A7 B7 發明夕背晷 本發明偽有關於半導體，待別是有關用於半導體以提 供低電容介電層隔離物的材料。 如本技藉所熟知，半導體裝置具有廣泛的應用。許多 該等瞎用需要使用絶緣物，以提供主動裝置間及使用於 動態隨機存取記億體（DRAH)中之電容器導電板間以及導 電材料層間的隔離。典型的隔離材料為二氧化矽及氮化 矽。例如，二氧化矽#用於電_離裝置。為以搔薄絶緣 材料層獲得高電容量，氮化矽偽典型地被使用，因為其 具有較二氣化矽更高的介電常數。例如，在部份D R A Μ所 渠得 溝獲 且而 , 因 中 > 板順 基平 矽其 於使 成或 形壁 稱渠 渠溝 溝洗 ，清 中預 器以 容， 電氣 渠氫 溝於 的置 用曝 使壁 ’層 例t .---' /1 積氮 沈的 勻上 均壁 及 法 化 熱 地 法型 積典 沈偽 D th V SE PC清 L預 氣 氳 該 在 在 渠°c 溝50 洗-9 清00 預ί 度 溫 的 相 氣 學 熱 D 5 0 快 圓 晶 單 的 下 力 壓 積 沈 或 地 意 注 應 0 行 進 中 體 爐 次 比 tl 的 ! Ϊ I-----1-----',L-------t 訂—1!1線 (請先閒讀背面之注意事項再填寫本頁) 是 度 厚 之 成 形 所 亦 /tv 矽 化 氣二 始 原 層 單 値二 或 個 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 成預 形氣 所氫 氣在 氣 。 室上 淨壁 潔砂 由的 傜渠 其溝 -於 層成 矽形 化 -氧前 二積 的沈 下層 以矽 米化 奈氮 一 在 為可 以然 ，雖 少 t 減述 可上 皆如2-度。少 厚量至 的容有 矽電具 化的之 氧器用 二容物 始電化 原渠氣 何溝極 任加閘 ，增為 間而作 期層偽 驟氮矽 步富化 洗成氧 清形二 的 厚 米 奈 將雜 舉摻 此經 為化 因劣 ，而 洗用 清作 預互 氣交 氫的 用質 使摻 不等 並硼 其或 ，磷 而 、 然砷 ，如 料諸 材與 離氫 隔因 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） A7 _B7_ 五、發明說明（> ) 的裝置。 ， I明之n 根據本發明一特戤，提供一種方法以減少形成於矽基 板上之電容器的電容量。該電容器具有一作為其絶線質 的二氧化矽層於矽基板表商上。該方法包含的步驟有將 氫原子導入部份的該表面以增加該部份表面的介電常數 ，而增加絶縳質的有效厚度及藉此減少該電容器的電容 量。 根據本發明之另一特擻，本方法包含形成厚度大的二 奈米的二氧化矽層的步驟。 根據本發明之又一特歡，導入氫氣的步驟包含在950-110Q-C的溫度及大於lOOTorr的壓力的氫氣中烘烤。 根據本發明之仍一待徵，導入氫氣的步驟包含形成大 於或等於10 17個原子每立公分濃度的氫原子於表面中〇 根據本發明之再一待戲，DRAM單元係設有一連接至電 容器的電晶體。該單元包含具有電晶體及電容器置於基 板上的矽基板β該電晶體具有第一導電性的源極與汲極 區，其偽置於基板的上半部β該源極與汲極區條置於基 板中的井。該井具有的導電性與第一導電性相反。該電 容器傜為溝渠電容器，並包含一置於溝渠中間與下面壁 上的第一絶緣層。一第一導電材科偽置於第一絶緣層與 該第一導電材料之上半部上的溝渠中該第一導電材料 俱穿經節點區而電連接至源搔與汲極區其中之一，其中 該節點區係置於該獠極與汲極區之一以及溝渠中之第一 導電材料的上半部間的基板中。該第一導電材料提供電 容器用的一第一電極。一第二導電材料傜置於溝渠底部 丨.丨,一 4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注音心事項再填寫本頁) --------線丨 經濟部智慧財產局員Η消費合作杜印製 41^233 A7 B7_ 五、發明說明（4 ) 固圍的基板中。該第二導電材料具有第一導電性，並以 第一绝緣材料的下半部與第一導電材料绝綠隔離，以提 供電容器用的第二電極，一第二絶緣材料傜置於第一絶 綠區之中間部份的周圍的基板中，以將溝渠節點區與第 二導電材料絶緣隔離，一氫氣鈍化層偽置於第二絶線材 料周圍之基板的中間部份中。 圖忒夕簡蛋説明 本發明的其他恃擻以及本發明本身將由下列詳細説明 並参考附圖而呈更清楚，其中： 第1A-]E_傜為根據本發明所形成之電容器在該電容 器各製造步驟中的示意橫截面圖； 第2圖偽為比較根據第1A-1E画所示之製程所製造的 電容器與根據習知技術所製造的電容器的漏電流的圖式； 第3圖偽為比較根據第1A-1E圖所示之製程所製造的 電容器與根據習知技術所製造的電容器的電容量的圖式； 第4圖係為氫氣濃度為深入根據第1A-1E圖所示之製 程所製造的電容器深度的函數的二次離子質譜（S I M S ) 圖； 第5A-5CH係為根據本發明之另一實施例所形成之電 容器在該電容器各裂造步驟中的示意橫截面圖； 第SA圔偽為具有根據習知技術所形成之溝渠電容器的 DRAM單元的示意橫截面圖； 第6B圖偽為具有根據本發明所形成之溝渠電容器的 DRAM單元的示意橫截面圆； 本紙張尺度適用中國國家標4 (CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
