半導體內存陣列結構的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種內存陣列結構，包含有：多個長菱形有源區域位于一基板中，其中各個長菱形有源區域具有一對長邊及一對短邊；一第一淺溝絕緣結構，其緊貼著所述長邊沿著一第一方向延伸，其中所述第一淺溝絕緣結構具有單一深度d1；以及一第二淺溝絕緣結構，其緊貼著所述短邊沿著一第二方向延伸，其中所述第二淺溝絕緣結構具有兩個深度d2及d3，其中深度d1及d2都較深度d3淺。
【專利說明】半導體內存陣列結構
【技術領域】
[0001]本發明大體上關于一種半導體內存陣列結構，特別是關于一種具個別深度控制的淺溝絕緣(shallow trench isolation)的內存陣列結構,及其制作方法。
【背景技術】
[0002]淺溝絕緣結構是指以絕緣材料環繞包圍半導體硅基板的有源區域，其作法是先在有源區域周圍形成淺溝圖案，再將絕緣材料填入淺溝中，最后進行拋光平坦化將有源區域上面的絕緣材料去除，僅留下位于淺溝內的絕緣材料，如此構成淺溝絕緣結構。
[0003]上述淺溝絕緣結構的作法通常只用單一步驟的光刻工藝以及單一步驟的干刻蝕工藝來完成。換句話說，前述的單一光刻工藝中僅使用定義有源區域的光掩膜(AA光掩膜)來定義出有源區域，也因此淺溝會有相同的深度。
[0004]然而，由于線縮效應(line shortening effect)及/或其它光學干擾因素,移轉至光刻膠或基板的有源區域圖案(AA圖案)往往會是卵形(oval-shaped)，其面積會比原先AA光掩膜定義的有源區域面積縮小很多，如此一來，不但會影響到后續工藝的裕度，也會降低制作在有源區域上的半導體元件的效能。
【發明內容】
[0005]本發明于是提出一種改良的內存陣列結構，其包含有:多個長菱形有源區域位于一基板中，其中各個長菱形有源區域具有一對長邊及一對短邊；一第一淺溝絕緣結構，其緊貼著所述長邊沿著一第一方向延伸，其中所述第一淺溝絕緣結構具有單一深度dl;以及一第二淺溝絕緣結構，其緊貼著所述短邊沿著一第二方向延伸，其中所述第二淺溝絕緣結構具有兩個深度d2及d3，其中深度dl及d2都較深度d3淺。
[0006]為讓本發明的上述目的、特征及優點能更明顯易懂，下文中特別舉出優選實施方式配合所附圖式作詳細說明如下。然而如下的優選實施方式與圖式是僅供參考與說明用，其并非是用來限制本發明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1A為依據本發明實施例所繪示的內存陣列完成定義基板上多條有源區域線條的圖案化第一硬掩膜后的局部示意圖。
[0008]圖1B及圖2為沿著圖1A中切線1-1’所作的橫斷面視圖。
[0009]圖3A表示出在光刻膠層中定義出沿第二方向延伸的第二淺溝絕緣圖案后的內存陣列的頂視圖。
[0010]圖3B及圖3C分別為圖3A中沿著切線11-11’及111-111’所作的橫斷面視圖。
[0011]圖4A及圖4B分別為沿著圖3A中切線11-11’及111-111’所作的橫斷面視圖，其表示出各向異性干刻蝕工藝后的情形。
[0012]圖5A、圖5B及圖5C分別是沿著圖3A中的切線1-1’、I1-1I’以及111-111’所作的橫斷面視圖，其表示出去除剩余的光刻膠層、抗反射層及第二硬掩膜層之后的情形。
[0013]圖6A、圖6B及圖6C分別是沿著圖3A中的切線1-1 Ml-1I Ml1-1II?所作的橫斷面視圖，其表示出淺溝絕緣刻蝕后的情形。
[0014]圖7表示出內存陣列結構的頂視圖，其包括多個長菱形有源區域，以及個別深度控制的第一及第二淺溝絕緣結構。
[0015]其中，附圖標記說明如下:
[0016]10基板130重疊區
[0017]IOa主表面132子區域
[0018]12硅氧墊層134溝渠圖案
[0019]14氮化硅墊層134’溝渠圖案
[0020]16第一硬掩膜層 200長菱形有源區域圖案
[0021]20第二硬掩膜層 200a長邊
[0022]22抗反射層200b短邊
