TW526609B - Electrode-arrangement for charge-storage and its production method - Google Patents

Description

526609 五、發明說明（1) 本發明涉及一種電荷儲存用之電極配置及其製造方法 ，此電極配置是用在動態讀寫記憶體（dram)中。 US-A-5 98 5 729中已揭示一種電荷儲存用之電極配置 ，其中在溝渠中設置電極插頭，其在溝渠下部區中是與 基板電極相連。在溝渠中設置折疊式反電極且以介電質 相隔開。 在DRAM中使用單一電晶體-記憶胞，其由記憶電容 器及選擇電晶體所構成，在DRAM中選擇電晶體使記憶 體電極與此電路配置之位元線相連。 隨著積體化密度之提高，則DRAM中所使用之元件越 來越小，1 -電晶體-記憶胞因此亦必須變小。記憶胞之變 小會使電容器之幾何尺寸變小，這樣會使所儲存之電荷 變小。 傳統之記憶電容器另外可以溝渠式電容器構成，即， 在基板層中對一溝渠進行鈾刻且以介電質以及記憶體電 極（例如，摻雜之多晶矽）塡入。使用一已摻雜之矽基板 (埋入板）作爲反電極。 第3圖是先前技藝之溝渠式電容器。溝渠形式之基板 電極301是與基板終端元件107相連。塡充電極3 02是 與選擇電晶體1 05之汲極端相連。選擇電晶體1 〇5之源 極端是與電極終端元件1 06相連。經由選擇電晶體1 〇5 之閘極端來控制此選擇電晶體105且可使塡充電極302 與位元線（未顯示）相連。 526609 五、發明說明（2) 在第3圖所示之例子中，塡充電極3 0 2具有正的極性 ，使正電荷單元204存在於塡充電極302上。反之，負 電荷單元203形成於基板電極301上，可儲存之全部電 荷因此是與介電質104之厚度，電極表面及介電質之材 料常數有關。 爲了提高記憶容量，則傳統方式是使介電質之厚度變 小。爲了防止漏電流，則介電質之厚度不可任意地變小 。記憶體電容大小之改變特別是藉由記憶電容器之電極 配置之表面之改變來達成。 傳統電極配置之缺點是：在記憶體之結構大小變小時 ，電容器面積及與其有關之記憶電容器之電容亦變小。 本發明之目的是提供一種電荷儲存用之電極配置，其 設計成使記憶電容器之有效表面可較大。 此目的由申請專利範圍第1項之電極配置及第6項之 製造方法來達成。 本發明之電極配置之優點是：記憶電容器之有效表面 較大。 本發明之電極配置之其它優點是：可製成較小之結構 大小而不會使記憶電容器之電容變小。 其它優點是：在本發明之電極配置中及本發明之製造 方法中該介電質之厚度不必變小。 以有利之方式防止漏電流密度變大。 本發明之核心是電荷儲存用之電極配置，其是一種折 526609 五、發明說明（3 ) 疊式電極，其中可儲存之電荷大大地提高。 本發明之標的之其它有利之形式及改良則描述在申請 專利範圍各附屬項中。 本發明之實施例描述在各圖式中且將說明於下。 圖式簡單說明： 第1圖說明本發明之原理用之平面式記憶電容器配 置° 第2圖本發明記憶電容器之實施例，其具有折疊式 電極及中間電極。 第3圖傳統式記憶電容器。 第4 a-i圖各種切面圖，其用來說明本發明電荷儲存 用之電極配置之製造步驟。 第1圖是說明本發明之原理用之平面式記憶電容器配 置。 在第1圖所示之電極配置中，一種平面基板1 0 1設有 基板層102。爲了形成此記憶電容器，須對基板層102 中之孔進行鈾刻，孔中然後以介電質1 〇4及記憶電極 1 0 3塡入。 記憶電極1 03之反電極由基板1 01所提供’基板1 〇 1 例如由摻雜之多晶矽所構成。記憶電極1 0 3是與選擇電 晶體1 〇 5之汲極端相連。選擇電晶體之源極端是與電極 終端元件1 〇 6相連。基板1 〇 1是與基板終端元件1 0 7相 連。以此種方式，則可藉由選擇電晶體1 05之閘極端 526609 五、發明說明（4) 來控制記億胞其（包含記憶電容器）。 依據第1圖所示之電極配置來說明本發明之目的。 爲了進一步提高下一代技術所需之記憶體密度，則以 微技術所製成之配置之結構大小須持續地變小，這樣會 使記憶電容器之有效表面變小。