專利名稱：具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)一種半導(dǎo)體組件的存儲單元，特別是有關(guān)于一種具有垂直晶體管(vertical transistor)以及深溝槽電容(deep trenchcapacitor)的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程的存儲單元。
背景技術(shù)：
在集成電路芯片上制作高密度植入的半導(dǎo)體組件時，必須考慮如何縮小每一個存儲單元的大小與電力消耗，以使其操作速度加快。在傳統(tǒng)的平面晶體管設(shè)計中，為了獲得一個最小尺寸的存儲單元，必須盡量將晶體管的閘極長度縮短，以減少存儲單元的橫向面積。但是，這會使閘極無法忍受較大的漏電流而必須相對應(yīng)地降低位元線上的電壓，進而使得電容所儲存的電荷減少，所以在縮短閘極的橫向長度同時，還要考量如何制作一個具有較大電容量的電容，例如增加電容的面積、減少電容板之間的有效介質(zhì)厚度等等。由于在實際制作上無法同時滿足減少存儲單元面積且增加電容面積的條件，也無法進一步縮小有效介質(zhì)的厚度，因此目前發(fā)展出一種垂直晶體管(vertical transistor)結(jié)構(gòu)，可以將閘極長度維持在一個可得到低漏電流的的適當(dāng)值，不但不會減小位元線電壓，也不會增加存儲單元的橫向面積。此外，還發(fā)展出一種深溝槽電容(deep trench capacitor)，是直接設(shè)置于垂直晶體管下方，不會占用存儲單元的額外面積。
在美國專利第6,034,389中揭示一種具有深溝槽電容的自行對準(zhǔn)式擴散源極垂直晶體管。
如圖1a至圖1e所示，是顯示習(xí)知的具有部分垂直通道的晶體管的切面示意圖。
習(xí)知制作方法是于一p型硅基底101上形成復(fù)數(shù)個深溝槽104以及相對應(yīng)凸出的柱形區(qū)102，使深溝槽104隔離每一個柱形區(qū)102。如圖1a所示，柱形區(qū)102表面上設(shè)有一薄墊氧化物層103a以及一氮氧化物層103b，是用來定義柱形區(qū)102區(qū)域。首先于深溝槽104下方區(qū)域的側(cè)壁上形成一重度摻雜氧化物105(如砷玻璃ASG)作為源極擴散材料，然后于高溫下進行短時間的退火制程，使砷擴散至柱形區(qū)102側(cè)壁而形成一n型重摻雜(n+)擴散區(qū)106，用來作為一n+源極區(qū)106以及后續(xù)制作的深溝槽電容的儲存電極。隨后如圖1b所示，將重度摻雜氧化物105去除。
然后，如圖1c所示，在深溝槽104內(nèi)側(cè)壁上生長一ONO薄膜107，作為深溝槽電容的介質(zhì)。接著于深溝槽104內(nèi)沉積一n+多晶硅層108，作為溝槽電容的電容板108，并將ONO薄膜107以及n+多晶硅層108蝕刻至一預(yù)定深度。跟著，如圖1d所示，于深溝槽104內(nèi)的n+多晶硅層108上覆蓋一障蔽氧化層109，以便將后續(xù)制作的閘極隔離。隨后，于深溝槽104內(nèi)的側(cè)壁上生長一閘極氧化物110，再于深溝槽104內(nèi)填滿一n+多晶硅層111，作為一控制閘極111。然后，如圖1e所示，蝕刻閘極111以便隔離各字線，再將薄墊氧化物層103a以及氮氧化物層103b去除之后，于每一個柱形區(qū)102頂端植入一n+汲極區(qū)112。最后形成一與字線垂直的位元線金屬層113，便制作完成存儲單元數(shù)組。
由上述可知，在每一個存儲單元中，控制閘極111、n+源極區(qū)106以及n+汲極區(qū)112構(gòu)成一垂直晶體管，而位于垂直晶體管下方的n+擴散區(qū)106、ONO薄膜107以及n+多晶硅層108則構(gòu)成深溝槽電容。在一個開放位元線(open bitline)的架構(gòu)中，所有的存儲單元共享深溝槽電容的n+多晶硅電容板108，電荷是儲存在每一個柱形區(qū)102內(nèi)的n+擴散區(qū)106。雖然柱形區(qū)102頂部可以用來作為n+源極區(qū)106以及n+汲極區(qū)112之間的通道，但是為了避免柱形區(qū)102內(nèi)側(cè)壁上兩相鄰的源極區(qū)106產(chǎn)生空乏區(qū)(depletion region)過分接近而重迭的情形，柱形區(qū)102的橫向?qū)挾葧艿揭欢ǖ南拗贫鵁o法再縮短。
