TWI443809B - 形成具有雙側式電晶體之動態隨機存取記憶體的方法與鰭式場效電晶體結構 - Google Patents

Description

形成具有雙側式電晶體之動態隨機存取記憶體的方法與鰭式場效電晶體結構

本發明係關於動態隨機存取記憶體單元，尤指具有創新的存取電晶體結構的動態隨機存取記憶體單元。

元件尺寸微縮(miniaturization)乃是現今半導體技術領域中的趨勢，因而誕生高密度的動態隨機存取記憶體單元(Dynamic Random Access Memory cell，DRAM cell)，使得在一較小面積中可容納較多數量的字元線(word line)與位元線(bit line)，進而允許較快的運算速度。

然而，正因半導體元件的尺寸不斷微縮，造成動態隨機存取記憶體單元彼此的間距更為緊密，往往會導致一個強烈的字元線－字元線耦合效應(word line-word line coupling)，其係為一種不樂見的情形。因此，本發明的目的之一在於實現一種可避免上述問題的動態隨機存取記憶體單元。

因此，本發明目的之一在於提供一種動態隨機存取記憶體結構，其可避免強烈的字元線－字元線耦合效應。該結構提供複數個可彼此耦接的左側閘極與右側閘極，因此於字元線中提供局部連接(local connection)，並且降低一矽晶圓(silicon wafer)中字元線的電阻值。

依據本發明之實施例，其揭示一種具有一雙側式電晶體之一動態隨機存取記憶體的方法，包含有：提供一矽鰭式場效電晶體結構(silicon Fin Field Effect Transistor structure，silicon FinFET structure)，其具有至少兩個鰭片以及位於該兩個鰭片之間的一溝槽；在每一鰭片的兩側形成複數個高電阻閘極；在每一對高電阻閘極之間形成一孔洞以使該對高電阻閘極得以相互連接；在該溝槽的一側以及該對高電阻閘極之中一高電阻閘極的下方形成一閘極；形成一氧化層以覆蓋該閘極；以及沉積一厚金屬層於該溝槽中以形成一字元線。

依據本發明之實施例，其另揭示一種鰭式場效電晶體結構，包含有：至少兩個鰭片，具有一溝槽位在該兩個鰭片之間；一對高電阻閘極，形成於每一鰭片的兩側，其中該對高電阻閘極透過一孔洞以相互電性連接；一閘極，形成於該溝槽的一側以及該對高電阻閘極之一高電阻閘極的下方；以及一低電阻字元線，形成於該閘極下方。

由於典型的字元線具有高電阻，以致於較容易產生交錯耦合(cross-coupling)的情形，為了解決此一問題，本發明實現了埋入式低電阻字元線(buried low ohmic word line)，並且耦合一鰭式場效電晶體中一鰭片之左側閘極與右側閘極以實現出一雙側式(two-sided)電晶體，而此種電晶體結構的優點在於其導通速度與驅動電流量皆勝過習知的單側式(one-sided)電晶體許多。

傳統的鰭式場效電晶體結構包含複數個矽鰭片，其中該複數個矽鰭片的每一矽鰭片的任一側皆具有一閘極，且兩側的這些閘極彼此之間乃是獨立運作，故需要狹小且具高電阻的字元線，卻因此導致強烈的字元線－字元線耦合效應。為了要避免上述效應，本發明的目的之一在於實現可連同雙側式電晶體一起操作的低電阻字元線。

請參閱第1圖，第1圖為本發明之一實施例中一動態隨機存取記憶體佈局(layout)的示意圖。如圖所示，左方為該動態隨機存取記憶體佈局之Y軸方向的截面，而右方則為供左方參照用之該動態隨機存取記憶體佈局之X軸方向的截面。X軸方向的截面與一標準動態隨機存取記憶體十字線單元(crosshair cell)唯一不同之處僅在於溝槽的底部有一孔洞，以使該複數個閘極得以穿越鰭式場效電晶體結構而彼此耦接。

Y軸方向的截面顯示出一鰭式場效電晶體結構，如圖所示，在複數個矽柱(silicon pillar)113(寬度為F)的兩側皆有閘極，一般來說，複數個矽柱113會各自獨立運作。此外，如上文所述，溝槽(寬度為F)中會有複數個孔洞111，其中複數個孔洞另以複數個矽柱113中的虛線區域109來標明。由於可藉由這些孔洞以實現跨過複數個矽柱113的連接，因此便可將右側與左側閘極103彼此耦接在一起。

複數個字元線107形成於溝槽的底部，而相較於習知技術，每一字元線107是由厚金屬層沉積而成，因此複數個字元線107呈現低電阻性，進而減少字元線－字元線耦合效應的機率。

此外，為了避免必須在每一字元線107的末端提供電源，第1圖中所示之結構提供了局部連接(local connection)的方式，其中該局部連接方式係由溝槽一側之閘極105所提供。鑑於複數個矽柱113兩側之高電阻閘極103之間的電性耦接，複數對高電阻閘極、溝槽一側之閘極105以及複數個字元線107之間亦可彼此電性耦接。

