TW301055B - Fabrication method of dynamic random access memory with vertical channel and structure thereof - Google Patents

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Description

經濟部中央楳率局員工消费合作社印裝 3 ί?1 (Jii5wF.DOC /002 A7 ____—_Β7_ 五、發明説明(丨) 本發明是有關於一種動態隨機存取記憶體之製造方法 與結構’且特別是有關於一種具備直立式通道之動態隨機 存取記憶體的製造方法與結構。 動態隨機存取記憶體已是廣泛使用的積體電路(ic)。一 般大記憶容量動態隨機存取記憶體之記憶單元(Memory Cell)如第1圖所示’第1圖是動態隨機存取記憶體之記憶 單元的電路圖,其包括一 MOSFET 100(金氧半場效電晶 體),其閘極連接到字元線WL(Word Line),源/汲極區 (Source/Drain)的一端連接到位元線BL(BitLine),另一端則 經由一用來儲存數據(Data)的電容102接地 早期的一種傳統動態隨機存取記憶體具積集度 (Integration)較小的缺點。以下特舉一習知之動態隨機存取 記憶體爲例,並配合圖示解釋其部份製程如下: 第2圖是一種傳統動態隨機存取記憶體的剖面示意 圖,槪述如下:首先,在一矽基底200上形成場區氧化層 201、閘極氧化層202、第一複晶矽層203、閘極氧化層邊 牆204(SpaCers)、以及在閘極氧化層202兩側下方之矽基底 200中植入源極區205和汲極區206,源極區205和汲極區 206之間即形成一水平式通道207。接著,形成氧化矽層 208,並在汲極區206上,蝕刻出接觸窗(Contact),接著在 接觸窗上形成第二複晶矽層209。接下來,在第二複晶矽 層209露出的表面上,形成一介電質層210,介電質層例如 可爲NO (Nitride/Oxide ;氮化砂/二氧化砂)或ΟΝΟ (Oxide/Nitride/Oxide ;二氧化砂/氮化砂/二氧化砂)結構。 接著,再形成第三複晶矽層211,便完成電容結構。 3 本紙張尺度適用中國國家橾準(CNS > A4規格(210X297公釐] ~ II —— I I I 裝 I I I I —訂...I I I __ —線 * (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 0526TWF.DOC/002
五、發明説明(> 隨著時代的記髓的密度要求更高,對於動態隨 機存取記憶體,其增加密度最經濟有效的方法,乃是縮小 每-s己憶胞的尺寸。由於傳統動態隨機存取記憶體之通道 結構均爲水平式,因此縮小記憶胞尺寸的方式通常係設法 縮短通道,麵,麵道 _ (Shcm Channei Effect) 就愈嚴重’使得閘極失去對金氧半場效電晶體進行開關控 制之作用。 、、因此,本發明的主要目的,就是在提供一種具備直立式 通道之動態隨機存取記憶體的製造方法與結構,使得此種 依照本發明一較佳實施例製造的動態隨機存取記憶體能有 較大之積集度,且不會因此產生短通道效應。 依照本發明的〜目的提出一種直立式通道之動態隨機 存取記憶體的製造方法,包括下列步驟: 提供一砂基底’並且該矽基底表面形成有一源極區; 於該源極區上方形成一磊晶矽層,並在該磊晶矽層表 面界定出主動區; 層表面之主動區外的區域形成具有鳥嘴結 構之場氧化層; 以該場氧化層爲罩幕,在該磊晶矽層中形成一井,該 井的底部與該源極區的上表面連接; 形成一槽溝’至少穿透該井,而與該源極區相接; 形成一第一絕緣層於該槽溝內壁,且形成一閘極以大 致塡滿該槽溝; 在該晶晶砂層中形成一汲極區,該汲極區位在該閘極 的一側邊與遠離該側邊的該場氧化層之鳥嘴邊緣間; 4 ---------^------、訂------^ _· (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裝 本紙張尺度逋用中國國家橾準(CNS > A4規格(2丨〇><297公釐)
