TW405260B - Method of forming the trench capacitor of DRAM - Google Patents

Description

405260 at __B7_ 五、發明説明（） 5-1發明領域： 本發明係有關於一種形成動態隨機ί存取記億體電 容之方法，特別是有關於一種形成動態隨機存取記憶體渠溝 電容之方法。 5-2發明背景： 由於電子產品及電腦相關產品的普及化，使得半導 體記億元件的需求急速增加。記憶體元件（如動態隨機存取 記憶體）之陣列結構非常適合超大型積體電路設計、製造時 所需要的規則性結構。由於其具有每位元低成本、高密度可 行性及讀寫的靈活運用性，動態隨機存取記憶體已成爲半導 體記憶元件之主要元件之一。 早期的動態隨機存取記憶體係由三個電晶體所組 成，且使用Ρ型金屬氧化半導體（MOS)技術。之後，發展出 一種使用單一電晶體及單一電容之結構。其中，電晶體的閘 極由字元線（word line)信號所控制，儲存資料的電容器則連 接至電晶體的源極，並經由電晶體的汲極及位元線（bit line) 以讀出或寫入資料至電容器。 當動態隨機存取記憶體之尺寸隨著技術之進步及 2 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印製 405260 五、發明説明（） 高密度記憶體元件之需求增大而逐漸減小後，其電容的面積 將會跟著變小，而使得電容量變小。然而，爲了減少因爲外 界輻射線干擾造成記憶體讀取之錯誤，記憶體ί元件必須維持 一定的電容量。因此，如何降低記憶體元件尺寸並1同時得到 一高電容量之電容’變成一個重要且亟待解決的當前之務。 爲了一方面減小記憶體昨尺寸且同時維持其電容 量，目前普遍使用三度空間之結構（例如渠溝電容）於記憶 體元件內。此種電容的優點是其具有大電容量且具有平坦之 結構表面。然而，當渠溝和渠溝之間的距離小於0.8//m時， 則渠溝至渠溝之問題就變成主要之限制。關於此種渠 溝至渠溝之漏電流問題，請參考B. W. Shen等人所提出之 “Scalability of a Trench Capacitor Cell for 64 Mbit DRAM” IEDN Tech. Dig·, 1 989,頁 27-30,及 Takeshi Hamamoto 等人 戶斤提出之 “Characterization of the Cell Leakage of a Stacked trench Capacitor (STT) Cell” IEEE Transactions on Electron Devices，Vol. 41，No. 10，October.，1994,頁 1 80 1- 1 805。 5-3發明目的及槪述： 鑒於上述之發明背景中，傳統動態隨機存取記億體· 渠溝電容器之缺點，本發明提出一種形成動態隨機存取記憶 體渠溝電容之方法，» 3 本纸張尺度適用中國國家榇準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） ----------^— (请先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ，νβ 405260 A7 B7五、發明説明（） 經濟部中央樣準局負工消费合作社印製 在本發明其中一個實施例中，首先，形成—墊氧化 層於具第一導電性之半導體基板上，再形成一赢化矽層於墊 氧化層上。接著，植入具第一導電性之離子於部分甚板上以 形成一具第一導電性之井區。蝕刻氮化矽層、墊氧化層及 部分基板，因而形成一渠溝於基板內。旋轉傾斜植入具第一 導電性之離子於渠溝內之側壁及底部，且回火基板以將具第 一導電性之離子驅入基板內。以一第一角度，.傾斜旋轉植入 具第二導電性之離子於渠溝之上方，因而形成一第一植入區 域。再以一第二角度，傾斜旋轉植入具第二導電性之離子於 渠溝之上方，因而形成一第二植入區域。其中，第一角度大 於第二角度，且第一植入區域和第二植入區域共同形成渠溝 電容之底部極板。最後，形成一氧-氮-氧（ΟΝΟ)堆叠層於渠 溝電容之底部極板上，且形成一導電層於渠溝內，因而形成 渠溝電容之頂部極板。 5-4圓式簡單說明： 第一圖之剖面圖顯示以傳統方法於半導體基底上形成 墊氧化層及氮化矽層。 第二圖顯示形成渠溝區域之剖面圖。 第三圖中顯示使用低劑量及小角度硼之旋轉傾斜植入 以形成硼摻雜區。 4 本紙張尺度遑用中國國家揉準（CNS ) A4規格（2!0X297公釐） ----------^------1Τ-----^-I 線- t - (請先聞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 Α7 4Q526Q_?! 五、發明説明（） 第四圖顯示以熱回火形成p型區域。 第五圖顯示使用大角度及小角度砷之旋轉傾斜植入以 形成植入區域。 ： 第六圖顯示形成氧-氮-氧（ΟΝΟ)堆疊層以作爲動態隨 機存取記憶體電容之介電層。 第七圖顯示形成導電層以作爲動態隨機存取記憶體電 容之頂部極板。 5-5發明詳細說明： 第一圖之剖面圖顯示以傳統方法於半導體基底 1〇(例如Ρ型半導體基底）上形成墊氧化層12(例如氧化矽層〉 及氮化矽層14。此氧化矽層12係以傳統熱氧化或低壓化學 氣相沈積法（LPCVD)或電漿增強化學氣相沈積法（PECVD) 所形成，其厚度約30-500埃。在本實施例中，氮化矽層14 之厚度約500-3000埃，係以傳統低壓化學氣相沈積法 (LPCVD)或電漿增強化學氣相沈積法（PECVD)所形成。 接著，以高盤量硼植入方法形成Ρ型井區於半導 體基底10內。再以傳統光阻覆蓋及微影技術，形成一定義 溝渠區域圖樣之光阻層16於氮化矽層14上面。 以光阻層1 6爲遮罩，蝕刻氮化矽層1 4、氧化矽層 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4Β ( 210X297公釐） — II II 裝 II 訂— ^1. 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 405260_^_ 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 12及部分基底1〇,以形成渠溝區域18,如第二圖所示。 在本實施例中，渠溝區域18係以傳統電漿蝕刻法或反應離 子飩刻（RIE)所形成。 三 ) 在第三圖中，於渠溝區域18上方，使甩低劑量（大 約爲1011-1013原子/cm2)及小角度硼之旋轉傾齓植入以形 成砸摻雜區20於渠溝邊緣。.此硼摻雜區20.將租於減少擊 穿電流（Dunchthrough)，因而使得電容之尺寸得以減小。在 本說明書中，"小角度”一詞係依照一般半導體工業界之習 慣，用以指植入之角度介於1至1 5度之間。 接著，以熱回火（大約500-950°C)將此硼摻雜區 20之硼驅入基底10內，以形成P型區域20A，如第四圖所

