TW465088B - Memory-cells arrangement and its production method - Google Patents

Description

4650 8 8 A7 B7 五、發明說明（，）

本發明係關於一種記憶胞配置及其製造方法D 目前幾乎只使用一種所謂單一電晶體記憶胞作爲DRAM 晶胞（ce 1 1 )配置之記憶胞（DRAM即 Dynam i c r andom a c c e s s m e m ο y ),單一電晶體記憶胞包含一個電晶體及一 個電容器。記憶胞之資訊是以電荷之形式儲存在電容器 上。電容器須與電晶體相連接，使得在以字元線來控制電 晶體時電容器之電荷可經由位元線讀出。 通常是力求產生一種DRAM晶胞配置，其具有很高之封 裝密度。 在EP08 52 3 96A2中描述一種DRAM晶胞配置，其包含許 多單一電晶體記憶胞。記憶胞之電晶體是以垂直式電晶 體構成且配置在基板之凹口側面。凹口是配置在長方形 區域（長方形區域是由隔離結構所圍繞）中且利用第一側 面而鄰接於該隔離結構。電晶體之上部源極/汲極區和下 部源極/汲極區是與凹口之第二側面（其是與第一側面相 面對）相鄰接，源極/汲極區是配置在基板中。在凹口之下 部中配置此記憶胞之電容器之記憶節點（其鄰接於下部源 極/汲極區）。位元線配置於上部源極/汲極區上。位元線 上方配置一種已隔離之字元線，字元線具有往下對準之外 翻區，這些外翻區可達到記憶胞之凹口中且用作記憶胞之 電晶體之閘極電極。 在US4630088中描述一種DRAM晶胞配置，其含有單一 電晶體記億胞。記憶胞之電晶體是以垂直式電晶體構成° 上部-和下部源極/汲極區是基板之長方六面體形式之凸 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) —h --Ί 訂 --- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 4.650 8 8 __；_B7 五、發明說明（> ) 起之一部份且以環形方式而被閘極電極所圍繞。上部源 極/汲極區同時用作記憶胞之電容器之電極。位元線配置 於電容器電極上方且同時用作記憶電容器之另一電極。 本發明之目的是提供另一種記憶胞配置，記憶胞包含一 ,個電晶體和一個電容器。此外，本發明亦涉及此種記憶胞 配置之製造方法。 上述目的是以一種記憶胞配置來達成，此種記憶胞包含 一個電晶體及一個電容器且具有以下特徵： 在基板中設置互相平行之第一溝渠以及垂直於第一溝 渠而延伸之第二溝渠°電晶體之上部源極/汲極區配置在 基板中且鄰接於二個第一層渠及二個第二溝渠。在上部 源極/汲極區下方於基板中配置此電晶體之下部源極/汲 極區。此電晶體因此亦以垂直式電晶體構成。在第二溝 渠之間的第一溝渠中配置一些導電性結構，其在所屬之第 一溝渠之第一側面中分別鄰接於上部源極/汲極區之一且 藉由一種配置在第一溝渠中之隔離結構而與第二側面及 第一溝渠之底部相隔離。一條字元線平行於第一溝渠而 延伸且具有一些外翻區，這些外翻區可抵達第二溝渠中。 字元線之這些部份（其配置在第二溝渠之間）是配置在隔 離層上方。該隔離層配置於上部源極/汲極區上方。在此 條字元線上配置另一層隔離層》隔離用之間隔層在側面 上是鄰接於此字元線。電容器經由一種接觸區（其配置於 導電性結構上方及多條字元線之間）而與上部源極/汲極 區相連接· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 X 297公釐） I---ί I I ----4 k — — 訂！ ϊ -線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 级濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（4 ) 此外，上述目的藉由一種記憶胞配置之製造方法來達成， 其中在基板中產生一些互相平行而延伸之第一溝渠β第 一溝渠中塡入一種絕緣材料。