TW303515B - Memory integrated circuit and methods for manufacturing the same - Google Patents

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SCC515 A7 B7 五、發明说明（） 發明货景 <發明領域> (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明是關於到存儲積體電路和其製造方法，具體而 言*是有關於一種可縮小結構面積而且能降低能源消耗的 存儲積體電路。 <先前技術說明> 近年來，資訊設備例如電腦的快速分佈，造成半導體 記憶元件的需求馆加。特別是對於訊號傳送，半導體記憶 元件可高速操作而且擁有大的儲存容量，因此有很大的箱 求。而這需求是在技術發展下改善積體電路的密度、反應 度、可信度下建立的。 在半導體元件中，動態随機存取記憶體廣被熟知，因 為它可以随時存取所儲存的記憶資訊。一涸DRAM通常由一 個當成儲存區域的記憶綑胞陣列部份，和管理外部訊號進 出的週邊電路部份所構成。 這個記憶綑胞陣列部份包含一個由電晶體*和一個電 容器所組成的記憶綑胞和一個可傳遞電容器中電子訊號的 位元線。 經濟部中央標準局負工消費合作社印裝 週邊電路部份包含一個VCC電源供應部份和一個行解 碼器。 對於寫入一個傳統的DRAM，有下列安排。當指定一個 記憶綑胞，需要週邊電路部份的一個行解碼器或相似的東 西。然後訊號電荷經由位元線傅送到指訂的記憶細胞。經 由位元線所傳送的訊號，傳送電容器的儲存節點，靠著事 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS )八4规格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 先指定電荷到閘極，訊號傅送到儲存節點是儲存在電容器 中。在謓出的過程中，靠著事先指定電應到阐極*把訊號 電荷傳送到位元線，傳送到位元線的訊號m荷最後經由行 解碼器讀出。 最近，在半専體元件中，為了增加位元線的容置，把 半導艘元件中各部份的面積縮小是必要的。減少半導體元 件中各部份的面積所形成的半導體元件組態，對於提供有 效的接觸是非常有效果的。 第1圖是根據第一種傳統方法，有關接觸結構的半導 體元件的第一個具體實例的平面圖。第2圖是取第1圖的 E - E ·切線的截面圖。和第1圖所示的一樣，字元線2距 在半導體基體（未顯示出來）用列的形式，以預定的距離 形成，位元線8是由位元線2形成的。 參考第2圖*形成半導體元件的傳統方法將在Μ下敘 述。第一，在半導體基體100上把預先決定的部分氧化， 形成氣化層1在半導體基體100上，沒有被形成氧化層1的 部分，形成工作區200，然後，閘氧化層10Α，通常用一種 熱氧化技術在全部的半導體基體100的全部表面上形成， 蓋在半導體基體100上的露出部份。然後，複矽晶曆均句 的在最後的半導體結構的表面上均句沉源在半體體基體100 上形成的複砂晶層，經過規剿触刻，在閘氧化層10Α形成 字元線2。因此，通常用化學氣相層積法（CVD)和蝕刻， 在最後結構的全部表面上形成氧化靥，用離子触刻反應技 術（RIE)形成10B空間，因此最後氧化曆10A和10B空間形成 -4 - 本紙柒尺度速用中國國家標準（〇阳）八4規/格（210><297公釐） ---------{裝------訂------{一 (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费合作社印製 A7 __B7_ 五、發明説明（） 字元ip 2的兩面，兩面和起來才叫做字元線2。 為了形成電晶體上自動對準（self-aligned)的源極區 3和汲極區4，字線2用來當成一個光罩，而且擴散一些撥 雜如碟進入半導體基體100，在這一個步驟，如圖所示， 一個雜質區位在字線2中*被用來當成汲極區4，並且兩 個電晶艘共用這個汲極區4)。然後*第一個隔離層5以 一個預定的厚度，沉積在有電晶艘形成的半導體基體100 上，為了暴露出源極區3，這第一個隔離曆5會被触刻， 然後在半導賵記憶元件中儲存資訊電荷的電容7就被形成 了，同時，源極區3和電容7 (之間的接觸區就叫做一個 儲存節點一接觸區3A，然後，第二個隔離廇6，在有電容7 形成的半導體基體100上，K一個預定的厚度在全部表面 上沉積，為了露出汲極區4，第二個隔離層6的部分就要被 蝕刻位元線）形成，因此和露出來的汲極區5相接觸，結 果形成位元線接觸區4A。 