TW498541B

TW498541B - DRAM-cells arrangement and its production method

Info

Publication number: TW498541B
Application number: TW088116715A
Authority: TW
Inventors: Josef Willer; Franz Hofmann; Till Schosser
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2002-08-11
Also published as: EP1129482B1; DE19845058A1; DE59912902D1; US6566187B1; WO2000019527A1; EP1129482A1

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 498541 A7 B7_ 五、發明說明（1 ) 本發明偽關於一種D R A Μ -晶胞配置及其製造方法。通常都是力求以較大之封装密度來産生一種DRAM -晶胞配置。在EP 0852 396中描述一種DRAM晶胞配置，為了使封裝密度提高，記億胞之電晶體須配置於記億胞之記億電容器上方。記億胞之主動區須由一種隔離結構所圍繞，隔離結構是配置在基板中。在基板中每一記億胞須産生一痼凹口，在凹口之下部區中配置此記億電容器之記億節點且在上部區中配置此電晶體之闊極電極。電晶體之上部源極/汲極區，通道區及下部源極/汲極區是上下重眷地配置在基板中。下部源極/汲極區在凹口之第一邊緣中是與記億節點相連接。隔離結構鄰接於凹口之與第一邊緣相面對之第二邊緣，使記億胞節點在該處未鄰接於基板。，記億電容器之電極是藉由摻雜物質擴散至基板中而形成。凹口之下部區是藉由等向性蝕刻過程而擴大，上部區之各面因此會受到保護。下部區之水平橫切面所具有之而積較上部區之水平橫切面還大。由於凹口下部區之擴大，則電容器介電質之表面以及此記億電容器之電容都會變大。有一條位元線鄰接於上部源極/汲極區且在基板上方延伸。須産生上述之凹口，其中藉肋於條形之遮罩（其條形垂直於位元線而延伸）選擇性地對位元線來對基板進行蝕刻。字元線是與閛極電極一起産生 ,其中須在凹口之上部區中沈積一種材料且對此材料進行結構化。蘭極電極是藉由閛極介電質及藉由隔離結構 -3 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (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 498541 A7 B7_ 五、發明說明（2 ) 而與基板，位元線相隔離。在德國專利文件1 9 5 1 9 1 6 0中描述一種D R A Μ晶胞配置，其中記億電容器配置於垂直式電晶體上方。藉肋於由間隔層（spacer )所擴大之遮罩而産生第一溝渠，第一溝渠可切割一種層序列且以第一隔離結構填人此第一溝渠中。然後産生第二溝渠，其垂直於第一溝渠而延伸且較第一溝渠便平坦且更寬，，第二溝渠中以第二隔離結構填入。須對這些隔離結構進行回（b a c k )蝕刻以便産生栅格形之凹口。在閘極介電質産生之後須沈積一種導電性材料且進行回蝕刻以便産生字元線，於是由於溝渠之各種不同之寬度而以自我對準之方式産生字元線，使這些字元線平行於第二溝渠而延伸。層序列之這些部份（其是由字元線所圍繞Μ乍為電晶體用。在字元線及層序列上方産生電容器介電質且此記億電容器之電容器板面産生於介電質上方，，層序列之上部作為電晶體之上部源極/汲極且同時作為記億電容器之電極。此種記億胞能以4F2之面積製成，其中F是以所使用之技術所能製成之最小之結構大小層序列之下部用作位元線，這些位元線藉由第一隔離結構而互相隔開且平行於第一溝渠而延伸。字元線和位元線都不具備高的導電性。本發明之目的是提供一種D R Α晶胞配置，其字元線和位元線可具有高的導電性且此種晶胞配置可同時以較高之封裝密度來製成。此外，本發明亦涉及此種晶胞配置之製造方法。 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---Ί ^— T-T--·----------訂---------線、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 498541 A7 B7_ 五、發明說明（3 ) (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上述目的是藉由D R A Μ晶胞配置之製造方法來逹成，其中首先在基板中産生一些基本上是互相平行而延伸之第一溝渠。第一溝渠中以隔離結構填入。藉肋於以條形光阻遮罩（其條形垂直於第一溝渠而延伸）來進行之蝕刻，則可選擇性地對這些隔離結構而對基板進行蝕刻，以便産生一些凹口。這些凹口之下部區之平面上設置一種電容器介電質。在凹口之下部區中産生此記億電容器·之記億節點。須産生此種電晶體之上部源極/汲極區，使這些區域分別配置在二値相鄰之凹口之間以及二個相鄰之隔離結構之間且鄰接於基板之主面。在凹口之上部區中此凹口之至少第一邊緣設置一種閘極介電質。須形成基板中這些電晶體之下部源極/汲極區，使其與記億節點在電性上相連接，於是各電晶體中之一與各記億電容器中之一互相串聯而形成一値記億胞。藉由導電性材料之沈積及結構化而産生一些字元線，這些字元線在主面上方垂直於隔離結構而延伸，且郯接於這些字元線而産生垂直式電晶體之閘極電極，這些閘極電極分別配置在各凹口中之一且在電性上與記億節點相隔離。在字元線上方産生一種隔離層。藉由一種材料之沈積及回蝕刻而在字元線之邊緣上産生一些隔離用之間隔層（spacer)。