存储器及其制作方法与流程

本发明涉及一种存储器及其制作方法，特别是涉及一种动态随机存取存储器及其制作方法。

背景技术：

动态随机存取存储器(dynamicrandomaccessmemory,dram)属于一种挥发性存储器，包含由多个存储单元(memorycell)构成的阵列区(arrayarea)以及由控制电路构成的周边区(peripheralarea)。各存储单元包含一晶体管(transistor)电连接至一电容器(capacitor)，由该晶体管控制该电容器中电荷的存储或释放来达到存储数据的目的。控制电路通过横跨阵列区并与各存储单元电连接的字符线(wordline,wl)与位线(bitline,bl)，可定位至每一存储单元以控制其数据的存取。

随着制作工艺世代演进，存储器的布局图案越来越紧密，以能在单位面积内获得更高的集密度，但是，不仅提高了制作的困难度，存储器元件对于制作工艺变异的容忍度也越来越严苛，稍微的制作工艺变异即可能造成元件电性异常。例如，目前采取埋入式字符线(buriedwordline)结构的动态随机存取存储器常发生存储节点接触(storagenodecontact)与位线(bitline)之间的桥接漏电问题，导致电性异常甚至产品失效而被报废。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种存储器及其制作方法，具有较高的制作工艺余裕度，可减少存储器元件由于制作工艺变异造成的异常。

为达上述目的，本发明的一实施例提供一种存储器的制作方法，包含下列步骤。首先，提供一基底，接着于基底中形成一绝缘结构定义出多个主动区，以及多条字符线切过各该主动区，将各该主动区区分成两个端部以及一个中间部。接着于基底上形成一图案化掩模层，包含多个岛状图案，各横跨一该字符线并覆盖该字符线两侧的两相邻该端部。然后，以该图案化掩模层为蚀刻掩模对该基底进行一第一蚀刻制作工艺，将该多个岛状图案转移至基底中形成多个岛状结构以及围绕该多个岛状结构的一第一凹陷区域。移除该图案化掩模层后，沉积一第一导电层并图案化该第一导电层，形成多条位线穿越该第一凹陷区域并且横跨该多个主动区的该中间部，其中该多个岛状结构以及该第一凹陷区域自该多条位线之间显露出来。

本发明另一实施例提供一种存储器结构，包含一基底，一绝缘结构形成在该基底中，定义出多个主动区。多条字符线形成在该基底中，将各主动区区分成两个端部以及一个中间部。多个岛状结构，包含两相邻该主动区的两相邻该端部。

围绕该多个岛状结构的一第一凹陷区域，包含各该多个主动区的该中间部以及该绝缘结构。多条位线形成在该基底上，穿越该第一凹陷区域并且横跨过该多个主动区的该中间部，其中该多个岛状结构以及该第一凹陷区域自该多条位线之间显露出来。

附图说明

图1至图7为本发明第一实施例的存储器的制作方法示意图；

图8和图9为本发明第二实施例的存储器的制作方法示意图；

图10为本发明第三实施例的存储器的制作方法示意图；

图11和图12为本发明第四实施例的存储器的制作方法示意图。

主要元件符号说明

10基底42位线

12主动区(有源区)42a非金属导电层

12a中间部42b金属层

12b端部42c掩模层

14绝缘结构44间隙壁结构

16埋藏式字符线44a第一间隙壁

16a栅极区44b第二间隙壁

16b第一穿越栅极区44c第三间隙壁

16c第二穿越栅极44d第四间隙壁

区

20岛状图案50层间介电层

20a间隙52开口

22阻挡层54第二凹陷区域

32岛状结构62存储节点接触

34第一凹陷区域62a非金属导电层

36开口62b阻障层

d1深度62c金属层

d2深度x、y、z方向

d3深度a-a’切线

具体实施方式

图1至图7为本发明第一实施例的存储器的制作方法示意图。各图上部为顶视图，下部为位于顶视图中两相邻字符线16之间、沿着y方向切过主动区12中间部12a的切线，例如a-a’切线，的剖面示意图。