約1055 0526TWF.DOC/002 五、發明説明(> ) 形成一第二絕緣層; 定義該第二絕緣層於該汲極區上方形成一接觸窗;以 及 於該接觸窗上方形成一儲存電容器。 依照本發明的另一目的提出一種直立式通道之動態隨 機存取記憶體的結構,包括: 一砂基底; 一源極區,該源極區位於該矽基底表面; 一井,該井位於該源極區表面; 一汲極區,該汲極區位於該井表面位在該閘極的一側 邊與遠離該側邊的該場氧化層之鳥嘴邊緣間; 一槽溝,該槽溝至少穿透該井,而與該源極區相接; 一第一絕緣層,該第一絕緣層位於該槽溝內壁; 一閘極,該閘極大致塡滿該槽溝; 一第二絕緣層; 一接觸窗,該接觸窗位於該汲極區上方的該第二絕緣 層中;以及 一儲存電容器,該儲存電容器位於該接觸窗上方。 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯 易懂,下文特舉一較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細 說明如下= 圖式之簡單說明: 第1圖是一種動態隨機存取記憶體之記憶單元的電路 圖。 第2圖是一種傳統動態隨機存取記憶體的剖面示意 5 本紙張尺度適用中國國家橾準(CNS〉A4規格(210X297公釐) 裝 訂 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 -...... 卞 -...... 卞 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 0526TWF.DOC/002 ^ B7 五、發明説明(4) 圖。 第3a〜3g圖是繪示本發明之一較佳實施例,一種直立式 通道之動態隨機存取記憶體的製造流程剖面示意圖。 實施例 請參照第3a〜3g圖,其繪示依照本發明一較佳實施例的 一種直立式通道之動態隨機存取記憶體製造流程剖面示意 圖。 首先,請參照第3a圖,在一 P型矽基底300中’利用 離子植入法植入N型離子,例如以約50〜lOOkev的能量’ 植入約1E15-1E16 atoms/cm2的砷,形成一 N型摻雜區302。 接著,在N型摻雜區302上方,形成一厚度約2μηι且摻雜 有Ν型離子之磊晶矽層304。磊晶矽層304的形成方法例 如是在約50T〇rr之壓力與約950 °C之溫度環境下,以 SiH2Cl2、HdDHCl爲反應氣體來沈積磊晶矽層304。 然後,請*參照第3b圖,界定出主動區,並在非主動區 形成具有鳥嘴結構的場氧化層306。之後以場氧化層306 爲罩幕,對磊晶矽層304進行離子植入,例如以約 100〜200kev的能量,植入約1E13〜lE14atoms/cm2的硼,以 形成P井308。P井308會延伸至場氧化層306的鳥嘴下 方,且其底部與N型摻雜區302之上表面連接。 然後,請參照第3c圖,利用傳統的光罩製版與蝕刻技 術,沿著場氧化層306的鳥嘴邊緣,往下形成一槽溝310 (Trench),槽溝310至少穿過P井308與N型摻雜區302 相接。接著於槽溝310與磊晶矽層304表面,形成一閘極氧 化層312。再來,沈積一第一複晶矽層314,而後回蝕刻(Etch 6 本紙張尺度適用中國國家橾準(CNS ) A4規格(210X297公釐) I n 訂 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 〇010555( ,6TWF.D〇C/0〇2 A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 五、發明説明(i ) Back)第一複晶砂層314與關極氧化層312。結果如圖所示’ 閘極氧化層312只形成在槽溝310的內壁,而第一複晶砂層 314則大致塡滿槽溝310的空間。爲了提高第一複晶砂層314 的導電性,可將例如紳離子植入其中。 然後請參照第3d圖,利用傳統的光罩製版技術,在槽 溝310的邊緣至場氧化層306的鳥嘴邊緣間之?井308中’ 以N型離子進行離子植入製程,形成一^^型摻雜區316。 例如是以約50〜lOOkev的植入能量與1E15-1E16的植入劑 量,將砷離子植入而形成N型摻雜區316。至此完成一具 備直立式通道的金氧半元件,此金氧半元件包括一源極區 302、一汲極區316、與一閘極314。 接著,請參照第圖’利用化學氣相沈積法形成一氧 化矽層318,並利用光罩上光阻’在汲極區316上方形成一 接觸窗320。 接著,請參照第3f圖,先於接觸窗320上方,形成一 厚度約3000〜5000A的第二複晶矽層32〗,再利用傳統的光 罩製版與蝕刻技術,定義第二複晶矽層321,形成儲存電 容器之儲存電極(Storage Electrode)。之後於第二複晶矽 層321裸露的表面,形成一介電層322,其例如可爲二氧化 矽層'矽氮化物層的NO (矽氮化物/二氧化矽)結構、ΟΝΟ (二氧化矽/矽氮化物/二氧化矽)結構、或任何類似者。然 後,在介電層322的表面上,形成由第三複晶矽層製成的 相對電極(Opposed Electrode)324。