藉肋於條形之光阻遮罩（其條形基本上是平行於該隔離結構而延伸）而選擇性地對上述之隔離層及間隔層來進行蝕刻，直至上部源極/汲極區裸露為止。，産生一些位元線，其是與上述源極/汲極區相接觸。 -5 - 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 498541 A7 B7_ 五、發明說明（4 ) 此外，上述目的是藉由D R A Μ晶胞配置來達成，其中在記億胞用之基板中設有凹口，此種凹口是設置在條形之隔離結構之間。凹口下部區之各面設有記億電容器之介電質。，記億電容器之記億節點配置在凹口之下部區中。垂直式電晶體之下部源極/汲極區配置在基板中且在電性上與記億節點相連接，使電晶體和記億電容器相串聯而形成記億胞，凹口之第一邊緣在凹口之上部區中設有閘極介電質。在凹口之上部區中配置此電晶體之閘極電極，其在電性上是與記億節點相隔離字元線在基板之主面上方延伸且垂直於隔離結構而與閘極電極相鄰接。隔離層配置於字元線上方。字元線之邊緣設有隔離用之間隔層。位元線垂直於字元線而延伸。位元線之一部份配置在相鄰之字元線之各間隔層之間且鄰接於記億胞 (其配置於基板之主面上）之電晶體之上部源極/汲極區。上部源極/汲極是藉由凹口和隔離結構而互相隔離且與凹口，隔離結構相鄰接。本發明之一些結構敘述在申請專利範圍各附屬項中。本發明以下述認知為基準：沈積一些具有高導電性之材料（例如，金屬）於基板上方是有利的，這是因為這些材料一方面不良地（即，不均勻地）覆蓋這些邊緣（其例如藉由基板中之凹口所形成）且Β —方面須配置在離基板之一段距離中，以防止基板受到污染。這樣亦可防止機械，應力或防止基板表面受到一些與沈積有關之損害。此外，本發明亦以下認知為基準：較佳是施加一些具本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •4--- 訂---------線' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 498541 A7 B7_ 五、發明說明（5 ) 有高導電性之材料以便結束此種製造方法，於是接著不必進行一些以高溫來進行之步驟，這些高溫步驟會由於各層和各材料之間的界面中之互相擴散之現象而使位於下方之各層劣化。由於位元線和字元線都在基板上方延伸，則它們可含有一些具有高導電性之材料。此外，這些位元線及/或字元線可同時與D R A Μ晶胞配置之周邊電晶體之閛極電極同時産生，其中一種由導電性材料所構成之層或層序列藉肋於遮罩利用蝕刻過程而被結構化。位元線和字元線具有一種所謂平面式構造。反之，上述專利文件 1 9 5 1 9 1 6 0之D R A Μ晶胞配置之字元線和位元線（其配置在凹口中或是成為此基板之一部份）只具有一種很低之導電性，這樣所造成之結果是：在數個記億胞之後必須製成一些至較高之低歐姆佈線平面之電性連接區，使DRAM 晶胞配置之封裝密度降低且會由於佈線平面之數目而使複雜度提高。記億胞産生之後須産生字元線和位元線，使得當使用金屬時不會使基板受到污染或不會與基板發生其它之交互作用C. 位元線可藉肋於條形之光阻遮罩利用一種或多種導電性材料之沈積及結構化而産生，光阻遮罩之條形平行於隔離結構而延伸且至少一部份未覆蓋上部源極/汲極區。另一方式是一種隔離區覆蓋這些字元線，使得在上部源極/汲極區裸露時可在此隔離區中産生第二溝渠。位 -7 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) #τ--------訂---------線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 498541 A7 B7_ 五、發明說明（6 ) 元線可以自我對準（即，不必使用可對準之遮罩）之方式而産生於第二溝渠中，第二溝渠中須沈積一些導電性材料目.進行回蝕刻及/或以化學-機槭方式進行拋光直至此隔離區裸露為止。由於上述這些垂直式電晶體是配置於記億電容器上方，刖D R A Μ晶胞配置具有很高之封裝密度。每一記億胞之空間需求可以是4 F 2。第一溝渠因此可藉肋於光阻遮罩而産生，光阻遮罩之條形所具有之寬度和相互間之距離都是F。産生各凹口所用之光阻遮罩之條形所具有之寛度同樣是大約F且相互間之距離是F。若上述這些寬度和距離大於F ,則亦在本發明之範圍中。上述各隔離結構可在位元線延伸之方向中相鄰之各凹口之間以自我對準之方式産生上部源極/汲極區。這些上部源極/汲極區可藉由基板之與主面相鄰接之摻雜區之結構化而産生。此種結構化是藉由隔離結構和凹口之産生來達成。另一方式是可産生上部源極/汲極區，其中在産生各凹口及隔離結構之後進行一種植入過程。本發明之範圍亦包括：在各凹口産生之後施加電容器介電質且隨後在各凹口中填入導電性材料直至中央高度處為止。於是可沈積一種導電性材料（例如，摻雜之多晶矽將此種材料整平且回（b a c k )蝕刻至中央高度為止。然後去除電容器介電質之裸露部份，使電容器介電質覆蓋各凹口之各面直至中央高度處為止。各凹口中然後又填入導電性材料直至一種上方高度（其位於中央高度上 -8 一本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂-------------線一 498541 A7 B7 五、發明說明方）處為止。導電性材料形成一些記億節點，其在中央經濟部智慧財產局員工消費合作社印製極接所另由利！111只邊對此節配緣點入凹器 fi 源鄰層。藉有έΓέιε 區二相，億胞邊節填蓋容部間雜成質是之 uiη極第質區記晶二億料覆電下之摻達物式口間at汲之電入中AΜ第記材罩使種度之來雜方pta之10\ 口介凹區DR之各使遮式一高中生摻種 Μ·(ρ極凹器之入使口屬中種方生方板産中此 W 極體源與容一凹可凹所口此之産上基之其。^ 汲浮 .部不電唯此造之在凹，罩須和於口。