请参考图1。首先，提供一基底10，例如硅基底、外延硅基底、硅锗基底、碳化硅基底或硅覆绝缘(silicon-on-insulator，soi)基底，但不限于此。基底10中形成有绝缘结构14，例如浅沟绝缘结构，并由绝缘结构14在基底10中定义出多个沿着z方向延伸的主动区12。形成绝缘结构14的方法例如，在基底10上形成一图案化掩模层，然后利用该图案化掩模层为蚀刻掩模对基底10进行蚀刻以定义出一绝缘沟槽，接着在绝缘沟槽中填入绝缘材料，例如氧化硅或氮化硅，再利用平坦化制作工艺移除绝缘沟槽外多余的绝缘材料，剩余在绝缘沟槽内的绝缘材料即成为绝缘结构14。多条埋藏式字符线16形成在基底10中，沿着y方向延伸并切过主动区12和绝缘结构14。y方向与z方向不垂直，例如夹有70至75度的夹角。形成埋藏式字符线16的方法例如，在基底10中形成主动区12与绝缘结构14后，接着对基底10进行另一次图案化制作工艺，在基底10中形成多条沿着y方向延伸的字符线沟槽切过主动区12和绝缘结构14。沿着该些字符线沟槽的底面和侧壁形成一栅极介电层后，接着沉积一导电材料(例如钨)填满字符线沟槽，然后回蚀刻该导电材料至仅填充在字符线沟槽的下部，再沉积一绝缘材料(例如氮化硅)填满字符线沟槽的上部至大致上与主动区12顶面齐平，完成埋藏式字符线16。各主动区12被两条埋藏式字符线16切过而被区分成一中间部12a和两个端部12b。埋藏式字符线16切过主动区12的部分为栅极区(gateregion)16a，切过在z方向上相邻主动区12之间绝缘结构14的部分为第一穿越栅极区(firstpassinggateregion)16b，切过在y方向上相邻主动区12之间绝缘结构14的部分为第二穿越栅极区(secondpassinggateregion)16c。

请参考图2。接着，可选择性地在主动区12表面形成一衬垫层(图未示)，例如氧化硅，然后在基底10上形成一图案化掩模层，包含多个岛状图案20，各横跨过其中一条埋藏式字符线16的一第一穿越栅极区16b的正上方，覆盖该第一穿越栅极区16b两侧分别属于在z方向上相邻的两主动区12的两端部12b。该些岛状图案20也覆盖部分绝缘结构14，但并未覆盖到任何主动区12的中间部12a，也就是说该些主动区12的中间部12a自该图案化掩模层完全显露出来。岛状图案20的材料可以是光致抗蚀剂材料或有机介电层，或者是与基底10以及绝缘结构14之间具有蚀刻选择性的绝缘材料，例如氮化硅、氮氧化硅等，氮碳化硅等，但不限于此。如图2所示，该些岛状图案20彼此分离不连接，特别是在a-a’切线经过处相隔一间隙20a，显露出部分绝缘结构14。

请参考图3。接着，以图案化掩模层为蚀刻掩模对基底10进行一第一蚀刻制作工艺，例如是利用蚀刻气体的干蚀刻制作工艺，以凹陷未被该些岛状图案20覆盖的主动区12、绝缘结构14和埋藏式字符线16顶部的绝缘材料，由此将图案化掩模层的岛状图案20转移至基底中10，形成多个岛状结构32以及围绕该些岛状结构32的一连续的第一凹陷区域34。然后，移除剩余的图案化掩模层，显露出主动区12、绝缘结构14和埋藏式字符线16顶部的绝缘材料。由于岛状结构32是由被岛状图案20覆盖的范围定义，因此岛状结构32的组成会包含主动区12的端部12b、部分绝缘结构14和部分埋藏式字符线16顶部的绝缘材料。第一凹陷区域34的组成则包含各主动区12的中间部12a以及该些岛状结构32之外其余的绝缘结构14和埋藏式字符线16顶部的绝缘材料。请参考图3下部，主动区12中间部12a在第一蚀刻制作工艺中会被凹陷至低于端部12b一深度d1，例如介于400埃至450埃之间。自间隙20a显露出来的绝缘结构14会被凹陷至一较浅的深度d2，例如介于0至50埃之间，但不显露出其两侧端部12b的任何部分。

