專利名稱：具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元及陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件及其制造方法，且特別是涉及一種具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元及陣列。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)今電腦微處理器的功能愈來(lái)愈強(qiáng)，軟件所進(jìn)行的程序與運(yùn)算也愈來(lái)愈龐大。因此，存儲(chǔ)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。動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (Dynamic Random Access Memory, DRAM)屬于一種易失性存儲(chǔ)器，其是由多個(gè)存儲(chǔ)單元構(gòu)成。每一個(gè)存儲(chǔ)單元主要是由一個(gè)晶體管與一個(gè)電容器所構(gòu)成，且每一個(gè)存儲(chǔ)單元通過(guò)字線(Word Line, WL)與位線(Bit Line, BL)彼此電性連接。隨著科技的日新月益，在元件尺寸縮減的要求下，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的晶體管的溝道區(qū)長(zhǎng)度亦會(huì)有隨之逐漸縮短的趨勢(shì)，以使元件的操作速度加快。但是，如此會(huì)造成晶體管具有嚴(yán)重的短溝道效應(yīng)(short channel effect)，以及導(dǎo)通電流(on current)下降等問(wèn)題。因此，已知的一種解決方法是將水平方向的晶體管改為垂直方向的晶體管的結(jié)構(gòu)。此種動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)是將垂直式晶體管制作于溝槽中，并形成埋入式位線與埋入式字線。一種埋入式位線的設(shè)置方式是直接在半導(dǎo)體基底中形成摻雜區(qū)，然而由摻雜區(qū)構(gòu)成的埋入式位線的阻值較高，無(wú)法提升元件效能。若為了降低埋入式位線的阻值，而增加摻雜濃度及深度，則會(huì)增加工藝的困難度。另一種埋入式位線的設(shè)置方式是形成金屬埋入位線，然而由金屬構(gòu)成的埋入式位線的工藝復(fù)雜。而且，在操作此動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器時(shí)，在相鄰兩埋入式位線之間產(chǎn)生嚴(yán)重的耦合噪聲(coupling noise)，進(jìn)而影響元件效能。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元及陣列，可以避免相鄰位線之間產(chǎn)生耦合噪聲并提高元件效能。本發(fā)明提出一種具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元，其包括半導(dǎo)體柱、漏極層、輔助柵極、控制柵極、源極層、電容器。半導(dǎo)體柱設(shè)置于半導(dǎo)體基底中，此半導(dǎo)體柱構(gòu)成垂直溝道晶體管的有源區(qū)。漏極層設(shè)置于半導(dǎo)體柱底部。輔助柵極隔著第一柵介電層而設(shè)置于漏極層附近?？刂茤艠O隔著第二柵介電層而設(shè)置于半導(dǎo)體柱附近。源極層設(shè)置于半導(dǎo)體柱頂部。電容器電性連接源極層。在實(shí)施例中，上述輔助柵極設(shè)置于漏極層的相對(duì)的兩側(cè)壁上。在實(shí)施例中，上述控制柵極設(shè)置于半導(dǎo)體柱的相對(duì)的兩側(cè)壁上。在實(shí)施例中，上述漏極層包括摻雜區(qū)。本發(fā)明提出一種具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元陣列，包括多個(gè)存儲(chǔ)單元、多條埋入式位線、多條輔助柵極線、多條埋入式字線。多個(gè)存儲(chǔ)單元設(shè)置于半導(dǎo)體基底中，排列成行和列的陣列。各存儲(chǔ)單元包括半導(dǎo)體柱、漏極層、輔助柵極、控制柵極、源極層、電容器。半導(dǎo)體柱設(shè)置于半導(dǎo)體基底中，此半導(dǎo)體柱構(gòu)成垂直溝道晶體管的有源區(qū)。 漏極層設(shè)置于半導(dǎo)體柱底部。輔助柵極隔著第一柵介電層而設(shè)置于漏極層附近?？刂茤艠O隔著第二柵介電層而設(shè)置于半導(dǎo)體柱附近。源極層設(shè)置于半導(dǎo)體柱頂部。電容器電性連接源極層。