中 j \ 止下是。有在構鄰會在罩遮一1 α 度置凹區板spf極防之別時具且種相不則遮阻板高埋和極基Sr源可體特接間上此各而，阻光基央種構汲至21部此晶且鄰之緣。為小置光對於中一結 \ 散 i 下因電緣相度邊區因變配種地 -接在由離極擴(^和，若邊η高一極是可胞一性 9 鄰域可隔源點體區接：一 δ方第汲這離晶加擇 -間區區由部節晶極連的第目上之 \ ，距 A 施選之些極藉下億電汲相利之；^和口極高的。”須以度這汲是生記各 / 互有口度凹源提間流種後 0 高使。/ 化産由為極可是凹、高於部度之電此之緣方，點極構可而因源上1式屬央在下密緣漏生度邊上區節源結是驟是部性 I 方所¾中存於裝邊生産高二和極億部。式步這上電)A述於纟在區接封一産了央第度汲記下生方火，及在 d 下接ί地入鄰之第間為中之高 \ 於産一退的以區bo鄰緣應凹點置和之至口 ---^1 ^—:1-^-------------訂---------線 ^^1 (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)A4規格（210 X 297公釐） 498541 A7 B7_ 五、發明說明（8 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 介電質之裸露部份被去除，各凹口之第二邊緣上之電容器介電質則仍保存箸。在去除光阻遮罩之後各凹口中如上所述須又填入一種導電性材料直至上方高度處為止，使記億節點在中央高度和上方高度之間於凹口之第一邊緣中只鄰接於基板。若此種下部源極/汲極區（其鄰接於所屬凹口之第一邊緣）不與該所屬凹口相鄰接之另一凹口之第二邊綠相鄒接，則此種情況是有利的。這樣可防止所屬電晶體受到相鄰凹口之閛極電極所控制。電容器介電質在凹口之第二邊緣上可具有一値凹入區於是可省略上述之光阻遮罩（其覆蓋凹口之第二邊線）。下部源極/汲極區包括二個部份。第一部份鄰接於凹口之第一邊緣且第二部份鄰接於凹口之第二邊緣。若隔離結構所在位置較中央高度還高，則電容器介電質在凹口之其餘邊緣上亦可具有凹入區。下部源極/汲極區亦可以相對應之方式構成。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製垂直於各隔離結構而相鄰之下部源極/汲極區較佳是由這呰隔離結構而互相隔離。在此種情況下上述之下部源極/汲極區所在位置較這些隔離結構之下方邊緣還高而配置於凹口之上部區中。因此，記億節點之一部份亦配置於上部區中，且中央高度所在位置是在上部區中。各凹口之第一邊緣垂直於隔離結構之外形而延伸。為了防lh :凹口之閘極電極對於相鄰凹口之電晶體産生一種控制作用，則有利之方式是在凹口之第二邊緣上 -10- 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 498541 A7 B7_ 五、發明說明f ) 配置一些隔離結構（其厚度較閘極介電質還大）。為了使封裝密度提高，則有利之方式是使這些隔離結構配置在凹口之上部區中而不是配置在基板中。為了産生這些隔離結構，則須對上述各凹口形成偏移（〇 f f s e t )之方式來産生字元線，使閘極電極鄰接於凹口之第一邊緣之設有閘極介電質之此一部份但不鄰接於凹口之第二邊緣。在産生字元線時須使用條形之光阻遮罩，其條形區覆蓋各凹口之第一邊緣但不覆蓋第二邊緣。然後沈積一種絶緣材料目.進行回（b a c k )蝕刻，使隔離結構鄰接於第二邊緣而産生電容器之電極是配置在基板中且鄰接於電容器介電質。電容器電極可由基板之對所有電容器都是共用之此種摻雜層所構成。此種摻雜層可在記億胞産生之前例如藉由晶晶法（epitaxy)或植入法而産生。另一方式是在凹口中設置一種摻雜物質源，在退火步驟時摻雜物質由摻雜物質源擴散至基板中且在該處形成上述之摻雜層。摻雜物質源例如可以是砷（As)玻璃。在産生各凹口之後沈積此種砷玻璃，使凹口之各面被覆蓋。設有此種砷玻璃之各凹口之下部區是以光阻填入。然後去除裸露之伸玻璃。在去除光阻之後生長一種保護性氧化物是有利的。此種保護性氣化物在隨後之退火步驟中（此時砷由砷玻璃擴散至基板中）可防止砷被蒸發。由基板之以砷來摻雜之此一部份來産生此電容器之電極，此電極圍繞凹口下部區之一部份。 Μ 1 ~ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----*|^--Μ ^-------------訂---------線一 (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 498541 A7 B7_ 五、發明說明（1Q ) 若第一邊緣在凹口之上部區中是平坦的且在凹口之下部區中是彎曲的，刖此種情況是有利的。藉由熱氣化物作用所産生之此種闊極介電質之生長是與第一邊緣之相關部份相對於基板之晶體結構所呈現之方位有關。若第一邊緣之此種相關部份是平坦的，則可使閘極介電質均勻地生長，這是因為平坦面相對於彎曲面而言具有一種對晶體結構而言是確定之方位。電晶體（其中閘極電極具有均勻之厚度）之控制特性具有一種恃別高之下（u n d e r ) 門限U h r e s h ο 1 d )斜度。若電容器介電質之一部份由於熱氧化作用而生長在一種具有邊緣之面上，則此邊緣上之氯化物會沈積成特別薄，這樣會在邊緣區域中造成一些漏電流，因此有利之方式是：電容器介電質産生在一種不具備邊緣之面上。若電容器介電質是由材料之沈積而産生，則此種面中所存在之邊緣是不利的，這是因為在這些邊緣上會造成電場之變形，這樣會使電容器之擊穿電壓變小。本發明之範圍亦包括：凹口之上部區具有一種基本上是矩形之橫切面，其大於下部區之橫切面（其基本上是圓形或橢圓形的）。在産生各凹口之上部區之後藉由一種材料之沈積及非等向性之回蝕刻而在各凹口中産生輔肋性間隔層。