專利名稱：部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體組件的制造方法，且特別是有關(guān)于一種包含溝槽式電容器(deep trench capacitor)和部分垂直晶體管的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(dynamic random access memory；DRAM)的制造方法。
背景技術(shù)：
在集成電路(integrated circuit，IC)芯片上制作高積集度的半導(dǎo)體組件時(shí)，必須考慮如何縮小每一個(gè)存儲(chǔ)單元(memory cell)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(jì)中，為了獲得一個(gè)最小尺寸的存儲(chǔ)單元，必須盡量將晶體管的閘極長(zhǎng)度縮短，以減少存儲(chǔ)單元的橫向面積。但是，這會(huì)使閘極無法忍受過大的漏電流而必須相對(duì)應(yīng)地降低位元線的電壓，進(jìn)而使得電容所儲(chǔ)存的電荷減少。所以，在縮短閘極的橫向長(zhǎng)度同時(shí)，還要考量如何制作一個(gè)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。為了解決上述問題，目前高密度存儲(chǔ)器(例如動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，DRAM)是發(fā)展出兩種不同的電容器形成技術(shù)，一種為堆棧式電容，另一種為深溝槽電容(deep trench capacitor)，其中深溝槽電容的制作是于基底內(nèi)形成一個(gè)深溝槽，并于深溝槽內(nèi)制作電容儲(chǔ)存區(qū)，故不會(huì)占用存儲(chǔ)單元的額外面積。此外，為了使閘極長(zhǎng)度維持在一個(gè)可得到低漏電流的適當(dāng)值，還發(fā)展出一種垂直晶體管(vertical transistor)結(jié)構(gòu)，是制作于深溝槽電容的上方，不但不會(huì)減小位元線電壓，也不會(huì)增加存儲(chǔ)單元的橫向面積。
以下配合圖1說明傳統(tǒng)的深溝槽電容和垂直晶體管的結(jié)構(gòu)。此半導(dǎo)體裝置包含一基底10，例如一硅基底，深溝槽18形成于其中，溝槽電容器14設(shè)置于深溝槽18的下半部。頸圈氧化層是設(shè)置于溝槽電容器14的上半部的側(cè)壁。電容器14的復(fù)晶硅上電極板是設(shè)置于深溝槽18內(nèi)。
埋入帶(buried strap)12是指位于溝槽式電容器14和垂直晶體管16之間的擴(kuò)散區(qū)，且與上電極板電性接觸，用以作為垂直晶體管16的汲極。埋入帶12是經(jīng)由熱制程將摻雜介電層(未繪示)中的摻雜離子驅(qū)入基底10而形成。
頂端氧化硅層(TTO)24是由為四乙基硅酸鹽(TEOS)所形成的氧化物，設(shè)置于上電極板上，用以作為溝槽式電容器14和垂直晶體管16之間的電性絕緣。
垂直晶體管16的結(jié)構(gòu)包括源極26、汲極12、閘極氧化層28和包含閘極電極22的閘極20。閘極電極22是位于深溝槽18的上半部，且會(huì)部分延伸至硅基底10表面。然而，位于邊角30的閘極氧化層28的厚度會(huì)因氧化速率的差異，而較深溝槽18垂直側(cè)壁和硅基底10水平表面的厚度薄，使邊角30處的閘極氧化層28的絕緣性質(zhì)變差，如此會(huì)影響晶體管16的品質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以避免邊角處的閘極氧化層過薄的方法。
本發(fā)明提出一種部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程。首先，提供包括存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)和支持區(qū)的半導(dǎo)體基底，此半導(dǎo)體基底上具有第一罩幕層，第一罩幕層和半導(dǎo)體基底中具有第一溝槽和第二溝槽，第一溝槽為深溝槽，且位于存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)中，其下半部具有電容器，電容器頂部具有第一絕緣層，第一絕緣層的表面和半導(dǎo)體基底的表面相隔一距離，第二溝槽為淺溝槽，用以定義出存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)和支持區(qū)的主動(dòng)區(qū)。之后，使第一罩幕層的邊緣退縮至暴露出半導(dǎo)體基底的邊角，并對(duì)半導(dǎo)體基底的邊角進(jìn)行第一圓化制程。接著，于第一罩幕層、第一絕緣層和半導(dǎo)體基底表面形成襯絕緣層，并于襯絕緣層上形成絕緣插塞，絕緣插塞與主動(dòng)區(qū)的半導(dǎo)體基底上的襯絕緣層的表面大致共平面。接著，移除存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)的部分絕緣插塞、部分襯絕緣層和部分第一罩幕層，至暴露出存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)的半導(dǎo)體基底的邊角，再對(duì)存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)的半導(dǎo)體基底的邊角進(jìn)行第二圓化制程。
