[发明专利]贯穿SOI衬底的深沟槽电容器及其形成方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及半导体存储器制造，并且更特别地涉及贯穿绝缘体上硅(SOI)衬底的深沟槽电容器及其形成方法。

背景技术

静态随机访问存储器(SRAM)用在建立在绝缘体上硅(SOI)衬底上的微处理器中作为高速缓存存储器。SOI衬底包括在硅衬底上的掩埋绝缘体层(诸如掩埋氧化硅(BOX))上的硅层。然而，对于SOI衬底而言，嵌入的动态随机访问存储器(eDRAM)也是有利的，因为eDRAM单元约使用SRAM单元空间的五分之一。例如，SRAM典型地使用六个平面设置的晶体管，而eDRAM使用一个晶体管和在硅衬底中延伸的深沟槽电容器。因而，eDRAM可以用于显著地减小芯片尺寸。可选地，在同样的空间量下，eDRAM可以用来提供高达约五倍多的存储容量。

在SOI衬底中采用eDRAM的一个挑战是在深沟槽创建工艺中出现的进入到SOI衬底的BOX层中的侧向底切(undercut)的量。例如，在典型的eDRAM单元的布局中，沟槽与沟槽的间隔通常被最小化或接近于最小的间隔。如果BOX层底切大，则由于底切会利用例如掺杂N+多晶硅的导体来填充，所以深沟槽可能实际上较短。具体而言，现有技术采用两次氢氟酸(HF)刻蚀：一次用来去除用于打开沟槽的硬掩膜，第二次用来去除掺砷玻璃(ASG)及其盖层，例如原硅酸四乙酯Si(OC₂H₅)₄(TEOS)。通过将砷外扩散到周围的硅中且然后去除ASG，从而利用ASG形成了eDRAM的掩埋电极。不幸的是，这两次氢氟酸刻蚀在90nm技术中完全去除了在深沟槽之间的BOX层。

解决这一问题的一个方法是，提供可以刻蚀穿过整个BOX层厚度的硅的更深的有源区刻蚀。不幸的是，在这种方法中，需要从标准实践中修改浅沟槽隔离(STI)填充(用来电隔离衬底上的器件)和平坦化工艺。具体而言，因为在eDRAM阵列中有源区沟槽更深，所以需要更厚的氧化硅来填充eDRAM阵列中更深的STI。如果有源区刻蚀对氧化硅是高选择性的，则如通常情况下，这将导致只有SOI衬底的硅被刻蚀掉，而BOX层相对不受影响地保留在非eDRAM区域(例如，逻辑区域和SRAM区域)中。不幸的是，这种方法造成了这样的情况：其中相对于eDRAM阵列而言，需要从非eDRAM区域抛光更多的氧化硅。结果，针对更大的形貌，将不得不调整平坦化工艺。

需要一种将BOX层底切尽可能多地最小化的解决方案，以允许针对SOI衬底中沟槽eDRAM的简单集成途径。

发明内容

公开了形成贯穿SOI衬底的深沟槽电容器的方法以及电容器。在一个实施例中，方法包括：在SOI衬底中形成直到硅衬底的沟槽开口；在沟槽开口中沉积侧壁间隔物；进行刻蚀以在硅衬底中形成深沟槽；通过将掺杂剂注入到硅衬底中来形成第一电极，由此侧壁间隔物保护了BOX层和硅层；去除侧壁间隔物；在深沟槽内沉积节点电介质(node dielectric)；以及通过在深沟槽中沉积导体来形成第二电极。该注入创建了除了在与深沟槽的最下部分邻近的基本为球根形的部分以外基本均匀深度的掺杂区域。侧壁间隔物保护BOX层免于底切，并且该注入去除了从石英玻璃(silica glass)外扩散掺杂剂的需要。

本发明的第一方面提供了一种在绝缘体上硅(SOI)衬底中形成深沟槽电容器的方法，该SOI衬底包括在掩埋氧化硅(BOX)层上的SOI层，该SOI衬底形成在硅衬底上，该方法包括：在SOI衬底中形成直到硅衬底的沟槽开口；在沟槽开口中沉积侧壁间隔物；进行刻蚀以在硅衬底中形成深沟槽；通过将掺杂剂注入到硅衬底中来形成第一电极，由此侧壁间隔物保护BOX层和硅层；去除侧壁间隔物；在深沟槽内沉积节点电介质；以及通过在深沟槽中沉积导体来形成第二电极。

本发明的第二方面提供一种深沟槽电容器，包括：在衬底内的深沟槽；第一电极，包括衬底内的掺杂区域，除了在与深沟槽的最下部分邻近的部分以外该掺杂区域具有基本均匀的深度；深沟槽内的节点电介质；以及第二电极，包括节点电介质内的导体。