當(dāng)柱形區(qū)102所構(gòu)成的主動區(qū)與深溝槽104未對準(zhǔn)時，電容摻質(zhì)容易擴散而影響主動區(qū)的摻質(zhì)區(qū)，而造成主動區(qū)的摻質(zhì)濃度升高，如此一來，將會影響存儲胞的電性，并使相鄰的存儲單元有不同的內(nèi)在的漏電流，造成存儲的數(shù)據(jù)錯誤。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有部分垂直通道的晶體管的主動區(qū)的制程，適用于動態(tài)隨機存取存儲單元，可借由在深溝槽內(nèi)填入抗反射層來制作自對準(zhǔn)制程的主動區(qū)。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明提供一種具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程，包括下列步驟提供一半導(dǎo)體基底，半導(dǎo)體基底包含有二深溝槽；于每一深溝槽內(nèi)形成一深溝槽電容，深溝槽電容低于半導(dǎo)體基底表面；于每一深溝槽電容表面上形成一隔絕層；于每一深溝槽內(nèi)填滿一罩幕層；于深溝槽間的半導(dǎo)體基底上形成一光阻層，其中光阻層覆蓋罩幕層的部分表面；以光阻層及罩幕層為蝕刻罩幕，蝕刻半導(dǎo)體基底至低于隔絕層的高度；及去除光阻層及罩幕層，其中深溝槽電容間的突出柱狀的半導(dǎo)體基底即為一主動區(qū)。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明再提供一種具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程，包括下列步驟提供一半導(dǎo)體基底，半導(dǎo)體基底上形成有一墊層；于半導(dǎo)體基底形成二深溝槽，二深溝槽相隔一既定距離；于每一深溝槽內(nèi)形成一深溝槽電容，深溝槽電容低于半導(dǎo)體基底表面，其中每一深溝槽的頂部側(cè)壁上形成有一環(huán)狀絕緣層；于半導(dǎo)體基底及深溝槽上順應(yīng)性形成一隔絕層；去除深溝槽側(cè)壁上的隔絕層，留下該等深溝槽電容表面的該隔絕層；于該半導(dǎo)體基底上形成一罩幕層，且該罩幕層填滿該等深溝槽；平坦化該罩幕層至露出該半導(dǎo)體基底表面為止，以留下該等深溝槽內(nèi)的該罩幕層；于該等深溝槽間的該半導(dǎo)體基底上形成一光阻層，其中該光阻層覆蓋該等罩幕層的部分表面；以該光阻層及該等罩幕層為蝕刻罩幕，蝕刻該半導(dǎo)體基底至低于該隔絕層一既定深度；及去除該光阻層及該等罩幕層，其中該等深溝槽間的突出柱狀的該半導(dǎo)體基底即為一主動區(qū)。


圖1a至圖1d是顯示習(xí)知的具有部分垂直通道的晶體管的切面示意圖；圖2a至圖2h是顯示本發(fā)明的具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程的切面示意圖。
符號說明101-p型硅基底102-柱形區(qū)103a-薄墊氧化物層103b-氮氧化物層104-深溝槽105-重度摻雜氧化物106-n+擴散區(qū)107-頂氧化層-氮化層-底氧化層108-電容板
109-障蔽氧化層110-閘極氧化物111-控制閘極112-n+汲極區(qū)113-位元線金屬層201、201b-半導(dǎo)體基底201a-深溝槽202-墊層203-深溝槽電容204-環(huán)狀絕緣層205-隔絕層206-罩幕層207-光阻層具體實施方式
為使本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下如圖2a至圖2h所示，是顯示本發(fā)明的具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程的切面示意圖。
如圖2a所示，首先，提供一半導(dǎo)體基底201，半導(dǎo)體基底201上形成有一墊層202，且半導(dǎo)體基底201包含有二深溝槽201a，此二深溝槽201a彼此間相距一既定距離，此既定距離間的半導(dǎo)體基底即為后續(xù)定義的主動區(qū)，因此，此既定距離可根據(jù)需要來決定，例如是1200至1400。其中，墊層202例如是墊氧化(pad oxide)層或墊氮化(pad nitride)層。
于該深溝槽201a中填入一導(dǎo)電層以作為一深溝槽電容203，深溝槽電容203的高度低于半導(dǎo)體基底201的表面，深溝槽電容203的高度可以根據(jù)需要來決定，深溝槽電容203與半導(dǎo)體基底201表面間的距離可決定后續(xù)形成的閘極的垂直通道長度。其中，每一深溝槽201a的頂部側(cè)壁上形成有一領(lǐng)型(collar)的環(huán)狀絕緣層204，用以與后續(xù)可繼續(xù)形成的閘極作為隔絕之用。其中，導(dǎo)電層例如是多晶硅層；環(huán)狀絕緣層204例如是氧化層。