藉由等向性之蝕刻過程而使輔肋性間隔層圓形化，使各凹口底部之裸露部份，具有一種無角隅之固邊，、然後藉由選擇性地對輔肋性間隔層所進行之非等向性蝕刻而産生各凹口之下部區。 -1 2- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----·1;--rl·:-------------訂---------線 (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 498541 A7 B7_ 五、發明說明Γ ) 為了使記億電容器之電容增大，然後藉由基板之等向件蝕刻而使各凹口之下部區擴大是有利的，其橫切面因此亦可擴大。下部區（其上配置電容器介電質）之面積因此亦會變大，使記億電容器之電容變大。下述情況是有利的：若電容器介電質具有第一部份，其覆蓋各凹口之下部區之各面直至一種下方高度（其位於上述中央高度之下方）處為止；且電容器介電質具有第二部份，其較第一部份厚且在下方高度和中央高度之間覆蓋各凹口之各面。藉由下部源極/汲極區，基板和電容器電極依據所選取之導電型式而形成一種Ρ η ρ接面或η ρ η接面，此種接面會由於藉由記億節點所進行之控制作用而造成漏電流。若電容器介電質在電容器電極和第二源極/汲極區之間特別厚，則記億節點不能控制上述之接而而可防止漏電流。為了産生上述之電容器介電質，則在産生凹口之後須在整面上施加此電容器介電質之第一部份。然後這些凹口中填入導電性材料直至下方高度處為止且使電容器介電質之第一部份之裸露的部份被去除。然後在整面上施加此電容器電質之第二部份且藉由水平各面上之回蝕刻而去除。然後這些凹口中如上所述填入一種導電生材料直至中央高度處為止。以下將描述一種方法，其可防止：由於蝕刻過程中有限之選擇性而使隔離結構之上方平面在産生凹口時下降主面下方。在隔離結構産生之前須在主面上施加一種由第一材料所構成之下層且其上施加一種由第二材料所構 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----- 訂---------線、一 498541 A7 B7_ 五、發明說明θ2 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 成之上餍。然後産生上述之隔離結構，其中使用第一材料來请入第一溝渠中。隔離結構之上方平面位於主面上方但位於下層之上方平面之下方。藉由第二材料之沈積及平而化直至下層裸露為止，則可在隔離結構上方産生一些由第二材料所構成之輔肋性結構。然後藉肋於條形之遮罩而産生一些凹口，其中選擇性地對第二材料首先對第一材料進行蝕刻，使隔離結構之上方平面不變地處於主而上方，這是因為輔肋性結構可保護上述之隔離結構。然後可産生各凹口，其中須對此基板之裸露部份進行蝕刻，此時隔離結構和下層是作為遮罩用。由於蝕刻過程中有限之選擇性，因此須將各隔離結構和下層整平，它們之上方平面由於下層足夠之厚度而不會下降至主而下方，Λ I比種基板可含有矽及/或鍺且較佳是單晶的，閙極介電質因此可藉由熱氣化作用而産生。位元線和字元線能以多層方式來構成。下層例如可由摻雜之多晶矽所構成且下層上方設置一種由較佳導電性之材料（例如，矽化物（S i 1 i z i d )或金屬所構成之層。本發明之實施例以下將依據圖式來詳述：經濟部智慧財產局員工消費合作社印製第]a圖在産生第一層，第二層，第三層，第四層和隔離結構之後此基板之橫切面。第〗b圖在去除第四層及産生輔肋性結構之後第1 a圖之橫切面。第2 a _ 在産生各凹口之上部區及輔肋性間隔層之後 -1 4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 498541 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7_ 五、發明說明（1 3 ) 第1 b圖之基板之俯視圖，另外亦顯示光阻遮罩之狀態。第2b圖在第2a圖之步驟之後此基板之與第la圖之橫切而相垂直之橫切面。第3圖在輔肋性間隔層被圓形化之後第2 a圖之俯視第4圖在凹口之下部區，電容器介電質，記億節點以及光附遮罩産生之後第2 b圖橫切面。第5圖在蘭極介電質，上部源極/汲極區，下部源極/汲極區，第五層，第六層及第七層産生之後第4圖之橫切面。第6a圖在第五層和第六層對字元線進行結構化且産生間隔層，隔離區（第6 b圖中所示者），第八和第七層（此二層形成位元線）及第十層之後第5圖之橫切面。第6bU 在第6a圖之步驟之後此基板之與第6a圖之橫切而相平行之橫切面。上述各圖式未依比例繪製。在本實施例中設置一種由矽構成之P -摻雜之基板S以作為原始材料，此基板S在一與主面Η相鄰接之層中是以大約1 0 18 c πΓ3之摻雜物質濃度來進行Ρ -摻雜。在主面 Η上沈積一種大約20ηιη厚之由Si〇2構成之第一層1,其上沈積一種大約ΙΟΟηπι厚之由氮化矽構成之第二層2,其上又沈積大約800nm厚之由Si〇2構成之第三層3且其上又沈積大約ΙΟΟηπι厚之由氮化矽構成之第四層4 (請參閲第 1 a _ )。 -1 5 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (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 498541 A7 B7_ 五、發明說明（1 4 ) 藉肋於條形之第一光阻遮罩（未顯示）來對第四層4, 第三層3,第二層2，第一層1以及基板S進行非等向性之蝕刻，使基板S中産生大約300ηιη深之第一溝渠，第一溝渠之寬度大約是1 0 〇 n in且相互間的距離大約也是1 0 0 n m ，例如C F 4，C H F 3 , C 2 F 6及Η B r適合用作蝕刻劑，它們是依據待蝕刻之材料而組合。