TW294840B - - Google Patents

Description

A7 五、發明説明（u) 發明背景 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 發明領域： 本發明係關於一種半導體記憶胞體及製造半導體記憶 胞體之方法，尤其是指利用一個電容裡面所儲存的電荷， 而把訊息留在它裡面的單電晶體/單電容式DRAM (動態 隨機處觀麵）麟，及這種DRAM舰喃造方法。 相關形式之說明： 隨著大儲存容量DRAM的發展，每一個用來做為—位 兀之儲存單元用的胞體面積’近來已是年年下降。然而^ 要讓電路的操作能達穩定時，則必須要麵其靜電電容能 超過某-個程度的電容量。因此，由許多層的多晶御斤構 成的-個堆疊式電容、或這類的舰，便被用來 胞體電容之用。 這種形式已經在許多的文獻上有公開過了（例如，日 本專利No. 4-274360)。 下文中敘述之本發明，則需要和這—些文獻—起，以 -個整體加_解。本發明已經完整的提出—種製造半^ 體冗憶胞社概念，其能紐每-倾存電喊有—個很 大的表面積’而使儲存電極和胞辭板電_所形成 部分（電諸）之絲量得明加。換句純，就是與: 社所述之記憶碰機之下，社大的增加峨胞體 電谷量’並又提供-種製造這辭導體域胞體之方法。 發明概要 為達到上述的目的，所以本發明提出—種半導體 記憶 f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} _裝 、-° 線 本紙張尺度適财關家標準（CNS〉A4規格（2丨0'^7^~ A7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 五、發明説明（2·; 胞體’其係由個別製做在半導體基底上的儲存電極、製做 在儲存電極上的絕緣層、及分別製做在絕緣層上的胞體平 板電極所構成。其中，每一個儲存電極都有一些在對角方 向上傾斜、而且向上朝向半導體基底主平面方向的平面。 此外’這裡所示之應用也展現本發明的一些變化，用 以達到前面所述之目的。本發明可以透過所附的申請專利 範圍、實施例和所附的圖式加以瞭解。 圖式之簡單說明 僅靠說明’雖然就足以將那些已特別指明的申請專利 範圍推斷出來，及在其申請專利範圍中’分別定義出那些 與本發明有關的主題。但是我們相信，本發明、本發明的 目的和特徵，及所屬的其他目的、特徵、和優點，還是可 以從以下的敘述及相關的附圖中，而進一步的來加以瞭解 。其中： 圖一本發明之半導體記憶胞體的一實施例之剖面圖，其 中’圖一⑻是一個沿著圖二的Α-Α直線取下來的截 面圖’而圖一⑻則是一個沿著圖二的Β-Β直線所取 下來的截面圖； 圖二圖一中半導體記憶胞體之平面視圖； 圖三圖一(a)中半導體記憶胞體之製造步驟；及 圖四圖一 (b)中半導體記憶胞體之製造步驟。 較佳實施例之詳細說明 在下文中’首先將敘述一個半導體記憶胞體之結構， 其係依據本發明所提之較佳實施例製成的。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -6 - ---------裝—----訂h------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Ο Α7

五、發明説明（3.) 2,Λ 經濟部中央標準局員工消費合作社印聚 圖一(a)和一(b)分別都是截面圖，其 半導體記憶胞體的實施例。.表示:個本發明之半= f憶胞體的平面視圖。而更詳細的來說，圖—⑻是—你 者圖二的Α·Α直線取下來的截面圖，而圖-(b)是-個^ 圖二的Β-Β直線所取下來的截面圖。在圖—⑻中的^ ~_Α2 ’ μ®，中的直線咖2，分別是__ 面。 在圖二所示之半導體記憶胞體中，字元線2是製做在 其相對應的作用區1上方。位元線4係分別和作用區！通 電相連’而奴經由位元接點3，_為電晶體其中—側 的擴散層。另-方面’每一個儲_極6也和作用區丄通 電相連的’而它是利用電容接點，以做為一個位在另一侧 的擴散層。此外，儲存電極6是和未圖示、具有一個薄絕 緣層置於其_胞體平板電極，共_成—個電容部分。 