專利名稱：分離式字元線的制程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的制程，尤有關(guān)于一種存儲(chǔ)單元(memory cell)的埋入分離式字元線(buried split word line)結(jié)構(gòu)的制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體存儲(chǔ)器儲(chǔ)存復(fù)數(shù)個(gè)帶有資訊的位元于存儲(chǔ)單元陣列。例如，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元(DRAM cell)通常包含一存取場(chǎng)效晶體管(access FET)及一儲(chǔ)存電容(capacitor)。許多類型的存儲(chǔ)單元設(shè)有埋入式字元線及位線，藉由在半導(dǎo)體基板 (substrate)形成復(fù)數(shù)個(gè)溝槽(trench)并將該些溝槽填滿金屬的方式，以埋入存儲(chǔ)單元的字元線及位線。儲(chǔ)存電容可形成于基板表面上，或形成于設(shè)置在該基板上方的金屬層中。例如，在許多類型的DRAM存儲(chǔ)單元中，埋入分離式字元線系形成于埋入式位線的上方，同時(shí)， 埋入分離式字元線在溝槽中的延伸方向系正交于埋入式位線的延伸方向。制造半導(dǎo)體元件(如DRAM)的過(guò)程中，埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)使位于相鄰列(row) 的復(fù)數(shù)個(gè)存儲(chǔ)單元可以分別閘控(gating)其存取場(chǎng)效晶體管。第IA IE圖顯示埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)制造方法的不同階段的處理技術(shù)。參考圖1A，墊氮化層(pad nitride) 104(例如氮化硅(Si3N4))系覆蓋于結(jié)晶硅(crystalline silicon)基板102上方。在此，墊氮化層104被當(dāng)作一硬遮罩(hard mask)。一光阻層(photoresist)(未顯示) 系沉積(cbposit)于該硬遮罩之上，該光阻層進(jìn)行曝光(exposed)及圖案定形(patterned) 后，蝕刻(etched)以去除曝光的區(qū)域。之后，半導(dǎo)體晶片100進(jìn)行蝕刻處理以將光阻層圖案轉(zhuǎn)移至該硬遮罩，利用該硬遮罩形成的字元線溝槽的圖案，將半導(dǎo)體晶片100中未被硬遮罩覆蓋的區(qū)域進(jìn)行蝕刻以在半導(dǎo)體晶片100中形成字元線溝槽。基板102被蝕刻至一預(yù)設(shè)的深度后，形成字元線溝槽120。在進(jìn)行后續(xù)步驟之前，該光阻層會(huì)先被移除。參考圖1B，藉由如臨場(chǎng)蒸氣產(chǎn)生(In-situ steam generation, ISSG)氧化作用， 將柵極氧化層(gate oxide, SiO2, G0X) 106形成于各溝槽120的側(cè)壁區(qū)122與底部124，而一粘合層(glue layer) 108 (例如氮化鈦(TiN))再形成于柵極氧化層106上。然后，一導(dǎo)體層(conductivelayer)llO形成于晶片100的工作面(working surface)上，其包含以化學(xué)氣相沉積(chemicalvapor deposition, CVD)方式將各字元線溝槽120填滿一耐火金屬 (refractory metal)，例如鎢(Tungsten)或多晶硅(polysilicon)。接著，藉由如化學(xué)機(jī)械研磨(chemical mechanicalpolishing/planarization, CMP)方式，將晶片 100 的工作面磨平或平坦化后，對(duì)粘合層108及導(dǎo)體層110進(jìn)行干蝕刻(dry etched,RIE)以在各字元線溝槽120中形成凹陷(recess)。參考圖1C，沉積一氧化層112以填滿字元線溝槽120，接著，利用等向性蝕刻 (isotropicetching)來(lái)移除部分的氧化層112，蝕刻完后，各字元線溝槽120的側(cè)壁122將遺留下二氧化硅間隙壁(oxide spacer) 112a、112b。之后，字元線溝槽120被蝕刻而貫穿導(dǎo)體層110及粘合層108，甚至，蝕刻至基板102而在基板102形成凹陷。