CN1591834A - 部分垂直存储单元的双边角圆化制程 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种部分垂直存储单元的双边角圆化制程，第一次圆化制程是于半导体基底中蚀刻形成隔离区的沟槽后进行，第二次圆化制程是于支持区形成浅沟槽隔离结构后，再次暴露出存储单元数组区的主动区的边角，以对存储单元数组区的主动区的边角进行第二次圆化制程。
Description
技术领域
本发明是有关于一种半导体组件的制造方法，且特别是有关于一种包含沟槽式电容器(deep trench capacitor)和部分垂直晶体管的动态随机存取存储器(dynamic random access memory；DRAM)的制造方法。
背景技术
在集成电路(integrated circuit，IC)芯片上制作高积集度的半导体组件时，必须考虑如何缩小每一个存储单元(memory cell)的大小与电力消耗，以使其操作速度加快。在传统的平面晶体管设计中，为了获得一个最小尺寸的存储单元，必须尽量将晶体管的闸极长度缩短，以减少存储单元的横向面积。但是，这会使闸极无法忍受过大的漏电流而必须相对应地降低位元线的电压，进而使得电容所储存的电荷减少。所以，在缩短闸极的横向长度同时，还要考量如何制作一个具有较大电容量的电容，例如：增加电容的面积、减少电容板之间的有效介质厚度等等。为了解决上述问题，目前高密度存储器(例如：动态随机存取存储器，DRAM)是发展出两种不同的电容器形成技术，一种为堆栈式电容，另一种为深沟槽电容(deep trench capacitor)，其中深沟槽电容的制作是于基底内形成一个深沟槽，并于深沟槽内制作电容储存区，故不会占用存储单元的额外面积。此外，为了使闸极长度维持在一个可得到低漏电流的适当值，还发展出一种垂直晶体管(vertical transistor)结构，是制作于深沟槽电容的上方，不但不会减小位元线电压，也不会增加存储单元的横向面积。
以下配合图1说明传统的深沟槽电容和垂直晶体管的结构。此半导体装置包含一基底10，例如一硅基底，深沟槽18形成于其中，沟槽电容器14设置于深沟槽18的下半部。颈圈氧化层是设置于沟槽电容器14的上半部的侧壁。电容器14的复晶硅上电极板是设置于深沟槽18内。
埋入带(buried strap)12是指位于沟槽式电容器14和垂直晶体管16之间的扩散区，且与上电极板电性接触，用以作为垂直晶体管16的汲极。埋入带12是经由热制程将掺杂介电层(未绘示)中的掺杂离子驱入基底10而形成。
顶端氧化硅层(TTO)24是由为四乙基硅酸盐(TEOS)所形成的氧化物，设置于上电极板上，用以作为沟槽式电容器14和垂直晶体管16之间的电性绝缘。
垂直晶体管16的结构包括源极26、汲极12、闸极氧化层28和包含闸极电极22的闸极20。闸极电极22是位于深沟槽18的上半部，且会部分延伸至硅基底10表面。然而，位于边角30的闸极氧化层28的厚度会因氧化速率的差异，而较深沟槽18垂直侧壁和硅基底10水平表面的厚度薄，使边角30处的闸极氧化层28的绝缘性质变差，如此会影响晶体管16的品质。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以避免边角处的闸极氧化层过薄的方法。
本发明提出一种部分垂直存储单元的双边角圆化制程。首先，提供包括存储单元数组区和支持区的半导体基底，此半导体基底上具有第一罩幕层，第一罩幕层和半导体基底中具有第一沟槽和第二沟槽，第一沟槽为深沟槽，且位于存储单元数组区中，其下半部具有电容器，电容器顶部具有第一绝缘层，第一绝缘层的表面和半导体基底的表面相隔一距离，第二沟槽为浅沟槽，用以定义出存储单元数组区和支持区的主动区。之后，使第一罩幕层的边缘退缩至暴露出半导体基底的边角，并对半导体基底的边角进行第一圆化制程。接着，于第一罩幕层、第一绝缘层和半导体基底表面形成衬绝缘层，并于衬绝缘层上形成绝缘插塞，绝缘插塞与主动区的半导体基底上的衬绝缘层的表面大致共平面。接着，移除存储单元数组区的部分绝缘插塞、部分衬绝缘层和部分第一罩幕层，至暴露出存储单元数组区的半导体基底的边角，再对存储单元数组区的半导体基底的边角进行第二圆化制程。