此種絕緣材料之一部份須 由導電性材料所取代，使導電性材料鄰接於第一溝渠之第 一側面且絕緣材料鄰接於第一溝渠之第二側面和底部。 須產生一種隔離層，其覆蓋該導電性材料。在基板中產生 第二溝渠（其互相平行而延伸且垂直於第一溝渠而延伸）， 以便由導電性材料產生一些互相隔開之導電性結構且由 絕綠材料產生互相隔開之隔離結構。在基板中產生垂直 式電晶體之上部源極/汲極區及此電晶體之配置於上部源 極/汲極區下方之下部源極/汲極區，使上部源極/汲極區 分別鄰接於基板之表面，第一溝渠中之二個及第二溝渠中 之二個。字元線須平行於第一溝渠而產生，使其具有外翻 區，這些外翻區可到達第二溝渠中且有一部份是分別與第 一溝渠中之二個相重疊。這些字元線是藉由其上方所產 生之另一隔離層以及藉由間隔層（s P a c e r)而被隔離。此 隔離層須選擇性地對另一隔離層以及對該間隔層而被蝕 刻，使上述之各導電性結構裸露出來。須產生各電容器， 其經由接觸區而與導電性結構相連接。 導電性結構在側面上鄰接於上部源極/汲極區且藉由隔 離結構而與其餘之基板相隔離。導電性結構可與上方之 上部源極/汲極區相接觸 > 雖然字元線是配置於上部源極/ 汲極區上方。由於導電性結構和上部源極/汲極區重疊於 較大之面積上，則電容器和電晶體之間的接觸電阻特別 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗0 X 297公爱） --ιίι!Λh---------J 訂· · 1!!線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 465088 A7 唞年》月#日修正/更正/補充 B7 五、發明說明（4) 小。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此種記憶胞配置可以一種較高之封裝密封來製成’這是 因爲此種製造方法具有很多自我對準之步驟（即，不需使 用一些可校準之遮罩）或對準容許度較大之步驟。例如， 上部源極/汲極區可經由電容器而在不需準確校準之情況 下被接觸。由於字元線未覆蓋該導電性結構，則可選擇性 地對另一隔離層和對一些隔離用之間隔層來對字元線進 行蝕刻，以便若接觸區相對於上部源極/汲極區之對準是 不準確時，則可在相鄰之字元線之間產生一些接觸區本 身。上部源極/汲極區可以對第一溝渠和第二溝渠以自我 對準之方式而產生。因此，例如在第一溝渠和第二溝渠產 生之後可進行基板之植入。另一方式是可在第一溝渠及/ 或第二溝渠產生之前藉由植入而在基板中產生一種摻雜 層，此種慘雜層被第一溝渠和第二溝渠所結構化，使上部 源極/汲極區是由此種摻雜區所產生》下部源極/汲極區 能以自我對準之方式而產生於上部源極/汲極區下方。下 部源極/汲極區例如是基板之埋入式摻雜層之一部份。字 元線之對準容許度（tolerance)是較大的，這是因爲只有 下述條件必須被滿足：外翻區須到達第二溝渠中，這些外 翻區可用作電晶體之閘極電極，且在進行選擇性蝕刻以便 產生記憶胞之接觸區時相鄰記憶胞之上部源極/汲極區不 可裸露。 爲了滿足上述最後一個條件，則字元線之寬度較佳是大 於上部源極/汲極區之寬度。字元線產生時之對準容許度 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t ) 465088 A7 _______E7五、發明說明（J ) 大 增-性第 靠個 可二 程述 製上 使於 而疊 大重 較份 可部 此一 因有 渠 溝 下 況 情 errr11 種 匕 在 線 元 字 每 之 置 配 胞 憶 記 :¾ 種 此中 其

