[發明專利]半導體器件及制造該半導體器件的方法

無效

• 申請號: 200710001289.9
• 申請日: 2007-01-16
• 公開（公告）號: CN101118857A
• 公開（公告）日: 2008-02-06
• 發明（設計）人: 崔伸圭;吳承哲
• 申請（專利權）人: 海力士半導體有限公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L21/28;H01L21/822;H01L29/78;H01L29/49;H01L29/423;H01L27/04
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司
• 代理人: 顧紅霞;張天舒

技術領域

本發明涉及一種存儲器件。更具體而言，本發明涉及一種具有改進的凹式溝道晶體管的半導體器件以及一種用于制造該半導體器件的方法。

背景技術

由于半導體器件的設計規格縮小，所以控制短溝道效應(“SCE”)是困難的。因此，已經提出了例如凹式溝道晶體管以及鰭形溝道晶體管等多溝道場效應晶體管(“McFET”)，以增加單元晶體管的溝道長度。

發明內容

本發明的實施例涉及具有改進的凹式溝道晶體管的半導體器件。根據本發明的一個實施例，該改進的凹式溝道晶體管具有凹式溝道結構以及包括保持層的柵極電極。

在本發明的另一實施例中，一種用于制造半導體器件的方法包括：在半導體基板中形成凹式溝道結構，該導體基板具有限定有源區的器件隔離結構；在該基板之上形成包括保持層的柵極導電層，以填充該凹式溝道結構，該保持層構造成避免在該凹式溝道結構中產生裂縫及裂縫轉移；以及圖案化該柵極導電層以形成柵極結構。

在本發明的另一實施例中，一種半導體器件包括：器件隔離結構，其形成在半導體基板中，該器件隔離結構限定有源區；凹式溝道結構，其設置在該有源區之下的半導體基板中；以及柵極電極，其包括設置在柵極區中的保持層，該柵極電極填充該凹式溝道結構，其中該保持層避免在該凹式溝道結構中產生裂縫及裂縫轉移。

在本發明的另一實施例中，一種半導體器件包括：器件隔離結構，其形成在具有PMOS區以及NMOS區的半導體基板中，該器件隔離結構限定有源區；球型凹式溝道結構，其設置在該有源區之下的半導體基板中；以及下部柵極電極，其設置在該有源區之上，以填充該球型凹式溝道結構，該下部柵極電極包括具有第一下部柵極導電層、保持層以及第二下部柵極導電層的疊層結構，其中該第一下部柵極導電層由摻雜有雜質離子的多晶硅層所形成，該保持層避免在該球型凹式溝道結構中產生裂縫及裂縫轉移，并且該第二下部柵極導電層由摻雜有雜質離子的多晶硅層所形成，其中PMOS區及NMOS區中的雜質離子是不同的。

附圖說明

圖1是半導體器件的簡化橫截面照片。

圖2是根據本發明實施例的半導體器件的簡化橫截面圖。

圖3是根據本發明另一實施例的半導體器件的簡化橫截面圖。

圖4a至4g是簡化橫截面圖，示出根據本發明實施例的一種用于制造半導體器件的方法。

圖5a至5f是簡化橫截面圖，示出根據本發明另一實施例的一種用于制造半導體器件的方法。

圖6是示出根據本發明另一實施例的半導體器件的簡化橫截面圖。

具體實施方式

本發明涉及一種具有改進的凹式溝道晶體管的半導體器件以及一種用于制造該半導體器件的方法。在本發明的一個實施例中，改進的凹式溝道晶體管具有增長溝道長度的凹式溝道結構以及包括保持層的柵極電極，保持層用于避免在填充凹式溝道結構時產生裂縫，并且用于將后續的熱處理工序所引起的裂縫轉移最小化。于是，器件的工作特性可以得到改善。

圖1示出半導體器件的簡化橫截面照片。半導體器件包括三維凹式溝道結構以增長器件的溝道長度。可看出的是，在三維凹式溝道結構中產生裂縫。換言之，當采用柵極導電層填充三維凹式溝道結構時，由于凹式溝道結構的拓撲特征例如較大的寬高比等，因此在凹式溝道結構的下部產生裂縫。裂縫在后續的熱處理工序期間可能會變形。變形后的裂縫可能移動到柵極絕緣膜或柵極絕緣膜附近，這具有相當于增加柵極絕緣膜的寬度的影響。

圖2描繪了根據本發明一個實施例的半導體器件的橫截面圖。半導體器件包括器件隔離結構220、三維凹式溝道結構240、柵極絕緣膜260以及下部柵極電極275。器件隔離結構220形成于半導體基板210中以限定有源區。三維凹式溝道結構240設置在有源區之下的半導體基板210中。柵極絕緣膜260設置在包括凹式溝道結構240的有源區之上。下部柵極電極275設置在柵極絕緣膜260之上，以填充三維凹式溝道結構240。

在本發明的一個實施例中，下部柵極電極275包括具有第一下部柵極導電層263、保持層250以及第二下部柵極導電層267的疊層結構。第一下部柵極導電層263形成為與凹式溝道結構240共形，并且在凹式溝道結構240中限定凹部240’。保持層250設置在第一下部柵極導電層263以及第二下部柵極導電層267之間，以避免在凹式溝道結構240的填充工序中產生裂縫，并且將后續的熱處理工序期間的裂縫轉移最小化。在本實施方式中，保持層250填充第一下部柵極導電層263所限定的凹部240’