存储单元数组区的主动区的边角经过两次的圆化制程，因此，边角处的曲率半径较大，利用氧化制程所生成的闸极绝缘层在边角处的厚度，与其它区域大致相同，借此可以提高晶体管的品质。
附图说明
图1是绘示传统的深沟槽电容和垂直晶体管的结构剖面图；
图2A至图2I是为剖面图，其表示本发明一实施例的一种部分垂直存储单元的双边角圆化制程。
符号说明：
基底：10
埋入带(汲极)：12
沟槽电容器：14
垂直晶体管：16
深沟槽：18
闸极：20
闸极电极：22
顶端氧化硅层：24
源极：26
闸极氧化层：28
边角：30
存储单元数组区：I
支援区：II
半导体基底：100
罩幕层：102
沟槽型电容器：104
深沟槽：112
颈圈绝缘层：114
上电极：116
顶端绝缘层：122
罩幕层：124
光阻图案层：126
沟槽：130
牺牲氧化层：132
衬绝缘层：134
绝缘插塞：136
光阻图案层：142
边角：150
闸极绝缘层：152
闸极：154
间隙壁：156
源极/汲极：158
源极：S
汲极：D
具体实施方式
首先请参照图2A，提供一半导体基底100，其材质例如是硅或锗。此半导体基底100可大致分为存储单元数组区I和支持区II。接着在半导体基底100表面形成一罩幕层102，例如是由垫氧化层和垫氮化层的迭层结构所构成，其中垫氧化层例如借由热氧化法成长于半导体基底100表面，之后于垫氧化层上借由化学气相沉积法沉积一层垫氮化硅层。
接着，借由微影蚀刻制程，并配合使用罩幕层102做保护，以于半导体基底100中形成深沟槽112。之后，于深沟槽12中的下半部形成沟槽型电容器104，其包括埋入式下电极(buried plate；BP)、电容介电层和上电极116。其中，埋入式下电极是指位于沟槽112下半部周围的半导体基底100中的掺杂区。电容介电层位于下电极和上电极极116之间，材质例如是氧化硅、或氧化硅-氮化硅-氧化硅(ONO)的迭层结构。上电极116例如由掺杂的多晶硅所构成。
之后，在沟槽112中的电容器104的上半部的侧壁形成颈圈绝缘层114，例如是颈圈氧化层。继续在电容器104的顶部形成顶端绝缘层122，例如是顶端氧化硅层(TTO；trench top oxide)，用以做为电容器的上电极116和其上方将形成的垂直晶体管结构的电性隔离。顶端氧化硅层的形成方法例如是由四乙基硅酸盐(TEOS)所形成的氧化物。
接着请参照图2B，于沟槽112中顶端绝缘层122的上方形成一罩幕层124，用以在后续的蚀刻过程中保护其下方的顶端绝缘层122和电容器104，其材质例如是有机抗反射层，例如氮氧化硅(SiON)。罩幕层124的表面会凹陷于沟槽112中，其形成方法例如是沉积一层填满整个沟槽112的抗反射层，且覆盖整个罩幕层102的表面，接着进行回蚀刻制程，直至暴露出罩幕层102的表面，且使罩幕层124的表面略低于罩幕层102的表面。之后，于罩幕层102和124上形成一光阻图案层126，此光阻图案层126覆盖存储单元数组区I和支持区II的组件主动区。
接着请参照图2C，以此光阻图案层126和罩幕层124为罩幕，进行蚀刻制程，以于半导体基底100中形成做为组件隔离用的沟槽130，借以定义出主动区(AA)。其中沟槽130的底部至少低于顶端绝缘层122的表面。之后，移除光阻图案层126和罩幕层124。
接着进行第一次的圆角化制程，以下将配合图2D做说明。
请参照图2D，将主动区AA的半导体基底100表面的罩幕层102的边缘内缩，以暴露出主动区AA的半导体基底100的边角150。使罩幕层102的边缘内缩的方法可为等向性蚀刻法，例如使用氢氟酸/乙二醇(hydrogen fluoride/ethylene glycol；HF/EG)。
之后，进行同步蒸汽(in-situ steam generation；ISSG)氧化制程，以于暴露出的半导体基底100表面，包括边角150处，形成一层牺牲氧化层132，之后将牺牲氧化层132移除，借以达到将主动区AA的半导体基底100的边角150圆角化的目的。