存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)的主動(dòng)區(qū)的邊角經(jīng)過兩次的圓化制程，因此，邊角處的曲率半徑較大，利用氧化制程所生成的閘極絕緣層在邊角處的厚度，與其它區(qū)域大致相同，借此可以提高晶體管的品質(zhì)。


圖1是繪示傳統(tǒng)的深溝槽電容和垂直晶體管的結(jié)構(gòu)剖面圖；圖2A至圖2I是為剖面圖，其表示本發(fā)明一實(shí)施例的一種部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程。
符號(hào)說明基底10埋入帶(汲極)12溝槽電容器14垂直晶體管16深溝槽18閘極20閘極電極22
頂端氧化硅層24源極26閘極氧化層28邊角30存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)I支援區(qū)II半導(dǎo)體基底100罩幕層102溝槽型電容器104深溝槽112頸圈絕緣層114上電極116頂端絕緣層122罩幕層124光阻圖案層126溝槽130犧牲氧化層132襯絕緣層134絕緣插塞136光阻圖案層142邊角150閘極絕緣層152閘極154間隙壁156源極/汲極158源極S
汲極D具體實(shí)施方式
首先請(qǐng)參照?qǐng)D2A，提供一半導(dǎo)體基底100，其材質(zhì)例如是硅或鍺。此半導(dǎo)體基底100可大致分為存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)I和支持區(qū)II。接著在半導(dǎo)體基底100表面形成一罩幕層102，例如是由墊氧化層和墊氮化層的迭層結(jié)構(gòu)所構(gòu)成，其中墊氧化層例如借由熱氧化法成長(zhǎng)于半導(dǎo)體基底100表面，之后于墊氧化層上借由化學(xué)氣相沉積法沉積一層墊氮化硅層。
接著，借由微影蝕刻制程，并配合使用罩幕層102做保護(hù)，以于半導(dǎo)體基底100中形成深溝槽112。之后，于深溝槽12中的下半部形成溝槽型電容器104，其包括埋入式下電極(buried plate；BP)、電容介電層和上電極116。其中，埋入式下電極是指位于溝槽112下半部周圍的半導(dǎo)體基底100中的摻雜區(qū)。電容介電層位于下電極和上電極極116之間，材質(zhì)例如是氧化硅、或氧化硅-氮化硅-氧化硅(ONO)的迭層結(jié)構(gòu)。上電極116例如由摻雜的多晶硅所構(gòu)成。
之后，在溝槽112中的電容器104的上半部的側(cè)壁形成頸圈絕緣層114，例如是頸圈氧化層。繼續(xù)在電容器104的頂部形成頂端絕緣層122，例如是頂端氧化硅層(TTO；trench top oxide)，用以做為電容器的上電極116和其上方將形成的垂直晶體管結(jié)構(gòu)的電性隔離。頂端氧化硅層的形成方法例如是由四乙基硅酸鹽(TEOS)所形成的氧化物。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2B，于溝槽112中頂端絕緣層122的上方形成一罩幕層124，用以在后續(xù)的蝕刻過程中保護(hù)其下方的頂端絕緣層122和電容器104，其材質(zhì)例如是有機(jī)抗反射層，例如氮氧化硅(SiON)。罩幕層124的表面會(huì)凹陷于溝槽112中，其形成方法例如是沉積一層填滿整個(gè)溝槽112的抗反射層，且覆蓋整個(gè)罩幕層102的表面，接著進(jìn)行回蝕刻制程，直至暴露出罩幕層102的表面，且使罩幕層124的表面略低于罩幕層102的表面。之后，于罩幕層102和124上形成一光阻圖案層126，此光阻圖案層126覆蓋存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)I和支持區(qū)II的組件主動(dòng)區(qū)。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2C，以此光阻圖案層126和罩幕層124為罩幕，進(jìn)行蝕刻制程，以于半導(dǎo)體基底100中形成做為組件隔離用的溝槽130，借以定義出主動(dòng)區(qū)(AA)。其中溝槽130的底部至少低于頂端絕緣層122的表面。之后，移除光阻圖案層126和罩幕層124。
