[發明專利]半導體器件及其制造方法

有效

• 申請號: 201110271985.8
• 申請日: 2011-09-13
• 公開（公告）號: CN102543880A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 張太洙;劉敏秀
• 申請（專利權）人: 海力士半導體有限公司
• 主分類號: H01L21/8242
• 分類號: H01L21/8242
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 顧紅霞;何勝勇

技術領域

本發明涉及一種半導體器件，更具體地說，涉及一種半導體器件及其制造方法。

背景技術

隨著半導體器件的集成度增大，設計規則逐漸縮小。由于設計規則縮小，所以高集成度半導體存儲器件(例如，動態隨機存取存儲器(DRAM))的發展正達到其物理極限。因此，正在進行使存儲一位(1比特)數據的單元(cell，也稱為晶胞)的單位面積縮小的研究。最近，單位單元設計實施已從用于存儲一位的8F2尺寸單位單元轉換成6F2尺寸或4F2尺寸單位單元，從而可以構造高密度單元結構。

為了建構具有4F2尺寸單位單元的晶體管，需要使對應于源極和漏極部分的接面(結，junction)部分采用1F2尺寸的形式。為了做到這點，許多開發人員和公司正在對如下晶體管進行深入的研究：源極和漏極可形成在1F2尺寸的形式內的包括豎直溝道的單元晶體管。對于包括豎直溝道的單元晶體管，能夠操作單元的晶體管的源極區和漏極區分別形成在上部和下部，并且通過豎直型溝道來操作晶體管。在具有這些特征的器件中，在8F2尺寸單位單元內水平延伸的源極區和漏極區位于上部和下部，使得源極區和漏極區以豎直結構的形式來構造，從而可以在4F2尺寸單位單元內操作單元晶體管。然而，由于結構復雜，因此難以制造具有這樣豎直溝道的單元晶體管結構，并且非常難以形成單元晶體管結構。

發明內容

本發明的各種實施例旨在提供一種顯著消除由于現有技術的局限和缺陷所致的一個或多個問題的半導體器件及其制造方法。

本發明的一個實施例涉及一種具有高集成度豎直單元晶體管的半導體器件及其制造方法。

根據本發明的一方面，一種半導體器件包括：基板；柱部，其設置在所述基板上并且從所述基板的上表面沿正交方向延伸；第一接面區域，其設置在所述柱部的下部處；第二接面區域，其設置在所述柱部的上部處；溝道，其設置在所述第一接面區域和所述第二接面區域之間；位線，其形成在所述第一接面區域的下方；以及絕緣膜，其形成在所述位線的下方。

所述半導體器件還可以包括多晶硅層，所述多晶硅層設置在所述柱部和所述位線之間。

所述半導體器件還可以包括阻擋導電層，所述阻擋導電層設置在所述多晶硅層和所述位線之間。

所述阻擋導電層可以包括鈦(Ti)膜和氮化鈦(TiN)膜的層疊結構或包括鈷(Co)。

所述半導體器件還可以包括非晶硅層，所述非晶硅層形成在所述柱部和所述位線之間。

所述位線可以包括金屬，其中，所述金屬包括基于金屬的材料。

所述半導體器件還可以包括：柵極氧化物膜，其形成在所述柱部的側壁上，所述柵極氧化物膜覆蓋所述溝道；以柵極，其形成在所述柵極氧化物膜上。

所述基板可以為硅基板，所述半導體器件還包括從所述基板的上表面沿所述正交方向突出的結構，所述結構包括所述柱部和所述位線。

所述半導體器件還可以包括：阻擋導電層和導電層，其形成在所述第二接面區域上；以及存儲節點，其形成在所述導電層上。

根據本發明的另一方面，一種制造半導體器件的方法包括：蝕刻半導體基板以形成凹陷部；在所述凹陷部內在所述凹陷部的下部和側壁上形成絕緣膜；在所述凹陷部內在所述絕緣膜上形成位線；以掩埋所述凹陷部的方式在所述半導體基板上形成硅層；通過在所述硅層的下部注入離子而在所述硅層的下部中形成第一接面區域；以及通過蝕刻所述硅層、所述第一接面區域和所述半導體基板來形成柱部。

形成所述凹陷部的步驟可以包括：在所述半導體基板上形成氧化物膜和硬掩模圖案；以及使用所述硬掩模圖案作為蝕刻掩模來蝕刻所述氧化物膜和所述半導體基板。

所述凹陷部可以具有50nm到300nm的深度。

所述方法還可以包括：在形成所述凹陷部之后，在H₂環境中執行退火工序。

形成所述絕緣膜的步驟可以包括：在所述半導體上形成絕緣材料，以覆蓋所述凹陷部的露出表面；以及對所述絕緣材料執行回蝕工序。

所述方法還可以包括：在形成所述位線之后，在所述凹陷部內在所述位線上形成多晶硅層。

所述方法還可以包括：在所述位線和所述多晶硅層之間形成阻擋導電層。

所述方法還可以包括：在形成所述位線之后，在所述位線上形成非晶硅層。

所述方法還可以包括：在形成所述位線之后，使所述半導體基板的表面和所述凹陷部的側壁的上部露出。

使所述半導體基板的表面和所述凹陷部的側壁的上部露出的步驟可以包括：對所述氧化物膜和所述絕緣膜執行離子注入；以及通過執行清洗工序來移除經離子注入的氧化物膜和經離子注入的絕緣膜。