爲了補償所儲存之因此 而變少之電荷，則記憶電容器之電容須提高。 這例如可以下述方式達成：使介電質1 04之厚度變小 。但這樣會使漏電流以指數形式上升，記憶胞中所儲存 之資訊因此會損耗。 第2圖是本發明之記憶電容器，其具有折疊式記憶電 極20 1 (基板電極，內溝渠電極）及中間電極202(外溝渠 電極）。 第1圖所示之平面式記憶電容器配置在本發明中可以 下述方式改變：選取一與平面不同之形狀作爲電極之幾 何形狀。 在第2圖所示之電荷儲存用之電極配置中提供一種折 疊式記憶電極20 1，第2圖中所顯示的是一種橫切面。 折疊式記憶電極20 1之反電極形成一種形式相對應之中 間電極202，其是與選擇電晶體105之汲極端相連。選 擇電晶體1 〇5之源極端是與電極終端元件1 06相連’折 疊式記憶電極是與基板終端元件1 07相連。藉由選擇電 晶體1 05之閘極端可控制此記憶胞（其包含記憶電容器）° 在第2圖所示之實施例中，在中間電極2〇2上例如施 526609 五、發明說明（5) 加一種正電位，使該處存在一種正電荷單元，在折疊式 記憶電極2 0 1上例如施加一種負電位，使該處存在一種 負電荷單元203。 如第2圖所示，所儲存之總電荷（其由正及負電荷單元 所表示）較第3圖所示之傳統之溝渠式記憶電容器配置而 言已大約成爲二倍。在本發明之實施例中，可達成較小 之結構大小，但仍保持著記憶電容器之電容，其方式是 使記憶電容器之有效表面變大。 由上可知：藉由本發明之實施例，則介電質之厚度不 必變小，漏電流因此不會變大。本發明之實施例中介電 質5之厚度通常是5nm，中間電極之厚度是10-20nm。 中間電極例如可由摻雜之多晶矽或金屬所構成。整體上 就直徑90nm之”溝渠式電容器電極配置而言在中間電 極2 02及二個介電質層104沈積之後可形成一種直徑大 約3 0-5 0nm之塡充區。 以下將說明第4a-4i圖中所示之各步驟。第4a-4i圖是 各種切面圖，其用來說明本發明中電荷儲存用之電極配 置。此處所示之各別之製造步驟形成一種方法以製成本 發明之電荷儲存用之電極配置。 第4a圖顯示二個溝渠DT，其鄰接於基板材料40 1中 而垂直地被鈾刻（D T = n D e e p T r e n c hπ)，該基板材料4 〇 1 以第一氮化物層402覆蓋。由此可知：第4a-4i圖是二個 相鄰之記憶電容器之切面圖，此二個電容器形成記憶胞。 526609 五、發明說明（6) 然後如第4b圖所示藉由”埋入板摻雜而製成電極板 4 0 3以作爲電極表面，這是藉由砷玻璃或玻璃相位摻雜 所形成之向外擴散來達成。 在第一氮化物層402及電極板403之間在溝渠之內壁 上施加氧化物-領層404。這另外亦可藉由埋入式積體化 來達成，使裸露之氧化物層可與溝渠之內壁形成一種直 線。 在下一步驟中，如第4c圖所示，在溝渠之內面上施 加第一介電質層405，其用作此電極配置（其以記憶電容 器構成）之介電質。 此外，沈積一種電極層4 0 6，其可由多晶矽或金屬構 成。 下一步驟如第4d圖所示包含：施加一種遮罩層407 形式之微影術-遮罩，此遮罩層407遮住整個區域，但未 遮住二個溝渠之間之中央部份，第4d圖中未被遮住之 區域是遮罩層407之間位於中央之裸露部份。此外，由 第4d圖可知：在溝渠中施加一種有機ARC(Anth'eflective Coating)抗反射層408。 然後，如第4 e圖所示，使抗反射層4 0 8敞開（〇 p e η)， 以便在二個溝渠之間之中央區中對電極層406，介電質 層405及氧化物-領層404進行蝕刻。必要時須在中央區 中以濕式化學法對電極層406作進一步蝕刻，使介電質 層405裸露，介電質層4 0 5因此突起於電極上，如第4e 526609 五、發明說明（7) 圖所示。 然後，如第4f圖所示，在去除有機ARC之後沈積第 二介電質層40 9，其覆蓋整個裸露之表面。 接著如第4g圖所示，在上述二個溝渠中施加一塡充 電極層4 1 0且進行回（b a c k)鈾刻，此塡充電極層4 1 〇作 爲電極板403，電壓層406以外之第三電極層。 在下一步驟中，如第4h圖所示，在已擴充之溝渠上 方在塡充電極層410上或第二介電質層409之一些部份 上沈積第二氧化物層4 1 1且進行回蝕刻。