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A7 B7_ 五、發明說明（4 ) 第7A-7D圖傺為第6B圖之DRAM單元在其各製造步驟中 的示意横截而圖； 第S園偽為具有根據本發明之另一値實施例所形成之 溝渠電容器的單元的示意橫截面圖； 第S圖偽為具有根據本發明之又一實施例所形成之溝 渠電容器的DRAH單元的示意橫截面圖； 第10Α圖懔為具有根據習知技術之LOCOS場氧化物的矽 主體的示意橫截面圖； 第1GB画偽為具有根據本發明之LOCOS場氧化物的矽主 體的示意橫截面圖； 第ΠΑ圖傺為具有根據習知技術之M0SFET形成於其中 之矽主體的示意横截面圖； 第HB圖傜為具有根據本發明之呈現出氫氣鈍化層的 Η 0 S F E T形成於其中之矽主體的示意橫截面圖； 第12Α及12Β圖傺為具有閘極堆#形成於其中之矽主體 在各製造步驟的示意橫截面圈；第12 Α圖表示根據習知 技術的該堆#,而第12 B圖表示根據本發明之堆叠； 第13 A及13 B圖係為具有閘極堆叠形成於其中之矽主體 在各製造步驟的示意横截面圖；第13A圖表示根據習知 技術的該堆叠，而第13B_表示根據本發明之堆叠；以及 第14 A及14 B圖偽為具有氫氣保獲區形成於經選擇的砂 基板表面部份的矽主體在該保護區形成的各步驟的示意 横截而_。 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A<1規格（210^ 297公釐） (請先閱讀背面之庄意事項再填寫本頁) 訂---------線！ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ^- 五、發明說明（^ ) 較佯宵餘例説明 參考第I A -E圖，一半導體主體I Q偽為所示。在此處 的範例中，半導體主體1 〇偽為具有]〇 16 / c in 3硼摻質（亦 即P型導電性）濃度的矽。一厚度約2 0 W的二氧化矽層 1 1傜以熱氧化法形成於半導體主體1 ϋ的上表面1 2 (第1 A 圖），如第1B圖所示。一具有底層抗反射塗檯（末示於圖 中）的光m層13傜沈積於二氧化矽層13上，並使用傳統 徹影技術刻割，以形成圓形開口〗7於其中，如第1 Β画所 示。接箸將該結構曝置於活性離子蝕刻（R I Ε ),而以開 口 1 7移除部份的二氧化矽層1 U該光阻層1 3與抗反射塗 覆偽剝除。一未示於圖中的犧牲二氣化矽層偽被熱成長 於所曝置的部份半導體主體表而12上。該禾示於圖中的 犧牲熱成長二氧化矽接箸被移除，以移除RIE對表面所 造成的仟何損傷。更待別地是，矽主體1 〇的上表面1 2 ( 第]C圖）接著以稀釋的氫氟酸預清洗，在此俗以20份的 水對一份的氫氟酸清洗6 0秒，以由該表面1 2移除所有的 原始二氧化矽。 其次，使用快速熱氧化法UTO),將一锢二氣化矽絶 綠層1 6 (第1 D圖）熱成長於矽主體1 Q表面上。更特別地是 ，使用毎分鐘5升的氣氣流速，在1050 °C，4 8秒成長二 氧化矽層該製程將形成約6.1奈米厚的二氣化矽絶 緣層]G於矽主體]〇表面]2上。 接箸將主體1 〇置於含氳氣據中，並於溫度9 5 0 °C ,壓 力ltHTorr以及氫氣流速10升每分鐘的合氫氣爐中烘烤 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A.l規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) — — — — — II ^ 11111111 I (---I -------------------- A7 & 口 233_b7_ 五、發明說明（p ) 一分鐘。該條件的溫度範圍可為8 fl Ο - 1 2 Q trc ,時間範圍 為1 5秒至5小時，例如在9 5 a °C或1 Ο 5 Q °C的氫氣中一分鐘 的製程。 應注意地是，氫混合可促成絶線質形成。在該狀況中， 矽表而清洗步驟包含使用諸如稀釋的氳氟酸、氫氟酸蒸 汽或H F / Ν Η 3蒸汽等清洗劑，以移除或薄化任何預存的 原始二氣化矽，如上述之仟何所殘留的犧牲二氣化矽。