多條埋入式位線平行設(shè)置于半導(dǎo)體柱下方，在行方向延伸，并電性連接同一行的漏極層。多條輔助柵極線，設(shè)置于埋入式位線附近，并電性連接同一行的輔助柵極。多條埋入式字線，平行設(shè)置于埋入式位線上方，在列方向延伸，并電性連接同一列的控制柵極。在實(shí)施例中，上述各埋入式位線設(shè)置于相鄰兩輔助柵極線之間。在實(shí)施例中，上述埋入式字線分別設(shè)置于各半導(dǎo)體柱的相對(duì)的兩側(cè)壁上。在實(shí)施例中，上述各埋入式位線包括摻雜區(qū)。在實(shí)施例中，上述輔助柵極線電性連接在一起。本發(fā)明的具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元及陣列，由于設(shè)置輔助柵極(輔助柵極線)，通過(guò)于輔助柵極(輔助柵極線)施加電壓，可以控制埋入式位線的電阻值，使埋入式位線的電阻值降低，而提升元件操作效率。而且，埋入式位線的高度可以由輔助柵極(輔助柵極線)的高度來(lái)控制。此外，本發(fā)明的具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元及陣列，由于在埋入式位線之間設(shè)置有輔助柵極(輔助柵極線)，因此可以隔絕相鄰埋入式位線之間產(chǎn)生耦合噪聲，而可以縮小元件尺寸。另外，本發(fā)明的具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元及陣列的制造方法簡(jiǎn)單。為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實(shí)施例， 并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1為繪示本發(fā)明實(shí)施例的具有垂直溝道晶體管陣列的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元的剖面圖。圖2A為繪示本發(fā)明實(shí)施例的具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元陣列的部分透視圖。圖2B所繪示為圖2A中沿埋入式字線方向的剖面圖。圖2C所繪示為圖2A中沿埋入式位線方向的剖面圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明100 半導(dǎo)體基底102 存儲(chǔ)單元104 半導(dǎo)體柱106 埋入式位線106a:漏極層108 輔助柵極線
108a 輔助柵極110、114:柵介電層112:埋入式字線112a:控制柵極118:電容器118a:下電極11 :電容介電層118c:上電極
具體實(shí)施例方式圖1為繪示本發(fā)明實(shí)施例的具有垂直溝道晶體管陣列的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元的剖面圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1，本發(fā)明的具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元102包括半導(dǎo)體柱104、漏極層106a、輔助柵極108a、控制柵極112a、電容器118、源極層120。半導(dǎo)體柱104設(shè)置于半導(dǎo)體基底100中，半導(dǎo)體柱104構(gòu)成垂直溝道晶體管的有源區(qū)。半導(dǎo)體基底100例如是硅基底。半導(dǎo)體柱104例如是硅柱。漏極層106a設(shè)置于半導(dǎo)體柱104底部。漏極層106a例如是由摻雜區(qū)構(gòu)成。對(duì)應(yīng)垂直溝道晶體管的形式，漏極層106a可為N型摻雜區(qū)或P型摻雜區(qū)。P型摻雜區(qū)摻雜有周期表第三族元素，例如硼(B)、鎵(( )、銦(In)等等。N型摻雜區(qū)摻雜有周期表第五族元素， 例如磷(P)、砷(As)、銻(Sb)等等。輔助柵極108a隔著柵介電層110而設(shè)置于漏極層106a附近。輔助柵極108a設(shè)置于漏極層106a的相對(duì)的兩側(cè)壁上。輔助柵極108a的材料包括N型摻雜硅、P型摻雜硅或金屬材料，例如鎢、銅、鋁、銅鋁合金、硅銅鋁合金等。柵介電層110的材料例如是氧化硅、
氮化硅等?？刂茤艠O11 隔著柵介電層114而設(shè)置于半導(dǎo)體柱104附近?？刂茤艠O11 設(shè)置于半導(dǎo)體柱104的相對(duì)的兩側(cè)壁上?？刂茤艠O11 的材料包括N型摻雜硅、P型摻雜硅或金屬材料，例如鎢、銅、鋁、銅鋁合金、硅銅鋁合金等。柵介電層114的材料例如是氧化硅、
