專利名稱：一種應(yīng)變動態(tài)隨機存儲器存儲單元結(jié)構(gòu)及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料中應(yīng)變增強晶體管結(jié)構(gòu)及制作方法，特別是DRAM基本單元的結(jié)構(gòu)及制作方法。
背景技術(shù)：
動態(tài)隨機存儲器(Dynamic Random Access Memory,以下簡稱DRAM)是一類易失存儲器，在計算機中用來存儲數(shù)據(jù)的模塊，其讀寫數(shù)據(jù)的精度和速度非常重要。DRAM由于其高集成度，一直以來都是最先進技術(shù)首先應(yīng)用的產(chǎn)品，如手機，個人計算裝置，個人聲音系統(tǒng)等。除尺寸的連續(xù)減小和便攜性增加外，還要求裝置具有越來越多的計算功能和大的存儲容量，然而，由于該類便攜裝置多為電池供電，要求系統(tǒng)的功耗盡可能小以增加待機時間。 為適應(yīng)電子裝置日益輕、小、薄的要求，DRAM存儲單元已經(jīng)變得更加高度集成。即在有限的空間內(nèi)集成盡可能多的DRAM存儲單元，且功耗也相對越來越小。然而，高度集成的DRAM存儲單元的技術(shù)面臨幾個極限。傳統(tǒng)的DRAM單元電容器(見圖1. a)包括上極板A’和下極板B’和電容器絕緣介質(zhì)層C’。該上極板A’和下極板B’共享重疊區(qū)域，且電容器絕緣介質(zhì)層設(shè)置在該上下極板之間。電容器的電容值大小與重疊區(qū)域的面積呈正比，與極板間的有效間距成反比。DRAM 的信息存儲精度的另一個限制因素是漏電，因為電容器和開關(guān)晶體管都存在一定的漏電， 因此存儲單元在其電容器兩極板間電勢差降到一定程度之前需要定期的刷新，以保證存儲信息的準確性。如果漏電過大，則會限制存取的速度和功耗。因此如何提升DRAM單元電容器的電容值和減小漏電成為DRAM的關(guān)鍵技術(shù)之一。圖1. b給出了現(xiàn)行DRAM存儲單元基本單元結(jié)構(gòu)電路圖，通過對單元電容Crell充放電將需存儲的信號Vsignal存儲于單元電容Crell之中，當字線電平Vi為高時，開關(guān)管S導(dǎo)通， 信號可通過開關(guān)S，經(jīng)由位線讀出，位線電壓V皿就是讀出的存儲信號。由于位線存在負載電容CbJ也叫寄生電容)，所以I < Vsignal。存入和讀出信號電壓關(guān)系為Vbl = Ccell/ (Ccell+CBL) X Vsignal其中V皿為位線讀取電壓，Vsignal為存入信號時的存儲電壓，Ccell為存儲單元電容， Cm為負載電容；可見，提升單元電容值Crell可減少存儲信號的損耗，從而減小數(shù)據(jù)出錯的幾率，增大數(shù)據(jù)刷新的周期。理想的單元電容可用式C。ell = AX ε/d來描述，其中A為單元電容平板的面積， ε為絕緣介質(zhì)層的介電常數(shù)，d為絕緣介質(zhì)層的厚度。因此，目前提升電容有以下幾種方法1)減薄絕緣介質(zhì)層厚度d，但由于量子效應(yīng)等的限制，絕緣介質(zhì)層減薄有一定的限制。 當絕緣介質(zhì)層過薄，柵漏電流增加，不僅增加存儲器功耗，而且會導(dǎo)致存儲的信息錯誤。2) 采用高電介電常數(shù)(簡稱高k)柵介質(zhì)，提升ε，但由于與傳統(tǒng)DRAM工藝的不兼容等的限制，制造成本較高，而且由于界面特性不如傳統(tǒng)的硅、二氧化硅的界面好，所以該技術(shù)尚未成熟。3)增加單元電容面積A，這會影響DRAM的集成度，雖然中國專利國(公開號CN 101142671A)公開的嵌入式DRAM能夠在不增大占用芯片面積的情況下增大電容值，美國專利2004/01599909 Al公開的通過改善工藝來提升單位電容值，但都需要大大的增加工藝復(fù)雜度，增加制造成本。因此如何能在不改變現(xiàn)有工藝的情況下，又不增加太多成本時增大單元電容成為一個重要的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在不改變現(xiàn)有工藝的情況下，能與現(xiàn)有制作DRAM存儲單元工藝兼容，又不增加太多產(chǎn)品制造成本，制作出來的DRAM器件能減小電荷存儲區(qū)材料的禁帶寬度，增大電荷存儲區(qū)的電荷密度，減小單元電容的等效絕緣介質(zhì)間距，從而增大單元電容值，并可在保證電容值一定的條件下，減小存儲單元占用面積，增大DRAM的存儲容量。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的思想和理論基礎(chǔ)如下。目前應(yīng)變硅技術(shù)已經(jīng)比較成熟，很多大型半導(dǎo)體公司都已在進行量產(chǎn)，應(yīng)變技術(shù)的好處是在保證提升性能的前提下還能保證工藝的兼容，使得成本的增加很小。如圖2，引入應(yīng)變可使硅(Si)或者多晶硅(Poly
Eg
Si)的禁帶寬度減小，由本征載流子濃度M=(TVcJVf)"2/i (其中ni為本征載流子濃度，
Ne, Nv分別為導(dǎo)帶和價帶有效狀態(tài)密度，Eg為材料禁帶寬度，k為波爾茲曼常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度)可知，當禁帶寬度減小后，本證載流子濃度會以指數(shù)形式增加，從而在相同的摻雜
