化物层。
[0015]可选的，所述氧化物层的材料为氧化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、氧化锗或氧化锗硅。
[0016]可选的，采用湿法刻蚀工艺去除所述氧化物层，所述湿法刻蚀工艺的刻蚀溶液为氢氟酸溶液。
[0017]可选的，栅极结构包括位于鳍部表面的栅介质层和位于所述栅介质层表面的栅极，所述栅介质层的材料包括氧化铪、铝氧化铪、氧化锆、氧化钛、氧化钽、氧化铝或硅氧化锆中的一种或几种；所述栅极的材料包括六1、11队1^&队了&、1队1中的一种或几种。
[0018]可选的，还包括:在所述存储晶体管的源极和漏极表面形成金属硅化物层、金属锗化物层或金属锗硅化物层。
[0019]可选的，所述第一金属插塞的材料为鹤或铜。
[0020]可选的，所述第一金属互连结构和第二金属互连结构的材料为铜或铝。
[0021]可选的，所述电容的形成方法包括:在所述第三介质层表面形成第四介质层；在所述第四介质层内形成通孔，所述通孔底部位于第二金属互连结构表面；在所述通孔内形成电容。
[0022]可选的，所述电容包括:位于通孔内壁表面的第一电极层；位于所述第一电极层表面的介电层；位于所述介电层表面的第二电极层，所述第二电极层填充满所述通孔。
[0023]可选的，所述第一电极层的材料包括TiN、T1、TaN、Ta、WN、W或TiW中的一种或几种；所述第二电极层的材料包括TiN、T1、TaN、Ta、WN、W或TiW中的一种或几种。
[0024]可选的，所述介电层的材料为高k介质材料。
[0025]可选的，还包括:形成贯穿所述第四介质层、第三介质层和第二介质层的金属互连结构，所述金属互连结构与第一金属插塞连接。
[0026]为解决上述问题，本发明的技术方案还提供一种采用上述方法形成的嵌入式动态随机存储器单元，包括:半导体衬底；位于所述半导体衬底上的逻辑晶体管；覆盖所述逻辑晶体管的第一介质层；位于所述第一介质层内连接所述逻辑晶体管的第一源极、第一漏极的第一金属插塞；位于所述第一介质层表面的第二介质层，以及位于所述第二介质层内连接所述第一金属插塞的第一金属互连结构；位于所述第二介质层表面的存储晶体管，以及覆盖所述存储晶体管的第三介质层，所述存储晶体管一侧的第二源极或第二漏极位于所述第一金属互连结构表面；位于所述第三介质层内的第二金属互连结构，所述第二金属互连结构与存储晶体管另一侧的第二漏极或第二源极连接；位于所述第二金属互连结构表面的电容。
[0027]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0028]本发明的技术方案中，在半导体衬底上形成逻辑晶体管之后，在所述半导体衬底上形成覆盖所述逻辑晶体管的第一介质层以及位于所述第一介质层表面的第二介质层，然后在所述第二介质层上形成存储晶体管和与所述存储晶体管连接的电容。并且，在所述第一介质层内形成连接所述逻辑晶体管的第一源极和第一漏极的第一金属插塞；在所述第二介质层内形成第一金属互连结构，所述第一金属互连结构连接第一金属插塞；并且，所述逻辑晶体管的第二源极或漏极通过所述第一金属互连结构和第一金属插塞与逻辑晶体管连接，从而可以通过所述逻辑晶体管控制动态随机存储单元的读写操作。所述存储晶体管和电容形成的存储区位于所述逻辑晶体管组成的逻辑区上方，从而可以降低所述嵌入式动态随机存储单元占用的芯片面积，从而提高嵌入式动态随机存储器的集成度。
[0029]进一步，采用鳍式场效应晶体管作为逻辑晶体管和存储晶体管，与同样沟道长度的平面场效应晶体管相比，所述鳍式场效应晶体管所占用的芯片面积更小，从而可以进一步提高嵌入式动态存储器集成度。
[0030]进一步，在第二介质层上方采用沉积工艺形成半导体材料层，并且将所述半导体材料层图形化后形成第二鳍部，在所述第二鳍部表面形成氧化层之后进行退火处理。通过退火处理，使所述第二鳍部的材料达到晶化温度，材料成为熔融状态后重结晶，形成单晶结构。由于所述第二鳍部的材料在退火过程中，原子会产生固体的升华作用。所述氧化物层可以阻挡第二鳍部内的原子向外挥发，避免所述第二鳍部在退火过程中产生损耗。所述第二鳍部材料变为单晶结构可以降低第二鳍部内对载流子的散射作用，提高存储晶体管内载流子的迁移率，从而提闻存储晶体管的性能。
【附图说明】
[0031]图1至图12是本发明的实施例的嵌入式随机存储器的形成过程的结构示意图。
【具体实施方式】
[0032]如【背景技术】中所述，现有技术形成的嵌入式动态随机存储器的集成度不高，占用的芯片面积较大。
[0033]由于现有的嵌入式动态随机存储器中，逻辑区与存储区同时形成在半导体衬底上，需要占用较大的芯片面积，导致嵌入式动态随机存储器的集成度较低。
[0034]本发明的实施例中，将所述存储区的晶体管形成在逻辑区的顶部，从而可以降低所述嵌入式动态随机存储器占用的芯片面积。
[0035]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0036]请参考图1，提供半导体衬底100。
[0037]所述半导体衬底200的材料可以为硅、锗、或锗化硅、碳化硅；也可以是绝缘体上硅，绝缘体上锗；或者还可以为其它的材料，例如砷化镓等II1- V族化合物。本实施例中，所述半导体衬底200的材料为硅。
[0038]请参考图2，在所述半导体衬底100上形成第一鳍