由此可知：第 二氧化物層41 1例如可藉由HDP(High Density Plasma) 過程沈積而成。 如第4h圖所示，沈積第二氮化物層412作爲遮罩， 其在此二個溝渠上方之中央區中敞開（open)。 依據第4i圖，在最後之步驟中在未被遮罩之區域中以 乾式化學法使第二氧化物層411被去除，其中電極板403 之一個區域由第二介電質層409中裸露出來，使隨後同樣 可藉由HDP沈積法來沈積一塡充電極層410(多晶矽）。 另一方式是在沈積多晶砂之則沈積一種薄（大約1 n m)氣 化物層以防止各偏位繼續生長。 以此種方式使二個以塡充電極層4 1 0塡入之溝渠在第二 氧化物層4 1 1下方導電性地相連。這樣所形成之結構中最 後以HDP氧化物塡入。 因此形成一種電荷儲存用之電極配置，其同樣如第2圖 526609 五、發明說明（8) 所示。 上述之電極配置，基板及各終端只是舉例而已，其可不 限於上述之大小或比例。 雖然本發明先前是依據較佳之實施例來描述，但本發明 不限於此，而是可依據不同之方式來修改。 符號之說明 101 基板 102 基板層 103 記憶電極 104 介電質 105 選擇電晶體 106 電極終端元件 107 基板終端元件 201 折疊式記憶電極 202 中間電極 203 · 貝电ί可単兀 204 正電荷單元 301 基板電極 302 塡充電極 401 基板材料 402 第一氮化物層 403 電極板 404 興化物-領層 -10- 526609 五、發明說明（9) 405 第一介電質層 4 0 6 電極層 407 遮罩層 4 0 8 抗反射層 409 第二介電質層 410 塡充電極層 411 第二氧化物層 4 12 第二氮化物層 ARC 抗反射塗層 BPC 埋入板自我對準之CVD領 CVD 化學氣相沈積 DT 深溝渠 GDP 氣相摻雜 HDP 高密度電漿 -11-

Claims (1)

1. 526609 a、申請專利範圍 1. 一種電荷儲存用之電極配置，其特徵爲包含： a) 外溝渠電極（202 ; 406)，其沿著一設置在基板（401) 中之溝渠之壁面而形成且在溝渠中在二側是以第一 和第二介電質（104 ; 405，409)作爲電性隔離用； b) 內溝渠電極（201 ; 410)，其在溝渠中由第二介電質（104 ;409)所隔開而作爲外溝渠電極（201 ; 406)之反電極； c) 基板電極（201 ; 403)，其在溝渠外部由第一介電質（104 ;405)所隔離以作爲外溝渠電極（202 ; 406)之反電極 且在溝渠上部區中是與內溝渠電極（201 ; 410)相連。 2·如申請專利範圍第1項之電荷儲存用之電極配置，其中 溝渠中第一及第二介電質（405，409)之厚度是定値的。 3 ·如申請專利範圍第1或2項之電荷儲存用之電極配置， 其中內溝渠電極（410)及/或外溝渠電極（406)由摻雜之 多晶砂所形成。 4 ·如申請專利範圍第丨或2項之電荷儲存用之電極配置， 其中內溝渠電極（410)及/或外溝渠電極（406)由金屬所 形成。 5 ·如申請專利範圍第1或2項之電荷儲存用之電極配置， 其中內溝渠電極（410)及/或外溝渠電極（406)由金屬氮 化物所形成。 6 · —種電荷儲存用之電極配置之製造方法，此電荷儲存用 之電極配置是申請專利範圍第1至5項中任一項所述者 ’本方法之特徵爲以下各步驟： a)在基板（401)中形成相鄰之溝渠； 526609 六、申請專利範圍 b) 在溝渠下部區中設置基板電極（403); c) 在溝渠上部區中形成氧化物-領層（404); d) 施加第一介電質（405); e) 在第一介電質（405)上對應於外溝渠電極（406)而設置 第一電極層； f) 在一對相鄰之溝渠之間之中間區中使基板電極（403) 上方之第一電極層（406)，第一介電質（405)，氧化物-領層（404)及基板（401)被去除； g) 施加第二介電質（409); h) 在溝渠中對應於內溝渠電極（4 10)而施加第二電極層； i) 在一對相鄰之溝渠之間在第二電極層之間形成一種 電性連接。 -13-