如圖2b所示，接著，于半導(dǎo)體基底201、深溝槽201a及深溝槽電容203上順應(yīng)性形成一隔絕層，并對隔絕層進行等向性蝕刻步驟以去除深溝槽201a側(cè)壁上的隔絕層，直至留下深溝槽電容203上的隔絕層205。因為隔絕層形成于深溝槽201a側(cè)壁與深溝槽電容203表面上的厚度比例小于1∶8，因此去除深溝槽201a側(cè)壁上的隔絕層時，對深溝槽電容203上的隔絕層205不會有相當(dāng)大的影響。其中，隔絕層205例如是頂溝槽氧化層(top trench oxide)。
如圖2c所示，于墊層202上形成一罩幕層206，罩幕層206會填滿深溝槽201a。其中，罩幕層206例如是有機抗反射層如氮氧化硅(SiON)層等。
接下來，對罩幕層206進行平坦化步驟至露出墊層202的表面為止，并留下深溝槽201a內(nèi)的罩幕層206a，如圖2d所示。其中，平坦化步驟例如是化學(xué)機械研磨(chemical mechanical polish)步驟或回蝕刻(etchback)步驟。
如圖2e所示，于二深溝槽201a間的半導(dǎo)體基底201上形成一光阻層207，光阻層207為了將半導(dǎo)體基底201完全覆蓋，因此會覆蓋部分的罩幕層206a。
如圖2f所示，以光阻層207及罩幕層206a為蝕刻罩幕，對半導(dǎo)體基底201進行非等向性蝕刻，直到未被遮蔽的半導(dǎo)體基底201的高度低于隔絕層205為止，被蝕刻的半導(dǎo)體基底201的深度約為2600至3300。其中，非等向性蝕刻例如是電漿蝕刻(plasma etching)或反應(yīng)性離子蝕刻(reactive ion etching)；反應(yīng)氣體為含溴化氫(HBr)氣體與含氧(O2)氣體的混合氣體，含溴化氫(HBr)氣體對多晶硅層與氮化層具有良好選擇蝕刻，可減少蝕刻基底時對其他構(gòu)造的影響。
然后，依序?qū)⒐庾鑼?07及罩幕層206a去除，如此一來即使二深溝槽201a間的半導(dǎo)體基底201b呈一突出柱狀，如圖2g所示。
接著，如圖2h所示，將墊層202去除。如此一來，二深溝槽201a間的突出柱狀的半導(dǎo)體基底201b即為后續(xù)形成晶體管位置的主動區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明所提供的適用于動態(tài)隨機存取存儲單元的具有部分垂直信道晶體管的主動區(qū)制程中，可借由在深溝槽中形成抗反射層來作為自對準(zhǔn)的罩幕，可減少光罩的數(shù)目，有效減少制作時間及成本。同時，因為有抗反射層作為蝕刻罩幕的緣故，可避免蝕刻至深溝槽的嶺形環(huán)狀絕緣層，因此可使用對多晶硅層及氮化層具有良好選擇蝕刻比的氣體，例如溴化氫氣體來作為蝕刻反應(yīng)氣體。
權(quán)利要求
1.一種具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程，包括下列步驟提供一半導(dǎo)體基底，該半導(dǎo)體基底包含有二深溝槽；于每一深溝槽內(nèi)形成一深溝槽電容，該深溝槽電容低于該半導(dǎo)體基底表面；于每一深溝槽電容表面上形成一隔絕層；于每一深溝槽內(nèi)填滿一罩幕層；于該深溝槽間的該半導(dǎo)體基底上形成一光阻層，其中該光阻層覆蓋該罩幕層的部分表面；以該光阻層及該罩幕層為蝕刻罩幕，蝕刻該半導(dǎo)體基底至低于該隔絕層的高度；及去除該光阻層及該罩幕層，其中該深溝槽電容間的突出柱狀的該半導(dǎo)體基底即為一主動區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程，其中該深溝槽的頂部側(cè)壁上形成有一環(huán)狀絕緣層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程，其中該環(huán)狀絕緣層為領(lǐng)型介電層。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程，其中該環(huán)狀絕緣層為氧化層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程，其中該隔絕層為氧化層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程，其中該罩幕層為抗反射層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程，其中蝕刻該半導(dǎo)體基底的反應(yīng)氣體為含溴化氫氣體與含氧氣體的混合氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程，其中蝕刻該半導(dǎo)體基底的方法為非等向性蝕刻。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程，其中該非等向性蝕刻的方法為電漿蝕刻或反應(yīng)性離子蝕刻。