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4 b D U Φ年8月沪日修正/更正/補充 A7 B7 五、發明說明（9 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 離也是大約1 Ο 0 n m )使保護層I 1被切割且對基板1蝕刻 大約500nm。於是產生第二溝渠G2,其較第一溝渠G]還 深（第lb圖）。摻雜層是藉由第一溝渠G1和第二溝渠G2 而被結構化。此摻雜層之殘餘之部份適合用作電晶體之 上部源極/汲極區。S i 02和第一溝渠G 1中之多晶矽是藉 由第二溝渠G2而被結構化，以便產生一些隔離結構I和 導電性結構L(第la圖）。在產生第二溝渠G2時以幾乎 相同之蝕刻速率來對多晶矽和S i 02進行蝕刻。 去除第三光阻遮罩。 爲了產生此隔離層12之第一部份，須沈積一種厚度大 約是1 5nm之Si02。此Si〇2覆蓋各導電性結構L以及第 二溝渠G 2之側面和底部。 然後沈積厚度大約是50nm之同次（in situ)摻雜之多 晶矽且藉由化學-機械拋光法而整平，直至該保護層Π裸 露爲止。然後對多晶矽進行回蝕刻至大約400nm深。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 藉助於第四條形之光阻遮罩（未顯示，其條形未覆蓋第 二溝渠G2之第一侧面），則例如可以氫氟酸來去除此裸露 之S i 02。其餘之S i 02形成該隔離層I 2之第一部份（第1 圖）。 去除第四光阻遮罩。 然後沈積一種厚度大約是50nm之同次（in sit 11)摻雜 之另一層多晶矽且進行回蝕刻至大約3 0 0 nm深，以便在第 二溝渠G2中產生位元線B ,此位元線B 在所屬之第二 溝渠G 2之第二側面中是鄰接於基板丨（請參閱第2圖）。 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6 5 0 8 〇 A7 _ B7 五、發明說明（0) 去除上述之保護層11(第2圖）。 爲了產生該隔離層Ϊ 2之第二部份，須進行一種熱氧化 作用。此隔離層I 2亦覆蓋位元線B (第3 b圖）。熱氧化 作用作爲退火步驟用，藉此可使摻雜物質由位元線B擴散 至基板1中且在基板1中形成電晶體之下部源極/汲極區 S/Du(第3b圖）。每一個下部源極/汲極區s/Du均鄰接於 一第二溝渠G 2 ,第二溝渠G 2中配置一條位元線B。摻雜 物質（其用來產生下部源極/汲極區）由位元線B往外擴 散。下部源極/汲極區S / Du配置在此第二溝渠G 2和相鄰 之另一第二溝渠G2之間且是由相鄰之第二溝渠G2所隔 開。 然後沈積一種厚度大約是4〇nm之同次摻雜之多晶矽以 便塡入第二溝渠G2中，其上沈積一種厚度大約是50nm之 矽化鎢。 爲了產生另一隔離層13,須沈積一種厚度大約50 nm之 氮化矽（參閱第3a和3b圖）。 爲了產生字元線遮罩WM,須施加一種厚度大約是50nm 之Si02且藉由微影術（photolithography)之方法而結構 化成條形，使這些條形平行於第一溝渠G 1而延伸且配置 在溝渠G1之間。這些條形之寬度是大約1 〇 〇 n m且相互間 之距離是大約1 0 0 n m。爲了使這些條形變寬，須沈積s i 〇 2 且進行回蝕刻。於是產生字元線遮罩，其條形之寬度大約 是1 40 nm。字元線遮罩WM之這些條形分別重疊於二個相 鄰之第一溝渠G1上（參閱第3a圖和第3b圖）。 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — Ini — If---- 4 ---lull » — — ( — — 1 — (請先閱讀背面之注音¥項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 d65C ^ A7 的年沒月允日修正/更正/補充 R7 五、發明說明（“） 藉助於字元線遮罩WM而對另一隔離層I 3，矽化鎢和多 晶矽進行蝕刻，直至隔離層I 2之配置於位元線B上之此 一部份裸露爲止。