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 不論氫氣保護區1 4在二氧化矽層1 6形成前或二氧化矽層 形成後被形成，詼製程將形成一氬氣保護區或層1 4 (第 1 I)圖）於矽主體1 0的上表面部份。其次，一經摻雜的多 晶矽層1 8 {第1 Ε _)係化學氣相沈積於二氣化矽層1 1與1 6 上。在此，該經摻雜的多晶矽層18具有諸如50ηΐί的厚度 以及諸如1 〇 13 / c m 3 - 1 0 2D / c m 3的磷摻雜濃度。其次， 一金屬接觸層20(在此為鋁或矽化錆）偽蒸鍍或沈積於摻 雜多晶矽層1 8上。其次，使用傳統撤影技術以刻劃層1 8 與2G,而提供第1E圏所示的結構。在此，絶緣層16的形 狀偽為具有O.nGUm2表面積的圓形。應注意地是，金 _層2 0與摻雜多晶矽層1 8亦使用傳统徹影技術刻劃成圓 形，而形成具有一圓形絶緣質（二氣化矽層16)與一圓形 上導體板或電極（摻雜多晶矽層18與金屬20)的電容器22 。其他（亦即較低的）的電容器22電極板偽由摻雜矽基板 或ΐ體10提供。因此，一電容器22用的電極偽由摻雜多 晶矽層1 8及金屬層2 Q所提供，而第二電搔僳為ρ摻雜基 板10的背而23,如第1Ε圖所示。 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐） Λ7 五、發明說明（7 ) 參考第2_,有關第1A-1E圖所示之電容器22之為上電 極板（為摻雑多晶矽層].8輿金屬層2 (1所提供）與基板1 0間 之電壓函數之穿經電容器2 2的漏電流（第I E圖）（亦即由 .L·電極至基板或主體1G)偽以第2圖的實線表示。第2圖 的虛線2 C所示者為穿經電容器的漏電流（亦即由上電槿 至基板），其係為上電極板與基板間之電壓的函數，而 該電容器具有與第1E圖所示的電容器22相同的物理尺寸 (亦卽下電極板導電性，熱成長二氣化矽絶緣層厚度與 而積，以及相同摻雜的多晶矽-鋁上電極板導電性、形 狀與而積），而未使用氫氣烘烤，亦即無氫氣鈍化層14 。腠注意地是，在有氫氣鈍化層的情況下，對於相同厚 度的二氧化矽絶線層而言，漏電流至少可被減少一値次 方（亦即至少1Q的因子），此偽因為該氫氣鈍化層供橫越 電容器之5V或更大之應力電闞（亦卽，介電層崩潰電壓） 用。 參考第3画，有關第〗E圖所示之電容器22之為上電極 板（為揍雜多晶矽層1 8與金羼層2 0所提供）與基板1 0間之 電圈函數的電容最偽以第3圖的實線表示。第3 _的虛 線30所示者乃為上電極板18與基板10間之電壓函數的電 容最，而該電容器具有相同的物理尺寸（亦即下電極板 導電性，熱成長二氣化砂絶緣層厚度與面積，以及相同 摻雜的多晶矽-鋁上電極板導電性、形狀與面積）。應注 意地是，相較於無氫氣鈍化層14之電容量大於500 nanoFarads/cr2的電容器，該具有氫氣鈍化層14(第1. E： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗0 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
-*----------------I - ----- - ---------------I Λ7 417233 五、發明說明（* ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _)之電容器的最大電容鼠僅為30-50 nano Fa rads/c AT2 p 因此，應注意地是，在具有氫氣鈍化層的情況下，對於 柑同厚度的二氣化矽絶緣層而言，其電容量至少下降1 〇 的因子。 如上述，瞧注意地是，氫氣鈍化層]4的效果為可使用 較薄的絶緣層（亦即較薄一個次方），而獲得相同程度的 漏電流及相同程度的低電容景。所以，以較薄的絶緣質 獲得相同的絶緣性質可使裝置在二氣化矽隔離區形成於 其上之矽主體]fl中産生較少的物理瞎力。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 用於儲存電容器之電荷的電容量C的公式為C=£A/d ，其中£為置於電稱板與電容器間之電容器絶緣材料的 介電常數> Λ為電楔板的表面積而 d為絶緣材料的厚度 ,亦即層1 Μ第〗E圖）。二氧化矽（S i 0 2 )絶緣材料的 f=3.9e 〇 ，其中ε 〇為真空的介電常數。有關第2、3 圖的比較偽以不同電極板面積Α製作，而隨面積Α變化 的電容最偽以前述的公式表示。由前逑，其結論為曝置 於氫氣之接赶表面的部份（亦即表面1 2 )必定為氫氣所鈍 化，以作為額外的絶縐材料，而增加電容器絶緣質的有 效厚度並減少該電容鼍。換句話說，在氳氣預處理試件 的狀況中，總電容鼍偽為二氧化矽絶緣層1 6與氫氣所提 供之鈍化層.1 4的串聯。