存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)位線溝槽，設(shè)置在基材中，多個(gè)位線溝槽沿著第一方向延伸，而且各位線溝槽包括上部和增寬的下部。還包括埋入式位線，介于多個(gè)位線溝槽間。還包括溝槽填充材料層，位于各位線溝槽內(nèi)，溝槽填充材料層在增寬的下部密封出氣隙。多個(gè)字線溝槽，沿著第二方向延伸。還包括主動(dòng)切槽，設(shè)置在埋入式位線的端部。還包括屏蔽層，位于氣隙中。還包括側(cè)壁導(dǎo)體，設(shè)置在主動(dòng)切槽的側(cè)壁。
【專利說明】存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路工藝技術(shù)，特別是涉及位線間具有金屬屏蔽的埋入式位線存取裝置和采用所述埋入式位線存取裝置的存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前半導(dǎo)體存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)是如何進(jìn)一步微縮存儲(chǔ)器胞的尺寸，借以增加動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)芯片上的堆疊密度。經(jīng)過幾個(gè)裝置世代后，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器制造業(yè)者已經(jīng)發(fā)展出能有效減少存儲(chǔ)器胞所占芯片面積的布局結(jié)構(gòu)。其中一種能明顯提升密度的作法是將位線埋入到硅基材內(nèi)，再將晶體管及電容制作其上，構(gòu)成垂直堆疊結(jié)構(gòu)。這種裝置又被稱作埋入式位線存取裝置。
[0003]但是，上述埋入式位線技術(shù)仍有缺陷需要被解決。例如，埋入式位線存取裝置具有比例上偏高的位線-位線耦合電容(以占全部位線電容值的百分比來說)，造成明顯的感應(yīng)邊緣損失(sense margin loss),即使前述全部位線電容值已經(jīng)比其它技術(shù)還低。因此,動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器【技術(shù)領(lǐng)域】仍需要改良的埋入式位線存取裝置，可以降低位線-位線耦合電容占全部位線電容值的百分比。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu)，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷。
[0005]本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例披露一種存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)位線溝槽，設(shè)置在基材中，多個(gè)位線溝槽沿著第一方向延伸，而且各位線溝槽包含上部和增寬的下部。埋入式位線，介于多個(gè)位線溝槽間。溝槽填充材料層，位于各位線溝槽內(nèi)，溝槽填充材料層在增寬的下部密封出氣隙。多個(gè)字線溝槽，沿著第二方向延伸。主動(dòng)切槽，設(shè)置在埋入式位線的端部。屏蔽層，位于氣隙中。以及側(cè)壁導(dǎo)體，設(shè)置在主動(dòng)切槽的側(cè)壁。
[0006]為了讓本發(fā)明的上述目的、特征及優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實(shí)施方式，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。但是以下的優(yōu)選實(shí)施方式和附圖只供參照和說明，并非用來對(duì)本發(fā)明加以限制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的部分存儲(chǔ)器陣列布局示意圖。
[0008]圖2A是沿著圖1中切線1-1’的剖面圖，顯示出在進(jìn)行主動(dòng)切槽蝕刻步驟前的陣列結(jié)構(gòu)。
[0009]圖2B是沿著圖1中切線1-1’的剖面圖，顯示出在進(jìn)行主動(dòng)切槽蝕刻步驟后的陣列結(jié)構(gòu)。
[0010]圖3是制作圖1、圖2A到圖2B的存儲(chǔ)器陣列的流程圖。
[0011]其中，附圖標(biāo)記說明如下:
[0012]I存儲(chǔ)器陣列
[0013]10 基材