氮化硅等。源極層120設(shè)置于半導(dǎo)體柱104頂部。源極層120例如是由摻雜區(qū)構(gòu)成。對(duì)應(yīng)垂直溝道晶體管的形式，源極層120可為N型摻雜區(qū)或P型摻雜區(qū)。P型摻雜區(qū)摻雜有周期表第三族元素，例如硼(B)、鎵(( )、銦(In)等等。N型摻雜區(qū)摻雜有周期表第五族元素，例如磷(P)、砷(As)、銻(Sb)等等。電容器118電性連接源極層120。接著說(shuō)明本發(fā)明的具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元陣列。圖2A為繪示本發(fā)明實(shí)施例的具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元陣列的部分透視圖。為使附圖簡(jiǎn)化，只繪示出半導(dǎo)體柱、埋入式位線、輔助柵極線、埋入式字線、 電容器等主要構(gòu)件。圖2B所繪示為圖2A中沿埋入式字線方向的剖面圖。圖2C所繪示為圖2A中沿埋入式位線方向的剖面圖。
在圖2A至圖2C中，構(gòu)件與圖1相同者，給予相同的標(biāo)號(hào)，并省略其說(shuō)明。請(qǐng)參照?qǐng)D2A至圖2C，本發(fā)明的具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器陣列是設(shè)置在半導(dǎo)體基底100中。半導(dǎo)體基底100例如是硅基底。動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器陣列包括多個(gè)存儲(chǔ)單元102、多條埋入式位線106、多條輔助柵極線108、多條埋入式字線112。多個(gè)存儲(chǔ)單元102設(shè)置于半導(dǎo)體基底100中，排列成行和列的陣列，各存儲(chǔ)單元 102的半導(dǎo)體柱104構(gòu)成垂直溝道晶體管的有源區(qū)。多條埋入式位線106，平行設(shè)置于半導(dǎo)體基底100中，且位于半導(dǎo)體柱104下方， 在行方向(Y方向)延伸。埋入式位線106例如是由摻雜區(qū)構(gòu)成，并連接同一行的存儲(chǔ)單元 102的漏極層106a。埋入式位線106可為N型摻雜區(qū)或P型摻雜區(qū)。多條輔助柵極線108隔著柵介電層110而設(shè)置于埋入式位線附近。各埋入式位線 106設(shè)置于相鄰兩輔助柵極線108之間。多條輔助柵極線108在行方向(Y方向)延伸，并連接同一行的存儲(chǔ)單元102的輔助柵極108a。多條輔助柵極線108的材料包括N型摻雜硅、P型摻雜硅或金屬材料，例如鎢、銅、鋁、銅鋁合金、硅銅鋁合金等。在本實(shí)施例中，輔助柵極線108電性連接在一起。在另一實(shí)施例中，多條輔助柵極線108分別設(shè)置于各埋入式位線106的相對(duì)的兩側(cè)壁上。多條埋入式字線112平行設(shè)置于埋入式位線106上方，在列方向(X方向)延伸， 并連接同一列的存儲(chǔ)單元102的控制柵極112a。各埋入式字線112分別設(shè)置于同一列的半導(dǎo)體柱104的相對(duì)的兩側(cè)壁上。埋入式字線112的材料包括N型摻雜硅、P型摻雜硅或金屬材料，例如鎢、銅、鋁、銅鋁合金、硅銅鋁合金等。在另一實(shí)施例中，埋入式字線112具有阻障層(未繪示)，阻障層的材料例如是氮化鈦(TiN)、鈦(Ti)/氮化鈦(TiN)、鈷(Co)/氮化鈦(TiN)等。多個(gè)電容器118分別通過(guò)源極層而電性連接各導(dǎo)電柱104。電容器118包括下電極118a、電容介電層11 及上電極118c。下電極118a及上電極118c的材料包括金屬材料，例如鎢、銅、鋁、銅鋁合金、硅銅鋁合金等。電容介電層118b例如是使用高介電常數(shù)的介電材料層，以提高電容器的電容值。高介電常數(shù)的介電材料層的材料例如是氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)、氮化硅/氧化硅(NO)、氧化鉭(Tii2O5)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鉿(HfO2)、鈦酸鋇鍶(barium strontium titanate, BST)或其他高介電常數(shù)的介電材料。本發(fā)明的具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元及陣列，由于設(shè)置輔助柵極(輔助柵極線)，通過(guò)于輔助柵極(輔助柵極線)施加電壓，可以控制埋入式位線的電阻值，使埋入式位線的電阻值降低，而提升元件操作效率。而且，埋入式位線的高度可以由輔助柵極(輔助柵極線)的高度來(lái)控制。此外，本發(fā)明的具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元及陣列，由于在埋入式位線之間設(shè)置有輔助柵極(輔助柵極線)，因此可以隔絕相鄰埋入式位線之間產(chǎn)生耦合噪聲，而可以縮小元件尺寸。