接著進(jìn)行第一次的圓角化制程，以下將配合圖2D做說明。
請(qǐng)參照?qǐng)D2D，將主動(dòng)區(qū)AA的半導(dǎo)體基底100表面的罩幕層102的邊緣內(nèi)縮，以暴露出主動(dòng)區(qū)AA的半導(dǎo)體基底100的邊角150。使罩幕層102的邊緣內(nèi)縮的方法可為等向性蝕刻法，例如使用氫氟酸/乙二醇(hydrogen fluoride/ethylene glycol；HF/EG)。
之后，進(jìn)行同步蒸汽(in-situ steam generation；ISSG)氧化制程，以于暴露出的半導(dǎo)體基底100表面，包括邊角150處，形成一層犧牲氧化層132，之后將犧牲氧化層132移除，借以達(dá)到將主動(dòng)區(qū)AA的半導(dǎo)體基底100的邊角150圓角化的目的。
接著進(jìn)行支持區(qū)II的組件隔離結(jié)構(gòu)的制程，以下將配合圖2E做說明。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2E，于整個(gè)半導(dǎo)體基底100上形成一層順應(yīng)性的襯絕緣層134，其材質(zhì)例如是氮化硅。之后，于溝槽130中形成絕緣插塞136，其形成方法例如是利用高密度電漿化學(xué)氣相沉積法(HDP-CVD)沉積一層氧化硅，并利用化學(xué)機(jī)械研磨法(CMP)磨除多余的氧化硅，至暴露出主動(dòng)區(qū)AA的襯絕緣層134為止。
接著進(jìn)行存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)I的第二次圓角化制程，以下將配合圖2F至圖2H做說明。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2F，于襯絕緣層134和絕緣插塞136表面形成一層光阻圖案層142，其暴露出存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)I。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2G，移除存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)I的部分襯絕緣層134、罩幕層102和絕緣插塞136，至暴露出主動(dòng)區(qū)AA的半導(dǎo)體基底100的邊角150。其方法例如是等向性蝕刻法，例如使用氫氟酸/乙二醇(HF/EG)的濕蝕刻制程。
之后，將暴露出的邊角150進(jìn)行圓化，其圓化方法例如是使用氧化劑，例如過氧化氫溶液(H2O2(aq))或硝酸溶液(HNOx)，以于暴露出的邊角150處生成氧化物，再利用氫氟酸溶液(HF(aq))移除生成的氧化物，以達(dá)到將邊角150圓化的目的。
接著進(jìn)行后續(xù)的晶體管制程。
首先，在光阻圖案層142的保護(hù)下，移除存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)I的絕緣插塞136，再將光阻圖案層142移除，如圖2H所示。之后，移除暴露出的襯絕緣層134和罩幕層102，以暴露出主動(dòng)區(qū)AA的半導(dǎo)體基底100表面。接著，于半導(dǎo)體基底100表面形成閘極絕緣層152，其材質(zhì)例如是利用氧化制程于硅基底所形成的氧化硅，并于閘極絕緣層152上形成閘極154，并于閘極154兩側(cè)形成間隙壁156，以利于支持區(qū)II形成具有淺摻雜汲極結(jié)構(gòu)的源極/汲極158，或者，可利于存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)I形成后續(xù)可自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)源極S的接觸窗插塞。圖式中存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)I的汲極D是于先前的制程中即形成，但僅于圖2I中標(biāo)示出，然此非關(guān)本發(fā)明，在此不多做說明。
綜上所述，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明于完成溝槽式電容器，且于半導(dǎo)體基底中形成隔離區(qū)的溝槽后，對(duì)主動(dòng)區(qū)的邊角進(jìn)行第一次圓化制程。且于支持區(qū)形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)后，再次對(duì)存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)的主動(dòng)區(qū)的邊角進(jìn)行第二次圓化制程。
