專利名稱:動態(tài)隨機(jī)存取存儲器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體元件及其制造方法,且特別是有關(guān)于一種動態(tài)隨機(jī)存取存儲器及其制造方法。
背景技術(shù):
隨著現(xiàn)今計算機(jī)微處理器(Microprocessor)的功能愈來愈強(qiáng),軟件所進(jìn)行的程序與運算也愈來愈龐大。因此,存儲器的制作技術(shù)已成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)重要的技術(shù)之一。
一般來說,存儲器可依其儲存數(shù)據(jù)的型態(tài)而分為揮發(fā)性存儲器與非揮發(fā)性存儲器。而動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(Dynamic Random Access Memory,DRAM)即屬于一種揮發(fā)性存儲器,且其由多個存儲單元構(gòu)成。而每一個存儲單元由一個有源元件與一個電容器所構(gòu)成,且每一個存儲單元藉由字線(Word Line,WL)與位線(Bit Line,BL)彼此電連接。
另一方面,動態(tài)隨機(jī)存取存儲器依其電容器的結(jié)構(gòu)主要可以分成兩種形式,其一為具有堆棧式電容器(Stack Capacitor)的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,另一則為具有深溝渠式電容器(Deep Trench Capacitor)的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器。由于具有深溝渠式電容器的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,其深溝渠式電容器是形成于襯底之中,因此相較于具有堆棧式電容器的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,在制作上較不易產(chǎn)生平坦化的問題,因而有利于小尺寸的存儲器元件的制作。不過,當(dāng)元件尺寸愈來愈小時,具有深溝渠式電容器的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器同樣也遭遇到愈來愈多的問題。
圖1A所繪示為現(xiàn)有一種深溝渠式動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的俯視圖。圖1B所繪示為現(xiàn)有一種深溝渠式動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的剖面圖,其中圖1B所繪示為圖1A中沿A-A’線的剖面。
請參照圖1A與圖1B,動態(tài)隨機(jī)存取存儲器包括溝渠式電容器102、淺溝渠隔離區(qū)104、有源元件106與埋入式導(dǎo)電帶108(buried strap)。溝渠式電容器102位于襯底100中,且其包括下電極110、介電層112、上電極114(由導(dǎo)體層114a、導(dǎo)體層114b與導(dǎo)體層114c所構(gòu)成)。在導(dǎo)體層114b與襯底100之間設(shè)置有領(lǐng)氧化層(collar oxide)116。另外,淺溝渠隔離區(qū)104位于襯底100中,且部分的淺溝渠隔離區(qū)104位于溝渠式電容器102中。此外,有源元件106位于襯底100上方,其包括源極118a/漏極118b與柵極結(jié)構(gòu)120(包括柵介電層120a、柵極120b與頂蓋層120c),且此有源元件106與埋入式導(dǎo)電帶108電連接。源極118a經(jīng)由插塞124而與位線126電連接。在柵極結(jié)構(gòu)120側(cè)壁設(shè)置有間隙壁122。
然而,上述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器中,由于有源元件106通常是利用微影蝕刻工藝制作出來的,因此有源元件106的溝道區(qū)長度d會受到微影蝕刻工藝的限制而無法進(jìn)一步的縮小,使得元件集成度無法進(jìn)一步的提升。另一方面,溝道區(qū)長度d的縮小也會產(chǎn)生有源元件啟始電壓偏差及所謂的短通道效應(yīng)的問題。為了解決上述的問題,現(xiàn)有的一種方法是提高有源元件的溝道中的摻雜劑濃度,但是此種作法反而會增加場結(jié)漏電流(field junctionleakage),而影響元件的可靠度。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此,本發(fā)明的目的就是在提供一種動態(tài)隨機(jī)存取存儲器及其制造方法,可以使有源元件的溝道長度不會受限于微影蝕刻工藝,且可以提升元件集成度。
本發(fā)明的目的就是在提供一種動態(tài)隨機(jī)存取存儲器及其制造方法,此種制作方法簡單,而可以減少制作成本。
本發(fā)明提供一種動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,包括襯底、有源元件與深溝渠式電容器。襯底具有溝渠隔離區(qū)與深溝渠。有源元件設(shè)置于襯底上,此有源元件包括柵極結(jié)構(gòu)與摻雜區(qū)。柵極結(jié)構(gòu)設(shè)置襯底上,且填滿溝渠。摻雜區(qū)設(shè)置于柵極結(jié)構(gòu)的第一側(cè)的襯底中。深溝渠式電容器設(shè)置于柵極的第二側(cè)的該襯底的該深溝渠中,第二側(cè)與第一側(cè)相對,且深溝渠式電容器的上電極鄰接溝渠底部。
在上述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器中,深溝渠式電容器包括下電極、上電極與電容介電層。下電極設(shè)置在深溝渠底部的襯底中。上電極設(shè)置在深溝渠中。電容介電層設(shè)置在深溝渠的側(cè)壁與底部。