據(jù)此，如圖ID所示， 沿著各字元線溝槽120的側(cè)壁122，導(dǎo)體層110被分成二部份110a、110b，同時(shí)粘合層108也被分成二部份108a、108b。參考圖1E，一隔離材質(zhì)114(例如二氧化硅)形成于晶片100 的工作面上，同時(shí)填滿各字元線溝槽120。最后，利用CMP或其他平坦化步驟，將凸出于墊氮化層104上表面的一部分隔離材質(zhì)114去除。參考圖1E，一般而言，分離式字元線IlOaUlOb結(jié)構(gòu)的高度y系與存取場(chǎng)效晶體管的通道(channel)長(zhǎng)度有關(guān)，而分離式字元線110a、IlOb結(jié)構(gòu)的寬度χ系與柵極(gate) 區(qū)的片電阻值(sheet resistance)有關(guān)。導(dǎo)體層110及粘合層108的蝕刻深度決定分離式字元線結(jié)構(gòu)的高度y，而導(dǎo)體層110及粘合層108蝕刻深度的一致性則取決于機(jī)臺(tái)能力。 換言之，高度y可能因操作機(jī)臺(tái)的不同而有極大差異。另一方面，在上述鎢/硅蝕刻過(guò)程中，二氧化硅間隙壁llh、112b的厚度及側(cè)向蝕刻程度決定分離式字元線結(jié)構(gòu)的寬度χ。然而，在蝕刻過(guò)程中很難精確地控制上述所有因素以得到一個(gè)穩(wěn)定且具有一致尺寸的埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的之一是提供一種埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)的制造方法，以得到一個(gè)具有更穩(wěn)定且更一致的尺寸的埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，系提供一種埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)的制造方法，包含下列步驟。首先，提供一基板，該基板設(shè)有一溝槽。之后，在該溝槽的二個(gè)側(cè)壁上，形成具有一第一厚度的二個(gè)襯墊。接著，利用一第一絕緣層填滿該溝槽至一第一高度。然后，去除該些襯墊。最后，在相鄰于該第一絕緣層的該溝槽內(nèi)，沉積一導(dǎo)電材質(zhì)至一第二高度。其中，該第一高度系大于該第二高度。


圖IA 圖IE顯示埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)制造方法的不同階段的處理技術(shù)；圖2為本發(fā)明埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)的制造方法的第一實(shí)施例的流程圖；圖3A 圖3G為根據(jù)圖2的實(shí)施例，顯示本發(fā)明埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)的制造方法的不同階段的處理技術(shù)；圖4為本發(fā)明埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)的制造方法的第二實(shí)施例的流程圖；圖5A 圖5F系根據(jù)圖4的實(shí)施例，顯示本發(fā)明埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)的制造方法的不同階段的處理技術(shù)。主要元件符號(hào)說(shuō)明100 晶片102 基板104 墊氮化層106、308、511 柵極氧化層108、108a、108b、309、509 粘合層110、110a、110b、310a、310b、510a、510b 導(dǎo)體層112、302、304、305、502、506、507 氧化層502a、502b 氧化層
112a、112b、302a、302b 二氧化硅間隙壁114、312、512 隔離材質(zhì)120字元線溝槽122 側(cè)壁區(qū)124 底部306、508 中心氮化層504 硬遮罩504a、504b 間隙壁