具有氫氣鈍化層1 4之電容器2 2的 電容景因而可被表不為：C即办叫抑=【（d SI〇2 / £si〇2 ) + ((丨PL / fPL )) " 1 A，其中d SI02為二氯化矽層1 β的厚度 ,f SI02 為二氣化矽屬1 6的介電常數，dPL為氫氣鈍化 -1 0 -本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） A7 B7 417233 五、發明說明（9 ) 層1 4的厚度，£ ΡΙί為氫氣鈍化1 1 4的介電常數。漏電流 的減少（第2 _)因電容器？ 2之絶緣材料的總有效厚度 d eff的增加而可被定性地瞭解，其中d eff = { { d SIC)2 /£ SI02 ) + (dPL/ePL )) fSI〇2 。因此，C Hydrogen =£ SI02 A / deff *而非氫氣鈍化電容器的電容量為C = £ S I〇2 A / S102 ，其中本範例中的（丨S102約為6 η 。由 第：ί圖得知對於6 n ia之以氫氣預烘烤的厚氣化物而言， ^ Hydrogen ^ ^ 約為 。因此 * 廿扣-（C/C Hydrogen ) ri SI02/ = UO'1 ) ( β η m / 3 . 4 ) £ ^ / £ 〇 ，其中 £ 〇 為真空 的介電常數。因此，若s PIj = £ ο (亦即spij的理論最 小可行數俏），則d PIj = 1 4 n ra 0若£ % = 1 0 £ π ，則dpL = ]40πι«。因此，典型的ερι可為4ηκι至數十niB間，或100奈 米。藉由減少氫氣烘烤溫度，時間與壓力（或部份# ^ ，例如以氬氣稀釋），則可減少dPIj的厚度。 第4圖表示在磷摻離多晶矽閘極被沈積且於9 0 0 - 1 0 (} G Ό 的快速退火步驟後（其可活化摻質）之氫氣預烘烤試件 (H2 + RT0)的SIMS縱深（亦卽氫氣濃度為深度之函數，其 中深度〇偽為多晶矽層1 8的頂端（第1 D圖），該二氣化砂 層1 6起始於〇 . 0 5徹米的深度並具有約G . ] n m的厚度）。其 可見到大於1 n2D c nr3的氫氣濃度偽呈琨於接近結晶矽層 1 8表而區域處，而熱S i 0 2層1 6中的水平為2 - 3 X 1 0 20 c RT3 。另一方面，其並無明顯的硼外擴散，其係支持在矽主 體丨0中之硼與近表而缺陷已為氫氣所鈍化的理論。 如上述，氫氣退火（亦即預烘烤）傜於二氣化矽絶緣層 -1 1 - 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -I ^ --------訂·--—-------------1 I i 417233 Λ7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7_五、發明說明（、° ) 1 (5形成前進行，該氫氣退火可於二氧化矽絶綠層1 6形成 後進行。此外，不僅可使用純氫氣，目.亦可使闬諸如氫 氣/氬氣混合物等稀釋的氫氣。氫氣烘烤製程及二氣化 矽形成皆可於單品圓R, Τ Ρ， Η ΐ C V D或枇次爐體中進行。未 添加或添加若千百分比Η (;】的乾氣及濕氣皆可被使用。 此外，在諸如含Ν 2 〇或Ν 0等氣氛的氮化氣化物亦可被使 用。絶綠質形成前或後之氫氣處理可於相同的設備中進 行，無須曝置於潔淨室空氣中，但該製程亦可於分離的 設備中進行。 換句話説，上逑之方法可減少形成於矽基板上之電容 器的電容量。該電容器具有一形成於矽基板表面上的二 氣化矽層，以作為絶緣材料。該方法包含的步驟有將氫 原子導入部份的該表而，以增加該部份表面的介電常數 ,而增加詼絶緣材料的有效厚度#減少該電容器的電容 氧。 琨在參考第5 A - 5 C圖，所示的另一實施例傜用於形成 氫氣鈍化層14。在此，矽基板10(第5A圖）偽以氫離子植 入，其可提供對於氫深度縱深與鈍化層尺寸（1ΡΙί的控制 性。例如，電漿植人（P L A I))或潜電漿離子植入（P I I I )可 以n . K3 . 7 k e V的能景及3 X 1 0 14 c iir2的劑量穿經諸如2 - 5 n m 厚的二氣化砂層1 (i而被進行，其依壓力而定可形成1 5 -5 0 n m的接而深度。氫原子的三角分佈係典型地以P I I I或 P U D形成。1 X 1 0 13 c «Γ2或諸如1 0 17 c ΠΓ2等大於數次方 的劑量範圍可被達成。在另一範例中，一束線型離子植 -12- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂i H. ί n I ^^^^1 1 -n 1« n 1 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A<1規格（2]0 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 A7 417233--------- 五、發明說明（ιΙ ) 入機可被使用，其可形成高斯分怖（例如1GkeV’ 3 X ί Π μ c m_2 )及約0 . 