在上述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器中,上電極包括第一導(dǎo)體層、第二導(dǎo)體層與第三導(dǎo)體層。第一導(dǎo)體層設(shè)置于深溝渠底部。第二導(dǎo)體層設(shè)置于第一導(dǎo)體層上。第三導(dǎo)體層設(shè)置于第二導(dǎo)體層上,且鄰接溝渠底部。
在上述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器中,更包括領(lǐng)介電層,設(shè)置于第一導(dǎo)體層上的深溝渠側(cè)壁,且環(huán)繞第二導(dǎo)體層。領(lǐng)介電層的材質(zhì)包括氧化硅。在上述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器中,更包括埋入式導(dǎo)電帶,鄰接第三導(dǎo)體層與溝渠底部。
在上述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器中,電容介電層設(shè)置在第一導(dǎo)體層及深溝渠的側(cè)壁與底部之間。
在上述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器中,第一導(dǎo)體層、第二導(dǎo)體層與第三導(dǎo)體層的材質(zhì)包括摻雜多晶硅。
在上述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器中,柵極結(jié)構(gòu)包括柵極與柵介電層。柵極設(shè)置襯底上,且填滿溝渠。柵介電層設(shè)置于柵極與襯底之間。柵介電層的材質(zhì)包括氧化硅。
本發(fā)明提供一種動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,包括襯底、二柵極結(jié)構(gòu)、摻雜區(qū)、二深溝渠式電容器。襯底至少具有二溝渠與二深溝渠,且二溝渠設(shè)置在二深溝渠之間。二柵極結(jié)構(gòu)設(shè)置于二深溝渠之間的襯底上,且分別填滿二溝渠。摻雜區(qū)設(shè)置于二柵極結(jié)構(gòu)之間的襯底中。二深溝渠式電容器分別設(shè)置襯底的二深溝渠中,且二深溝渠式電容器的上電極分別鄰接二溝渠底部。
在上述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器中,深溝渠式電容器包括下電極、上電極與電容介電層。下電極設(shè)置在深溝渠底部的襯底中。上電極設(shè)置在深溝渠中。電容介電層設(shè)置在深溝渠的側(cè)壁與底部。
在上述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器中,上電極包括第一導(dǎo)體層、第二導(dǎo)體層與第三導(dǎo)體層。第一導(dǎo)體層設(shè)置于深溝渠底部。第二導(dǎo)體層設(shè)置于第一導(dǎo)體層上。第三導(dǎo)體層設(shè)置于第二導(dǎo)體層上,且鄰接溝渠底部。
在上述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器中,更包括領(lǐng)介電層,設(shè)置于第一導(dǎo)體層上的深溝渠側(cè)壁,且環(huán)繞第二導(dǎo)體層。領(lǐng)介電層的材質(zhì)包括氧化硅。
在上述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器中,更包括埋入式導(dǎo)電帶,鄰接第三導(dǎo)體層與溝渠底部。
在上述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器中,電容介電層設(shè)置在第一導(dǎo)體層及深溝渠的側(cè)壁與底部之間。
在上述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器中,第一導(dǎo)體層、第二導(dǎo)體層與第三導(dǎo)體層的材質(zhì)包括摻雜多晶硅。
在上述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器中,柵極結(jié)構(gòu)包括柵極與柵介電層。柵極設(shè)置襯底上,且填滿溝渠。柵介電層設(shè)置于柵極與襯底之間。柵介電層的材質(zhì)包括氧化硅。
在本發(fā)明的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器中,由于有源元件下方設(shè)置有溝渠,且有源元件的柵極填入溝渠中,而深溝渠式電容器的上電極鄰接溝渠的底部,因此有源元件是以溝渠側(cè)壁及摻雜區(qū)至深溝渠式電容器的上電極之間的區(qū)域做為溝道區(qū)(垂直式溝道區(qū))。由于有源元件的溝道區(qū)是設(shè)置于溝渠側(cè)壁的襯底中(垂直式溝道區(qū)),因此有源元件的柵極在襯底上的寬度可以縮小而可以增加元件集成度,而且可以藉由控制溝渠的深度準(zhǔn)確地控制溝道區(qū)的長度,進(jìn)而能避免元件尺寸縮小時所產(chǎn)生的問題。
在本發(fā)明的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器中,由于使有源元件的柵極的一部份設(shè)置在襯底的溝渠中,因此有源元件的溝道長度不會受限于微影蝕刻工藝,且可以提升元件集成度。而且,藉由控制有源元件下方的溝渠的深度而準(zhǔn)確地控制溝道區(qū)的長度,也可以避免元件尺寸縮小時所產(chǎn)生的問題。
本發(fā)明提供一種動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的制造方法,首先提供襯底,此襯底上已形成圖案化的第一掩模層與形成于襯底中的深溝渠,且圖案化的第一掩模層暴露出深溝渠。接著,于深溝渠中形成深溝渠式電容器,且深溝渠式電容器包括下電極、上電極、電容介電層。于第一掩模層與襯底中形成元件隔離結(jié)構(gòu),以定義出有源區(qū)。移除有源區(qū)上的第一掩模層,以暴露出襯底后,于暴露的襯底上形成半導(dǎo)體材料層。圖案化半導(dǎo)體材料層與襯底以形成溝渠,此溝渠的底部鄰接溝渠式電容器的上電極。于襯底上形成柵極結(jié)構(gòu),此柵極結(jié)構(gòu)填滿溝渠。之后,于柵極結(jié)構(gòu)一側(cè)的襯底中形成摻雜區(qū)。