接着进行支持区II的组件隔离结构的制程，以下将配合图2E做说明。
接着请参照图2E，于整个半导体基底100上形成一层顺应性的衬绝缘层134，其材质例如是氮化硅。之后，于沟槽130中形成绝缘插塞136，其形成方法例如是利用高密度电浆化学气相沉积法(HDP-CVD)沉积一层氧化硅，并利用化学机械研磨法(CMP)磨除多余的氧化硅，至暴露出主动区AA的衬绝缘层134为止。
接着进行存储单元数组区I的第二次圆角化制程，以下将配合图2F至图2H做说明。
接着请参照图2F，于衬绝缘层134和绝缘插塞136表面形成一层光阻图案层142，其暴露出存储单元数组区I。
接着请参照图2G，移除存储单元数组区I的部分衬绝缘层134、罩幕层102和绝缘插塞136，至暴露出主动区AA的半导体基底100的边角150。其方法例如是等向性蚀刻法，例如使用氢氟酸/乙二醇(HF/EG)的湿蚀刻制程。
之后，将暴露出的边角150进行圆化，其圆化方法例如是使用氧化剂，例如过氧化氢溶液(H2O2(aq))或硝酸溶液(HNOx)，以于暴露出的边角150处生成氧化物，再利用氢氟酸溶液(HF(aq))移除生成的氧化物，以达到将边角150圆化的目的。
接着进行后续的晶体管制程。
首先，在光阻图案层142的保护下，移除存储单元数组区I的绝缘插塞136，再将光阻图案层142移除，如图2H所示。之后，移除暴露出的衬绝缘层134和罩幕层102，以暴露出主动区AA的半导体基底100表面。接着，于半导体基底100表面形成闸极绝缘层152，其材质例如是利用氧化制程于硅基底所形成的氧化硅，并于闸极绝缘层152上形成闸极154，并于闸极154两侧形成间隙壁156，以利于支持区II形成具有浅掺杂汲极结构的源极/汲极158，或者，可利于存储单元数组区I形成后续可自动对准源极S的接触窗插塞。图式中存储单元数组区I的汲极D是于先前的制程中即形成，但仅于图2I中标示出，然此非关本发明，在此不多做说明。
综上所述，本发明至少具有下列优点：
1.本发明于完成沟槽式电容器，且于半导体基底中形成隔离区的沟槽后，对主动区的边角进行第一次圆化制程。且于支持区形成浅沟槽隔离结构后，再次对存储单元数组区的主动区的边角进行第二次圆化制程。
2.本发明的存储单元数组区的主动区的边角是历经两次的圆化制程，因此可以得到曲率半径较大的边角，以得到氧化速率与表面处大致相同的闸极绝缘层。
Claims (23)
1.一种部分垂直存储单元的双边角圆化制程，包括：
提供一半导体基底，包括一存储单元数组区和一支持区，该半导体基底上具有一第一罩幕层，该存储单元数组区的该第一罩幕层和该半导体基底中具有一深沟槽，该深沟槽中的下半部具有一电容器，该电容器顶部具有一第一绝缘层，该第一绝缘层的表面和该半导体基底的表面相隔一距离；
于该深沟槽中填入另一罩幕材质，形成一第二罩幕层，该第二罩幕层的表面低于该第一罩幕层的表面；
覆盖一光阻层于主动区的区域，该光阻层对应于一第一部分的该半导体基底，未为该光阻层覆盖之处为一第二部分的该半导体基底；
移除未被该光阻层覆盖的该第一罩幕层、该第二部分的部分该半导体基底，至该第二部分的该半导体基底的表面低于该第一绝缘层的表面；
移除该光阻层和该第二罩幕层；
使该第一罩幕层的边缘退缩至暴露出该第一部分的该半导体基底的边角；
对该第一部分的该半导体基底的边角进行第一圆化制程；
于该第一罩幕层、该第一绝缘层和该半导体基底表面形成一衬绝缘层；
于该衬绝缘层上形成一绝缘插塞，该绝缘插塞与该第一部分的该半导体基底上的该衬绝缘层的表面共平面；
移除该存储单元数组区的部分该绝缘插塞、部分该衬绝缘层和部分该第一罩幕层，至暴露出该第一部分的该半导体基底的边角；以及
对该存储单元数组区的该半导体基底的边角进行第二圆化制程。
2.根据权利要求1所述的部分垂直存储单元的双边角圆化制程，其中该第一罩幕层为垫氧化硅层和垫氮化硅层的迭层结构。
3.根据权利要求1所述的部分垂直存储单元的双边角圆化制程，其中该第二罩幕层的材质为有机抗反射材质。
4.根据权利要求1所述的部分垂直存储单元的双边角圆化制程，其中使该第一罩幕层的边缘退缩至暴露出该第一部分的该半导体基底的边角的方法包括进行等向性蚀刻法。