1 G # m的接面深度。在本實施例中’ 二氣化矽層1 n在氫植入期間傜作為一罩幕層，並以諸如 在經缓衝的氫氟酸中做濕式蝕刻而被_除，接箸於氫植 λ後形成另一個二氧化矽絶緣層。在鈍化層中之氧原子 的濃度偽為每立方公分10 17個原子或更多° * 此外，氫氣係穿經二氣化砂層而植入，該層並未被剝 除怛在氫氣植入後會被退火，^消除矽棊板丨〇的損傷β 退火溫度WT為e 5 I) - 9 5 (TC，而時間為一分鐘至一小時， 而其他的退火條件亦可用於製造第5 c圖所示的結構。 因為上述之氫氣保護效果妝未於氮化物中觀察到’所 以最奸使用熱二氣化矽或化學氣枏沈積（CVD)或電發輔 肋化學氣相沈積（P t： C V D )二氣化矽或氮氣化物作為絶線 材料，雖然亦可使用其他的絶緣材料。 現在參考第6 A及第GB圖，其傺表示具有（第68圖）及未 具有（第（5 a圃）上述氫鈍化層14的動態隨機存取記億體 (n R A彳）間的比較。D R A Μ單元3 2 A，3 2 B包含所示之一 Η 〇 s F E T 34及痼別連接的電容器3 6 Α…3 fi Β。在此，電容器3 6 A，3 6 Β 傜為溝渠電容器。具有溝渠電容器36A之DRAM單元32A的 範例偽説明於N e s b i t等人所發表之標題為A 〇 · 6 // m 2 2 5 G H h Trench DRAM Cell With Self-Aligned Buried S t. r a p { B F. S T )，丨 Ο M iU - (5 2 7 的論文中。 DRAM單元32A, 3 2B包含一形成於基板l〇(在此為矽）中 的溝渠電容器3 fi A , 3 0 B。如上述，基板1 G傜以諸如硼等 -1 3 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2]0 X 297公釐） ϋ ^1- n .^1 ϋ ϋ I-*ϋ ϋ n n fi i * n I. I ϋ ϋ ϋ I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 417233_ο?_ 五、發明說明（ρ ) (請先閒讀背面之注意事項再填寫本頁) P犁摻質（P -)做微最摻雜。溝渠6 η偽以經諸如.A s或P等 η犁掇曹（η >)大鼍摻雜的多晶矽4 0镇充。一以諸如A s 摻雜的埋入板4 2偽設於溝渠底部周圍的基板1 (]中。A s將 由諸如植砷矽酸鹽玻璃（A S G )等携質源擴散進入矽基板 1 該摻質源偽被形成於溝渠壁面，並於A s擴散進入溝 渠δθ壁面以形成電容器電極板4 2擴散後被剝除。多晶矽 40及理人板42偽作為電容器3GA，36B的電搔。一節點絶 線質4 4將隔離電容器3 fi A , 3(5 B的電極（亦即電極板4 ϋ，4 2 )。 該DRAM單元亦包含電晶體34(M0SF〇U電晶體34包含 一閛極區4 5及源極/汲掙區4 β , 4 ^為閛極或通道區4 5
所隔離之源楝/汲栎區4 β，4 8偽以植入諸如硼等摻質於 具有導電性相反於使用諸如Ρ或“之源極與波極區之導 電形式的井4 7中而形成。一被稱為”節點接而"5 0的節點 區5 (1將電容器3 fi A，3 6 Β連接至電晶體3 4。該”節點接面” 擴散區50偽藉由將摻質由溝渠多晶矽40穿經埋人Η 41向 外擴散而形成—絶緣環管56Α，56ϋ偽各形成於單元32Α ,32Β之溝渠的上半部，如第6Α及0_所示。在此所使用 的溝渠丄半部5 8意指包含環管3 2 A，3 2 Β的部份；而下半 部G 0包含琛管3 2 A , 3 2 B以下的溝渠部份。環管3 2 A , 3 2 B 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制Λ 可避免"節點接商” 5 0的漏電流流至埔入板4 2 〇漏電流偽 非所欲，因為其將劣化D K A Μ單元3 2 A , 3 2 B的髏滞時間， 而增加對件能有負而影響的更新頻率。 一包含諸如P或A s等η型揍質的埋入井G [)偽設於基板 UJ表而下。在埋入之η堅井8 0中的峰值摻質濃度條位於 -1 4 -本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） Λ7 〜'1沙 五、發明說明（y ) 環管5 (; A , 5 (; B底部。相對於埋入板4 2 ,埋入井6 0偽典型 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 地被撤最摻雜。