於是由多晶矽和矽化鎢而產生一些垂 直於字元線B和延伸之字元線W ,這些字元線W具有指向 下方之外翻區，這些外翻區可到達第二溝渠G2中（第3a 和3 b圖）。 爲了使漏電流減小，須進行一種熱氧化作用，使隔離層 I 2之一部份變厚直至字元線w下方爲止。在字元線W之 邊緣區域中此隔離層I 2因此變厚。此種熱氧化作用對應 於平面式電晶體中之所謂再氧化步驟。 爲了產生一些隔離用之間隔層Sp，須沈積一種厚度大 約1 Ο π m之氮化矽且進行回蝕刻（第3 a圖）。間隔層S p覆 蓋字元線W之側面。 爲了產生一種隔離區 I 4，須沈積一種厚度大約是 1000 η Π1之Si 02。藉助於第五光阻遮罩（未顯示）而產生一 些互相隔離之凹口，這些凹口分別使導電性結構L中之一 裸露出來（第4圖）》於是選擇性地對氮化矽而對S i 0 2進 行蝕刻。各凹口之對準容許度（t ο 1 e r a n c e )很大，這是因 爲另一隔離層I 3和間隔層Sp保護著各字元線W。 爲了在這些凹口中產生一些接觸區K以及電容器之記 憶節點P1 ,首先須沈積總厚度大約是200nm之鈦和氮化 鈦（T i N )。然後沈積一種厚度大約是5 Onm之氮化鎢以便 塡入各凹口中。藉由化學機械式拋光來去除氮化鎢，鈦和 氮化鈦，直至隔離區Ϊ 4裸露爲止。於是在字元線W之間 -13 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210x297公釐） ------^--------訂-------！線( (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 4-650 A7 B7 五、發明說明（α ) 在凹口中產生一種接觸區K。在接觸區K上方由氮化鎢 產生記憶節點p 1 (第4圖）。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 然後以氫氟酸對Si〇2進行蝕刻直至大約lOOOnm之触 刻深度爲止，使隔離區I 4之配置於字元線w上方之此一 部份以及字元線遮罩WM被去除（第5圖）》記憶節點 上之鈦和氮化鈦然後例如以H202 / MH40H來去除" 爲了產生電容器之介電質kd,須沈積一種厚度大約是 1 Onm 之 Ta2〇5(第 5 圖）。 爲了產生電容器之共同之電極P2,須沈積一種厚度大 約是50nm之氮化鈦（第5圖 所產生之記億胞配置是一種DRAM晶胞配置，其記憶胞 具有一個電晶體和一個電容器。字元線W之外翻區用作 電晶體之閛極電極。 本實施例可有許多變型，其同樣在本發明之範圍中。各 層，溝渠以及遮罩之大小因此可依據各別之需求而調整° 同樣情況亦適用於材料之選取。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 符號之說明 1 ...基板 B...位元線 F2…遮罩 Gl，G2...溝渠 I ...隔離結構 I 1 ...保護層 I 2，I 3 ...隔離層 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 46 A7 B7 五、發明說明（

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Μ W 罩 遮 層泉線 一隔U元二一子 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^--------訂----------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】〇χ297公釐）