在上述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的制造方法中,半導(dǎo)體材料層的材質(zhì)為多晶硅。
在上述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的制造方法中,于深溝渠中形成深溝渠式電容器的步驟是先在深溝渠底部的襯底中形成下電極。在深溝渠表面形成電容介電層后,填入第一導(dǎo)體層于深溝渠底部,并移除未被第一導(dǎo)體層覆蓋的電容介電層。接著,于未被第一導(dǎo)體層覆蓋的深溝渠側(cè)壁上形成領(lǐng)氧化層,并填入第二導(dǎo)體層于深溝渠中以覆蓋第一導(dǎo)體層。移除部分第二導(dǎo)體層與頂氧化層,使第二導(dǎo)體層表面低于襯底表面后,填入第三導(dǎo)體層于深溝渠中,其中第一導(dǎo)體層、第二導(dǎo)體層與第三導(dǎo)體層構(gòu)成上電極。
在上述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的制造方法中,更包括在襯底中形成埋入式導(dǎo)電帶,鄰接第三導(dǎo)體層與溝渠底部。
在上述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的制造方法中,于襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)的步驟是先于襯底上形成柵介電層。然后,于柵介電層上形成導(dǎo)體層,此導(dǎo)體層填滿溝渠。之后,圖案化導(dǎo)體層與柵介電層。
在上述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的制造方法中,更包括于柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成間隙壁。
在上述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的制造方法中,更包括于襯底上形成電連接該摻雜區(qū)的位線。
在上述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的制造方法中,圖案化半導(dǎo)體材料層與襯底以形成溝渠的步驟中包括先于襯底上形成第二掩模層,覆蓋部分有源區(qū)。接著,以第二掩模層層與元件隔離結(jié)構(gòu)為掩模,移除部分半導(dǎo)體材料層與襯底后,移除第二掩模層。
在本發(fā)明的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的制造方法中,由于元件隔離結(jié)構(gòu)與掩模層同高,因此在移除掩模層時,不會造成元件隔離結(jié)構(gòu)有凹陷產(chǎn)生(recess)。而且,元件隔離結(jié)構(gòu)形成之后,利用磊晶法形成半導(dǎo)體材料層,并使半導(dǎo)體材料層表面提升到與元件隔離結(jié)構(gòu)同高。由于元件隔離結(jié)構(gòu)高出襯底表面,且溝道區(qū)是形成在半導(dǎo)體材料層中,因此在襯底表面下的元件隔離結(jié)構(gòu)的深度并不需要做得太深,而可以使工藝簡單化。而且,由于制作有源元件的工藝與淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的工藝整合在一起,因此可以簡化工藝。
而且,在本發(fā)明的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的制造方法中,在形成溝渠時,由于以第二掩模層與元件隔離結(jié)構(gòu)作為對準(zhǔn)掩模,因此可以增加工藝裕度。
此外,在本發(fā)明的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的制造方法中,由于使有源元件的柵極的一部份形成在襯底的溝渠中,因此有源元件的溝道長度不會受限于微影蝕刻工藝,且可以提升元件集成度。而且,藉由控制有源元件下方的溝渠的深度而準(zhǔn)確地控制溝道區(qū)的長度,也可以避免元件尺寸縮小時所產(chǎn)生的問題。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂,下文特舉優(yōu)選實施例,并配合附圖,作詳細(xì)說明如下。
圖1A所繪示為現(xiàn)有一種深溝渠式動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的俯視圖;圖1B所繪示為現(xiàn)有一種深溝渠式動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的剖面圖;圖2A所繪示為本發(fā)明的一優(yōu)選實施例的深溝渠式動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的俯視圖;圖2B所繪示為本發(fā)明的深溝渠式動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的剖面圖;圖3A至圖3J所繪示的本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種動態(tài)隨機(jī)存取存儲單元的制造流程剖面圖。