[0014]12位線溝槽
[0015]14字線溝槽
[0016]20溝槽填充材料層
[0017]30主動(dòng)切槽
[0018]30a、30b 側(cè)壁
[0019]30c主動(dòng)切槽的一端
[0020]42 位線
[0021]44源極摻雜區(qū)
[0022]46柵極介電層
[0023]50側(cè)壁柵極
[0024]50a側(cè)壁字線
[0025]100 虛線
[0026]101硅基部分
[0027]102周邊場氧化層
[0028]122 上部
[0029]124增寬的下部
[0030]126 氣隙
[0031]130導(dǎo)電屏蔽層
[0032]200硅柱體
[0033]350側(cè)壁導(dǎo)體

【具體實(shí)施方式】
[0034]在下文中，參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明實(shí)施細(xì)節(jié)，所述多個(gè)附圖中的內(nèi)容構(gòu)成說明書一部份，并且以可實(shí)施所述優(yōu)選實(shí)施例的特例描述方式繪示。下文優(yōu)選實(shí)施例已記載足夠的細(xì)節(jié)使本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員得以具以實(shí)施。當(dāng)然，本發(fā)明中也可以采用其他的優(yōu)選實(shí)施例，或者是在不違反文中所述優(yōu)選實(shí)施例的前提下作出任何結(jié)構(gòu)性、邏輯性和電性上的改變。因此，下文的細(xì)節(jié)描述將不應(yīng)被視看作是一種限定，相反地，所包括的優(yōu)選實(shí)施例將由權(quán)利要求書加以界定。
[0035]本說明書中所提及的“晶片”或者“基材”等名稱可以是在表面上已有材料層或者積體電路裝置層的半導(dǎo)體基底，基材可以包括半導(dǎo)體晶片。基材也可以指在制作過程中的半導(dǎo)體基底或者晶片，其上形成有不同材料層。舉例來說，晶片或者基材可以包括摻雜或者未摻雜半導(dǎo)體、在絕緣材或者半導(dǎo)體底材上形成的外延半導(dǎo)體和其它已知的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0036]參照?qǐng)D1、圖2A和圖2B。圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的部分存儲(chǔ)器陣列布局示意圖，圖2A及圖2B是沿著圖1中切線1-1’的剖面圖，圖2A是在進(jìn)行主動(dòng)切槽(AC chop)蝕刻步驟前的陣列結(jié)構(gòu)。
[0037]參照?qǐng)D1、圖2A和圖2B，存儲(chǔ)器陣列I制作在基材10上(例如硅基材)，而且存儲(chǔ)器陣列I所在區(qū)域被周邊場氧化層102所隔絕?；?0的硅基部分101和周邊場氧化層102間的介面在附圖中以虛線100表示。本發(fā)明存儲(chǔ)器陣列I包括多個(gè)彼此平行的位線溝槽12，沿著附圖中參考軸X軸延伸。從圖2B可以看出，各位線溝槽12包括上部122和增寬的下部124。此外，在各位線溝槽12內(nèi)沉積溝槽填充材料層20，并使溝槽填充材料層20在增寬的下部124密封出氣隙126。溝槽填充材料層20可以是化學(xué)氣相沉積(CVD)硅氧層、四乙氧基娃燒(TEOS)娃氧層或者其它適合的介電材料。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，氣隙126的寬度大約是30納米(nm),高大約50-100nm。本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員能理解氣隙126的形狀及大小可借由選擇不同組合而最優(yōu)化:(a)增寬的下部124的蝕刻輪廓；和(b)介電材料沉積工藝的均勻度。此外，形成位線結(jié)構(gòu)時(shí)，也可進(jìn)行其它額外工藝步驟，例如在溝槽填充材料層20沉積后，進(jìn)行平坦化工藝。
[0038]存儲(chǔ)器陣列I還包括多個(gè)彼此互相平行的字線溝槽14，沿著附圖中參考軸Y軸延伸。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，各字線溝槽14的底部需較各位線溝槽12的增寬的下部124的頂端要更高。字線溝槽14橫斷槽貫穿位線溝槽12，如此切割并分離出多個(gè)硅柱體200。在各硅柱體200中設(shè)置有垂直通道晶體管(附圖沒有畫出)。前述垂直通道晶體管可以包括源極摻雜區(qū)44，設(shè)置在各硅柱體200上端，和漏極摻雜區(qū)(附圖沒有畫出)，設(shè)置在各硅柱體200下端，而且漏極摻雜區(qū)可以是埋入式位線42的一部分。各硅柱體200中，介于源極摻雜區(qū)44與漏極摻雜區(qū)間，則是垂直通道(附圖沒有畫出)。埋入式位線42是擴(kuò)散區(qū)域，可以利用氣相擴(kuò)散方法、離子注入法或者其它適合的方法形成。