[0023]24光刻膠層302第一淺溝絕緣結構
[0024]116溝渠圖案304第二淺溝絕緣結構
[0025]116a側壁400長菱形`有源區域
[0026]124溝渠圖案
【具體實施方式】
[0027]下文中將參照附圖來說明本發明實施細節，該些附圖中的內容構成說明書一部份，并以可實行所述實施例的特例描述方式來繪示。下文實施例已揭露足夠的細節使本領域的一般技術人員得以具以實施。當然，本發明中也可實行其它的實施例，或是在不悖離文中所述實施例的前提下作出任何結構性、邏輯性、及電性上的改變。因此，下文的細節描述將不欲被視為是一種限定，反之，其中所包含的實施例將由隨附的權利要求來加以界定。
[0028]同樣地，圖示中所表示的各實施例中的裝置示意圖并非意欲來限定裝置的尺寸，特別是在某些情況下，為了使本發明可更清晰地呈現，部分組件的尺寸可能被放大地呈現于圖中。再者，多個實施例中所揭示的相同組件將以相同或相似的符號來標示，以使說明更容易且清晰。
[0029]請參閱圖1A、圖1B及圖2，其中圖1A為依據本發明實施例所繪示的內存陣列完成定義基板上多條有源區域線條的圖案化第一硬掩膜后的局部示意圖，圖1B及圖2為圖1A中沿著切線1-1’所作的橫斷面視圖。首先，如圖1A及圖1B所示，提供一基板10，例如一硅基板，接著在基板10的主表面IOa上形成娃氧墊層12以及氮化娃墊層14。接著,進行第一次光刻工藝，于氮化硅墊層14上形成圖案化的第一硬掩膜層16，其定義出多條平行的有源區域線條圖案沿著一第一方向延伸。上述第一硬掩膜層16包括多個線型溝渠圖案116，其定義出第一淺溝絕緣結構。根據本發明實施例，上述第一硬掩膜層16的厚度介于800-1200埃(angstrom)之間。從圖1B可看出，各溝渠圖案116以具有傾斜、向下漸縮的側壁116a橫斷面輪廓為佳。
[0030]接下來，如圖2所示，在基板10上全面沉積一第二硬掩膜層20，例如含碳材料，以及一抗反射層22,例如氮氧化娃(silicon oxynitride)。其中，第二硬掩膜層20填入各溝渠圖案116中，并且覆蓋住上述第一硬掩膜層16。接著，在抗反射層22上形成一光刻膠層
24。根據本發明實施例，上述第二硬掩膜層20的厚度介于1000-4000埃。
[0031]請參閱圖3A至圖3C，其中，圖3A表示出在光刻膠層中定義出沿著第二方向延伸的第二淺溝絕緣圖案后的內存陣列的頂視圖，圖3B及圖3C分別為圖3A中沿著切線11-11’及II1-1II’所作的橫斷面視圖。如圖3A至圖3C所示，進行第二次光刻工藝以在光刻膠層24中形成多條沿著一第二方向延伸且彼此平行的溝渠圖案124。從圖3A中可看出，彼此平行的溝渠圖案124與下方的溝渠圖案116交叉于重疊區130，如此定義出多個長菱形(rhomboid-shaped)有源區域圖案200。各個長菱形有源區域圖案200包括兩個相對長邊200a以及兩相對短邊200b。沿著第二方向，在重疊區130之間提供有多個子區域132，其緊貼著各個長菱形有源區域圖案200的短邊200b。根據本發明實施例，第一方向并不垂直于第二方向，也就是說，第一方向與第二方向之間可具有一銳角。沿著第二方向，在后續步驟中于基板10中形成與第一淺溝絕緣結構交叉的第二淺溝絕緣結構。在圖3A中，區域130、132、116及124的寬度分別以wl、w2、w3及w4表示，第一方向及第二方向也在圖中被標示出來。
[0032]如圖4A及圖4B所示，利用圖案化的光刻膠層24作為刻蝕抵擋層進行各向異性干刻蝕工藝，經由溝渠圖案134依序向下刻蝕抗反射層22、第二硬掩膜層20、第一硬掩膜層以及部分的氮化硅墊層14，如此在第二硬掩膜層20及第一硬掩膜層16中形成溝渠圖案134。根據本發明實施例，從重疊區130中移除的氮化硅墊層14的厚度會較從子區域132中被移除的還要多。例如，氮化硅墊層14可以全部從溝渠圖案124移除，以裸露出硅氧墊層12，而在重疊區130僅有一小部分的氮化硅墊層14被移除。在較佳的情況下，各個溝渠圖案134具有向下漸縮的側壁橫斷面輪廓。另外，根據本發明的另一實施例，氮化硅墊層14可以全部從溝渠圖案124移除，以在區域130裸露出硅氧墊層12。圖4A中表示出這個區域130的橫斷面。從圖4B中可看出在，區域132中僅有少量的氮化硅消耗。在較佳的情況下，各個溝渠圖案134會具有向下漸縮的側壁橫斷面輪廓。