由上述可知，本發明之實施例所揭示之鰭式場效電晶體結構至此包含了一雙側式電晶體，由於左側閘極與右側閘極的厚度皆相當薄，因此這些閘極皆具高電阻性，並可確保這些閘極僅耦接於其所分別對應之複數個字元線，此外，另可確保左側閘極與右側閘極之間不會短路。

由於鰭式場效電晶體之溝槽中具有孔洞，單側式閘極(形成於溝槽的一側)便可將高電阻閘極連接於低電阻字元線，即便動態隨機存取記憶體為一雙側式電晶體，因為溝槽底部沉積了厚金屬層，故字元線－字元線耦合效應已大為減少，而上述之單側式閘極將高電阻閘極連接於低電阻字元線，也代表了每一字元線僅對應一鰭片。此外，孔洞亦可使左側的高電阻閘極成為局部性閘極偏壓(locally gated)(透過耦接於低電阻字元線的方式)，亦即該耦接可為直接連接而不需要由字元線的一末端開始，因此將使設計具有更大的彈性。

以下將詳述關於形成上述之鰭式場效電晶體結構的方法。首先，於矽柱兩側分別形成複數個閘極以及單側式閘極，接著，單側式閘極會以一氧化層包覆之，而複數個孔洞可以在此步驟形成，或是也可於接下來的金屬沉積步驟中形成。理想上，該複數個孔洞係經由一濕蝕刻程序來形成。

再來，是將金屬沉積於一溝槽，一般情形是使用鈦鎢(TiW)，但亦可使用氮化鈦(TiN)。該溝槽會被填以鈦鎢，直到形成一厚的字元線為止。此時，需要將左側閘極、右側閘極以及字元線連接起來，其可藉由將該複數個孔洞內至少一部分空間填充一金屬來完成，如此一來，便使得左側閘極與右側閘極產生連接。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

103‧‧‧高電阻閘極

105‧‧‧閘極

107‧‧‧低電阻字元線

109、111‧‧‧孔洞

113‧‧‧矽柱

第1圖為本發明一實施例中之一動態隨機存取記憶體的X軸方向的截面與Y軸方向的截面的示意圖。

103．．．高電阻閘極

105．．．閘極

107．．．低電阻字元線

109、111．．．孔洞

113．．．矽柱

Claims (11)

1. 一種形成具有一雙側式電晶體之一動態隨機存取記憶體的方法，包含有：提供一矽鰭式場效電晶體結構，其具有至少有兩個鰭片以及位於該兩個鰭片之間的一溝槽；在每一鰭片的兩側形成一對高電阻閘極，其中該對高電阻閘極包含彼此未直接接觸之一左側高電阻閘極與一右側高電阻閘極，該左側高電阻閘極與該右側高電阻閘極分別形成於相對應之鰭片的左側與右側；在該對高電阻閘極所包含之該左側高電阻閘極與該右側高電阻閘極之間形成一孔洞，以使該對高電阻閘極得以相互連接；在該溝槽的單一側以及該對高電阻閘極之中一高電阻閘極的下方形成一單側式閘極；形成一氧化層以覆蓋該單側式閘極；以及沉積一厚金屬層於該溝槽中以形成一字元線。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，另包含：在形成該孔洞之後，將該孔洞內至少一部分填充一金屬。
3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該孔洞係填滿一金屬氮化物。
4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該溝槽中所填入之金屬為氮化鈦或鈦鎢。
5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該厚金屬層具低電阻性以及耦接於一接地端。
6. 一種鰭式場效電晶體結構，包含有：至少有兩個鰭片，其具有一溝槽位在該兩個鰭片之間；複數對高電阻閘極，分別對應每一鰭片來設置，其中每一對高電阻閘極包含彼此未直接接觸之一左側高電阻閘極與一右側高電阻閘極，該左側高電阻閘極與該右側高電阻閘極分別形成於相對應之鰭片的左側與右側，以及該左側高電阻閘極與該右側高電阻閘極係透過一孔洞以相互電性連接；一單側式閘極，形成於該溝槽的單一側以及該複數對高電阻閘極其中之一所包含之一高電阻閘極的下方；以及一低電阻字元線，形成於該單側式閘極的下方。
7. 如申請專利範圍第6項所述之結構，其中該孔洞至少有一部分為一金屬氮化物所填充。
8. 如申請專利範圍第6項所述之結構，其中該低電阻字元線的材質為氮化鈦或鈦鎢。
9. 如申請專利範圍第6項所述之結構，其中位於該溝槽一側的該閘極為一氧化層所覆蓋。
10. 如申請專利範圍第6項所述之結構，其中該孔洞是在形成該對高電阻閘極的期間所形成。
11. 如申請專利範圍第6項所述之結構，其中該孔洞是在形成該低電阻字元線所進行的金屬沉積製程期間所形成。