具體實(shí)施例方式以下的說(shuō)明將舉出本發(fā)明的數(shù)個(gè)較佳的示范實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)。雖然在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的任一存儲(chǔ)單元設(shè)有許多溝槽與其他元件，但礙于篇幅的限制，各圖式將只顯示一溝槽。圖2為本發(fā)明埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)的制造方法的第一實(shí)施例的流程圖。圖3A 圖3G系根據(jù)圖2的實(shí)施例，顯示本發(fā)明埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)的制造方法的不同階段的處理技術(shù)。以下，圖2中的各制造步驟將利用圖3A 圖3G來(lái)說(shuō)明。在開(kāi)始說(shuō)明本發(fā)明的制造流程之前，系假設(shè)與圖IA有關(guān)的處理步驟已執(zhí)行完畢。本發(fā)明由步驟212開(kāi)始執(zhí)行請(qǐng)參考圖2及圖3A，系利用原子層沉積法(atomic layerdeposition, ALD)，于各溝槽120內(nèi)外形成一共形(conformal)絕緣層，例如氧化層 (以下稱之為共形氧化層302)。請(qǐng)注意，在本步驟中，共形氧化層302的沉積厚度決定了埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)的寬度χ (請(qǐng)參考圖3G)，因此在進(jìn)行ALD之前必須事先定義好共形氧化層302的厚度。須注意的是，在前面的揭露之中，ALD系僅作為一實(shí)施例以方便說(shuō)明，并非本發(fā)明的限制。在實(shí)際運(yùn)作上，任何能形成共形氧化層302的沉積法，皆屬本發(fā)明的范疇。接著，在步驟214中，對(duì)共形氧化層302進(jìn)行二氧化硅間隙壁蝕刻后，留下二氧化硅間隙壁302a、302b，如圖3B所示。字元線溝槽120被蝕刻而貫穿共形氧化層302，甚至，蝕刻至基板102而在基板102上形成一凹陷。在步驟216中，藉由如ISSG氧化技術(shù)在該凹陷底部形成底部氧化層304，以及在墊氮化層104上方形成頂部氧化層305，如圖3C所示。其中，該頂部氧化層305系用以保護(hù)墊氮化層104。于步驟218，沉積中心氮化層306以填滿各溝槽120，然后，進(jìn)行濕式化學(xué)蝕刻(wet chemical etching)，例如利用磷酸(H3PO4)溶液， 以去除凸出于墊氮化層104上表面的一部分中心氮化層306。請(qǐng)參考圖3D，接著，更進(jìn)一步進(jìn)行濕式化學(xué)蝕刻，例如利用磷酸溶液，使中心氮化層306形成一凹陷。實(shí)驗(yàn)顯示當(dāng)中心氮化層306的凹陷深度越淺時(shí)，埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)310a、310b (請(qǐng)參考圖3G)的分離情況將更好；相對(duì)地，當(dāng)該凹陷深度越深時(shí)，在后續(xù)步驟中將越容易沉積導(dǎo)體層310a、310b。接著，于步驟220，進(jìn)行濕式化學(xué)蝕刻，例如利用氫氟酸(HF)溶液，以去除共形氧化層302及頂部氧化層305。請(qǐng)參考圖3F，在步驟222中，先形成一柵極氧化層308于各溝槽120的側(cè)壁區(qū)122與底部124后，再形成一粘合層309 (例如氮化鈦)于柵極氧化層308 之上。之后，在步驟224中，沉積一導(dǎo)體層，例如鎢或多晶硅，以填滿各字元線溝槽120后， 蝕刻去除部分的導(dǎo)體層，而在各溝槽120內(nèi)形成埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)310a、310b。接著， 在步驟226中，沉積一隔離材質(zhì)312，例如二氧化硅，以填滿各字元線溝槽120。最后，藉由如CMP方式，將工作面磨平或平坦化，如圖3G所示。
圖4為本發(fā)明埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)的制造方法的第二實(shí)施例的流程圖。第5A 5F圖系根據(jù)圖4的實(shí)施例，顯示本發(fā)明埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)的制造方法的不同階段的處理技術(shù)。以下，圖4中的各制造步驟將利用圖5A 圖5F來(lái)說(shuō)明。在開(kāi)始說(shuō)明本發(fā)明的制造流程之前，系假設(shè)與圖IA有關(guān)的處理步驟已執(zhí)行完畢。 本發(fā)明由步驟412開(kāi)始執(zhí)行請(qǐng)參考圖4及圖5A，沉積一絕緣層，例如氧化層(以下稱的為氧化層502)，以填滿各溝槽120。同時(shí)，利用CMP或其他平坦化技術(shù)，移除凸出于墊氮化層 104上表面的一部分氧化層502。