5.根据权利要求4所述的部分垂直存储单元的双边角圆化制程，其中等向性蚀刻法所使用的蚀刻液为氢氟酸/乙二醇(HF/EG)。
6.根据权利要求1所述的部分垂直存储单元的双边角圆化制程，其中该第一圆化制程包括氧化该第一部分的该半导体基底的边角和侧边，并移除氧化生成的氧化物。
7.根据权利要求6所述的部分垂直存储单元的双边角圆化制程，其中氧化该第一部分的该半导体基底的边角和侧边的方法包括进行同步蒸汽(ISSG)氧化制程。
8.根据权利要求1所述的部分垂直存储单元的双边角圆化制程，其中该衬绝缘层的材质为氮化硅。
9.根据权利要求1所述的部分垂直存储单元的双边角圆化制程，其中该绝缘插塞的材质为利用高密度电浆化学气相沉积法形成的氧化硅。
10.根据权利要求1所述的部分垂直存储单元的双边角圆化制程，其中该第二圆化制程包括依序轮流使用氧化剂和氢氟酸溶液。
11.根据权利要求10所述的部分垂直存储单元的双边角圆化制程，其中该氧化剂包括过氧化氢溶液(H2O2(aq))或硝酸溶液(HNO3(aq))。
12.根据权利要求1所述的部分垂直存储单元的双边角圆化制程，更包括于该存储单元数组区和该支持区的主动区形成晶体管。
13.一种部分垂直存储单元的双边角圆化制程，包括：
提供一半导体基底，包括一存储单元数组区和一支持区，该半导体基底上具有一第一罩幕层，该第一罩幕层和该半导体基底中具有一第一沟槽和一第二沟槽，该第一沟槽为深沟槽，且位于该存储单元数组区中，其下半部具有一电容器，该电容器顶部具有一第一绝缘层，该第一绝缘层的表面和该半导体基底的表面相隔一距离，该第二沟槽为浅沟槽，用以定义出该存储单元数组区和该支持区的主动区；
使该第一罩幕层的边缘退缩至暴露出该半导体基底的边角；
对该半导体基底的边角进行第一圆化制程；
于该第一罩幕层、该第一绝缘层和该半导体基底表面形成一衬绝缘层；
于该衬绝缘层上形成一绝缘插塞，该绝缘插塞与主动区的该半导体基底上的衬绝缘层的表面共平面；
移除该存储单元数组区的部分该绝缘插塞、部分该衬绝缘层和部分该第一罩幕层，至暴露出该存储单元数组区的该半导体基底的边角；以及
对该存储单元数组区的该半导体基底的边角进行第二圆化制程。
14.根据权利要求13所述的部分垂直存储单元的双边角圆化制程，其中该第一罩幕层为垫氧化硅层和垫氮化硅层的迭层结构。
15.根据权利要求13所述的部分垂直存储单元的双边角圆化制程，其中使该第一罩幕层的边缘退缩至暴露出该半导体基底的边角的方法包括进行等向性蚀刻法。
16.根据权利要求15所述的部分垂直存储单元的双边角圆化制程，其中等向性蚀刻法所使用的蚀刻液为氢氟酸/乙二醇(HF/EG)。
17.根据权利要求13所述的部分垂直存储单元的双边角圆化制程，其中该第一圆化制程包括氧化该半导体基底的边角和侧边，以形成一牺牲氧化层，并移除该牺牲氧化层。
18.根据权利要求17所述的部分垂直存储单元的双边角圆化制程，其中氧化该第一部分的该半导体基底的边角和侧边的方法包括进行同步蒸汽(ISSG)氧化制程。
19.根据权利要求13所述的部分垂直存储单元的双边角圆化制程，其中该衬绝缘层的材质为氮化硅。
20.根据权利要求13所述的部分垂直存储单元的双边角圆化制程，其中该绝缘插塞的材质为利用高密度电浆化学气相沉积法形成的氧化硅。
21.根据权利要求13所述的部分垂直存储单元的双边角圆化制程，其中该第二圆化制程包括依序轮流使用氧化剂和氢氟酸溶液。
22.根据权利要求21所述的部分垂直存储单元的双边角圆化制程，其中该氧化剂包括过氧化氢溶液(H2O2(aq))或硝酸溶液(HNO3(aq))。
23.根据权利要求13所述的部分垂直存储单元的双边角圆化制程，更包括于该存储单元数组区和该支持区的主动区形成晶体管。
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2003
- 2003-09-03 CN CN03156537.9A patent/CN1285120C/zh not_active Expired - Lifetime
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