10.一種具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程，包括下列步驟提供一半導(dǎo)體基底，該半導(dǎo)體基底上形成有一墊層；于該半導(dǎo)體基底形成二深溝槽，該二深溝槽相隔一既定距離；于每一深溝槽內(nèi)形成一深溝槽電容，該深溝槽電容低于該半導(dǎo)體基底表面，其中每一深溝槽的頂部側(cè)壁上形成有一環(huán)狀絕緣層；于該半導(dǎo)體基底及該深溝槽上順應(yīng)性形成一隔絕層；去除該深溝槽側(cè)壁上的該隔絕層，留下該深溝槽電容表面的該隔絕層；于該半導(dǎo)體基底上形成一罩幕層，且該罩幕層填滿該深溝槽；平坦化該罩幕層至露出該半導(dǎo)體基底表面為止，以留下該深溝槽內(nèi)的該罩幕層；于該深溝槽間的該半導(dǎo)體基底上形成一光阻層，其中該光阻層覆蓋該罩幕層的部分表面；以該光阻層及該罩幕層為蝕刻罩幕，蝕刻該半導(dǎo)體基底至降低一既定深度；及去除該光阻層及該罩幕層，其中該深溝槽間的突出柱狀的該半導(dǎo)體基底即為一主動區(qū)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程，其中該墊層為墊氧化層或墊氮化層。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程，其中該二深溝槽相隔的該既定距離為1200至1400。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程，其中該環(huán)狀絕緣層為領(lǐng)型介電層。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程，其中該環(huán)狀絕緣層為氧化層。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程，其中該隔絕層為氧化層。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程，其中去除該深溝槽側(cè)壁的隔絕層的方法為等向性蝕刻。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程，其中該罩幕層為抗反射層。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程，其中平坦化該罩幕層的方法為化學(xué)機械研磨或回蝕刻步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程，其中蝕刻該半導(dǎo)體基底的反應(yīng)氣體為含溴化氫氣體與含氧氣體的混合氣體。
20.根據(jù)權(quán)利要求10所述的具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程，其中蝕刻該半導(dǎo)體基底的方法為非等向性蝕刻。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程，其中該非等向性蝕刻的方法為電漿蝕刻或反應(yīng)性離子蝕刻。
22.根據(jù)權(quán)利要求10所述的具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程，其中該既定深度為2600至3300。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有部分垂直信道的存儲單元的主動區(qū)自對準(zhǔn)制程，首先，提供一半導(dǎo)體基底，半導(dǎo)體基底包含有二深溝槽；接著，于每一深溝槽內(nèi)形成一深溝槽電容，深溝槽電容低于半導(dǎo)體基底表面，于每一深溝槽電容表面上形成一隔絕層；然后，于每一深溝槽內(nèi)填滿一罩幕層，且于深溝槽間的半導(dǎo)體基底上形成一光阻層，其中光阻層覆蓋罩幕層的部分表面；以光阻層及罩幕層為蝕刻罩幕，蝕刻半導(dǎo)體基底至低于隔絕層的高度；及去除光阻層及罩幕層，其中深溝槽電容間的突出柱狀半導(dǎo)體基底即為一主動區(qū)。
文檔編號H01L21/822GK1549334SQ0313655
公開日2004年11月24日 申請日期2003年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月23日
發(fā)明者張明成, 陳逸男, 黃則堯 申請人:南亞科技股份有限公司