埋入井G 0用於建接於未示於圖中之陣列 中之其他[)R A Μ單元的埋入板4 2。 藕由提供適當的電壓於閘楝電極的6 G位元線G 8而啓動 雷晶體3 4可連接溝蕖電容器.3 2 A , 3 2 B。通常，閛極形成 字元線，而源栎/汲極區4 G偽穿經接觸而連接至D R A Μ陣 列中的位元線fi 8。位元線6 8俱以中間絶線層7 0 ,而與源 極/汲極區4 8隔離。 ) 設置一淺溝渠隔離（STI),而將DR AM單元34 A, 34Β與 未示於圖中之形成於基板10中的其他單元或装置隔離。 如所示，字元線β 9係被形成於溝渠上並以S T I 7 2隔離。 字元線fi 9被稱為”穿過字元緯|’，並連接至未示於圖中的 柑鄱i) R A Μ單元。該結構被稱為摺式位元線結構。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此處的溝渠電容器32Β (第68圃）係以雙步驟蝕刻製程 形成。參考第7Α圖，一襯塾堆晷74係形成於矽基板10表 而上。基板1 G偽以諸如硼等Ρ型揍質（Ρ -)徹量揍雜。該 基板ί. f)包含上述之埋人η犁導電件井6fl,其被用於連接 溝渠電容器的埋入板。襯塾堆#74包含的諸層有：一硬 式搪罩層7 Μ諸如植硼矽酸鹽玻璃（B S G )，四乙苺正矽酸 鹽（Τ Ε 0 S ))，一氮化砂襯墊阳絶層7 8以及.一襯塾二氣化 矽層8 使用傳統徹影技術刻_該硬式遮幕層，以形成 溝渠8 2形成於其中的區域。進行第一道活性離子蝕刻 (RI ii),而形成深度等於上述第6 B圖的環管5 6 B之深度的 溝渠82於矽基板10中，其中該環管傺形成於溝渠電容器 -1 5 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） Λ7 ^- 五、發明說明（k ) 3fiB的丄半部58周園。 一絶綠層8 4偽用以形成環肯5 β B (第B圖）。在此，絶 缔層8 4包含二氧化矽以及以上述第1 Λ - 1 Ιΐ圖與第5 A - 5 C圖 其中一枰方法所形成的氫氣保護層】4。絶線腭8 4將覆蓋 襯铯堆# 7 4與溝渠8 2的壁。應注意地是，在相同厚度時 ，存寄生垂直F K T中之具有氫氣鈍化層1 4的環管5 B將呈 現出減少的漏電流，因為相較於無氫氣鈍化層1 4的環管 5 fi A (第（U圖），其電容鼠較低。因此，較薄的環管5 6 Η氧 化物絶綠質8 4 (第7 Α圓）最好具有氮氣鈍化暦1 4 ,而使漏 電流維持在某數倩以下。此外，因為可使用較薄的二氧 化矽層84作為環管50,故將使矽主體1Q中的機械應力 減少，而減少差排的形成。在具有一 C V I)二氣化矽沈積 於熱成長二氧化矽層8 4上的複合環管或厚L 0 C 0 S (例如 3 5 η ηι厚）熱成長環管的狀況中，減少環管厚度可允許使 用較厚的多晶矽層形成於溝渠的環管區（亦即上端區域 5 8 ,第f； B圖）中，其可改良Η電m β此在低於〇 . 1 8 p 1«的 設計準則下待別重要。比外，在環管區5 8中之氫氣鈍化 層1 4的出琨不椹會鈍化巨其亦可鈍化若干矽+:體1 0 中的局部缺陷。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
參考第7 Β圖，二氧化矽8 4偽由所有平坦表面移除（亦 卽在閘極堆疊頂端及在溝渠8 2底部9 0 h —諸如氧氣電 漿蝕刻之R T E僳被用以由溝渠8 2底部9 G移除過多的二氣 化码8 4。進行第二道R I E ,以形成溝渠8 2的底部6 G。該 第二道R. i f： m為諸如矽電漿蝕刻。璟管5 Ο在第二道R I E -1 G - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐） -E- 五、發明說明（^ ) 期間係作為蝕刻遮罩。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在溝渠a 2的底部G 0形成後，選擇性地形成一 11型埋入 板4 2。該烀人板4 2傜以諸如氣相摻雜、電漿摻雜或離子 棺人形成。此外，沈積經摻雜的矽酸鹽玻璃，而襯Μ溝 窮8 2璧商，以避免摻質源的摻質因退火驅動而擴散進入 基板中。經摻雜矽酸鹽玻璃偽以諸如使用緩衝氳氟酸的 化學蝕刻法移除。 黎考第7!)圖，沈積節點絶綠1^44於晶圓上，以襯墊溝 渠8 2 (第7 C圖）璧。接箸以多晶矽4 0镇充溝渠8 2。該溝渠 填充製稈亦將以多晶矽4 0覆蓋晶圓表面。該多晶矽4 0係 以η梨摻質大景慘雜。 該製稈接箸形成I) R A Μ單元的其他部份，如第6 Β圖所示 。