在第一溝渠中産生一些隔離結構T,其中須以共形 (conformal)方式沈積厚度大約是200nm之Si〇2且藉由化學-機槭式拋光法而整平直至第四層4之上方平面裸露為ih。然後選擇性地對氮化矽來對S i 0 2進行回蝕刻，使隔離結構T之上方平面位於第三層3之上平面下方 (第1 a圖）。然後沈積氮化矽且藉由化學-機械式拋光法而將之整平直至第三層3之上方平面裸露為止。以此種方式而在隔離結構T上方配置一些由氮化矽所構成之輔肋性結構 Q (第1b圖）。藕肋於條形之第二光阻遮罩P 2 (第2 a圖，其條形垂直於第一光阻遮罩而延伸）而選擇性地對氮化矽例如以 C 4 F e , C 0來對S i 0 2進行蝕刻直至第二層2之一部份裸露為it。然後對氮化矽進行蝕刻以便去除該輔肋性結構Q和第二層2之裸露之部份。藉由選擇性地對Si〇2 來對矽進行蝕刻，則由於蝕刻過程之有限之選擇性而會首先使第一層1之一部份被切割，然後産生各凹口 V之上部區。這呰隔離結構T和第三層3作為厚度遮罩用。 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） m in n ϋ ϋ 11 ϋ ^1 I ir 0 -ϋ n mmmM9 ϋ i_l—、 ϋ emBW mmmmmm I ϋ i-i tMMm I (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 498541 A7 B7_ 五、發明說明（1 5 ) 凹口 V之上部區在基板S中大約300ηπι深且其橫切面平行於主面Η,這些橫切面是正方形的且其邊長大約是lOOnm 。相鄰之凹口 V之間的距離大約是1 0 0 n m (請參閲第2 a和第2 b圓）。在凹口 V中産生一些輔肋性間隔層f ,其中沈積一種厚度大約是30nm之Si02且進行非等向性之回蝕刻（第2a, 2 b圖）。各凹口底部之裸露的部份基本上是正方形的且邊長大約是4 0 n m。為了使輔肋性間隔層f圓形化，則隨後例如以C F 4作為蝕刻劑來進行一種等向性之回蝕刻（第3圖）。各凹口 V之底部之裸露的一部份基本上是圓形的且其直徑大約是 1 0 0 n ra。然後例如以Η B「選擇性地對S i 0 2來對矽進行非等向性之蝕刻，以便産生各凹口 V之下部區，這些下部區由於作為遮罩用之輔肋性間隔層f而具有圖形之水平橫切面，這些凹口 V現在是大約7 w m深（第4圖）。在蝕刻時這些隔離結構T以及第三層3是作為厚遮罩用。各凹口 V之上部區分別具有4個側面平坦之第1面F 1 。各凹口 V之下部區具有彎曲之第二面F2。各凹口 V之一之下部區之與主面Η平行之水平橫切面具有一種彎曲之固邊。基板S之一部份特別是配置在各凹口 V之上部區之角隅下方，因為輔肋性間隔層f至少覆蓋這些角隅，該處因此不會被蝕刻得較深。為了産生電容器之電極E,須沈積厚度大約是l〇〇nm之 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----I ‘---I.-------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 498541 A7 B7 五、發明說明（1 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製至處長後基慘之隔各産，第性h度部第非d2 入11須性 V於No去等方方裸式^，部镇4後物I以繞肋口，一度學曰疋非下下U 形且二阻第之化 g 輔凹化第卩化於由 Η 至 d 層第光較阻氯纟 U 和則氧謂} Ξ 由。藉面直份隔 ο 之以bh光性MMIE物，被所圖㈠藉止後主砂部間si質是請除護35U1 化dl後為4ΙΓ且為然達晶一之之電 ί. 由以電須 m 中 h 去保 uifcl氧份隨作第a矽露 C 到多第質 η 介 V 度在種 Hkl性。部份以t(晶裸平至入之電15器時此， 1 度，口高。此 =1 E 護除一部 d , , K 多 2 整直填質介是容比因厚凹之璃。以卩極保去第一份 ί 點之層被刻中電器約電。效之處玻 W 時 — 電。來之之部 Μ 節雜二 Τ 蝕 V 介。容大 ο 璃讯#^驟4|器1)酸質矽一 I 億 _ 第構回Ρ器除電度Η) 玻1/^之^步，^&容圖氟電化第^記〕至結行凹{谷去生厚 δφ方露ί火電i4氫介氮之g-i之it直離進使電來産積以有下裸物退δφ生 ί 之器，質_'器""平隔矽便。酸中沈ί h 之 η ) 設Η除化行51産份釋容矽電 m容i整使晶以目氣 V須刻此一' 而去氧進來部稀電化介 3 電被約多，氫口則蝕這主後性。CP1份一以生氮器約生 1而大對Ihl4以凹，回於然 _00彳部之後産置容大産法& 而為.< 是在 d 之璃位。保10中眈區然了設電有了 m 光 3 刻度ih如了份性破約fh種約 S 之部 f 為須此具為on拋餍蝕深為例為部向 5Φ大為一大板雜下層而生其10式三之之 U 份二等 (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)A4規格（210 X 297公釐） 498541 A7 B7_ 五、發明說明Γ ) 較第一部份d 1還厚。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 藉由沈積厚度大約是]ΟΟηπι之同次（in situ)摻雜之多晶矽目_隨後進行回蝕刻直至主面Η下方大約2 5 0 n in處之深度為止而使記億節點k擴大。各凹口 V中以多晶矽填入直至中央高度m為止（第4圖）。藉肋於多層之第三光阻遮罩P 3 (第4圖）而使電容器介電質之第二部份d 2之一些部份被去除。在凹口 V之第一邊緣上此電容器介電質之第二部份d 2只由下方高度ii抵達中央高度m。