第3圖是第2圖經Π - ΠΙ ·切線的截面画，並且顯示存 儲積體電路的工作區的型式。 就像第3圖所顯示的一櫬，一個工作區200在半導體 基體（未顯示）上形成，成為1-90度旋轉的形態，為了縮 小一個電晶電單位細胞的面積，所Μ在一個工作區200形 成兩個電晶體，這也就是說，兩個字元線2通過工作區200 而形成，一個源極（未顯示）和一個汲極（未顯示）各自 在工作區200上的宇元線2兩面形成，更進一步的，-一個儲 存電荷電容（未顯示）和源極相連接，因此形成這個儲存 -5 - 本紙伕尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 節點接觸區3A，這個汲極和位元（未顯示）相接觸，因此 形成字元線接觸區4A。 如上述，傳統的存儲積艘電路有1-90度旋轉的形態的 工作區，有一對電晶體，這對電晶體共享一個在工作區的 汲極，對於這個理由，為了去驅動兩個在工作區的電晶體 ，最少必需要有1/2VCC；的電壓，因此這是非常滿足近來低 功率的需求。 更逍一步，Μ製造存儲積體電路的角度來看，既然電 容比位元線還早形成，步階範画（step coverage)會因電 容的增加而產生，就是因為這個原因，當要形成位元線時 ，位元線和汲極的接觸並沒有那麼容晃產生，因此會造成 很差的聯繫，而且很難去增加電容的面積。 為了去克服這種困難，就像另外一種傳統的作法一樣 ，這個作法的方法是將電容延到位元線之後形成。 就如同第4圖所示，工作區200用表餍氧化法在半導艘 基體（未顯示）上形成。字元線2在工作區200和氧化曆1 上互相平行形成，並且事先以預定的距離互相隔開；位元 線8在工作區200和氧化曆1上互相平行的形成，並且事先 Μ預定的距離互相隔開。因此形成了字元線2。 第5圖是第4圖經V-V ’切線的截面圖。 就如同第5圖所示，工作區200利用傳統的表曆氧化法 在半導體基體100定義出來，字元線2利用已知的技術，在 半導體基體100上的事先預訂部分形成。 靠著氧化層1和字行2 * —個非鈍質的雛子潑入工作區 -6 - 本纸張尺度適用Γ國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公^7 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 經濟部中央揉準局員工消費合作社印製 U u· 5 i 5 A7 _B7 五、發明说明（） ,200，然後形成了源極區3和汲極區4，然後，第一個隔離 曆5沉積在有電晶艘形成的半導體基體1〇〇上，這第一個隔 離曆5會被触刻，而露出汲極區4，同時，汲極區4和位元 線8互相接觸的部分稱做位元線接觸區4A，然後第二個隔 雛層6，在有位元線8形成的半導體基體1〇〇的全部表面上 沉積，第二個隔離曆6和第一個隔雛屬5的預定部分會相繼 經過触刻去把源極區3暴露出來，同時，源極區3和電容7 互相接觸的部分稱做儲存節點接觸區3A。 第6圖是第5 _經\/1-VI’切線的截面圖，並且顯示出 存儲積體電路的工作區的型式。 由傳統的I-旋轉90度模式，這是很難在形成電容之前 就先行成位元線，因此在工作區200上的T-反轉形式便形成 了，字元線2形成，兩個接著兩個的通過各自的工作區200 ，在有T-反轉形式的主動區200上，兩個源極（未顯示） 在X軸上字元線2的兩面形成，一個汲極（未顯示）在Y軸 上的字元線2形成，源極和電容接觸的部分稱儲存節點接 觸區3A，汲極和位元線互相接觸的部分稱做位元線接觸區 4A。 K製造存儲檟體電路的角度來看，形成位元線和電容 的T-反轉形成工作區200的存儲積體霣路，靠著更改製造 流程，因此縮減了步階範園然而站在結構的觀點上，和以 前一樣，在一個工作區形成兩個霄晶體，因此，這根難靠 一個低電壓去驅動電晶艘，更進一步的，靠著減少部分的 T-反轉形式，可以博加工作區的面積，因此記憶綑胞的面 -7 - 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注f項再填寫本頁) 裝‘ 、1T. 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 Λ7 卜 B7_匕..........' '五、發明説明（） 播可以增加33%。 <發明總論> 本發明之一目的為提供一存儲穠體電路，其中在工作 區形成兩個Μ上之霉晶級，因此可Μ資現以低歷腿動工 作。 本發明之另一目的為提供一個較小面租工作區的存雠 積艟霄路，去資現高密度的需求。 更進一步的，本發明之目的，是提供一俪可以減少步 階範匯因而增加元件可腾賴度的存雠積體霣路。 為了完成Μ上的目的，本發明提供一種包含在半導鱧 基賊上形成的存儲積败電路工作區，每一個都有Η-形態， 通過每個工作區的字元線4;和各別字元媒都有逋接到的 整嫌性字元線；帶形的字元媒（strapping word lines)連 接到沒有和整級性字元線連接的字元線ί在工作區兩面形 成的源槿和汲極；工作區的汲極和位元媒埋接；和源極有 接觭的霄容儲存存雠積嫌霣路中的霣荷*而埴存雠積髓電 路中有字元媒四個接著四個的通過各自的工作區，並且埴 四個字行各自被駆動〇 更進一步，為了完成以上的目的，在本發明製造存儲 積體霣路的方法中•氧化層在第一導艚型態的半導體基體 上形成，因此有旋轉90度Η-形態的工作區也被形成，字元 線在邐沒有被氧化的在半導級基體上工作區形成源極和汲 極在主動區的第二導趙形態字元線間的露出來部分形成， 一個第一隔絕曆在有電晶髖形成的半導通基賊形成*第一 —8 — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 袈· 訂

L 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） A7 3uC5i5 B7 五、發明説明（) 隔絕層會被再移開去把沒有連接到電源和汲極的字元線預 訂部分顯露出來，和這個顯露出來汲極有接觸的字元線在 半専艘基艘上形成，就在同時，帶形的字元線，連接到在 半導體基體上沒有和電源連接到的字元線。 <圓示之簡簞說明> 第1圖是有I-形態90度旋轉的横體電路工作區的平面 圖。 第2圖是第1圖的IE - H ’線的截面，有I-形態90度旋 轉的積體電路工作區的截面圖。 第3圖是從第2圖的m-m ’線的截面，有傳統記憶性 積體電路工作區的截面圖。 第4圖是有傳統T-反轉形式的記憶性積體電路工作區 的平面画。 第5圖是從第4圖V- V ’線的截面的傅統記憶性積體 電路的截面圖。 第6圖是顯示第4圖的VI-VI ·線截面傅統記憶性積體 Μ足各白勺Ιί乍ΜΘ勺。 第7圖是根據發明，而完成有Η -形態90度旋轉的積體 電路工作區的設計圖之上視圖。 第8圖是第7圖的VI-训’線的截面，顯示製造存儲積 體電路具體實例。 第9圖是第7圖的IX-IX’線的截面，顯示製造存儲積 體電路具體實例的截面圖。 <較佳具體實例的詳細敍述> -9 - 本紙伕尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） {裝 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费合作社印製 經濟部中央標準局員工消費合作社印裂 A7 B7 五、發明说明（） 以下，根據附圖來敘述本發明的較佳具體實例，在這 個具體實例中，用相同的數字注解來表示傳統元件中的相 同部分。 和第7圖所示的一樣，一個半導體基體上的預訂部分 會被氣化成工作區200，為了去形成四個電晶體200a,200b ,200c,200d在工作區200上，工作區200形成有90度旋轉的 H-形態，四個電晶體200a, 200b, 200c，200d —樣的共享汲 極區4A，字元線2，所Μ可Μ各別穿過工作區200上的四段 區域，兩個字元線2, 2a和2b穿過工作區200上的四段區域 的上曆部分，各自連接到整體性字元線20A和20B。另外兩 個字元線2, 2c和2d穿過工作區200上的四段區域的下層咅13 分，各自連接至ίί整體f生字元吝泉20(：和20D。這也就:是說，字 元線2C連接到帶形字元線20，並且在第7圖的X軸上執行， 因此形成了 一個字元線接觸區30，並且帶形字元線20連接 到整體性字元線20D ,整體性字元線20D連接到帶形字元線 20，並且在第7圖的Y軸上執行。 在這個具體實例中，很重要的是整體性字元線20A, 20 B，20C,20D的形成，所Μ在工作區有H-形態90度旋轉的電 晶體不會同時的操作。 