附圖標(biāo)記說明100、200、300襯底102、206溝渠式電容器104淺溝渠隔離區(qū)106、204有源元件108、226、322埋入式導(dǎo)電帶110、222、308下電極112介電層114、218上電極114a、114b、114c、218a、218b、218c、312、316、318、334導(dǎo)體層116、224、314領(lǐng)氧化層118a源極118b漏極120、212、338柵極結(jié)構(gòu)120a、212a、332柵介電層120b、212b柵極120c、212c、336頂蓋層122、216、340間隙壁124、228、344插塞126、230、346位線202、324元件隔離結(jié)構(gòu)208、306深溝渠210、330溝渠
214、342摻雜區(qū)214a重?fù)诫s區(qū)214b輕摻雜區(qū)220、310電容介電層302墊層304、328掩模層325有源區(qū)326半導(dǎo)體材料層334a摻雜多晶硅層334b金屬硅化物層具體實施方式
圖2A所繪示為本發(fā)明的一優(yōu)選實施例的深溝渠式動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的俯視圖。圖2B所繪示為本發(fā)明的深溝渠式動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的剖面圖,其中圖2B所繪示為圖2A中沿B-B’線的剖面。
請參照圖2A與圖2B,動態(tài)隨機(jī)存取存儲器包括襯底200、元件隔離結(jié)構(gòu)202、有源元件204與深溝渠式電容器206。
襯底200例如是硅襯底。在襯底200中例如是設(shè)置有深溝渠208與溝渠210。深溝渠208的深度例如是大于溝渠210的深度。
元件隔離結(jié)構(gòu)202例如是設(shè)置于襯底200上,以定義出有源區(qū)。元件隔離結(jié)構(gòu)202例如是淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)。
有源元件204例如是設(shè)置于襯底200上。有源元件204包括柵極結(jié)構(gòu)212與摻雜區(qū)214。
柵極結(jié)構(gòu)212例如是由柵介電層212a、柵極212b所構(gòu)成。柵極212b例如是設(shè)置襯底200上,且填滿溝渠210。柵極212b的材質(zhì)例如是摻雜多晶硅。柵介電層212a例如是設(shè)置于柵極212b與襯底200之間。柵介電層212a的材質(zhì)例如是氧化硅。在柵極212b上也可以視實際需要而設(shè)置有頂蓋層212c。頂蓋層212c的材質(zhì)包括絕緣材料,例如是氧化硅或氮化硅等。在柵極結(jié)構(gòu)212的側(cè)壁也可以視實際需要而設(shè)置有間隙壁216。間隙壁216的材質(zhì)包括絕緣材料,例如是氧化硅或氮化硅等。
摻雜區(qū)214例如是設(shè)置于柵極212的一側(cè)的襯底200中。摻雜區(qū)214例如是由重?fù)诫s區(qū)214a與輕摻雜區(qū)214b所構(gòu)成。輕摻雜區(qū)214b例如是設(shè)置于間隙壁216下方的襯底200中。摻雜區(qū)214例如是N型摻雜區(qū)或P型摻雜區(qū)。
深溝渠式電容器206例如是設(shè)置于柵極212的另一側(cè)的襯底200的深溝渠208中。亦即,深溝渠式電容器206與摻雜區(qū)214分別設(shè)置柵極212兩側(cè)的襯底200中。
深溝渠式電容器206例如是由上電極218、電容介電層220、下電極222所構(gòu)成。上電極218例如是鄰接溝渠210底部。在本實施例中,上電極218例如是由導(dǎo)體層218a、218b、218c所構(gòu)成。導(dǎo)體層218c例如是設(shè)置于深溝渠208底部。導(dǎo)體層218b例如是設(shè)置于導(dǎo)體層218c上。導(dǎo)體層218a例如是設(shè)置于導(dǎo)體層218b上,且鄰接溝渠210底部。導(dǎo)體層218a、218b、218c的材質(zhì)例如是摻雜多晶硅。
深溝渠式電容器206的下電極222例如是設(shè)置在深溝渠208底部的襯底200中。下電極222例如是摻雜區(qū)。電容介電層220例如是設(shè)置在深溝渠206的側(cè)壁與底部。亦即,電容介電層220例如是設(shè)置于導(dǎo)體層218c與下電極222(襯底200)之間。領(lǐng)氧化層224例如是設(shè)置在導(dǎo)體層218b與襯底200之間。領(lǐng)氧化層224的材質(zhì)例如是氧化硅。
此外,在襯底200中例如是更設(shè)置有埋入式導(dǎo)電帶226鄰接導(dǎo)體層218a與溝渠210底部。而且,在襯底200上例如是設(shè)置有位線230,摻雜區(qū)214例如是經(jīng)由插塞228而與位線230電連接。
在上述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器中,由于有源元件204下方設(shè)置有溝渠210,且有源元件204的柵極212b填入溝渠210中,而深溝渠式電容器206的上電極218鄰接溝渠210的底部,因此有源元件204是以溝渠210側(cè)壁及摻雜區(qū)214至深溝渠式電容器206的上電極218之間的區(qū)域做為溝道區(qū)232(垂直式溝道區(qū))。由于有源元件204的溝道區(qū)232是設(shè)置于溝渠210側(cè)壁的襯底200中(垂直式溝道區(qū)),因此有源元件204的柵極在襯底200上的寬度可以縮小而可以增加元件集成度,而且可以藉由控制溝渠210的深度準(zhǔn)確地控制溝道區(qū)232的長度,進(jìn)而能避免元件尺寸縮小時所產(chǎn)生的問題。
在本發(fā)明的上述實施例中,深溝渠式電容器的上電極是以由三層導(dǎo)體層(導(dǎo)體層218a、218b、218c)所構(gòu)成為例做說明,當(dāng)然深溝渠式電容器的上電極也可以是由一層導(dǎo)體層、兩層導(dǎo)體層,甚至于三層以上的導(dǎo)體層所構(gòu)成。而且,若有源元件204位于溝渠210的底部的部分直接電連接深溝渠式電容器206的上電極218,當(dāng)然就不需要設(shè)置埋入式導(dǎo)電帶226。