接著，對(duì)氧化層502進(jìn)行蝕刻，使氧化層502在溝槽120 中形成一凹陷。之后，于步驟414，利用ALD來(lái)將一共形硬遮罩504(例如氮化鈦)形成于各溝槽120內(nèi)外。請(qǐng)注意，在本步驟中，共形硬遮罩504的沉積厚度決定了埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)的寬度x(請(qǐng)參考圖5F)，因此在進(jìn)行ALD之前必須事先定義好硬遮罩504的厚度。須注意的是，在前面的揭露之中，ALD系僅作為一實(shí)施例以方便說(shuō)明，并非本發(fā)明的限制。在實(shí)際運(yùn)作上，任何能形成共形硬遮罩504的沉積法，皆屬本發(fā)明的范疇。于步驟416，對(duì)共形硬遮罩504進(jìn)行間隙壁蝕刻后，形成間隙壁5(Ma、504b，如圖5B 所示。字元線溝槽120被蝕刻而貫穿共形硬遮罩504及氧化層502，甚至，蝕刻至基板102 而在基板102上形成一凹陷。在步驟418中，藉由如ISSG氧化技術(shù)在該凹陷底部形成底部氧化層506，以及在墊氮化層104上方形成頂部氧化層507，如圖5C所示。其中，該頂部氧化層507系用以保護(hù)墊氮化層104。于步驟420，沉積中心氮化層508以填滿各溝槽120， 然后，進(jìn)行濕式化學(xué)蝕刻，例如利用磷酸溶液，以去除凸出于墊氮化層104上表面的一部分中心氮化層508。請(qǐng)參考圖5D，在更進(jìn)一步進(jìn)行濕式化學(xué)蝕刻后，例如利用磷酸溶液，進(jìn)而在中心氮化層508上形成一凹陷。實(shí)驗(yàn)顯示當(dāng)中心氮化層508的凹陷深度越淺時(shí)，埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)510a、510b (請(qǐng)參考圖5F)的分離情況將更好；相對(duì)地，當(dāng)該凹陷深度越深時(shí)，在后續(xù)步驟中將越容易沉積導(dǎo)體層510a、510b。接著，于步驟422，進(jìn)行濕式化學(xué)蝕刻，例如利用氫氟酸(HF)溶液，以去除氧化層 502、硬遮罩504及頂部氧化層507，如圖5E所示。請(qǐng)參考圖5F，在步驟424中，先形成一柵極氧化層511于各溝槽120的側(cè)壁區(qū)122與底部IM后，再形成一粘合層509 (例如氮化鈦)于柵極氧化層511之上。之后，在步驟426中，沉積一導(dǎo)體層，例如鎢或多晶硅，以填滿各字元線溝槽120后，蝕刻去除部分的導(dǎo)體層，而在各溝槽120內(nèi)形成埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)510a、510b。接著，在步驟528中，沉積一隔離材質(zhì)512，例如二氧化硅，以填滿各字元線溝槽120。最后，藉由如CMP方式，將工作面磨平或平坦化，如圖5F所示。從圖3C可以觀察到，沿著溝槽120的二側(cè)壁122所形成的二個(gè)襯墊(liner) 302a、 302b，各包含一氧化層302 ；另外，從圖5C可以觀察到，沿著溝槽120的二側(cè)壁122所形成的二個(gè)襯墊503a、503b，則分別包含二層不同材質(zhì)，即一氧化層(50 或502b)及一硬遮罩 (504a或504b)。在實(shí)際運(yùn)作時(shí)，因?yàn)閷?duì)氧化層502進(jìn)行間隙壁蝕刻處理不會(huì)影響或損害到硬遮罩504，因此同樣在進(jìn)行間隙壁蝕刻處理(于步驟214及416)之后，本領(lǐng)域技術(shù)人士可以理解的是硬遮罩5(Ma、504b的外型輪廓會(huì)維持得比氧化層30h、302b更好。須注意的是，在前面的揭露之中，圖3C的襯墊(30 或302b)包含一層材質(zhì)及圖5C的襯墊(503a或 503b)包含二層材質(zhì)系僅作為實(shí)施例以方便說(shuō)明，并非本發(fā)明的限制，本發(fā)明并未限制各襯墊中材質(zhì)層的數(shù)量。實(shí)際實(shí)施時(shí)，其他適合的材質(zhì)層數(shù)量，例如三層，也可用以形成各襯墊。 在圖2及圖4的實(shí)施例中，埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)的寬度χ分別在步驟212及414中藉由ALD來(lái)定義。本發(fā)明的特色之一是在溝槽120中形成或沉積該埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)之后，后續(xù)將沒(méi)有任何蝕刻處理會(huì)影響埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)的寬度X。