多數的整體性字元線在X軸方向的較高層部分和較低 層部分形成，例如兩個整體性字元線在細胞的較高部份， 和一個在較低餍部分--個整體性字元線2D在Υ軸方向形成 ，然後在工作區200上的字元線2，和整體性字元線20Α, 20 B，20C,20D接觸，並且各個在各個的時間區間內操作，因 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本萸) 、·=* 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（) 此，所有在工作區200上的電晶體可在不同的時間内操作 ，同時，全部連接到整體性字元線20A,20B，20C,20D的字 元線2 *在X軸及Y軸形成，更進一步，整體性字元線20A, 20B,20C,20D為了和字元線2連接，帶形宇元線20MX軸方 向在氣化層2上形成。 源極區（未顯示）和汲極區（未顯示）在字元線2兩 面的工作區200上露出部分形成汲極區在有H-形態的工作 區200的橋接部分形成源極區在有H-形態的工作區的四個 段部分各別形成。 因此，四個電晶體在一個工作區上形成，而旦四個電 晶體共享一個汲極，更逍一步，為了有效的減少细胞的大 小，工作區在像圓t一樣，在90度H-旋轉的形態上形成， 大部分的工作區200在氧化層1的表面上，並且Μ預定的長 度各自分開工作區200的第一行L1和第三行L3有相似的形 態，工作區200的第二行L2和第四行L4有相似的形態，更 進一步，在第一條線的工作區200Α和200Β之間的第一層氧 化層1之下，第二條線工作區的汲極位置固定在這裡，用 相同的方法，在第二條線的工作區200C和200D之間的第一 層氧化層1之下，第三條線的工作區。 200Ε的汲極位置固定在這裡，利用這種形式的原因， 是靠著在半導體基底上形成大部分的主動區，去塘加存儲 積體電路的積體密度。 更進一步，一個位元線的被形成，所Μ可Μ通過工作 區200的汲極區，因此形成了位元線接觸區4Α，一個儲存 本紙張尺度適用中國國家樣率（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（） 節點電容（未顯示）在四個部分上形成，如在工作區200 上的源極，因此製造出儲存節點接觸區3A。 更進一步，一個位元線8形成可Μ通過工作區200的汲 極區，因此形成了位元線接觸區4Α，一個儲存節點爾容（ 未顯示）在四個段邬分上形成，如在工作區200上的源極 ，因此製造出儲存節點接觸區3A。 因此，可以瞭解帶形字元線20是利用這種方法形成， 不用其它額夕卜的步驟，換而言之，字行2A,2B,2C,2D Μ傳 統方法在Υ-軸方向形成，在另一方面，用循序處理在X-蚰 方向形成的位元線8，和帶形的字元線20在X-軸方向一起 形成。 第8圖是第7圖經VI-VIf線的截面圖，半導體基體100 的部分面積是有選擇性的實行氧化，形成氧化層1，就在同 時，沒有形成氧化層的部分，以同樣的方法形成工作區200 ，然後，一個關氧化曆10A和以複晶砂層形成的鬧極，靠 著CVD法循序沉積*這複晶矽在Y-軸形成（見第7圖），因 此形成字元線2靠著低濃度的多數載子擴散在工作區200的 露出區；而工作區200是靠著擴散高濃度的數載子非等向 性蝕刻技術，在字元線2兩面空間的形成*因此，源極區 3和汲極區4在工作區200上形成，然後，一個第一隔離層5 會一致地在有電晶艘形成的半導體基1〇〇上沉積，這第一 個隔離靥5會被蝕刻因而可以和在主動區200上形成的汲極 區4接觸0 然後，對於位元線要用的複砂晶，在最後的結構上以 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） f 袈 訂------^..; (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 A7 B7 五、發明说明（） 預定的部分沉積，然後触刻，然後形成位元線8，同時， 對位元線的複砂晶會被樣式化為位元線8，而且間時，被 樣式化為帶形字元線20，來和在氧化曆1上沒有跟整髓性 字元線（未知）接觸的宇元線2接觸，然後，第二餍隔雛 餍6，會沉橫在有位元線8形成的半導體基體100上面，就 在同時，由於氧化曆1、字元線20和位元線在最後的結構 上形成，步階覆蓋會婿加。對於第二曆隔離層6，最好是 用非常優秀的平面化性質之物質，如BPSG和S0G。第二曆 隔離曆會被触刻，然後暴露出工作區的源極區3。然後， 用一個傳統方法各別的製造的儲存節點極7A、絕電性層7B 和電極面7C。 