Tps 。 經濟部中央揉準肩員工消费合作社印製 如第k圖所示，於渠溝區域18上方，使用大角度 砷之旋轉傾斜植入以形成植入區域22。接著，使用小角度 砷之旋轉傾斜植入以形成另一植入區域24。上述之植入區 域22及24共同形成了動態隨機存取記憶體電容之底部極 板。上述大角度和小角度之植入步驟可以互相顛倒，而不會 影響後續之步驟。在本說明書中，”大角度”一詞係依照一般 半導體工業界之習慣，用以指植入之角度介於10至60度 之間。 6 本纸張尺度適用t國®家揉準（CNS > A4規格（210X297公釐） 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印製 405260 五、發明説明（） 參閱第六圖，於渠溝區域18的側壁及底部形成立 電層26以作爲動態隨機存取記憶體電容之介£電層。在本實 施例中，係以氧-氮-氧（ΟΝΟ)堆疊層作爲介電層26 ;之材質。 氧-氮-氧（ΟΝΟ)堆疊層26可以穩定的形成於具有形狀之多 晶矽表面，因此經常被用來作爲電容器之介質。在此氧-氮_ 氧（ΟΝΟ)堆疊層26中，其底層（S卩氧化矽層）係由傳統熱氧 化方法形成，再以低壓化學氣相沈積法沈積氬化矽層作爲中 間層，最後以傳統熱氧化方法形成頂層氣化矽。其它材質， 例如 BST (BaSiTi〇3)、PZT (lead zirconate titanate)、