以上雖以實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明，但并不因此限定本發(fā)明的范圍，只要不脫離本發(fā)明的要旨，該行業(yè)者可進(jìn)行各種變形或變更。
權(quán)利要求
1.一種埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述的方法包含以下步驟 提供一基板，所述的基板設(shè)有一溝槽；在所述的溝槽的二個(gè)側(cè)壁上，形成具有一第一厚度的二個(gè)襯墊； 利用一第一絕緣層填滿所述的溝槽至一第一高度； 去除所述的襯墊；以及在相鄰于所述的第一絕緣層的所述的溝槽內(nèi)，沉積一導(dǎo)電材質(zhì)至一第二高度； 其中，所述的第一高度大于所述的第二高度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的形成所述的襯墊的步驟包含利用一第二絕緣層填滿所述的溝槽至一第二厚度；在所述的溝槽內(nèi)及所述的第二絕緣層上，形成具有一第三厚度的一共形硬遮罩；以及蝕刻去除所述的第二絕緣層、所述的硬遮罩及所述的基板三者的一部分，藉以在所述的基板上形成一凹陷；其中，形成所述的第一絕緣層的一第一材質(zhì)不同于形成所述的第二絕緣層的一第二材質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的第一厚度與所述的埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)的寬度有關(guān)。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的第三厚度與所述的埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)的寬度有關(guān)。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的形成所述的硬遮罩的步驟中，系利用原子層沉積法，在所述的溝槽內(nèi)及所述的第二絕緣層上，形成具有所述的第三厚度的所述的共形硬遮罩。
6.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述的形成所述的襯墊的步驟包含 在所述的溝槽內(nèi)，形成具有一第二厚度的一共形第二絕緣層；以及蝕刻去除所述的第二絕緣層及所述的基板二者的一部分，藉以在所述的基板上形成一凹陷；其中，形成所述的第一絕緣層的一第一材質(zhì)不同于形成所述的第二絕緣層的一第二材質(zhì)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述的第一厚度實(shí)質(zhì)上等于所述的第二厚度。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述的第二厚度與所述的埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)的寬度有關(guān)。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述的形成所述的第二絕緣的步驟中，系利用原子層沉積法，在所述的溝槽內(nèi)形成具有所述的第二厚度的所述的共形第二絕緣層。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，各所述的襯墊包含至少一層材質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種埋入分離式字元線結(jié)構(gòu)的制造方法，包含下列步驟。首先，提供一基板，該基板設(shè)有一溝槽。之后，在該溝槽的二個(gè)側(cè)壁上，形成具有一第一厚度的二個(gè)襯墊。接著，利用一第一絕緣層填滿該溝槽至一第一高度。然后，去除該些襯墊。最后，在相鄰于該第一絕緣層的該溝槽內(nèi)，沉積一導(dǎo)電材質(zhì)至一第二高度。其中，該第一高度系大于該第二高度。
文檔編號(hào)H01L27/108GK102386139SQ20101057105
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者林志豪 申請(qǐng)人:瑞晶電子股份有限公司