第9鼸是第7圖經IX-IX’的截面圖，而且在氧化曆上 艘成字元線2和帶形字元線20。 如第9圖所示，氣化層1靠蕃在半導體基體100上有選 擇性的氧化而形成，閘極氧化層10A和字元線2在氣化層1 上形成第一層隔雛層5在有宇元線2形成的半導體基體100 上均句沉積。雖然沒有在第9圖上顯示，第一層隔雛曆5 經過触刻，所Μ可以把汲極區和字元線2的預定部份暴露 出來，然後，一個形成帶形字元線和位元線的複砂晶經過 沉積和部分触刻，形成了帶形字元線20和位元線，相同地 ，一個和帶形字元線20相接觸的字元線2形成了字元線接 觸區30。 在這個具體實例中，有四個電晶體共享一個汲極。同 樣的，這個記憶性積體電路可Μ在低電壓下驅動，而且記 -13 _ 本紙法尺度適用中國國家榇準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） f 装 I n 訂 ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 303515 ____B7 五、發明説明（） 憶細胞的大小可縮減，因而憎加了横體電路的密度。 而且*根據本發明，這個存儲綑胞陣列的佈局也因區 域縮減而較易形成，不用額外的處理步驟。 --I 1—-— I - - I HI ( - - - ^^1 I ^^1 (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杜印製 4

本錄尺纽財( CNS } Aim, ( 210X297/^¥T

Claims (1)

1. 經濟部中央標率局w;工消費合作社印裝 π、申，請專利範圍 1·—種存儲積賊電路，包含： 在半導賊基級100上形成的工作面·每一工作®都有一 個Η-形態； 字元線，其通過毎一個主励區；和毎個字元媒都接觸的 整嫌性字元線i 铕形字元線，逋接到沒有和整體性字元線連接到的字元 線： 源極區和汲極區，在字元媒2兩面的工作通上肜成i 位元媒，其與工作區上的汲極®接觸： 電容•其和源極區接觴•並且雠存紀憶性積賊霣路的霣 荷： 其中字元媒以四乘四的方式通過毎一個工作區*而且四 條字元媒各別的驅動〇 2. 如申請專利範圃第1項之存齡積級電路，其中四個源極 區和一個汲極區在一個工作區上形成。 3. 如申請專利範園第1項之存齡積級電路，其中所述整睡 性字元線位置固定在X-軸方向和Y-軸方向。 4. 如申謫專利範圓第1項之存儲積賊《路，其中帶形字元 線MX-軸方向在工作區的空間上形成。 5. —種製造存儲積髓電路的方法，包含下列步躲： 提供一個第一導通形態的半導賊基級； 在半等賭基體上形成氧化曆，部分半導級基體上沒有氧 化的部分形成一個90度H-旋轉形態的多數工作區； 形成通過半導猫基通上主動區的字元線； -15 - 本紙fit尺度適用中囷國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先W讀背面之注$項再填寫本頁) 裝. 訂 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 在兩個字元線之間露出的工作區形成第二導艘形態的源 極區和汲極區； 在有包含源極區和汲極區和字元線的電晶體形成的半導 體基體上形成第一絕隔層； 重新移動第一絕隔曆，因而可Μ暴露出部分沒有連接到 整體性字元線和汲極區的字元線； 形成和汲極區暴露出部份連接的位元線，同時也形成帶 形字元線連接到沒有和整體性字元線連接到的字元線。 6. 如申請専利範園第5項之製造存儲積趙電路之方法，其 中第一導體形態是Ρ-形態。 7. 如申請專利範園第5項之製造存儲積雜電路之方法，其 中第二導體形態是Ν-形態。 8. 如申講専利範園第5項之製造存儲積艘堪路之方法，其 中第二絕隔層是一個平面化的絕隔曆。 9. 如申讅專利範園第5項之製造存儲積體電路之方法，在 形成位元線和帶形字元線之後，進一步的邐包含下列步 驟： 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在有位元線和帶形字元線形成的半導艘基體上形成第二 内部絕隔曆； 触刻第二内部絕隔靥，使源極區暴露出來；Μ及， 在源極區形成電容。 -16 - 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) Α4*見格（210Χ29,公釐）