然後沈積厚度大約是1 0 0 n m之同次摻雜之多晶矽且藉由化學-機械拋光法而被整平直至第二層2裸露為止。在第一層1下方藉由棺入法以η -摻雜之離子在基板S 中産生垂直式電晶體之大約3 0 n Hi厚度之上部源極/汲極區S / I) 1。由於隔離結構Τ和凹口 V，則此種上部源極/ 汲極區S / D 1具有正方形之水平橫切面，其邊長大約是 1 0 0 η in。這些相鄰之上部源極/汲極區S / D 1藉由隔離結構Τ或凹口 V而互相隔離。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製然後對多晶矽進行回蝕刻直至主面Η下方大約2 0 0 ηιη處之深度為止，使記億節點Κ又變厚。這些凹口 V中以多晶的瑱入直至上方高度人為止，（第5圖）。記億節點Κ在凹口 V之第一邊緣中在中央高度ffi和上方高度〇之間是與基板 S相鄰接。記億節點K之上方部份是配置在凹口 V之上部區中。藉由退火步驟而使摻雜物質由記億節點K擴散至基板S中以便産生電晶體之下部源極/汲極區S / D 2 ,這些 S/1)2在中央高度m和上方高度〇之間的區域中是鄰接於 - 1 9 - 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 498541 A7 B7_ 五、發明說明（1 8 ) 凹口 V之第一邊緣。然後例如以無色之礤酸作為蝕刻劑而使第二層2被去除蕻由熱氣化作用而在各凹口 V之上部區之邊緣上以及 ΐ而Η上和記億節點Κ上産生一種閘極介電質G d (第5 圖）然後沈積厚度大約是6 Ο η πι之由同次摻雜之多晶矽所構成之第五餍5，使凹口 V之上部區中填入此種多晶矽。其上沈積厚度大約是5 0 n hi之由矽化鎢所構成之第六層6 以及厚度大約1 Ο Ο η πι之由氮化矽所構成之第七層7 (第5 圖）.、藕肋於條形之第四光阻遮罩（未顯示，其條形垂直於隔離結構T而延伸）而對第七層7 ,第六層6以及第五層 5進行蝕刻直至闞極介電質G d裸露為止。第五層5之一部份以及第六層6之一部份（此二部份互相鄰接）形成一條字元線，此條字元線是由隔離用之第七層7所覆蓋 (第6 a圖），、字元線大約1 0 0 n m寬且相互間的距離大約1 0 0 n m 。這些字元線偏離（offset)各凹口 V而配置，使字元線之第一部份具有條形之水平橫切面且延伸於這些由閘極介電質G d所覆蓋之上部源極/汲極區S / D 1之一些部份的上方字元線的第二部份在各凹口 V之上部區中是配置於凹口之第一邊緣。字兀線具有一種金屬性導電性。為了在凹口 V中産生一些隔離結構L ,須沈積厚度大約是5 0 n m之S i 0 2且進行回蝕刻直至閘極介電質G d (其由於本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -------訂---------*5^ 498541 A7 B7 五、發明說明θ 露裸産以須 a ,矽線化刻元氮蝕字之易條nm 不各15 較封是而包約度了大密為度其厚積刻沈蝕須回中行其進，式 οP } S 方圖層性 6a隔向第間等 (E111 止②彡為圖生學産化 CC 了由 16為 0 第 ( 冃 S 止之為 nlll面 50平是種約一大生度産厚至積直沈平須整 , 而 I 法光拋槭機區隔種第 _ 於置配形條其示顯 ¥ 罩遮阻光五第之形條於肋藉對來區 it 離隔在方巨上露 mi/ T 裸構D1 結 S 離區隔極汲二 \第極，源止部為上渠至溝直二刻第触生行産進中孔之二觸用第接離對些隔此一 c 因成份，形部線且一元深之字別Gdii 特質保中電可域介此區極因的閘SP 間除層之去隔線是間元於及字 c 以各1 )7 _ 在 3 屬渠 β 七溝¥第度許容準對之大較 in 種 1 生産可 ^一一门而渠溝 C η d 二 n δ二曰s約J;夕夕層大U至度;./直第 j 厚 i 刻積蝕 Μ 一了所彳，4進元晶位多-多之生 # 對産_後摻了 Μ然為tuc • It S 中次渠溝二上層七 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----- 訂---------線赢經濟部智慧財產局員工消費合作社印製大y槭厚大 f« 度積：厚且化積 Λ9 由 >九旦 * 第10 之層成十構第所之鈦成 30及構約以所大鈦鎢方化由 LL· rl 為流電之 ® I整由on而之1法光拋是約止為露8’ 裸層 VV 一—- / 區第離由隔中至渠直溝平二第在式方之準對我自以便以 #4— 生産來 ο 層十第及以 9 層九第第之線元 S ， /Λ- ) 0 伸線延元而線相元在字置於配直且垂中其孔 ί觸接入填份部區形條成形份部第之線元位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 498541 A7 B7 五、發明說明（2Q ) 鄒之字元線之間（第6 a圖）。位元線具有金屬導電性。在本奮施例中産生D R A Μ晶胞配置。記億胞含有一個垂首式雷晶體及一値電容器（其與電晶體串聯）。電晶體之鬧極介霄質配置在一個平坦之第一面F 1上。電容器介電質之第一部份配置在彎曲之第二面F 2上。字元線之一部份（其配置在凹口 V之上部區之第一邊緣）闬作眈電晶體之閜極電極。凹口 V之第二邊緣上之隔離結構L可防止：此種配置在凹口 V中之字元線控制著雷晶體，電晶體配置在一個與凹口 V相鄰之凹口 V中。電晶體之通道區是基板S之一部份，通道區配置在上部源極/汲極區S / D 1及下部源極/汲極S / D 2之間。各電晶體之通道區互相連接，因此可由於基板S之鄰接於牛而Η之層之足夠高之摻雜物質濃度而防止浮體（F 1 〇 a t i n g b ο d y )效應。本實施例可有很多變型，其同樣在本發明之範圍中。