[0039]參照?qǐng)D2B，在形成字線溝槽后，后續(xù)步驟包括:進(jìn)行光刻工藝，利用掩膜層，將位線的端部區(qū)域打開。再進(jìn)行位線分離蝕刻，將顯露出來的區(qū)域中的材料蝕刻去除，深度約略與增寬的下部124相同，甚至更深。遮蔽材料，例如光致抗蝕劑，也可先填入字線溝槽14中，待分離位線的蝕刻完成后，再移除遮蔽材料。在字線溝槽14的側(cè)壁上，提供有側(cè)壁柵極介電層和側(cè)壁字線或者側(cè)壁柵極50。在陣列四周緣也形成有獨(dú)立的側(cè)壁字線50a，其不接觸或者連結(jié)到任何的有源裝置。側(cè)壁柵極介電層也形成在主動(dòng)切槽區(qū)域內(nèi)，避免蝕刻切槽時(shí)，柵極材料與顯露出來的基材表面或者其它導(dǎo)電材料電連結(jié)。側(cè)壁柵極50可以由氮化鈦等導(dǎo)電材料構(gòu)成。在形成側(cè)壁柵極介電層和側(cè)壁柵極50的過程中，導(dǎo)電屏蔽層130會(huì)同時(shí)從主動(dòng)切槽30沉積到氣隙126中，而且主動(dòng)切槽30 (或者稱位線切槽)在位線溝槽的兩端，沿著參考軸Y軸延伸。附圖中，在位線溝槽另一端的主動(dòng)切槽并未畫出。前述導(dǎo)電屏蔽層130(例如氮化鈦)可以只沉積在氣隙126的表面上，而不填滿氣隙126?；蛘?，前述導(dǎo)電屏蔽層130也可以完全填滿氣隙126。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，主動(dòng)切槽30是開放區(qū)域，而且形成在位線端部，借以將位線彼此分離。在其他優(yōu)選實(shí)施例中，在形成主動(dòng)切槽30后，形成柵極介電層前，還可以進(jìn)行蝕刻步驟(例如干蝕刻、濕蝕刻或者蒸汽蝕刻等)，將至少部分位在位線溝槽12增寬的下部124內(nèi)的介電材料去除。此步驟可以使氣隙126更寬，使得金屬沉積可以更深入整個(gè)長度的氣隙126。
[0040]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，前述導(dǎo)電屏蔽層130可以電連結(jié)到側(cè)壁導(dǎo)體350。側(cè)壁導(dǎo)體350可以形成在兩相對(duì)的側(cè)壁30a、30b上，繞到主動(dòng)切槽30的一端30c。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，是分離埋入式的位線42，主動(dòng)切槽30會(huì)被蝕刻到比位線溝槽12的底部更深的深度。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，前述導(dǎo)電屏蔽層130可以在陣列的邊緣電連結(jié)至虛設(shè)字線(附圖沒有畫出)，而且可以施加負(fù)偏壓或者接地，借以降低或者排除發(fā)生在相鄰兩位線42間的位線-位線耦合。前述虛設(shè)字線是非主動(dòng)字線，說明了工藝的不均勻性。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，柵極介電層46形成在硅柱體200上，用以絕緣側(cè)壁柵極50。柵極介電層46也同時(shí)絕緣側(cè)壁導(dǎo)體350和埋入式位線42。本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本說明書也可以知道字線溝槽14和主動(dòng)切槽30內(nèi)都可以填入絕緣材料，但是附圖中并沒有畫出。在后續(xù)工藝，可以在各源極摻雜區(qū)44上繼續(xù)形成電容，以完成存儲(chǔ)器陣列。
[0041 ] 圖3是制作圖1、圖2A到圖2B的存儲(chǔ)器陣列的流程圖。參照?qǐng)D3，同時(shí)參照?qǐng)D2A到圖2B，步驟301，先在基材10中形成多個(gè)位線溝槽12，各位線溝槽12包括上部122和增寬的下部124?？梢岳脷庀鄶U(kuò)散方法，經(jīng)由增寬的下部124，在基材10的硅基部分101形成埋入式位線42。接著，步驟302，在各位線溝槽12內(nèi)沉積溝槽填充材料層20，例如是四乙氧基硅烷(TEOS)硅氧層，并且使溝槽填充材料層20在增寬的下部124密封出氣隙126。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，氣隙126的寬度大約是30納米(nm)，高大約50_100nm。