相對電極的製程可由下 列步驟達成:以CVD法沈積一第三複晶矽層324,其厚度 例如約爲1000-2000A;再利用例如含磷摻雜源(p〇ci3)摻雜 7 (諳先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) i 、τ Γ 本紙張尺度逋用中國國家橾车(CNS ) A4規格(2丨0X297公釐) 0526TWF.DOC/002 A7 B7 五、發明説明(6 ) 雜質,以提高其導電性;最後以傳統光罩製版和蝕刻技術 定義第三複晶矽層324,於預定之區域形成-接觸窗325, 完成動態隨機存取記憶體各記憶單元的儲存電容器。 接著,請參照第3g圖,進行平坦化製程 (Planarization),先利用化學氣相沈積法,沈積一平坦化 絕緣層326,其例如爲硼磷矽玻璃層(BPSG)。再利用熱 流法在約850-950 °C的高溫下,將平坦化絕緣層326平坦 之。然後,利用光罩上光阻,依序蝕刻平坦化絕緣層326、 第三複晶矽層324、氧化矽層318、場氧化層306與磊晶矽 層304,直到源極區302上表面,形成一位元線接觸窗328。 之後於接觸窗328中形成一鎢插塞(Tungsten Plug)330,並 且,鎢插塞330與第三複晶矽層324係分離並無直接接觸。 接著陸續完成習知的其他後續製程,以完成一具備直立式 通道之動態隨機存取記憶體積體電路。 另外,熟悉本技藝者應瞭解’雖然本實施例以N型金 氧半場效電晶體爲例做說明,然本發明之應用顯然不限於 此,例如P型金氧半場效電晶體亦可依照本發明之精神實 施之。 熟悉本技藝者可瞭解,應用本發明具有如下之特點: 1. 形成之通道係爲直立式。 2. 應用本發明之記憶胞大小即爲儲存電容器的大小’故 記憶胞的平面尺寸較以習知作法形成者小’可提高晶片的 積集度。 3. 應用本發明形成之動態隨機存取記憶體具有埋入式 位元線。 8 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4現格(210X297公羡) ----------^------、訂------0 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央樣準局員工消费合作社印製 05 26TWF.DOC/002 A7 B7 五、發明説明(1 ) 4.應用本發明形成之動態隨機存取記憶體的埋入式位 元線接觸窗係形成在場氧化層上。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上,然其並非用以 限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神 和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 I I裝— 訂 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央橾準局員工消费合作社印裝 本紙張尺度適用中國國家橾準(CNS ) A4規格(210X297公釐)

Claims (1)

  1. °526TWF. D〇Cy〇 02 申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 卡、胃:_11:;5:式通道之動態隨機存取記憶體的製造 万法,包括下列步驟·· a.提;伴:—·砂甚1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) =、/¾底’並且該矽基底表面形成有一源極區; 寿面苗2該源極1£上方形成一磊晶矽層,並在該磊晶矽層 表面界定出主動區; 拉捃該嘉晶物表面之主動區外的區·成具有鳥嘴 結構之場氧化層; ,廿=該場讀®爲罩幕,在_晶而中形成一井, 該井的底部與該_軸上表面連接; e·形成一槽溝,^ , 至少穿透該井,而與該源極區相接; Γ ΤΓ^ Rr^_. > ^ 〜絕緣層於該槽溝內壁’且形成一閘極以大 效塡滿該槽溝; g·在該磊晶砂隐+ y層中形成一汲極區’該汲極區位在該鬧 、與逐離該側邊的該場氧化層之鳥嘴邊緣間; _成:第二絕緣層; 1 aF* • ~$〜絕緣層於該汲極區上方形成一接觸窗; 以及 接觸窗上方形成-儲存電容器。 經濟部中央樣窣局員工消費合作社印製 °請專利範圍第1項所述之方法,其中該砂基底以 及該井"(罕Ρ开(J ^ π/' & ’迎且該源極區、該汲極區以及該磊晶矽層 係Ν型。 3.