根據此實施例所製成的半導體記憶胞體，與習知之半 導體記憶胞體的不同點在於：每一個儲存電極主要部分的 形狀，相應於半導體基底上電容部分，具有與基底主平面 之方向呈斜對角的角度。 場氧化物層42係製做在一個半導體的基底上（例如一 個Ρ型的矽基底）41，做為一個獨立的區域。因此，每一 個記憶胞體與其相鄰的記憶胞體，在電性上均是相隔離的 。字元線44備有一個置於其下方的柵極氧化物層43。擴散 層（例如Ν型的擴散層）47，係置於包括字元線44在内的 電晶體兩侧。位元線50係經由一個穿過内層絕緣層48的開 ---------批衣-------ΪΤ------0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉Α4規格（2丨0X297公| ) A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印繁 五、發明説明（4·) 放位元接點49，而和它所對應的擴散層47通電相連。儲存 電極53, 53a和53b ’則是經由穿過内層絕緣層51，513和511) 的開放電容接點52，而分別和它所對應的單邊擴散層47通 電相連。參考編號45表示内層絕緣層，而參考編號46則是 表示LDD (輕微摻雜的汲極）所使用的侧壁。 如圖一 (b)所示之’在每一條位元線50上的内層絕緣層 51b之形狀，都具有—個與基底主平面之方向呈斜對角的 角度（例如45度）。内層絕緣層51b的形狀，係完全反映 自儲存電極53b的形狀。因此，儲存電極53b的形狀，也同 樣具有一個與基底主平面之方向呈斜對角的角度。 儲存電極53 ’在儲存電極53和每一胞體平板電極55間 ，及其内夾的一層薄絕緣層（例如一層具有41血之厚度的 ShHO間’構成一個電容器。由於一部分的儲存電極，此 時均有一個與基底主平面之方向呈斜對角的角度，所以每 一個儲存電極的表面積，也因此而相對的增加。而在儲存 電極53和胞體平板電極55間所構成的電容之電容量也將會 隨著這些增加的量而增加。 茲敘述圖一 (a)和一 (b)所示之半導體記憶胞體之運作方 式。 當利用一個加在字元線44上的電壓選擇記憶胞體，以 驅動或啟動字元線44時，記憶胞體就可從這裡讀取訊息， 也可以把訊息窝到裡面去。這項訊息係由記憶胞體的外面 ，利用位元線50轉移到一個相對應的記憶胞體裡去。相反 的’這項訊息也可以被傳送到外面。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝_ 訂 線 本紙張尺度通用宁國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 2 if公餐 A7 A7

五、發明説明（5. 4 ♦，貞U愤存方式和儲存在儲存電極53及胞體平 板=極55，戶斤形成的電容部分之電荷的保存方式是相同的 因此電容越大，記憶胞體的效能就會越好。 如上所述’本發明的半導體記憶胞體之結構具有一個 =即所域的電容部分，因為每—個儲存電極都設成 ，、基展主平面方向呈斜㈣的角度，錢得儲存電極53及 胞體平板電極55之電容得以增加。 根據本發_ —種實施例’描述半導體記憶胞體之製 造方法如下。 、，圖一 (h)至二(n)分別是圖一 (a)所示之半導體記憶胞體 ^製造方法的步驟圖。同樣的，圖四由)至四(n)，則分別 是圖-(b)所示之半導體記憶胞體之製造方法的步驟圖。 錄閱圖式’說侧-⑻和―⑼所示之半導體記憶胞 體之製造步驟（1)至（7 )。 (1 )圖三(h)和四⑻所示之步驟： 一層場氧化物層（例如Si〇2 ) 42，係利用選擇性氧化 製私，製造在一個P型的矽基底41上。例如，場氧化層42 可以在潮濕環境下，以lOOOt加熱氧化而成。因此，場氧 化層42的厚度在丨00到800nm的範圍内。 (2 )圖三(i)和四⑴所示之步驟：： 具有厚度為5到20nm的栅極氧化物層43，係以熱氧化 製私製成。然後’將厚度為100至3〇〇mn的多晶珍，以— 種LPCVD (低壓化學氣相沈積法）程序沈積上去。