Ta205、Ti02或NO或其它高阻値材質也可以用來代替氧-氮-氧（ΟΝΟ)。 最後，於渠溝區域18內形成一導電層28以作爲 動態隨機存取_記憶體電容之頂部極板，如第七圖所示。接 著，以傳統方法於基板1〇上方形成電晶體30。 以上所述僅爲本發明之較佳實施例而已，並非用以 限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之 精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專 利範圍內。 7 本紙張尺度逋用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） I---------裝------訂--：--ΊI線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 申請專利範 读 -種 溝於該 壁及底 渠溝之 第一導 該渠溝 於該第 形成該 頂部極 形成 蝕 基板 旋 部； 回 以 上方 t性 以 之上 二角 梁溝 形 形 板0 記憶雄渠溝耄容之方珐，至少包含： 刻一具第一導重性之半導髋基板，因而形成一渠 内； 、 轉植入具該第一導電性之離子於該渠溝内之側 火該基板； 一第一角度，傾斜植入具第二導電悻之離子於該 ，因而形成一第一植入區域，該第二導電性與該 係爲不同極性； 一第二角度，傾钭植入具該第二導電性之離子於 方，因而形成一第二披入1域，該第—角I不同 度，其中該第一植入區域和該第二植入區域共同 電容之.底部極.板； 成一介電廣於該渠溝電容之底部極板上；及 成一導電層於該渠溝内，因而形成該渠溝t容之 (請先Μ讀背面之注意事項再f本頁：> 鯉濟部中央梯车局工消費合作社印*. 2.如申請專利範固第1項之方法，其中上述之介電層至少包 含氧·氮·氧（ΟΝΟ)堆疊層》 3.如申請專利範固第1之方法，其中上迷之第一角度大約 本紙珉尺度逋用中國國家橾率（CNS > Α4规格（ 210X297公釐） ------I -^^.---^.^.:^^ 經濟部中央揉率局工消費合作社印装 il C8 ----405260_D8 '申請專利範園 爲1 -ι 〇度。 4‘如申請專利範固第1項之方法，其中上述之第二角度大约 爲1〇-6〇度。 5_ 一種形成動態随機存取記憶體渠溝電容之方法，至少包 含： . 形成一墊氧化層於一半導雄基板上； 形成一氮化矽層於該墊氧化層上； 植入具一第一導電性之離子於部分該基板上以形 成一具該第一導電性之并區； 仕刻該氛化梦層、該整氧化層及部分該基板，因而 形成一渠溝於該基板内； 傾斜植入具該第一導電性之離子於該渠溝内之側 壁及底部ί 回火該基板以將該具第一導電性之離子應入該基 板内； 以一第一角度，傾斜植入具第二導t性之離子於該 渠溝之上方，因而形成一第一植入區域，該第二導重性與該 第一導電性係爲不同極性； 以一第二角度’賴斜.植入.具該第二導電性之離子於 該渠溝之上方，因而形成一第二植入區域，該第一角度大於 本紙張ΛΑ逋用中困國家梯率（挪( 210X297公瘦） (請先閱讀背面之注$項再填寫本寊) ^0. \

   申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 該第二角度，其中該第一植入區域和該第二植入區域共同形 成該渠溝電容之底部極板； 形成一介雹層於該渠溝電容之底部極板上；及 形成一導電層於該渠溝内，因而形成該渠溝電容之 項部極板。 6·如申請專利範圍第5項之方法，其中上述之介電層至少包 含氣-氮-氧（ΟΝΟ)堆疊層。 7. 如申請專利範团第5項之方法，其中上述之第一角度大约 爲1 -1 0度。 8. 如申請專利範困第5項之方法，其中上述之第二角度大约 爲10-60度》 9· 一種形成動態随機存取記憶髖渠溝電容之方法，至少包 含： (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 板上 形成一墊氧化層於一具一第一導電性之半導 體基 經濟部中央橾率局月工消费合作社印*. 形成一氮化矽層於該墊氡化層上； 植入具該第一導電性之離子於部分該基板上以形 成一具該第一導重性之井區； 本紙浪尺度逋用中國國家禕準（CNS > A4規格（210X297公釐） 趣濟部中央榡準局貝工消费合作社印*. A8 / cS 二^-- 六、申請專利範圍 蝕刻該氮化矽層、該墊氡化層及部分該基板，因而 形成一渠溝於該基板内； 旋轉傾斜植入具該第一導電性之離子於該渠溝内 之側壁及底部； ‘ 回火該基板以將該具第一導電性之離子堪入該基 板内； 以一'第一角度，傾斜旋轉植入具第二導電性之緣子 於該渠溝之上方，因而形成一第一植入區域，該第二導電性 舆該第一導電性係爲不同極性； 以一第二角度，傾斜旋轉植入具該第二導霆性之雜 子於該渠溝之上方，因而形成一第二植入區域，該第一角度 大於該第二角度，其中該第一植入區域和該第二植入區域共 同形成該柒溝t容之底部極板； 形成一氧-氮-氧（ΟΝΟ)堆疊層於該渠溝電容之底 部極板上；及 形成一導電層於該渠溝内，因而形成該渠溝重容之 頂部極板。 10.如申請專利範固第9項之方法，其中上述之第一角度大 约爲1 -1 0度。 11·如申請專利範国第9項之方法，其中上述之第二角度大 本紙張尺度逍用中困國家梯率（CNS )八4規《格（210X297分釐） (倩先H讀背面之注f項再填寫本頁} I rl; .- - L !.—------------Λ------訂11I1L------ A8 B8 405260 SS 六、申請專利範圍 約爲1 0-60度。 12_如申請專利範園第9項之方法，其中上述之基板係以電 漿蝕刻法所蝕刻。 £< 1 3.如申請專利範圍第9項之方法，其中上述之基板係以反 應離子蝕刻法所蝕刻。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本I) 订 Λ 經濟部中央標率局負工消费合作社印製 本紙張尺度適用中國國家揲準（CNS ) A4洗格（210X297公釐）