[0033]圖5A、圖5B及圖5C分別是沿著圖3A中的切線1-1 ’、I1-1I ’、II1-1II ’所作的橫斷面視圖。如圖5A至圖5C所示，在完成各向異性干刻蝕工藝之后，剩余的光刻膠層24、抗反射層22及第二硬掩膜層20會被移除，以裸露出圖案化的第一硬掩膜層16。圖5A中的圖案化第一硬掩膜層16決定了即將形成于基板10中的各個有源區域的寬度。從圖5B中可以看出，圖案化的第一硬掩膜層16在長菱形有源區域圖案200的短邊200b是被切開的。在較佳的情況下，長菱形有源區域圖案200的短邊200b的溝渠圖案134’會具有向下漸縮的側壁橫斷面輪廓。上述溝渠圖案134’決定了即將形成于基板10中的各個有源區域的長度。
[0034]圖6A、圖6B及圖6C分別是沿著圖3A中的切線1-1 ’、I1-1I ’、II1-1II ’所作的橫斷面視圖。如圖6A至圖6C所示，以圖案化的第一硬掩膜層16作為刻蝕抵擋層進行各向異性干刻蝕工藝，經由溝渠圖案116及134’刻蝕氮化硅墊層14、硅氧墊層12以及基板10，如此以在基板10中形成沿著第一方向延伸的第一淺溝絕緣結構302、沿著第二方向延伸的第二淺溝絕緣結構304，以及長菱形有源區域400。根據本發明實施例，第一淺溝絕緣結構302具有單一深度dl (見圖6A)，第二淺溝絕緣結構302具有兩個深度d2及d3(見圖6B)，其中深度dl及d2都較深度d3淺。根據本發明實施例，dl及d2可以介于2300-2600埃，而d3可以介于2600-2800埃。接著，將溝渠填充材料(未示于圖中)填入第一及第二淺溝絕緣結構302及304中以形成絕緣。在圖3A中的重疊區130的寬度wl及溝渠圖案124的寬度w4本質上決定了圖6A及圖6B中的深度dl及d2。此外，深度dl不一定要比深度d2淺。
[0035]圖7表示了內存陣列I的頂視圖，包括多個長菱形有源區域400，以及圍繞著長菱形有源區域400的第一及第二淺溝絕緣結構302及304。如圖7所示，由于第二淺溝絕緣結構304在第二方向上(也就是字線方向)提供了較深的溝渠深度，因此相鄰字線之間的介電絕緣可以明顯改善，故字線耦合效應能被有效的抑制。
[0036]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種內存陣列結構,其特征在于,包含: 多個長菱形有源區域位于一基板中，其中各個長菱形有源區域具有一對長邊及一對短邊； 一第一淺溝絕緣結構，緊貼著所述長邊沿著一第一方向延伸，其中所述第一淺溝絕緣結構具有單一深度dl ;以及 一第二淺溝絕緣結構，緊貼著所述短邊沿著一第二方向延伸，其中所述第二淺溝絕緣結構具有兩個深度d2及d3，其中深度dl及d2都較深度d3淺。
2.根據權利要求1所述的內存陣列結構，其特征在于，所述第二淺溝絕緣結構在與所述第一淺溝絕緣結構交叉的重疊區中具有所述深度d3。
3.根據權利要求1所述的內存陣列結構，其特征在于，所述第二淺溝絕緣結構在一子區域具有所述深度d2，其中所述子區域位于所述重疊區之間。
4.根據權利要求1所述的內存陣列結構，其特征在于，所述深度dl及d2介于2300-2600 埃之間。
5.根據權利要求1所述的內存陣列結構，其特征在于，所述深度d3介于2600-2800埃之間。
6.根據權利要求1所述的內存陣列結構，其特征在于，所述基板為硅基板。
7.根據權利要求1所述的內存陣列結構，其特征在于，所述第一方向不垂直于所述第二方向。
【文檔編號】H01L21/762GK103681453SQ201210442842
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年11月8日 優先權日:2012年9月13日
【發明者】林瑄智, 林正平, 張錦標, 黃仁瑞 申請人:南亞科技股份有限公司