其包含使溝渠中之多晶矽4 0的上端、環管5 (5 Β的上端 輿節點絶綠質4 4的上端凹陷，以及形成Η 4 1 ,形成隔離 部份以形成S ΤΙ 7 2 ,沈積並刻剌Μ成堆眷的各層，沈積 一中間絶線_，形成接觸窗口及位元線。該製程偽說 明於上逑参考文獻中以及Ε 1 - K a r e h等人所發表之S ο 1 i d State Technology, ρ-89(Ηηυ1997)Ψ 0 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 應注意地是，此處的淺溝渠隔離（s T 1 ) 7 2可以上述之 第1 A - 1 Ιί圖及第5 A - Γ> C圖其中一種製程，而具有經氫氣處 理的二氧化矽，而形成一氫氣鈍化層1 4 ,(第8圖U氫 氣可移除或鈍化諸如辣刻損傷等缺陷及s Τ I 7 2 (鈍化層 區）下方的預存缺陷，其明顯地減少S Τ I漏電流。因為該 漏電流機制對於整個單元漏電流亦具有重要貢獻，故可 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格G10 X 297公釐） A7 A7 417233 B7_ 五、發明說明（4 ) 緖由氫氣鈍化減少漏電流而改良遲滞時闢^第S圆表示 具有一氫氣鈍化層1 4在環管5 G周園及一氫氣鈍化層1 4 ' 在S Τ ί 7 ]下方的i) R A Η單元n 因此，Π R A Η單元3 2 B (第（5 β圖）形成於矽基板1 0中，其 具有一連接至電容器的電晶體。電晶_具有第一種導電 件（在此為Ν型導電性）的源極與汲棒區4 6，4 8於基板1 0 上端，該源極與汲極區4 (5 , 4 8傺置於基板1 0中的Ρ型導 電性井47。電容器包含置於基板中的溝渠GO。一第一絶 緣層（在眈為氮化矽）偽置於溝渠（3 〇的中間與底部壁面。 一第一導電材科4M在眈為N摻雜多晶矽）俗置於第一絶 線屑4 4與該第一導雷材料4 0上端上的溝渠6 ί)中。該第一 漠電材料4 η係電連接至獠掙與汲極區其中之一（在此為 匾域4 ?}),其傜穿經置於源極與波掙區其中之一（在此為 區域4 8 )與溝渠（3 0中之第一導電材料4 D上端之間的基板 中的節點區域5 0 „該第一導電材料4 0提供電容器用的一 第一電棒^一第二導電材料4 4係置於溝渠6 G底部周圍的 棊板中。第二導電材料（在此為（Τ型導電性材料4 G )係 以第一絶緣材料4 4的底部而與第一導電材料6 0絶緣隔離 β第_:導電材料提供電容器用的一第二電極。 一第二絶線材料55(亦卽前述的環管）偽置於第一絶緣 搵44中間部柺固園的基板彳《中，以將溝渠的節點區5 0與 第二導雷材科44絶緣隔離。亦即，絶緣環管（亦即二氧 化矽層5 (!)坷避免源極與汲栎區之一（在此為電連接至接 而區5 (1的區域4 8 )以及提供電容器的第二電極之間的電 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
一：口' I ^1 ^1 ^1 ^1 ^1 ·ϋ I ^^^^1 ϋ 1 '—^1 .^1 f— n n I a^i .^1 I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Λ7 \\Ί2^_Β7_ 五、發明說明（π ) 晶體蓮作。換句話說，所不欲的M G S場效應電晶體可予 .以形成，其具有接商區5 fl與提供源極/汲極區的N +區4 2 以及提供具有隔離閘極之第一絶緣層4 4之閘棒的第一導 雷袢匾域（5 0 „應切紀地是，第一絶綠材料4 4傺具有較高 介電常數的氮化矽，以提供D R A Μ單元的大溝渠電容最3 2 Β ^為減少提供所不欲之Μ 0 3場效應電晶體之通道區的Ρ 犁并部份間的電容最（亦卽置於接而區與形成電容器之 第電槔之Ν 1區之間的區域该二氣化矽層5 6 (亦即 絶線環宵）係被使用。然而，増加二氧化矽層5 6的厚度 將增加環管區中之絶緣質的有效厚度（因而減少所不欲 之電晶體蓮作的電容景），增加該二氧化矽層5 6的厚度 將增加二氧化矽層5 (1置於其上之溝渠部份上的壁面中的 機械應力。然而，此處的氫氣鈍化層14係置於溝渠的中 間部份（亦即第二絶緣材料的周圍部份），而使較薄的二 氣化矽層56環管可被使用，以減少第一導電材料4 0與Ρ 井匾域4 7間的有效雷容簞（亦卽所不欲的電晶體蓮作被 減少）。