此外,在上述說明中,只有對單一個深溝渠式動態(tài)隨機(jī)存取存儲單元說明。但是,如圖2B所示,深溝渠式動態(tài)隨機(jī)存取存儲單元通常是以兩個一組,而成鏡像配置。兩個溝渠210會設(shè)置在兩個深溝渠208之間。二個有源元件204設(shè)置于二深溝渠之間的襯底200上,且填滿兩個溝渠210。摻雜區(qū)214設(shè)置于二個有源元件204之間的襯底100中。二個有源元件204共享一個摻雜區(qū)214。
在本發(fā)明的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器中,由于使有源元件的柵極的一部份設(shè)置在襯底的溝渠中,有源元件的溝道長度可由溝渠的深度來決定,因此有源元件的溝道長度不會受限于微影蝕刻工藝,且可以提升元件集成度。而且,藉由控制有源元件下方的溝渠的深度而準(zhǔn)確地控制溝道區(qū)的長度,也可以避免元件尺寸縮小時所產(chǎn)生的問題。
接著,請參照圖3A至圖3J所繪示的本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種動態(tài)隨機(jī)存取存儲單元的制造流程剖面圖,其用以說明本發(fā)明的動態(tài)隨機(jī)存取存儲單元的制造方法。
首先,請參照圖3A,提供襯底300,襯底300例如是硅襯底。于襯底300上形成一層墊層302后,于墊層302上形成一層掩模層304。墊層302的材質(zhì)例如是氧化硅,而其形成方法例如是進(jìn)行熱氧化工藝。此外,掩模層304的材質(zhì)例如是氮化硅,而其形成方法例如是進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(ChemicalVapor Deposition,CVD)工藝。
接著,對掩模層304與墊層302進(jìn)行微影工藝以及蝕刻工藝,以形成圖案化的墊層302與掩模層304。然后,以圖案化的掩模層304與墊層302為掩模,進(jìn)行蝕刻工藝,以于襯底300中形成深溝渠306,其中所進(jìn)行的蝕刻工藝?yán)缡歉墒轿g刻工藝。
之后,在深溝渠306底部的襯底300中形成下電極308。其中,下電極308例如是一個摻雜區(qū),而其形成方法例如是先于深溝渠306底部的側(cè)壁形成一層摻雜絕緣層,接著,于深溝渠306中填入一層光致抗蝕劑層。然后,移除未被光致抗蝕劑層覆蓋的摻雜絕緣層,并將光致抗蝕劑層移除。之后,形成共形的一層絕緣層后,進(jìn)行熱工藝,以使摻雜絕緣層中的摻雜劑擴(kuò)散至襯底300中,繼之將絕緣層及摻雜絕緣層移除。在一優(yōu)選實施例中,下電極308的摻雜劑型態(tài)例如是n型。關(guān)于下電極308的詳細(xì)制作為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知,于此不再贅述。
然后,請參照圖3B,于深溝渠306底部形成電容介電層310與導(dǎo)體層312。舉例來說,電容介電層310與導(dǎo)體層312的形成方法如下所述。先于襯底300上形成一層介電層(未繪示),此介電層的材質(zhì)例如是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或是其它合適的介電材料,而其形成方法例如是進(jìn)行熱氧化工藝、化學(xué)氣相沉積工藝或是其它合適的工藝。然后于襯底300上形成導(dǎo)體層312,并覆蓋部分的介電層。導(dǎo)體層312的材質(zhì)例如是多晶硅、摻雜多晶硅或是其它合適的導(dǎo)體材料,而其形成方法例如是以臨場(In-Situ)摻雜離子的方式,利用化學(xué)氣相沉積法于襯底200上形成一層摻雜多晶硅層后,移除深溝渠306以外以及深溝渠306頂部的部分的摻雜多晶硅層,而形成之。摻雜多晶硅層的移除方法例如是進(jìn)行干式蝕刻工藝或濕式蝕刻工藝。繼之,移除未被導(dǎo)體層312覆蓋的介電層,以形成電容介電層310。介電層的移除方法,例如是進(jìn)行干式蝕刻工藝或濕式蝕刻工藝。電容介電層310的材質(zhì)例如是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或是其它合適的介電材料,而其形成方法例如是進(jìn)行熱氧化工藝、化學(xué)氣相沉積工藝或是其它合適的工藝。
然后,請參照圖3C,于未被導(dǎo)體層312覆蓋的深溝渠306側(cè)壁上形成領(lǐng)氧化層314。其中,領(lǐng)氧化層314的材質(zhì)例如是氧化硅,而其形成方法例如是先進(jìn)行化學(xué)氣相沉積工藝,以形成一共形的領(lǐng)氧化材料層,之后再移除深溝渠306以外以及導(dǎo)體層312頂部的領(lǐng)氧化材料層,而形成之。其中,移除部分領(lǐng)氧化材料層的方法例如是進(jìn)行一非等向性蝕刻工藝。
然后,于深溝渠306中填入導(dǎo)體層316,其并覆蓋導(dǎo)體層312,且此導(dǎo)體層316與導(dǎo)體層312電連接。然后移除部分導(dǎo)體層316與部分領(lǐng)氧化層314,使導(dǎo)體層316與領(lǐng)氧化層314低于襯底300表面。關(guān)于導(dǎo)體層316的材質(zhì)及相關(guān)的形成方法與導(dǎo)體層312類似,且于前述內(nèi)容中已對導(dǎo)體層312作詳細(xì)地說明,故于此不再贅述。
然后,請參照圖3D,于深溝渠306中填入導(dǎo)體層318,其并覆蓋導(dǎo)體層314,且此導(dǎo)體層318與導(dǎo)體層314電連接。關(guān)于導(dǎo)體層318的材質(zhì)及相關(guān)的形成方法與導(dǎo)體層312類似,且于前述內(nèi)容中已對導(dǎo)體層312作詳細(xì)地說明,故于此不再贅述。
接著,進(jìn)行有源元件的相關(guān)工藝。請參照圖3E,于導(dǎo)體層318的一側(cè)的襯底300中形成溝渠320,且溝渠320暴露出部分襯底300與導(dǎo)體層316、318。其中,溝渠320的形成方法例如是進(jìn)行蝕刻工藝。在溝渠320形成后,可視實際需要而形成埋入式導(dǎo)電帶322。埋入式導(dǎo)電帶322的形成方法例如是離子注入法。