因此各餍，各凹口和各結構之大小可依據各別需求而調整。同樣情況亦適用於摻雜物質濃度及各種材料之選取。字元線和位元線亦可含有一些和本實施例中者不同之材料。電晶體之下部源極/汲極區可劃分成二部份，使第一部份鄒接於所屬凹口之第一邊緣且第二部份鄰接於第二邊緣。在此種情況下在去除電容器介電質之第二部份直至中央高度為止時不需使用遮罩，因此該電容器介電質之在各凹口之第二邊緣上之第二部份同樣可被去除直至 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------tr---------線 498541 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（2]) 中央高度為ihe記億節點在第一邊緣中及在第二邊緣中都與基板相鄰接。若W 口之第二邊緣至相鄰凹口之電晶體之下部源極/ 汲極區之距離足夠大時，刖可省略上述之隔離結構。若設詈上述之隔離結構，則下部源極/汲極區是藉由基板之摻雜餍之結構化（不是藉由摻雜物質之擴散）而産牛‘，可産生一些隔離結構，其中為了包封這些字元線須沈稽氛化矽至一種厚度而填入凹口中。在此種情況下上述之隔離結構是由氛化矽所構成。符號之説明 1,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10.....1 dl , d2.....電容器介電質 E.........電容器電極 f.........輔肋性間隔層 F 1，F 2.....而 G d........閘極介電質 h.........高度 Η.........主面 I.........隔離區 Κ.........記億節點 I..........隔離結構 m.........高度〇.........高度 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) — --------訂------ 498541 A7 _B7 五、發明說明（22 ) P 2，P 3.....光阻遮罩 Q.........輔肋性結構 S.........基板 S / f) 1，S / D 2.....源極/汲極區 S p.......鬧隔層 T........隔離結構 U........高度 V........凹口 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1_§ emMmw mmMam I ϋι ·ϋ I J y I 1 ϋ ϋ ϋ ml ·ϋ 1_Β— I -* 含口矣經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims

498541 翁止j 年月2 六、申請專利範圍第88 1 167 1 5號「動態式隨機存取記憶體晶胞配置及其製造方法」專利案（91年5月修正）六申請專利範圍 1. 一種動態式隨機存取記憶體（DRAM)晶胞配置之製造方法，其特徵爲： -在基板（S)中產生一些基本上互相平行而延伸之第一溝渠， -第一溝渠中塡入一種隔離結構（T)， -藉由條形之光阻遮罩（p2)(其條形垂直於第一溝渠而延伸）所進行之蝕刻而選擇性地對隔離結構（T)來對基板（S) 進行蝕刻，因此產生各凹口（V)， -各凹口（V)之下部區之各面設有電容器介電質（dl，d2)， -在各凹口（V)之下部區中分別產生記憶電容器之記憶節點（k)， -電晶體之上部源極/汲極區（S/D1)鄰接於基板（S)之主面（η)而產生，使s/di配置在二個相鄰之凹α(ν)之間及二個相鄰之隔離結構（Τ)之間， -各凹口（V)之至少第一邊緣在凹口（V)之上部區中設有一種閘極介電質（Gd)， -在基板（S)中須形成電晶體之下部源極/汲極區（S/ D2)，使S/D2在電性上與記億節點（K)相連接，各電晶體中之一分別與各記憶電容器中之一互相串聯而形成一個記憶胞， -藉由導電性材料之沈積及結構化而產生字元線，其在 498541 六、申請專利範圍主面（H)上方垂直於隔離結構（T)而延伸，垂直式電晶體之閘極電極鄰接於而產生，這些閘極電極配置在各凹口（V)中之一且在電性上與記憶節點（K)相隔離， -在字元線上方產生一種隔離層（7)， -藉由一種材料之沈積及回蝕刻而在字元線之邊緣上產生隔離用之間隔層（Sp)， -藉助於條形之光阻遮罩（其條形基本上平行於隔離結構 (T)而延伸）選擇性地對隔離層（7)和間隔層（Sp)來進行蝕刻，直至上部源極/汲極區（S/D1)裸露爲止， -產生一些位元線，其與上述源極/汲極區（S/D1)相接觸。 2. 如申請專利範圍第1項之方，法，其中 -產生一種隔離區（I)，其覆蓋該隔離層（7)， -在選擇性地對隔離層（7)及間隔層（Sp)進行蝕刻時在隔離區⑴中產生第二溝渠， -位元線以自我對準之方式產生於第二溝渠中，其中沈積至少一種導電性材料且將之整平直至隔離區（I)裸露爲止。 3. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中 -首先產生此凹口（V)之上部區， -藉由一種材料之沈積及非等向性之回蝕刻而在凹口（V) 中產生一種輔助性間隔層（0，一藉由等向性之蝕刻過程而使輔助性間隔層（f)圓形化，凹口（V)之底部之裸露的部份因此具有一種無角隅之周 -2- 498541 六、申請專利範圍邊， -藉由非等向性之蝕刻選擇性地對該輔助性間隔層（f)而產生各凹口（v)之下部區。 4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中 -各凹口（V)之下部區藉由等向性蝕刻選擇性地對輔助性間隔層（f)而擴大，使下部區之水平橫切面較上部區之水平橫切面還大。 