埋入式字元線(BWL:Buried Word Line)是在DRAM的記憶單元陣列中,將字元線(WL:Word Line)埋入矽基板內的結構。與傳統的「凸出型字元線」(閘極形成於矽表面上方)不同,它是挖出溝槽,並在其中埋入閘極絕緣膜與閘極電極,使電晶體的閘極位於矽基板內。又稱「埋入式閘極(Buried Gate)」。
採用BWL的主要原因,是為了因應DRAM單元微縮所帶來的電晶體漏電流問題。字元線間距縮小後,單元電晶體的通道長度變短,關閉時的漏電流(GIDL:Gate-Induced Drain Leakage)增加,使資料保持時間(刷新間隔)縮短。BWL結構藉由溝槽閘極延長有效通道長度,大幅降低漏電流。
BWL的製造製程需要深溝槽(深約200~300nm)的蝕刻(DRIE:Deep Reactive Ion Etching)、閘極絕緣膜(SiO2或High-k)的共形沉積(ALD)、閘極電極材料(TiN、W)的填入沉積(ALD+CVD),以及CMP平坦化等複雜步驟。蝕刻輪廓的垂直性、閘極絕緣膜的均勻性與電極材料的完全填入左右良率。
BWL技術自2010年前後的40nm級DRAM導入量產,三星(BCAT:Buried Channel Array Transistor)、SK海力士(iMR:inverted Metal gate with Recess)開發各自的變形版本,已成為主要DRAM廠商的標準結構。美光也採用類似的埋入式閘極結構。在次世代DRAM中,字元線間距進一步縮小(10nm以下),以EUV曝光進行WL圖案化也已開始。
BWL相關的重要設備包括深溝槽蝕刻機(科林研發、應用材料)、共形ALD設備(ASM International、應用材料)、CMP設備(應用材料、荏原製作所),以及用於埋入式閘極形成後源極/汲極形成的離子佈植機(應用材料、Axcelis)。