接著再 以熱擴散的方法，在濃度範圍為1到6E20cm_3的狀態下 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X297公釐） • 9 - I n 裝—— 訂 I 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7_ 五、發明説明（6·) ’掺入如鱗（p) —類的雜質，如此一來，多晶碎便變成 導體了。 再者，氧化物層係利用一種CVD的製程，以100至 300nm的厚度長在多晶矽之上。氧化物層和多晶矽係以光 版蚀刻法製做圖形，以構成個別的字元線44。然後，合成 產品再利用離子植入法，在能量範圍為5到30KeV，及濃 度範圍約為1到5E13cm·2的狀態下，摻入磷（P)或坤（ As) 〇 然後，氧化物層以LPCVD的製程，長到50至300nm的 厚度’並再以RIE法（反應式離子蝕刻法）加以蝕刻，以 構成各個侧壁46。然後，合成產品再利用離子植入法，在 能量範圍為10到l〇〇KeV，及濃度範圍約為lEM-Mcm-2的 狀態下’摻入嶙（P)或神（As)，這樣便構成擴散層47 〇 (3)圖三①和四①所示之步驟： 含有磷（P)和硼（B)的氧化物層48係利用APCVD (常壓化學氣相沈積法）的製程，長到300至800nm的厚 度，以做為第一内層絕緣層。此外，氧化物層48也可以在 溫度為800至l〇〇〇°C之下，通過一個充滿氮氣的環境。然 後’利用光版蝕刻法定出鑽孔孔徑在0.3至〇.4μιη範圍内的 位元接點49。 (4 )圖三(k)和四(k)所示之步驟： 厚度約為50至300nm的多晶矽薄膜，係以CVD的製程 沈積上去，並在濃度範圍為1至6E20cm_3的狀態下，摻 本紙張尺度適用中國國家標準（〇阳>八4規格（210乂297公楚.） ---------装-------订-------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本買) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 --------B7 _ 五7·) ^- 入如磷（p) 一類的雜質，如此一來，多晶矽便變成導體 了。這道製程也可利用離子植入法或熱氧化法進行。然後 ，多晶矽再以光版蝕刻法製做圖形，以形成個別的位元線 50 ° (5 )圖三(k)和四(k)所示之步驟： 每一層氧化物層5〗，51a和Mb，係以相當於電漿CVD 製程的偏壓ECR (電子迴旋共振）CVD製程，長到300至 lOOOnm的厚度’以做為第二内層絕緣層。 這種偏壓的ECR CVD製程，是在沈積覆層，及利用離 子濺射沈積的氧化物層，以製造覆層時，在基底那一侧加 一個偏壓。偏壓ECRCVD製程的一個特徵，可以被比擬成 一個下水道，以使被賤射過的氧化物層能夠被聚集在渠道 中一個比較低的位置，而得到一個平坦的表面。由於上半 部的紋路是由它的兩邊來加以濺射的，所以氧化物層會沈 積成一個三角形的形狀。矽烷（SiH4)、氧氣（〇2)、氬 氣（Ar) —類的氣體，則是拿來當做所使用的氣體。 然後’已沈積的氧化物層又再被濺射到呈階梯或階級 狀的位元線50上，而且以一個將其凹處（在相鄰的位元線 50間）填滿的方式生長出來。因此，沈積在氧化物層48上 每一條位元線5〇上的氧化物層，如圖四(k)所示，是以一個 大約為45度的角，與基底主平面之方向呈斜對角。此外， 氧化物層要長得很厚，以使氧化物層51b都能夠形成三角 形。 然後’鑽孔孔徑在0.3至〇.4μιη範圍内的電容接點52， ---------^-------訂一------.^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公楚) — 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（8.) 係利用光版蝕刻法製出，以穿透其相對應的氧化物層。 (6 )圖三(1)和四(1)所示之步驟： 多晶矽係以LPCVD的製程，長到50至3〇〇nm的厚度。 然後’將多晶矽在濃度範圍為1至6 E2〇cm·3的狀態下，利 用離子植入法或熱擴散法摻入磷（P)，以使多晶矽變成 可導電。