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 第891055 86號「記憶胞配置及其製造方法（一）」專利案 (90年8月修正） 六、申請專利範圍 1. 一種記憶胞配置，其特徵是： -各記憶胞分別具有一個電晶體和一個電容器， -在基板（1)中設置互相平行之第一溝渠（G1)以及垂直 於第一溝渠（G1)而延伸之第二溝渠（G2)， -電晶體之上部源極/汲極區（S/Do)配置在基板（S)中且 鄰接於二個第一溝渠（G1)以及二個第二溝渠（G2), -在上部源極/汲極區（S/Do)下方於基板（1)中配置此電 晶體之下部源極/汲極區（S/Du), -在第一溝渠（G1)中在第二溝渠（G2)之間配置導電性結 構（L)，其在所屬之第一溝渠（G1)之第一側面中鄰接於上部 源極/汲極區（S/Do)中之一且藉由一個配置在第一溝渠（G1) 中之隔離結構（I)而與第一溝渠（G1)之第二側面和底部相 隔離， -字元線（W)平行於第一溝渠（G1)而延伸且具有外翻區， 這些外翻區可到達第二溝渠（G2)中且配置在隔離層（12)上 方之第二溝渠（G2)之間以及配置在上部源極/汲極區（S/Do) 上方， -在字元線（W)上配置另一隔離層（13)，隔離用之間隔層 (Sp)在側面上鄰接於字元線（W)， -電容器經由接觸區（K)而與上部源極/汲極區（S/Do)相 連接，接觸區（K)配置在導電性結構（L)上以及字元線（W)之 t、申請專利範圍 間。 2. 如申請專利範圍第1項之記憶胞配置，其中 -下部源極/汲極區（S/Du)在二個第二溝渠（G2)中之一 之第一側面中鄰接於位元線（B)，位元線（B)配置在第二溝 渠（G2)之下部中。 3. 如申請專利範圍第1或第2項之記憶胞配置，其中 -第一溝渠（G1)須夠深，使其可使電晶體之沿著第二溝 渠（G2)而相鄰之下部源極/汲極區（S/Du)互相隔開。 4. 一種記憶胞配置之製造方法，其特徵爲： -在基板（1)中產生互相平行而延伸之第一溝渠（G1)， -第一溝渠（G1)中以絕緣材料塡入， -此絕緣材料之一部份須由導電性材料所取代，使導電 性材料鄰接於第一溝渠（G1)之第一側面且絕緣材料鄰接 於第一溝渠（G1)之第二側面和底部， -產生一種隔離層（12)，其覆蓋該導電性材料， -在基板（1)中須產生第二溝渠（G2)(其互相互行且垂直 於第一溝渠（G1)而延伸），以便由導電性材料產生多個互相 隔開之導電性結構（L)且由絕緣材料產生多個互相隔開之 隔離結構（I), -在基板（1)中須產生垂直式電晶體之上部源極/汲極區 (S/Do)以及此電晶體之位於S/Do下方之下部源極/汲極區 (S/Du),使上部源極/汲極區（S/Do)分別鄰接於基板（1)之表 面，二個第一溝渠（G1)以及二個第二溝渠（G2)， -須平行於第一溝渠（G1)而產生各字元線（W1),使字元 -2- 46 Β Ο 8 8 六、申請專利範圍 線具有外翻區，這些外翻區可到達第二溝渠（G2)中，字元線 之一部份分別重疊於二個第一溝渠（G1)， -字元線是藉由其下方所產生之另一隔離層（13)以及藉 由間隔層（Sp)而被隔開， -隔離層（12)須選擇性地對另一隔離層（13)以及對該間 隔層（Sp)而被蝕刻，使導電性結構（L)裸露出來， -產生電容器，這些電容器經由接觸區（K)而與導電性結 構（L)相連接。 5. 如申請專利範圍第4項之製造方法，其中 -須在第二溝渠（G2)之下部中產生一條位元線（B)，使此 位元線（B)在所屬之第二溝渠（G2)之第一側面中鄰接於下 部源極/汲極區（S/Du)(其鄰接於第二溝渠（G2))。 6. 如申請專利範圍第5項之製造方法，其中 -須產生第一溝渠（G1)至某一深度處，使其可使電晶體 之沿著第二溝渠（G2)而相鄰之下部源極/汲極區（S/Du)互 相隔開。 7. 如申請專利範圍第4,5或6項之製造方法，其中 -在產生第一溝渠（G1)之前在基板（1)上產生一種保護 層（II)， -絕緣材料之一部份由導電性材料所取代，此過程中是藉助 於條形之遮罩（其條形平行於第一溝渠（G1)而延伸且有一 部份重疊於第一溝渠（G1)中之一）選擇性地對保護層（II) 來對絕緣材料進行蝕刻直至一種位於第一溝渠（G1)底部 上方之深度處爲止，然後沈積該導電性材料且進行回蝕刻 直至保護層（II)裸露爲止。