請參照圖3F,于溝渠320中填入絕緣材料而形成元件隔離結(jié)構(gòu)324,并定義出有源區(qū)325。元件隔離結(jié)構(gòu)324的材質(zhì)例如是氧化硅或是其它合適作為通道的材質(zhì)。元件隔離結(jié)構(gòu)324的形成方法例如是先進(jìn)行沉積工藝形成填滿溝渠320的一層絕緣材料層后,利用化學(xué)機(jī)械拋光法或回蝕刻法移除溝渠320以外的部分絕緣材料層,而形成之。
之后,請參照圖3G,移除掩模層304與墊層302以暴露出襯底300。然后于襯底300上形成半導(dǎo)體材料層326。半導(dǎo)體材料層326的材質(zhì)例如是多晶硅。半導(dǎo)體材料層326的形成方法例如是選擇性磊晶法。磊晶硅將選擇性地成長在具有硅的表面,且成長后的磊晶硅將具有與其下的硅材同樣的晶格位向(crystal orientation)。之后進(jìn)行一平坦化工藝,使半導(dǎo)體材料層316與元件隔離結(jié)構(gòu)324具有一個實質(zhì)上平坦的表面。
然后,請參照圖3H,于襯底300上形成一層掩模層328上暴露出部分半導(dǎo)體材料層326。掩模層328例如是一圖案化光致抗蝕劑層。掩模層328的形成方法例如是先形成一層光致抗蝕劑層后,經(jīng)過曝光、顯影而形成之。然后以掩模層328及元件隔離結(jié)構(gòu)324為掩模,蝕刻半導(dǎo)體材料層326與襯底300而形成溝渠330。其中溝渠330至少需暴露出埋入式導(dǎo)電帶322。由于,元件隔離結(jié)構(gòu)324是在溝渠330形成前就已制作完成,且形成溝渠330時是以掩模層328及元件隔離結(jié)構(gòu)324為對準(zhǔn)掩模,因此位于半導(dǎo)體材料層326上的掩模層328的圖案形狀只要能夠覆蓋住部分有源區(qū),并沒有任何限制。舉例來說,掩模層328的圖案形狀可以是長條狀、圓形或橢圓形。若掩模層328為圓形或橢圓形,則可以增加?xùn)艠O寬度。
接著,請參照圖3I,移除掩模層328之后,于襯底300上形成柵介電層332,以覆蓋裸露的半導(dǎo)體材料層326與襯底300表面。柵介電層332的材質(zhì)例如是氧化硅,而其形成方法例如是熱氧化法或化學(xué)氣相沉積法。接著,于襯底300上形成導(dǎo)體層334,覆蓋柵介電層332并填滿溝渠330。導(dǎo)體層334的材質(zhì)例如是多晶硅化金屬(polycide),其由一層摻雜多晶硅層334a與一層金屬硅化物層334b所構(gòu)成。在多晶硅化金屬的形成方法例如是先以化學(xué)氣相沉積法形成一層摻雜多晶硅層后,在摻雜多晶硅層上直接沉積金屬硅化物,其材質(zhì)例如是硅化鎢或硅化鈦。當(dāng)然,導(dǎo)體層334也可以由單一層導(dǎo)體材料所構(gòu)成,或者由兩層以上的導(dǎo)體材料所構(gòu)成。
接著,于導(dǎo)體層334上形成一層頂蓋層336。此頂蓋層336的材質(zhì)包括絕緣材料,例如是氮化硅或氧化硅。頂蓋層336的形成方法例如是化學(xué)氣相沉積法。
繼之,請參照圖3J,圖案化頂蓋層336、導(dǎo)體層334、柵介電層332,以形成柵極結(jié)構(gòu)338。然后,于柵極結(jié)構(gòu)338的側(cè)壁形成間隙壁340。間隙壁340的材質(zhì)包括絕緣材料,例如是氮化硅或氧化硅。間隙壁340的形成方法例如是先以化學(xué)氣相沉積法形成一層絕緣材料層后,進(jìn)行非等向性蝕刻工藝以形成之。然后,于柵極結(jié)構(gòu)338一側(cè)的襯底300中形成摻雜區(qū)342。除此之外,在摻雜區(qū)342形成之后,更可以進(jìn)行相關(guān)的內(nèi)連線工藝,以藉由接觸窗344,使摻雜區(qū)342與導(dǎo)體層346(位線)電連接。
在本發(fā)明的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的制造方法中,深溝渠式電容器的上電極是以形成三層導(dǎo)體層(導(dǎo)體層312、314、316)為例做說明,當(dāng)然深溝渠式電容器的上電極也可以是由一層導(dǎo)體層、兩層導(dǎo)體層,甚至于三層以上的導(dǎo)體層所構(gòu)成。而且,若有源元件位于溝渠330的底部的部分直接電連接深溝渠式電容器的上電極318,當(dāng)然就不需要形成埋入式導(dǎo)電帶322。
而且,本發(fā)明的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的制造方法中,由于元件隔離結(jié)構(gòu)324與掩模層304同高,因此在移除掩模層304與墊層302時,不會造成元件隔離結(jié)構(gòu)324有凹陷產(chǎn)生(recess)。而且,元件隔離結(jié)構(gòu)324形成之后,利用磊晶法形成半導(dǎo)體材料層326,并使半導(dǎo)體材料層326表面提升到與元件隔離結(jié)構(gòu)324同高。由于元件隔離結(jié)構(gòu)324高出襯底300表面,且溝道區(qū)是形成在半導(dǎo)體材料層326中,因此在襯底300表面下的元件隔離結(jié)構(gòu)的深度并不需要做得太深,而可以使工藝簡單化。而且,由于制作有源元件的工藝與淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的工藝整合在一起,因此可以簡化工藝。
此外,本發(fā)明的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的制造方法中,在形成溝渠330時,由于以掩模層328與元件隔離結(jié)構(gòu)324作為對準(zhǔn)掩模,因此可以增加工藝裕度。
而且,在本發(fā)明的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的制造方法中,由于使有源元件的柵極的一部份形成在襯底的溝渠中,有源元件的溝道長度可由溝渠的深度來決定,因此有源元件的溝道長度不會受限于微影蝕刻工藝,且可以提升元件集成度。而且,藉由控制有源元件下方的溝渠的深度而準(zhǔn)確地控制溝道區(qū)的長度,也可以避免元件尺寸縮小時所產(chǎn)生的問題。