鞣者第1 ίΐ Λ及1 fi Β圈|，一寓Μ氣鈍化層1 4 (亦即具有至 少丨Q 17値氮原子每立方公分，或更多）傺使用上述之第 1 m圖與第5 A - 5 C圖其中一禪製程形成於用以隔離相鄰 ΐ動裝置之I, ο π n S隔離10 2 (亦即場氧化物隔離區）的下方 c因此，氫氣偽被引人二氣化矽L 0 C () S場氧化物1 0 2與矽 苺板1 0之間的介商匾D 參考第Η A及U B圖，閛極氧化物1 G 6具有根據上述第 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】0 X 297公釐） --------------^ -------訂--------I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 A7 /117233_B7_ 五、發明說明（J) 】A - 1 E圖與第5 A - 5 C圖其中之一的製程所形成的氫氣鈍化 層1 4 0 棼考第1 2 A , 1 2 B圖及第1 , 1 3 B圖，所示的一閛極導 體堆轉〗（1 8『（第1 2 R及圈）具有根據上述之第1 - 5 C圖 其中一榑製稃所形成的氫氣鈍化層H c在相同的漏電流 木平下，相較於具有無該氬氣鈍化層1 4的氣化物壁面1 1 0 的裝置（第1 2 A舆1 2 B圖），使用氫氣鈍化層1 4可允許使用 較薄的壁商氣化物U (T。相較於無具有氫氣鈍化層1 4之 導髎壁而隔離的裝置（第]2 A與1 3A圖），此可允許減少熱 預算檗商氣化物1 1 Q ’（第1 2 B及1 3 B圖）的形成以及較高的 聚_密度。使用氫氣植人，則氫氣縱深可被依指定規格 製浩，而使得諸如閘極誘發汲極漏電可藉由形成一局部 的純化匾於嘩而絶綠罾〗1 η, 1 π 〇'與閘極絶緣質u 2間的 交叉處周圍而抑制。 應许意地是，氫氣鈍化層1 4可被形成於經選擇的基板 區域中〇例如，参考第14Α圖，一具有窗口 122的罩幕120 偽被形成於具有一嫡二氣化矽層！ 2 4與一傾氮化矽層]2 6 於其上之經選擇的矽基板10區域上。其次，使用傅統微 影舆辣刻技術，移除氮化矽層1 2 4與：:1氣化矽層1 2 (5的部 份，而曝置出下而矽基板1 〇表面的部份丨3 0 α氫氣鈍化 層Η接箸被形成於經選擇之矽棊板1 0的表而部伤1 3 0， 如第1 4 Β _所示β因此，諸如L 0 C 0 S區域可被形成於經選 擇的矽苺板區域，如第]f] Η圖所述。 其他的實施例偽座落於所附申請專利範圍的精神與範 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐） n - J1 I I n '·- n It I— n n 一51' I I d I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Λ7_11.7233_si_五、發明說明（) 符號之説明 1 〇.......矽主體 11.......二氣化矽 1 2.......半導體+:體的上方表面13.......光 PH 1 4 ..….…氫氣純化區 10.......二氣化矽絶線層 17 ......._形開口 ^ 18 .......摻雜多晶矽2 η.......金屬接觸層 22.......電容器2 3 .......背而 32Α、32ίϊ.·..ηΐίΑΜ 單元3 4.......金S氣化物半導體場效應電晶體3 G A、3 G Β . ..電容器4 0.......多晶矽 4 1,42.......埋 λ 板44 .......節點介電質 45 .......閘極區 4 0,4 8 .......源栩/汲摔 4 7.......井5 η.......節點梭而5GA、介電環宵 fi S ......溝渠上方部分 -21- 本紙張尺度適用+國國家標準（CNS)A4規格do X 297公釐） . ---J I I - [ I-----訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 417233_B7 五、發明說明（/) 0 0......溝渠 6 0......閘極電極 B 8......位元線 G 3......字元線 7 0......中間介雷層 7 2......淺溝渠隔離 7 4......襯墊堆# 7G......硬式遮罩層 78......襯墊m斷層 8 0 ......襯墊二氧化矽 82......mm 84......介電層 90......溝渠底部 1 0 2.....二氡化矽L 0 C 0 S場氧化物 1 Π f；.....閘極氣化物 108.....閘楝導體堆摄 1 1 Π......氣化物壁 112.....閑極分電質 12 η.....遮罩 12 2.....開口 1 2 4 ,….二氣化矽層 1 2 6.....氡化的層 1 3 0.....下方矽拣板表商部分 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------—I--.-----*--------訂·--------I I 1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)