2.本發(fā)明的存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)的主動(dòng)區(qū)的邊角是歷經(jīng)兩次的圓化制程，因此可以得到曲率半徑較大的邊角，以得到氧化速率與表面處大致相同的閘極絕緣層。
權(quán)利要求
1.一種部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程，包括提供一半導(dǎo)體基底，包括一存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)和一支持區(qū)，該半導(dǎo)體基底上具有一第一罩幕層，該存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)的該第一罩幕層和該半導(dǎo)體基底中具有一深溝槽，該深溝槽中的下半部具有一電容器，該電容器頂部具有一第一絕緣層，該第一絕緣層的表面和該半導(dǎo)體基底的表面相隔一距離；于該深溝槽中填入另一罩幕材質(zhì)，形成一第二罩幕層，該第二罩幕層的表面低于該第一罩幕層的表面；覆蓋一光阻層于主動(dòng)區(qū)的區(qū)域，該光阻層對(duì)應(yīng)于一第一部分的該半導(dǎo)體基底，未為該光阻層覆蓋之處為一第二部分的該半導(dǎo)體基底；移除未被該光阻層覆蓋的該第一罩幕層、該第二部分的部分該半導(dǎo)體基底，至該第二部分的該半導(dǎo)體基底的表面低于該第一絕緣層的表面；移除該光阻層和該第二罩幕層；使該第一罩幕層的邊緣退縮至暴露出該第一部分的該半導(dǎo)體基底的邊角；對(duì)該第一部分的該半導(dǎo)體基底的邊角進(jìn)行第一圓化制程；于該第一罩幕層、該第一絕緣層和該半導(dǎo)體基底表面形成一襯絕緣層；于該襯絕緣層上形成一絕緣插塞，該絕緣插塞與該第一部分的該半導(dǎo)體基底上的該襯絕緣層的表面共平面；移除該存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)的部分該絕緣插塞、部分該襯絕緣層和部分該第一罩幕層，至暴露出該第一部分的該半導(dǎo)體基底的邊角；以及對(duì)該存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)的該半導(dǎo)體基底的邊角進(jìn)行第二圓化制程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程，其中該第一罩幕層為墊氧化硅層和墊氮化硅層的迭層結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程，其中該第二罩幕層的材質(zhì)為有機(jī)抗反射材質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程，其中使該第一罩幕層的邊緣退縮至暴露出該第一部分的該半導(dǎo)體基底的邊角的方法包括進(jìn)行等向性蝕刻法。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程，其中等向性蝕刻法所使用的蝕刻液為氫氟酸/乙二醇(HF/EG)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程，其中該第一圓化制程包括氧化該第一部分的該半導(dǎo)體基底的邊角和側(cè)邊，并移除氧化生成的氧化物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程，其中氧化該第一部分的該半導(dǎo)體基底的邊角和側(cè)邊的方法包括進(jìn)行同步蒸汽(ISSG)氧化制程。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程，其中該襯絕緣層的材質(zhì)為氮化硅。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程，其中該絕緣插塞的材質(zhì)為利用高密度電漿化學(xué)氣相沉積法形成的氧化硅。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程，其中該第二圓化制程包括依序輪流使用氧化劑和氫氟酸溶液。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程，其中該氧化劑包括過氧化氫溶液(H2O2(aq))或硝酸溶液(HNO3(aq))。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程，更包括于該存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)和該支持區(qū)的主動(dòng)區(qū)形成晶體管。