情況下，反型層載流子濃Ns會大大的增加，根據(jù)德拜長度公式LD—e = [ψ-]'(其中Lllebye
為德拜長度，ε為材料的介電常數(shù)，q為單位電荷量，Ns為反型層載流子濃度)，從而減小德拜長度。前面提到的單元電容公式中的絕緣介質(zhì)層厚度d，實際上包括絕緣介質(zhì)層厚度Cltl 和反型層的德拜長度Lltebye。因此，通過在存儲電荷區(qū)通過全局應(yīng)變或局部應(yīng)變引入應(yīng)變，增加表面反型層電荷的濃度，降低德拜長度Lltebye,從而減小絕緣介質(zhì)層厚度d = d0+LDebye,增加單元電容Crell = A ε /d。本發(fā)明提供的DRAM器件，在制作DRAM存儲單元時，采用了應(yīng)變技術(shù)，即在有限單元電容下極板區(qū)4和上極板區(qū)7中通過引入應(yīng)變，以增加DRAM存儲單元單位面積的電容值，減小漏電流，實現(xiàn)上述發(fā)明目的。所以本發(fā)明提供的應(yīng)變動態(tài)隨機存儲器(DRAM)存儲單元包含有半導(dǎo)體襯底11， 淺槽隔離區(qū)5，由開關(guān)MOS管的源2、M0S開關(guān)管的漏3、開關(guān)MOS管的柵介質(zhì)層15和柵6組成的開關(guān)MOS管9和由存儲單元電容下極板4、存儲單元的上極板7和絕緣柵介質(zhì)層16組成的單元電容10，其特征是在制作單元電容10時，在單元電容10所在區(qū)域引入應(yīng)力技術(shù)， 即在單元電容的上極板7和下極板4中引入應(yīng)力，改變上極板7半導(dǎo)體材料和下極板4半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，使上極板7和下極板4中的電荷濃度增大，減小單元電容兩極板間的等效間距d，使單元電容的電容值增大，以增大DRAM的存儲容量，并提升其存取信息的準確度.


圖1. a是DRAM基本單元電容Crell結(jié)構(gòu)示意圖；圖l.b是DRAM基本單元結(jié)構(gòu)電路圖；圖2是本發(fā)明實施例的剖面4
圖3到圖7是本實施列中應(yīng)變DRAM基本單元制作流程圖；圖8是應(yīng)變與非應(yīng)變情況下MOS電容溝道區(qū)電荷濃度的變化；圖9是應(yīng)變MOS電容與非應(yīng)變MOS電容的仿真結(jié)果。下表是附圖中所注序號含義的說明。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)變動態(tài)隨機存儲器存儲單元，包含由半導(dǎo)體襯底(11)，淺槽隔離區(qū)(5)，由開關(guān)MOS管的源O)、開關(guān)MOS管的漏(3)、開關(guān)MOS管的柵介質(zhì)層(15)和柵(6)組成的開關(guān) MOS管(9)和由存儲單元電容的下極板G)、存儲單元電容的上極板(7)和絕緣介質(zhì)層(16) 組成的單元電容(10)，其特征是在制作單元電容(10)的過程中，在單元電容(10)的下極板 (4)和上極板(7)中引入應(yīng)變技術(shù)，在單元電容(10)所在區(qū)域引入了應(yīng)力。
2.制作權(quán)利要求1應(yīng)變動態(tài)隨機存儲器存儲單元的方法，其特征是在制作過程中與常規(guī)的動態(tài)隨機存儲器存儲單元相比，僅在單元電容部分采用應(yīng)變技術(shù)，在本實施例中采用了應(yīng)變硅技術(shù)，其制作步驟如下步驟1.襯底制備制作P型硅襯底(11)，在P型襯底(11)上生長STI隔離槽(5)和氧化層(12)；步驟2.有源區(qū)定義在步驟1所得器件上涂負光刻膠(13)，對有源區(qū)(14)曝光，刻蝕有源區(qū)(14)；步驟3.開關(guān)管制備對有源區(qū)進行溝道調(diào)制參雜，干法生長開關(guān)管柵氧(15)，再生長多晶硅柵(6)，多晶硅柵摻雜；刻蝕多晶硅柵(6)；步驟4.單元電容制備對開關(guān)MOS管源⑵漏(3)和單元電容下極板(4)n+摻雜；干法生長單元電容絕緣柵介質(zhì)層(16)，淀積單元電容上極板多晶硅層(7)，刻蝕上極板多晶硅層(7)和氧化層(12)；步驟5.淀積氮化硅膜在單元電容區(qū)淀積張應(yīng)力氮化硅層(8)，在紫外光照射下高溫退火；步驟6.連線刻蝕氮化硅層(8)，生長場氧(23)，刻接觸孔(M)，Al連線。
全文摘要
一種應(yīng)變動態(tài)隨機存儲器存儲單元結(jié)構(gòu)及制作方法，涉及半導(dǎo)體材料中應(yīng)變增強晶體管結(jié)構(gòu)及制作方法，特別是DRAM存儲單元的結(jié)構(gòu)及制作方法。本發(fā)明提供的DRAM存儲單元包含有開關(guān)MOS晶體管9和單元電容10，其特征在于在單元電容10所在區(qū)域引入應(yīng)變氮化硅蓋帽層8，以減小單元電容下極板4和上極板7半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，增大其電荷密度，減小單元電容兩極板間的等效間距，從而增大單元電容的電容值；在保證電容值一定的條件下，存儲單元的占用面積減小，增大DRAM存儲容量，并提升其存取信息的準確度。
文檔編號H01L27/108GK102184925SQ20111010292
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者于奇, 寧寧, 曾慶平, 王向展, 秦桂霞 申請人:電子科技大學(xué)