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中 -在產生各凹口（V)之後施加電容器介電質（dl，d2)， -各凹口（v)中以導電性材料塡入直至中央高度（m)爲止， •"電容器介電質（dl，d2)之裸露部份須去除， -各凹口（V)中又以導電性材料塡入直至上方高度（〇)(其位於中央高度（m)上方）爲止，使記憶節點（k)由導電性材料所產生，記憶節點⑴至少一部份是配置在凹口（V) 之下部區中， -須產生下部源極/汲極區（S/D2)，使其在中央高度（m) 和上方高度（ο)之間鄰接於記憶節點（k)。 6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中 -在產生各凹口（V)之後施加電容器介電質之第一部份 (dl)， -各凹口（V)中塡入導電性材料直至下方高度（u)(其位於中央高度（m)下方）爲止， -去除電容器介電質之第一部份（dl)之裸露部份， -施加電容器介電質之第二部份（d2)，其較第一部份（dl) 498541 六、申請專利範圍還厚， -各凹口（v)中以導電性材料塡入直至中央高度（m)爲止。 7·如申請專利範圍第5或第6項之方法，其中 -在各凹口（V)已進行塡入直至中央高度（m)爲止之後須去除電容器介電質（dl，d2)之裸露部份，以便選擇性地對光阻遮罩（p3)(其覆蓋各凹口（V)之第二邊緣）進行蝕刻。 8·如申請專利範圍第7項之方法，其中 -字元線以相對於各凹口（V)而偏移（offset)之方式來產生’使閘極電極鄰接於各凹口（V)之第一邊緣之設有閘極介電質（Gd)之此一部份，但不與凹口（V)之第二邊緣 (其與第一邊緣相面對）相鄰接， -沈積一種絕緣材料且進行回蝕刻，以便在凹口（V)中產生一些隔離結構（L)，這些隔離結構鄰接於第二邊緣及閘極電極。 9·如申請專利範圍第1或5項之方法，其中 -爲了產生下部源極/汲極區（S/ D2)須進行一種退火步驟，使摻雜物質由記憶節點（K)擴散至基板（S)中。 10. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中 -在產生各凹口（V)之後摻雜物質擴散至基板（S)中，以便在基板（S)中產生此記憶電容器之電容器電極（E)，這些電極（E)互相合倂且圔繞各凹口（V)之下部區之一部份。 11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中 -在主面（H)上施加一種由第一材料所構成之下層（3)， -4- 498541 六、申請專利範圍 -在下層（3)上施加一種由第二材料所構成之上層（4)， -須產生上述之隔離結構（T)，使其由第一材料所構成且該隔離結構（T)之上方平面位於主面（H)上方且位於下層 (3)之上方平面之下方， -在隔離結構（T)上方產生一些由第二材料所構成之輔助性結構（Q)， -對第二材料進行蝕刻直至下層（3)裸露爲止，使輔助性結構（Q)之一部份仍保存著， -藉由產生凹口（V)所用之條形之光阻遮罩（P2)選擇性地對第二材料首先對第一材料進行蝕刻，使隔離結構（T) 之上方平面保持不變地仍處於主面（H)上方， -產生一些凹口（V)，其中雖然所使用之蝕刻過程存在有限之選擇性，該隔離結構（T)之上方平面仍未下降至主面之下。 12 —種動態式隨機存取記憶體（DRAM)晶胞配置，其特徵爲· -在基板（S)中設有一種記憶胞用之凹口（V)， -在凹口（乂）配置在條形之隔離結構（T)之間， _此凹口（V)之下部區之各面設有記億電容器之介電質 (dl ， d2)， -記憶電容器之記憶節點（K)配置在凹口（V)之下部區中’ -垂直式電晶體之下部源極/汲極區（S / D2)配置在基板 (S)中且在電性上是與記憶節點（Κ)相連接，使電晶體與記憶電容器相串聯而形成記憶胞， 498541 六、申請專利範圍 -凹口（v)之第一邊緣在凹口（v)之上部區中設有一種閘極介電質（Gd)， -在凹口（V)之上部區中配置此電晶體之閘極電極，其電性上是與記憶節點（K)相隔離， -字元線在基板（S)之主面（H)上方垂直於隔離結構（T)而延伸且鄰接於閘極電極， -隔離層（7)(配置於字元線上方， -字元線之邊緣設有隔離用之間隔層（Sp)， -位元線垂直於字元線而延伸， -位元線之一部份配置在相鄰之字元線之間隔層（Sp)之間且鄰接於記塡胞之電晶體之上部源極/汲極（S/ D1)， -上部源極/汲極區（S / D1)配置於基板（S)之主面（H) 上，各凹口（V)和隔離結構（T)藉由S/D1而互相隔離且分別與S/D1相鄰接。 Π如申請專利範圍第12項之DRAM晶胞配置，其中 _電容器介電質（dl，d2)只在凹口（V)之第一邊緣上具有凹入口，在此凹入區中記憶節點（K)鄰接於下部源極/ 汲極區（S/ D2)。 14.如申請專利範圍第13項之DRAM晶胞配置，其中各電晶體之下部源極/汲極區（S/D2)分別鄰接於各凹口（V)中之 --- 〇 15_如申請專利範圍第12至14項中任一項之DRAM晶胞配置，其中 -在凹口（V)之上部區中配置一種隔離結構（L)，此隔離結 498541 六、申請專利範圍構（L)配置於凹口（V)之第二邊緣（其與第一邊緣相面對）上且鄰接於閘極電極。 16.如申請專利範圍第12至14項中任一項之DRAM晶胞配置，其中 -凹口（V)之上部區具有一種基本上是矩形之水平橫切面， -凹口（V)之下部區具有一種水平橫切面，其不具有任何角隅（corner)。 17如申請專利範圍第15項之DRAM晶胞配置，其中 -凹口（V)之上部區具有一種基本上是矩形之水平橫切面， -凹口（V)之下部區具有一種水平橫切面，其不具有任何角隅（corner)。 18.如申請專利範圍第12或第13項之DRAM晶胞配置，其中 -電容器介電質之第一部份（dl)是配置在電容器介電質之第二部份（d2)下方，第二部份（d2)較第一部份（dl)還厚。