然後，將多晶矽再利用光版蝕刻法刻畫出儲存電 極53, 53a和53b的圖案。 此時，如圖四①所示，氧化物層51b的形狀，完全是 反映自每一條位元線5〇上方之儲存電極53b的形狀。因此 ，儲存電極53b具有一個與基底主平面之方向呈斜對角的 角度（大約是45度）。 (7 )圖三(m)和四(m)所示之步驟： 具有5nm之覆厚度的siN，係利用LPCVD的製程生長 出來，以形成電容器的絕緣層54。此外，多晶矽係利用 CVD製程製成’並在濃度細為丨处E：2()em.3的狀態下接 入雜質，而成為一個胞體平板電極55。 如上文中所詳述的，這實施例的好處是，在與一般的 結構相較之下，由儲存電極和胞體平板電極所構成的電容 器之絕緣層表面積會比較大，因為每一個儲存電極53的形 狀，都做成具有對角傾斜的結構。因此，得以使記憶胞體 的電容量大量增加。 本發明有_效果’將根據實驗數據，依序的加以說 明。此數據是本發明的實施例被應用的情 先以及本發明的實施例未被應用在16Mb DRAM的情形 n 製 n 訂 I I線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

公· A7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 ^___B7 _ 五、發明說明（9.) 兩者間的比較結果。 由於在此實驗中，16Mb DRAM的每一個胞體大小在 此時是1.4Χ2.8μιη2，所以儲存電極的大小就變成！ X 2·4μηι2。如果絕緣層電容的有效覆層厚度（此時變成氧化 砂層）為4nm的話’則以C1標示的記憶胞體電容，有如下 列的公式，其中’此實施例未被應用在^]^DRAM : C1 = (3.9X8.85XE-14/40E-8) X 2.4E-8 =2.07E-14[F] =20.7 [fF] 其中，3_9係指氧化物層的介電常數，8.85XE-14係指 真空下的介電常數，40E-8係指覆層的厚度[cm]，而2.4E-8則是指每一個儲存電極的表面積[cm2]。 而從另一方面來看，假設構成儲存電極之傾斜部分的 三角形底邊長是0·3[μηι]，以及假設三角形的斜對邊（以下 簡稱為斜邊）和它的底所形成的角是45度，而且本實施例 是應用在一個16Mb DRAM上時，則斜邊長將變成〇 3 X 21/2[μιη] ’而每一個儲存電極的有效表面積，則變成（ 0.4+2 X 0·3 X 21/2 ) Χ2·4[μιη2]。 以C2標示的記憶胞體電容，有如下列的公式： C2 = ( 3.9X 8.85 ΧΕ-14/40Ε-8) X 2.976Ε-8 = 2.57E-14[F] =25.7 [fF] 因此’若與本實施例未應用到16Mb DRAM的狀況相 比，其記憶胞體可以增加大約25%的電容量。 ---------t.------IT—------Φ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐_) ~ ~ - A7 B7 五、發明説明（10.) 上述之實施例係以p型矽基底做為半導體基底的情形 為例。然而’即使所使用的矽基底是N型的，此實施例仍 然可以具有上述之優點。半導體基底並不一定非得限定為 石夕基底不可，其他型態的基底也可以充分的應用，以替代 矽基底。 由於每一個儲存電極的製做，是要使其具有在對角方 向上傾斜、而且是向上地朝向半導體基底主平面方向的平 面’所以依據本發明，記憶胞體的電容量得以大量增加。 本發明係參考圖式之實施例加以說明，但是這些說明 並非只是侷限在所述之格局中。所示實施例中所做的一些 修改，以及出自於本發明的其他實施例，都視為是參考自 本說明的一些技巧。因此，其主旨即為，所附的申請專利 範圍將涵蓋所有屬於本發明之真實意旨的修改或實施例。 I 裝 訂 線 (請先閱讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用宁國國冬榡準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -14-