如申請裒勤丨^ + e R刊%圍第丨項所述之方法,其中步驟b中之 該磊晶矽層之厚 心浮度約2 並且是在約5〇T〇rr之壓力 '約 950 C之溫度環谙γ _ X &境下,以SlH C1 出和HC1爲反應氣體來 10 本紙张尺度適用中關參標準(CNS ) A4%#· ( 210X297公釐) A8 B8 C8 D8 0526TWF.DOC/002 六、Ψ請專利範圍 沈積而成。 4. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中步驟j中之 該儲存電容器包括: 一至少在該第一接觸窗上方之第二複晶矽層,以作爲 該儲存電容器之儲存電極; 一形成在該第二複晶矽層表面之介電靥;以及 一形成在至少該介電層表面之第三複晶砂層,以作爲 該儲存電容器之相對電極。 5. 如申請專利範圍第4項所述之方法,其中該第二複晶 矽層之厚度約3000〜5000A。 6_如申請專利範圍第4項所述之方法,其中該介電層係 二氧化矽/氮化矽/二氧化矽層。 7. 如申請專利範圍第4項所述之方法,其中該第三複晶 矽層之厚度約1000〜2000A,並且摻雜有含憐慘雜源。 8. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中在步驟j之 前更包括 利用化學氣相沈積法,沈積一硼磷矽Ϊ皮璃層;以及 利用熱流法在約950〜850 °C的溫度下,將該硼磷矽玻 璃層平坦化。 9·如申請專利範圍第2項所述之方法,其中步驟&中之 該源極區,係利用離子植入法,以約50〜i〇〇kev的能量植 入約1E15〜1E16 atoms/cm2的砷來形成。 10_如申請專利範圍第2項所述之方法,其中步驟d中 之該井係利用離子植入法,以約100〜200kev的能量植入約 1E13〜1E14 atoms/cm2的硼來形成一 P井。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4规格(210X297公釐) II II I 裝 — — I I 訂— — I I 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標率局員工消费合作社印装 A8 0526TWF.DOC/002 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 ---------^— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 11. 如申請專利範圍第2項所述之方法,其中步驟g中 之該汲極區係利用離子植入法,以約50〜lOOkev的能量植 入約1E15〜1E16 atoms/cm2的砷來形成。 12. —種直立式通道之動態隨機存取記憶體的結構,包 括: 一矽基底; 一源極區,該源極區位於該矽基底表面; 一井,該井位於該源極區表面; 一汲極區,該汲極區位於該井表面位在該閘極的一側 邊與遠離該側邊的該場氧化層之鳥嘴邊緣間; 一槽溝,該槽溝至少穿透該井,而與該源極區相接; 一第一絕緣層,該第一絕緣層位於該槽溝內壁; 一閘極,該閘極大致塡滿該槽溝; 一第二絕緣層; 一接觸窗,該接觸窗位於該汲極區上方的該第二絕緣 層中;以及 -錄- 一儲存電容器,該儲存電容器位於該接觸窗上方。 經濟部中央梯準局貝工消费合作社印裝 13. 如申請專利範圍第12項所述之結構’其中該矽基底 以及該井係P型,並且該源極區、該汲極區以及該磊晶矽 層係N型。 14. 如申請專利範圍第13項所述之結構’該井係在一 N 型之磊晶矽層中形成,並且該磊晶矽層之厚度約。 15. 如申請專利範圍第13項所述之結構’其中該儲存電 容器包括: 一至少在該接觸窗上方之第二複晶矽層’以作爲該儲 本紙張尺度適用中國國家揉準(CNS ) A4规格(210X297公釐) 0526TWF.DOC/002 ^01055 g88 六、申請專利範圍 存電容器之儲存電極; 一形成在該第二複晶矽層表面之介電層;以及 一形成在至少該介電層表面之第三複晶矽層’以作爲 該儲存電容器之相對電極。 16. 如申請專利範圍第15項所述之結構,其中該第二複 晶矽層之厚度約3000〜5000A。 17. 如申請專利範圍第15項所述之結構,其中該介電層 係二氧化砂/氮化砂/二氧化砂層。 18. 如申請專利範圍第15項所述之結構,其中該第三複 晶矽層之厚度約1000〜2000A,並且摻雜有含磷摻雜源。 I I I I I I 裝 訂 絲 (請先閱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聚 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)
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