本发明特征之一在于，在形成图案方面，相较于现有技术形成包含多个开口以显露出各主动区12中间部12a并且完全覆盖基底10其他部分的图案化掩模层，本发明形成包含多个岛状图案20以覆盖各主动区12端部12b并且显露出基底10其他部分的方法，可具有较大的制作工艺余裕度，能确保各岛状图案20具有较均一的形状和尺寸。另外，在蚀刻制作工艺方面，相较于现有技术自图案化掩模层的开口显露出来的蚀刻区域，本发明可显露出较大的蚀刻区域，又岛状图案20之间的间隙可让第一蚀刻制作工艺的蚀刻气体较平均地流动在基底10显露出来的表面上，可获得较稳定的蚀刻结果，确保各主动区12中间部12a被准确且平均地凹陷至目标深度d1，避免由于凹陷深度不足导致与后续形成的存储节点接触直接接触，造成短路或漏电的问题。

请参考图4。接着，全面性地沉积一第一导电层(图未示)完全覆盖岛状结构32和第一凹陷区域34，然后进行例如光刻及蚀刻制作工艺以图案化第一导电层，形成多条沿着与y方向垂直的x方向延伸的位线42。第一导电层可包含多层结构，因此图案化第一导电层形成的位线42可包含多层结构，例如，由下而上，包含一非金属导电层42a、一金属层42b以及一掩模层42c。非金属导电层42a材料可以是多晶硅、非晶硅或其他含硅或不含硅的非金属导电材料。金属层42b材料可以是铝、钨、铜、钛铝合金或其他适合的低电阻金属导电材料。掩模层42c材料可以是氮化硅、氮氧化硅、氮碳化硅或其他适合的绝缘材料。可在非金属导电层42a和金属层42b之间设置一阻障层(图未示)，例如钛、钨硅化物(wsi)、氮化钨(wn)或其他适合的阻障材料。该些位线42沿着x方向延伸穿越第一凹陷区域34，横跨并直接接触主动区12的中间部12a。值得注意的是，位线42会通a-a’切线经过处的两相邻端部12b之间的较浅的第一凹陷区域34正上方，较佳者，沉积第一导电层之前，主动区12端部12b仍覆盖有衬垫层(图未示)，可避免位线42与端部12b直接接触。主动区12中间部12a未被位线42覆盖的部分会自位线42两侧与岛状结构32之间的间隙36显露出来。

请参考图5。接着依序形成第一间隙壁材料层和第二间隙壁材料层，例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或氮碳化硅等绝缘材料，然后进行一非等向性蚀刻制作工艺移除部分第一间隙壁材料层和第二间隙壁材料层，使剩余的第一间隙壁材料层和第二间隙壁材料层仅位于岛状结构32和位线42的侧壁，分别成为第一间隙壁44a和第二间隙壁44b。较佳者，第一间隙壁44a和第二间隙壁44b会填入间隙36，并完全埋盖住显露出来的主动区12中间部。后续可在位线42侧壁再形成一第三间隙壁44c，例如氧化硅，加强与后续形成的存储节点接触(storagenodecontact)之间的绝缘。

请参考图6。接着，形成一层间介电层50覆盖自该些位线42之间显露出来的该些岛状结构32以及第一凹陷区域34并填满位线42之间的间隙，然后进行例如光刻及蚀刻制作工艺图案化层间介电层50，在其中定义出多个开口52。各个开口显露出部分岛状结构32，特别是一主动区12的一端部12，以及部分凹陷区域34。剩余的层间介电层50还覆盖在位线42侧壁，成为一第四间隙壁44d，与第一间隙壁44a、第二间隙壁44b、第三间隙壁44c和第四间隙壁44d共同构成一多层的间隙壁结构44。接着，以剩余的层间介电层50、该些位线42和间隙壁结构44为蚀刻掩模，对岛状结构32和第一凹陷区域34显露出来的部分进行一第二蚀刻制作工艺，形成多个第二凹陷区域54。也就是说，参考顶视图可清楚得知，各第二凹陷区域54形成在位线42以及间隙壁结构44之间，与第一凹陷区域34和岛状结构32部分重叠。第二蚀刻制作工艺将主动区12端部12b凹陷至一小于d1的深度d3，例如介于300埃至350埃之间。