[0042]步驟303，在基材10中蝕刻出字線溝槽14。各字線溝槽14的底部需要比各位線溝槽12的增寬的下部124的頂端或者埋入式位線42要更高。步驟304，在基材10中蝕刻出主動(dòng)切槽30，顯露出氣隙126，同時(shí)分離埋入式位線42。步驟305，在字線溝槽14及主動(dòng)切槽30中被顯露出來的硅基部分101上形成柵極介電層46。步驟306，利用原子層沉積(atomic layer deposit1n, ALD)法,進(jìn)行氮化鈦沉積工藝,在基材10上形成均厚的氮化鈦層(例如大約10-15nm)，同時(shí)在氣隙126內(nèi)形成屏蔽層130。接著，進(jìn)行氮化鈦分離凹入蝕刻工藝，去除部分的氮化鈦層，在字線溝槽14的相對(duì)側(cè)壁上形成側(cè)壁柵極50，并且在主動(dòng)切槽30的側(cè)壁上形成側(cè)壁導(dǎo)體350。步驟307，在字線溝槽14和主動(dòng)切槽30內(nèi)填入溝槽填充材料。
[0043]根據(jù)本發(fā)明其他優(yōu)選實(shí)施例，字線形成步驟，包括柵極介電層和柵極材料的形成、柵極材料的凹入蝕刻和介電層沉積與平坦化，可以在主動(dòng)切槽蝕刻進(jìn)行前完成。如此，介電層形成和用來形成屏蔽層的金屬沉積工藝將與字線形成步驟分開，而可以使得屏蔽材料被沉積的更厚，而且在蝕刻主動(dòng)切槽的屏蔽材料后，會(huì)在主動(dòng)切槽內(nèi)留下更厚的側(cè)壁導(dǎo)體350。
[0044]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 基材； 多個(gè)位線溝槽，設(shè)置在所述基材中，所述多個(gè)位線溝槽沿著第一方向延伸，而且各所述位線溝槽包括上部以及增寬的下部； 埋入式位線，介于所述多個(gè)位線溝槽間； 溝槽填充材料層，位于各所述位線溝槽內(nèi)，所述溝槽填充材料層在所述增寬的下部密封出氣隙； 多個(gè)字線溝槽，沿著第二方向延伸； 主動(dòng)切槽，設(shè)置在所述埋入式位線的端部； 屏蔽層，位于所述氣隙中；和 側(cè)壁導(dǎo)體，設(shè)置在所述主動(dòng)切槽的側(cè)壁。
2.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多個(gè)字線溝槽橫斷槽貫穿所述多個(gè)位線溝槽，分離出多個(gè)硅柱體。
3.如權(quán)利要求2所述的存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，在各所述硅柱體中設(shè)置有垂直通道晶體管。
4.如權(quán)利要求2所述的存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述側(cè)壁導(dǎo)體借由柵極介電層與所述多個(gè)硅柱體電性隔離。
5.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述屏蔽層直接接觸所述側(cè)壁導(dǎo)體。
6.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述屏蔽層包含氮化鈦。
7.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述側(cè)壁導(dǎo)體包含氮化鈦。
8.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述屏蔽層不完全填滿所述氣隙。
9.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述溝槽填充材料層包括四乙氧基硅烷的硅氧層。
10.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包含多個(gè)側(cè)壁柵極，設(shè)置在所述多個(gè)字線溝槽的側(cè)壁上。
【文檔編號(hào)】H01L23/552GK104183599SQ201410206030
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月24日
【發(fā)明者】希亞姆·蘇爾氏, 拉爾斯·黑尼克 申請(qǐng)人:南亞科技股份有限公司