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 申請專利範圍 1. 一種半導體記憶胞體，其具有： —個製做在半導體基底上的儲存電極； —個製做在上述儲存電極上的絕緣層；及 一個製做在上述絕緣層上的胞體平板電極； 上述儲存電極具有一個與半導體基底之主平面的指向呈 三維關係的形狀。 2. —種半導體記憶胞體，其具有： 一個製做在半導體基底上的儲存電極； 一個製做在上述儲存電極上的絕緣層；及 一個製做在上述絕緣層上的胞體平板電極； 上述儲存電極具有在對角方向上傾斜、而且是向上地朝 向半導體基底主平面方向的平面。 3. 根據申請專利範圍第述之半導體記憶胞體， 其中，上麟存雜之形'接位在上魏存電極 下方的内層絕緣層之形狀決定。 4. 根據申請專利範圍第2項所述之半導體記憶胞體，其中 ，上述儲存電極具有一個範圍在〇。至9〇。内、在對角方 向上傾斜、而且向上地朝向半導體基底主平面方向的平 面。 5·根據申請專利範圍第2項所述之半導體記憶胞體，其中 ’上述儲存電極具有一個大約呈45。之對角傾斜、而且 向上地朝向半導體基底主平面方向的平面。 6.—種半導體記憶胞體，其具有： 一個製做在半導體基底上的儲存電極； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -15- ---------^------1T—-----0 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 AB88 C8 --------- . __ D8 六、申請專利範圍 '~ --- -個製做在上述儲存電極上的絕緣層； -個製做在上述絕緣薄層上的胞體平板電極； -條用來選擇上述儲存電極的字元線；及 -條可以自上述儲存電極中，用來窝人及讀出訊息的位 元線； 製做在上述位元線上的儲存電極具有一個與半導體基底 之主平面的方向呈三維關係的形狀。 7.—種半導體記憶胞體，其具有： 一個製做在半導體基底上的儲存電極； 一個製做在上述儲存電極上的絕緣層； 多數個製做在上述絕緣薄層上的胞體平板電極； 一條分別用來選擇上述儲存電極的字元線；及 一條可以自上述儲存電極中，分別用來窝入及讀出訊息 的位元線； 分別製做在上述各個相對應位元線上的每一個儲存電極 ，具有在對角方向上傾斜、而且是向上地朝向半導體基 底主平面方向的平面。 8 ·根據申請專利範圍第6所述之半導體記憶胞體， 其中’上述每一個儲存電極的形狀，係由一個直接位於 上述儲存電極下方的内層絕緣層之形狀決定。 9.根據申請專利範圍第7項所述之半導體記憶胞體，其中 ’上述儲存電極具有一個範圍在〇。至9〇。内、在對角方 向上傾斜、而且向上地朝向半導體基底主平面方向的平 面。 本^張尺度適用中國giU率（CNS ) M規格（21〇χ297公釐 1 -16- ---------^------.T------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局貝工消費合作社印繁 六、申請專利範圍 10. 根據申請專利範園第7項所述之半導體記憶胞體，其中 ’上述儲存電極具有一個大約呈45。之對角傾斜、而且 向上地朝向半導體基底主平面方向的平面。 11. 一種半導體記憶胞體之製造方法，其包括下列步驟： 一個為半導體基底上互相獨立的元件，製做隔離區的步 驟； 一個製做柵極氧化物層的步驟； 一個分別在上述多個栅極氧化物層上，製做字元線的步 驟； 一個在上述的字元線上，製做第一内層絕緣層的步驟； 一個在上述第一内層絕緣層上，規劃出位元接點的步驟 f 一個製做位元線的步驟； 一個利用CVD製程’在上述的位元線上，製做第二内層 絕緣層的步驟’而第二層内層絕緣層的外形是厚而又傾 斜的；及 一個在上述第二内層絕緣層上製做儲存電極的步驟。 12. 根據申請專利範圍第U項所述之方法，其中，上述的 CVD製程是一個偏壓的ECR-CVD製程。 $紙張尺度逋用中國國i標率（CNS)八4胁（21GX297公釐） -17 - ---------^-----i.^------il (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)