另外,上述所揭露的深溝渠式電容器的相關(guān)工藝僅用以說明本發(fā)明,并非用以限定本發(fā)明。換言之,在其它實施例中,亦可先利用其它深溝渠式電容器工藝完成深溝渠式電容器之后,再進(jìn)行本發(fā)明如圖3E至圖3J的有源元件的相關(guān)工藝,如此亦同樣能夠解決現(xiàn)有有源元件的溝道區(qū)長度會受到微影蝕刻工藝的限制而無法進(jìn)一步的縮小,使得元件集成度無法進(jìn)一步的提升;以及有源元件啟始電壓偏差及所謂的短通道效應(yīng)的問題。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例揭露如上,然其并非用以限定本發(fā)明,任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi),當(dāng)可作些許的更動與潤飾,因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以所附權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,包括一襯底,具有一溝渠與一深溝渠;一有源元件,設(shè)置于該襯底上,該有源元件包括一柵極結(jié)構(gòu),設(shè)置該襯底上,且填滿該溝渠;以及一摻雜區(qū),設(shè)置于該柵極結(jié)構(gòu)的一第一側(cè)的該襯底中;一深溝渠式電容器,設(shè)置于該柵極的一第二側(cè)的該襯底的該深溝渠中,該第二側(cè)與該第一側(cè)相對,且該深溝渠式電容器的一上電極鄰接該溝渠底部。
2.如權(quán)利要求1所述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,其中該深溝渠式電容器包括一下電極,設(shè)置在該深溝渠底部的該襯底中;該上電極,設(shè)置在該深溝渠中;以及一電容介電層,設(shè)置在該深溝渠的側(cè)壁與底部。
3.如權(quán)利要求1所述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,其中該上電極包括一第一導(dǎo)體層,設(shè)置于該深溝渠底部;一第二導(dǎo)體層,設(shè)置于該第一導(dǎo)體層上;以及一第三導(dǎo)體層,設(shè)置于該第二導(dǎo)體層上,且鄰接該溝渠底部。
4.如權(quán)利要求3所述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,其中該深溝渠式電容器更包括一領(lǐng)介電層,設(shè)置于該第一導(dǎo)體層上的該深溝渠側(cè)壁,且環(huán)繞該第二導(dǎo)體層。
5.如權(quán)利要求4所述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,其中該領(lǐng)介電層的材質(zhì)包括氧化硅。
6.如權(quán)利要求3所述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,其中該深溝渠式電容器更包括一埋入式導(dǎo)電帶,鄰接該第三導(dǎo)體層與該溝渠底部。
7.如權(quán)利要求3所述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,其中該電容介電層設(shè)置在該第一導(dǎo)體層及該深溝渠的側(cè)壁與底部之間。
8.如權(quán)利要求3所述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,其中該第一導(dǎo)體層、該第二導(dǎo)體層與該第三導(dǎo)體層的材質(zhì)包括摻雜多晶硅。
9.如權(quán)利要求3所述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,其中該柵極結(jié)構(gòu)包括一柵極,設(shè)置該襯底上,且填滿該溝渠;以及一柵介電層,設(shè)置于該柵極與該襯底之間。
10.如權(quán)利要求3所述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,其中該柵介電層的材質(zhì)包括氧化硅。
11.一種動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,包括一襯底,至少具有二溝渠與二深溝渠,該二溝渠設(shè)置在該二深溝渠之間;二柵極結(jié)構(gòu),設(shè)置于該二深溝渠之間的該襯底上,且填滿該二溝渠;一摻雜區(qū),設(shè)置于該二柵極結(jié)構(gòu)之間的該襯底中;二深溝渠式電容器,分別設(shè)置該襯底的該二深溝渠中,且該二深溝渠式電容器的一上電極分別鄰接該二溝渠底部。
12.如權(quán)利要求11所述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,其中該二深溝渠式電容器各自包括一下電極,設(shè)置在該深溝渠底部的該襯底中;該上電極,設(shè)置在該深溝渠中;以及一電容介電層,設(shè)置在該深溝渠的側(cè)壁與底部。
13.如權(quán)利要求11所述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,其中該上電極包括一第一導(dǎo)體層,設(shè)置于該深溝渠底部;一第二導(dǎo)體層,設(shè)置于該第一導(dǎo)體層上;以及一第三導(dǎo)體層,設(shè)置于該第二導(dǎo)體層上,且鄰接該溝渠底部。
14.如權(quán)利要求13所述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,其中該深溝渠式電容器更包括一領(lǐng)介電層,設(shè)置于該第一導(dǎo)體層上的該深溝渠側(cè)壁,且環(huán)繞該第二導(dǎo)體層。
