[發(fā)明專利]半導(dǎo)體器件及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010502373.0
• 申請日: 2010-09-28
• 公開（公告）號(hào): CN102214578A
• 公開（公告）日: 2011-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金經(jīng)都
• 申請（專利權(quán)）人: 海力士半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/336
• 分類號(hào): H01L21/336;H01L21/28;H01L21/283
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11112
• 代理人: 顧紅霞;何勝勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于防止產(chǎn)生柵極引發(fā)漏極漏電(GIDL)以改善半導(dǎo)體器件的刷新(refresh)特性的半導(dǎo)體器件及其制造方法。

背景技術(shù)

一般來說，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件由多個(gè)單位單元(cell，又稱為晶胞)構(gòu)成，每個(gè)單位單元包括一個(gè)電容器和一個(gè)晶體管。電容器用來暫時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，晶體管利用半導(dǎo)體隨環(huán)境而改變電導(dǎo)率的特性根據(jù)控制信號(hào)(字線)在位線與電容器之間傳遞數(shù)據(jù)。晶體管由包括柵極、源極和漏極在內(nèi)的三個(gè)區(qū)域構(gòu)成。根據(jù)輸入至柵極的控制信號(hào)，在源極與漏極之間轉(zhuǎn)移電荷。利用半導(dǎo)體的特性通過溝道區(qū)來實(shí)現(xiàn)電荷在源極與漏極之間的轉(zhuǎn)移。

為了在半導(dǎo)體基板上形成晶體管，在半導(dǎo)體基板上形成柵極并將雜質(zhì)摻雜于柵極的兩側(cè)以形成源極和漏極。為了增加半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量，需要減小單位單元的大小。隨著構(gòu)成單位單元的電容器和晶體管的設(shè)計(jì)規(guī)則減小，單元晶體管的溝道長度逐漸地減小。這會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生短溝道效應(yīng)和漏極引發(fā)勢壘降低效應(yīng)(DIBL)，從而使晶體管特性的穩(wěn)定度劣化。由于溝道長度的縮短而發(fā)生的現(xiàn)象可以通過維持閾值電壓來解決，從而使單元晶體管可以執(zhí)行正常的操作。一般來說，晶體管溝道的長度越短，則溝道形成區(qū)域中所需的雜質(zhì)摻雜濃度越大。

然而，當(dāng)設(shè)計(jì)規(guī)則減小至小于100nm時(shí)，溝道形成區(qū)域中的雜質(zhì)摻雜濃度需要相應(yīng)地增加。這增大了存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)(SN)結(jié)中的電場，從而使半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的刷新特性劣化。為了防止該刷新特性劣化，使用具有三維溝道結(jié)構(gòu)的單元晶體管，在該三維溝道結(jié)構(gòu)中沿豎直方向形成溝道，因而，即使設(shè)計(jì)規(guī)則減小，也可維持晶體管的溝道長度。也就是說，雖然在水平方向上的溝道維度為短的，但由于通過向溝道提供豎直維度而使總溝道長度增大，所以可以減小摻雜濃度，從而防止刷新特性劣化。

除此之外，隨著半導(dǎo)體器件的集成度增加，字線與連接至單元晶體管的位線之間的距離變短。所以，寄生電容會(huì)增加，從而使得用于將通過位線傳遞的數(shù)據(jù)放大的感測放大器的操作裕量(operationmargin)劣化。這對半導(dǎo)體器件的操作可靠性造成有害的影響。已經(jīng)提出一種埋入式字線結(jié)構(gòu)以減小字線與位線之間的寄生電容。在此情況下，在該埋入式字線結(jié)構(gòu)中，字線形成于凹陷部內(nèi)，該凹陷部形成于半導(dǎo)體基板上而不是形成于基板的表面上。在埋入式字線結(jié)構(gòu)中，在凹陷部內(nèi)形成導(dǎo)電材料，該凹陷部形成于半導(dǎo)體基板中，并且用絕緣層將導(dǎo)電材料的上部覆蓋以將字線埋入到半導(dǎo)體基板中。于是，顯然可以實(shí)現(xiàn)與形成于半導(dǎo)體基板上的位線之間的電絕緣，其中，半導(dǎo)體基板上設(shè)置有源極/漏極。

然而，在該埋入式字線結(jié)構(gòu)中，有源區(qū)的N型結(jié)與導(dǎo)電材料(柵電極)之間的半導(dǎo)體器件的柵極引發(fā)漏極漏電流(GIDL)特性被放大，從而使半導(dǎo)體器件的刷新特性劣化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的各種實(shí)施例涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法，該方法包括：在形成線型的有源區(qū)之后形成埋入式柵極。埋入式柵極包括操作柵極和非操作柵極。非操作柵極的柵電極層(導(dǎo)電材料)的高度形成為低于操作柵極的柵電極層的高度，從而增加閾值電壓并且防止注入了離子的有源區(qū)與非操作柵極重疊。結(jié)果，防止產(chǎn)生柵極引發(fā)漏極漏電流(GIDL)以改善半導(dǎo)體器件的刷新特性。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種半導(dǎo)體器件的制造方法包括：在半導(dǎo)體基板中形成限定有源區(qū)的器件隔離區(qū)；用柵極掩模作為蝕刻掩模來蝕刻所述半導(dǎo)體基板以形成柵極區(qū)；在所述柵極區(qū)上沉積導(dǎo)電材料以形成包括操作柵極和非操作柵極在內(nèi)的埋入式柵極；對所述非操作柵極的導(dǎo)電材料進(jìn)行第一蝕刻；對所述操作柵極和所述非操作柵極的導(dǎo)電材料進(jìn)行第二蝕刻；以及在所述半導(dǎo)體基板上沉積絕緣膜。

所述有源區(qū)形成為線型。

所述導(dǎo)電材料包括多晶硅、鋁(Al)、鎢(W)、氮化鎢(WN)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、或者包括氮化鈦(TiN)和鎢(W)在內(nèi)的沉積結(jié)構(gòu)。

形成所述柵極區(qū)的步驟包括在所述半導(dǎo)體基板上執(zhí)行各向異性工序。

對所述導(dǎo)電材料的第一蝕刻工序和第二蝕刻工序通過對所述導(dǎo)電材料執(zhí)行各向異性工序來執(zhí)行。

該方法還包括：在沉積所述絕緣膜之后，對所述絕緣膜執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工序以使所述有源區(qū)露出。

所述操作柵極和所述非操作柵極形成為線型。

埋入到所述非操作柵極中的導(dǎo)電材料的高度形成為低于埋入到所述操作柵極中的導(dǎo)電材料的高度。

該方法還包括：在形成所述器件隔離區(qū)的步驟與形成所述柵極區(qū)的步驟之間，將N型雜質(zhì)離子注入到所述有源區(qū)中以形成N型結(jié)。