另外，本發(fā)明的具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元及陣列的制造方法簡(jiǎn)單。雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域一般技術(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(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元，包括半導(dǎo)體柱，設(shè)置于半導(dǎo)體基底中，該半導(dǎo)體柱構(gòu)成垂直溝道晶體管的有源區(qū)；漏極層，設(shè)置于該半導(dǎo)體柱底部；輔助柵極，隔著第一柵介電層而設(shè)置于該漏極層附近；控制柵極，隔著第二柵介電層而設(shè)置于該半導(dǎo)體柱附近；源極層，設(shè)置于該半導(dǎo)體柱頂部；以及電容器，電性連接該源極層。
2.如權(quán)利要求1所述的具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元，其中該輔助柵極設(shè)置于該漏極層的相對(duì)的兩側(cè)壁上。
3.如權(quán)利要求1所述的具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元，其中該控制柵極設(shè)置于該半導(dǎo)體柱的相對(duì)的兩側(cè)壁上。
4.如權(quán)利要求1所述的具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元，其中該漏極層包括摻雜區(qū)。
5.一種具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元陣列，包括多個(gè)存儲(chǔ)單元，設(shè)置于半導(dǎo)體基底中，排列成行和列的陣列，該多個(gè)存儲(chǔ)單元每個(gè)包括半導(dǎo)體柱，該半導(dǎo)體柱構(gòu)成垂直溝道晶體管的有源區(qū)； 漏極層，設(shè)置于該半導(dǎo)體柱底部； 輔助柵極，隔著第一柵介電層而設(shè)置于該漏極層附近； 控制柵極，隔著第二柵介電層而設(shè)置于該半導(dǎo)體柱附近； 源極層，設(shè)置于該半導(dǎo)體柱頂部；以及電容器，電性連接該源極層；多條埋入式位線，平行設(shè)置于該多個(gè)半導(dǎo)體柱下方，在行方向延伸，并電性連接同一行的該多個(gè)漏極層；多條輔助柵極線，設(shè)置于該多條埋入式位線附近，并電性連接同一行的該多個(gè)輔助柵極；以及多條埋入式字線，平行設(shè)置于該多條埋入式位線上方，在列方向延伸，并電性連接同一列的該多個(gè)控制柵極。
6.如權(quán)利要求5所述的具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元陣列，其中各埋入式位線設(shè)置于相鄰兩輔助柵極線之間。
7.如權(quán)利要求5所述的具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元陣列，其中該多條埋入式字線分別設(shè)置于各半導(dǎo)體柱的相對(duì)的兩側(cè)壁上。
8.如權(quán)利要求5所述的具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元陣列，其中各埋入式位線包括摻雜區(qū)。
9.如權(quán)利要求1所述的具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元陣列，其中該多條輔助柵極線電性連接在一起。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元及陣列。該具有垂直溝道晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元包括半導(dǎo)體柱、漏極層、輔助柵極、控制柵極、源極層、電容器。半導(dǎo)體柱構(gòu)成垂直溝道晶體管的有源區(qū)。漏極層設(shè)置于半導(dǎo)體柱底部。輔助柵極隔著第一柵介電層而設(shè)置于漏極層附近?？刂茤艠O隔著第二柵介電層而設(shè)置于有源區(qū)附近。源極層設(shè)置于半導(dǎo)體柱頂部。電容器電性連接源極層。
文檔編號(hào)H01L27/108GK102544013SQ201010609548
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者楊晟富, 陳俊丞, 陳志遠(yuǎn), 陳輝煌 申請(qǐng)人:力晶科技股份有限公司