13.一種部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程，包括提供一半導(dǎo)體基底，包括一存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)和一支持區(qū)，該半導(dǎo)體基底上具有一第一罩幕層，該第一罩幕層和該半導(dǎo)體基底中具有一第一溝槽和一第二溝槽，該第一溝槽為深溝槽，且位于該存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)中，其下半部具有一電容器，該電容器頂部具有一第一絕緣層，該第一絕緣層的表面和該半導(dǎo)體基底的表面相隔一距離，該第二溝槽為淺溝槽，用以定義出該存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)和該支持區(qū)的主動(dòng)區(qū)；使該第一罩幕層的邊緣退縮至暴露出該半導(dǎo)體基底的邊角；對(duì)該半導(dǎo)體基底的邊角進(jìn)行第一圓化制程；于該第一罩幕層、該第一絕緣層和該半導(dǎo)體基底表面形成一襯絕緣層；于該襯絕緣層上形成一絕緣插塞，該絕緣插塞與主動(dòng)區(qū)的該半導(dǎo)體基底上的襯絕緣層的表面共平面；移除該存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)的部分該絕緣插塞、部分該襯絕緣層和部分該第一罩幕層，至暴露出該存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)的該半導(dǎo)體基底的邊角；以及對(duì)該存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)的該半導(dǎo)體基底的邊角進(jìn)行第二圓化制程。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程，其中該第一罩幕層為墊氧化硅層和墊氮化硅層的迭層結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程，其中使該第一罩幕層的邊緣退縮至暴露出該半導(dǎo)體基底的邊角的方法包括進(jìn)行等向性蝕刻法。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程，其中等向性蝕刻法所使用的蝕刻液為氫氟酸/乙二醇(HF/EG)。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程，其中該第一圓化制程包括氧化該半導(dǎo)體基底的邊角和側(cè)邊，以形成一犧牲氧化層，并移除該犧牲氧化層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程，其中氧化該第一部分的該半導(dǎo)體基底的邊角和側(cè)邊的方法包括進(jìn)行同步蒸汽(ISSG)氧化制程。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程，其中該襯絕緣層的材質(zhì)為氮化硅。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程，其中該絕緣插塞的材質(zhì)為利用高密度電漿化學(xué)氣相沉積法形成的氧化硅。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程，其中該第二圓化制程包括依序輪流使用氧化劑和氫氟酸溶液。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程，其中該氧化劑包括過氧化氫溶液(H2O2(aq))或硝酸溶液(HNO3(aq))。
23.根據(jù)權(quán)利要求13所述的部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程，更包括于該存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)和該支持區(qū)的主動(dòng)區(qū)形成晶體管。
全文摘要
本發(fā)明提出一種部分垂直存儲(chǔ)單元的雙邊角圓化制程，第一次圓化制程是于半導(dǎo)體基底中蝕刻形成隔離區(qū)的溝槽后進(jìn)行，第二次圓化制程是于支持區(qū)形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)后，再次暴露出存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)的主動(dòng)區(qū)的邊角，以對(duì)存儲(chǔ)單元數(shù)組區(qū)的主動(dòng)區(qū)的邊角進(jìn)行第二次圓化制程。
文檔編號(hào)H01L21/8242GK1591834SQ0315653
公開日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2003年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月3日
發(fā)明者郝中蓬, 陳逸男, 張明成 申請(qǐng)人:南亞科技股份有限公司