请参考图7。接着，在各开口52底部形成一非金属导电层62a，然后形成一阻障层62b共型地覆盖非金属导电层62a、开口52侧壁以及位线42和层间介电层50顶部，再于阻障层62b上沉积一金属层62c完全填满开口52并覆盖住位线42和层间介电层50。后续利用例如化学机械研磨或回蚀刻制作工艺由上至下移除部分金属层62c至高于位线42顶面一预定高度后，再利用例如光刻及蚀刻制作工艺移除覆盖位线42和层间介电层50顶部的阻障层62b和金属层62c，形成多个分别对位于一主动区12的一端部12b的存储节点接触(storagenodecontact)62。通过将主动区12中间部12a凹陷至低于主动区12端部12b的深度，再形成第一间隙壁44a和第二间隙壁44b填满主动区12中间部12a、位线42侧壁和岛状结构32侧壁之间的间隙36，确保主动区12中间部12a不会显露出来，可避免存储节点接触62与主动区12中间部12a直接接触的机会，因此改善了存储节点接触62与位线42之间短路或漏电的问题。

图8和图9为本发明第二实施例的顶视图和沿着顶视图中a-a切线的剖面示意图。与前文所述实施例不同处在于，如图8上部所示，相邻岛状图案20’在a-a’切线经过处会互相连接，或者如图8下部所示，形成彼此分离的岛状图案20后，再于各岛状图案20的侧壁形成一阻挡层22，可确保端部12b在第一蚀刻制作工艺中是被完全覆盖住的，也使得相邻岛状图案20’在a-a’切线经过处通过阻挡层22而互相连接。由此，可使a-a’切线经过处的相邻端部12b之间的绝缘结构14在第一蚀刻制作工艺中是完全被覆盖住的，因此不会被蚀刻移除而形成一部分凹陷区域34，如图9的剖面图所示，第一蚀刻制作工艺后，a-a’切线经过处的相邻端部12b之间不会形成例如图3所示的较浅的第一凹陷区域34，可使后续形成位线通过该凹陷区域34时不会填入相邻端部12b之间，避免漏电的机位，也可确保端部12b顶面的衬垫层(图未示)不会被蚀刻，确保位线通过时不会与端部12b直接接触造成短路或漏电的问题。回到图8，虽然该些岛状图案20在a-a’切线经过处连接而形成多串，但相邻两串岛状图案20之间并不连接，仍可使第一蚀刻制作工艺的蚀刻气体平均流动而获得准确且平均的蚀刻结果。应可理解的是，在第一蚀刻制作工艺后，连接成串的岛状图案20会被转移至基底10中，形成连接成串的岛状结构，因此会将如图3上部所示的连续的第一凹陷区域34区分成数个子第一凹陷区域，各连续延伸在相邻两串岛状结构之间。

图10为本发明第三实施例的顶视图。与前文所述实施例不同处在于，第三实施例的各岛状图案20是横跨过一条埋藏式字符线16的一第二穿越栅极区16c的正上方，覆盖该第二穿越栅极区16c两侧分别属于在y方向上相邻的两主动区12的两端部12b。与前文所述实施例相同，岛状图案20可彼此分离(图10上部)，或在a-a’切线通过处直接连接(图10中部)，或通过阻挡层22而连接(图10下部)。

图11和图12为本发明第四实施例的顶视图。请参考图11，与前文所述实施例不同处在于，第四实施例的岛状图案20位于两相邻的埋藏式字符线16之间(可覆盖部分埋藏式字符线16)，覆盖该相邻的埋藏式字符线16之间的两相邻端部12b。第四实施例的岛状图案20不仅覆盖a-a’切线经过处的相邻端部12b，也完全覆盖该相邻端部12b之间的绝缘结构14，使第一蚀刻制作工艺后，a-a’切线经过处的相邻端部12b之间不会形成如图3所示的较浅的第一凹陷区域34，也可避免端部12b顶面的衬垫层(图未示)被蚀刻到而暴露出端部12b的机会，确保后续形成的字符线42(参考图12)通过时不会与端部12b直接接触造成短路或漏电的问题。第四实施例的岛状图案20彼此分离，保有间隙可使第一蚀刻制作工艺的蚀刻气体较平均地流动在暴露出来的表面上，获得较平均的蚀刻结果。请参考图11下部，也可选择在岛状图案20侧壁形成阻挡层22，确保主动区12端部12b在第一蚀刻制作工艺中是完全被覆盖住的。图11下部的阻挡层22并未互相连接，以保有可让蚀刻气体流通的间隙。请参考图12，类似的，通过第一蚀刻制作工艺将图11的岛状图案20转移至基底10中，形成多个岛状结构32以及围绕该些岛状结构32的一连续第一凹陷区域34，再形成多条位线42穿越第一凹陷区域34，横跨并直接接触主动区12的中间部12a，也横跨过岛状结构32的中央。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。