15.如權(quán)利要求14所述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,其中該領(lǐng)介電層的材質(zhì)包括氧化硅。
16.如權(quán)利要求13所述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,其中該深溝渠式電容器更包括一埋入式導(dǎo)電帶,鄰接該第三導(dǎo)體層與該溝渠底部。
17.如權(quán)利要求13所述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,其中該電容介電層設(shè)置在該第一導(dǎo)體層及該深溝渠的側(cè)壁與底部之間。
18.如權(quán)利要求13所述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,其中該第一導(dǎo)體層、該第二導(dǎo)體層與該第三導(dǎo)體層的材質(zhì)包括摻雜多晶硅。
19.如權(quán)利要求13所述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,其中該柵極結(jié)構(gòu)包括一柵極,設(shè)置該襯底上,且填滿該溝渠;以及一柵介電層,設(shè)置于該柵極與該襯底之間。
20.如權(quán)利要求13所述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,其中該柵介電層的材質(zhì)包括氧化硅。
21.一種動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的制造方法,包括提供一襯底,該襯底上已形成圖案化的一第一掩模層與形成于該襯底中的一深溝渠,且圖案化的該第一掩模層暴露出該深溝渠;于該深溝渠中形成一深溝渠式電容器,且該深溝渠式電容器包括一下電極、一上電極、一電容介電層;于該第一掩模層與該襯底中形成一元件隔離結(jié)構(gòu),以定義出一有源區(qū);移除該有源區(qū)上的該第一掩模層,以暴露出該襯底;于暴露的該襯底上形成一半導(dǎo)體材料層;圖案化該半導(dǎo)體材料層與該襯底以形成一溝渠,該溝渠的底部鄰接該溝渠式電容器的該上電極;于該襯底上形成一柵極結(jié)構(gòu),該柵極結(jié)構(gòu)填滿該溝渠;以及于該柵極結(jié)構(gòu)一側(cè)的該襯底中形成一摻雜區(qū)。
22.如權(quán)利要求21所述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的制造方法,其中該半導(dǎo)體材料層的材質(zhì)為磊晶硅。
23.如權(quán)利要求21所述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的制造方法,其中于該深溝渠中形成該深溝渠式電容器的步驟包括在該深溝渠底部的該襯底中形成一下電極;在該深溝渠表面形成一電容介電層;填入一第一導(dǎo)體層于該深溝渠底部;移除未被該第一導(dǎo)體層覆蓋的該電容介電層;形成一領(lǐng)氧化層于未被該第一導(dǎo)體層覆蓋的該深溝渠側(cè)壁上;填入一第二導(dǎo)體層于該深溝渠中,以覆蓋該第一導(dǎo)體層;移除部分該第二導(dǎo)體層與該頂氧化層,使該第二導(dǎo)體層表面低于該襯底表面;以及填入一第三導(dǎo)體層于該深溝渠中,其中該第一導(dǎo)體層、該第二導(dǎo)體層與該第三導(dǎo)體層構(gòu)成該上電極。
24.如權(quán)利要求23所述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的制造方法,更包括在該襯底中形成一埋入式導(dǎo)電帶,鄰接該第三導(dǎo)體層與該溝渠底部。
25.如權(quán)利要求23所述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的制造方法,其中于該襯底上形成該柵極結(jié)構(gòu)的步驟包括于該襯底上形成一柵介電層;于該柵介電層上形成一導(dǎo)體層,該導(dǎo)體層填滿該溝渠;以及圖案化該導(dǎo)體層及該柵介電層。
26.如權(quán)利要求25所述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的制造方法,更包括于該柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成一間隙壁。
27.如權(quán)利要求25所述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的制造方法,更包括于該襯底上形成電連接該摻雜區(qū)的一位線。
28.如權(quán)利要求25所述的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器的制造方法,其中圖案化該半導(dǎo)體材料層與該襯底以形成該溝渠的步驟,包括該襯底上形成一第二掩模層,覆蓋部分該有源區(qū);以該第二掩模層層與該元件隔離結(jié)構(gòu)為掩模,移除部分該半導(dǎo)體材料層與該襯底;以及移除該第二掩模層。
全文摘要
一種動態(tài)隨機(jī)存取存儲器,包括襯底、有源元件與深溝渠式電容器。襯底具有溝渠與深溝渠。有源元件設(shè)置于襯底上,此有源元件包括柵極結(jié)構(gòu)與摻雜區(qū)。柵極結(jié)構(gòu)設(shè)置襯底上,且填滿溝渠。摻雜區(qū)設(shè)置于柵極的第一側(cè)的襯底中。深溝渠式電容器設(shè)置于柵極的第二側(cè)的該襯底的該深溝渠中,第二側(cè)與第一側(cè)相對,且深溝渠式電容器的上電極鄰接溝渠底部。
文檔編號H01L21/8242GK1949519SQ20051010679
公開日2007年4月18日 申請日期2005年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月12日
發(fā)明者簡榮吾 申請人:茂德科技股份有限公司