[發(fā)明專利]具有減小的字線電阻的豎直柵極器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210414756.1
• 申請日: 2012-10-25
• 公開（公告）號: CN103545313B
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 樸辰哲
• 申請（專利權(quán)）人: 愛思開海力士有限公司
• 主分類號: H01L27/108
• 分類號: H01L27/108;H01L21/8242
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識產(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)明涉及一種具有豎直柵極晶體管的半導(dǎo)體器件及其形成方法。

背景技術(shù)

在過去幾十年中，半導(dǎo)體器件已經(jīng)經(jīng)歷了驚人的進步和發(fā)展。每兩年，金屬-氧化物-半導(dǎo)體（Metal-Oxide-Semiconductor，MOS）晶體管的尺寸減小1/2。柵極長度（或柵極尺寸）是半導(dǎo)體器件縮小的最重要的參數(shù)之一。較小的柵極長度允許較高的組裝密度和較快的電路。這個性能余量（performance headroom）也使得可以在較低電壓下操作。晶體管的這種持續(xù)縮小使得最近幾年的信息技術(shù)的爆炸式發(fā)展成為可能。

目前，正在制造具有20nm級（regime）物理柵極長度的半導(dǎo)體器件。預(yù)期柵極長度將進一步減小，并且在未來幾年中將接近10nm。然而，簡單地基于降低特征尺寸的縮小是不能永遠(yuǎn)持續(xù)下去的。

由于需要高密度芯片，DRAM產(chǎn)業(yè)已在柵極長度的縮小方面起到帶頭作用。由于平面方向上的尺寸減小接近其物理限制，因此DRAM制造商目前正在研究豎直方向上的器件縮小。正在開發(fā)的豎直柵極晶體管的實例是豎直圍繞柵極晶體管（vertical surrounding gate transistor，VSGT）。VSGT是具有半導(dǎo)體柱的典型的金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）。在柱中沿豎直方向限定源極、漏極和溝道。柵極環(huán)繞該柱的溝道區(qū)，并且由此而得名為“豎直圍繞柵極晶體管”。

除了其它的好處外，豎直柵極晶體管可以使用與當(dāng)前的存儲單元設(shè)計8F2和6F2相比更小的存儲單元設(shè)計4F2（即單元（cell，又稱為晶胞）是2F×2F）。術(shù)語“F”是指給定半導(dǎo)體器件的最小特征尺寸。豎直晶體管技術(shù)的緊湊型單元設(shè)計可實現(xiàn)高度密集組裝的半導(dǎo)體器件。然而，將豎直晶體管技術(shù)引入到大批量生產(chǎn)中可能需要解決許多問題。這些問題之一是保持字線電阻相對較低，甚至對于將柵極制造得更薄來適應(yīng)單元尺寸減小的情況也如此。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明涉及一種具有豎直溝道晶體管的半導(dǎo)體器件及其形成方法，更具體地說，涉及一種具有與形成在柱上的柵極分開設(shè)置的字線的半導(dǎo)體器件。在本發(fā)明的實施例中，字線形成在限定豎直晶體管的柱的下方。柵極連接器（或介入部）用于將對應(yīng)的柵極和字線彼此連接起來。因此，當(dāng)使柱相互更靠近以適應(yīng)單元尺寸縮小時，并不需要減小字線的厚度。由于字線與柵極分開，所以可使字線設(shè)置有足夠的厚度，以將字線電阻保持在可控的水平。在一個實施例中，將基本上由金屬組成的字線埋入在柱下方。在一個實施例中，位線和字線設(shè)置在柱下方。

在一個實施例中，一種半導(dǎo)體器件包括具有主側(cè)的基板。第一柱相對于基板的主側(cè)豎直延伸，所述第一柱限定有第一導(dǎo)電區(qū)域、第二導(dǎo)電區(qū)域和設(shè)置在所述第一導(dǎo)電區(qū)域與所述第二導(dǎo)電區(qū)域之間的溝道區(qū)。第一柵極設(shè)置在所述第一柱的溝道區(qū)上方。埋入式字線在所述第一柱下方沿第一方向延伸，所述埋入式字線構(gòu)造為將第一控制信號提供至所述第一柵極。第一介入部將所述埋入式字線和所述第一柵極連接在一起以使所述第一控制信號能夠經(jīng)由所述埋入式字線施加到所述第一柵極。

在一個實施例中，一種半導(dǎo)體器件包括多條第一導(dǎo)電線，多條第一導(dǎo)電線沿第一方向延伸，每條第一導(dǎo)電線大致彼此平行。多條第二導(dǎo)電線沿第二方向延伸，并疊置在所述第一導(dǎo)電線上方，每條第二導(dǎo)電線大致彼此平行。設(shè)置多個柱，每個柱設(shè)置在所述第一導(dǎo)電線和所述第二導(dǎo)電線上方，每個柱限定有第一導(dǎo)電區(qū)域、第二導(dǎo)電區(qū)域和設(shè)置在所述第一導(dǎo)電區(qū)域和所述第二導(dǎo)電區(qū)域之間的溝道區(qū)。設(shè)置多個柵極，每個柵極設(shè)置在每個柱的溝道區(qū)上方。設(shè)置多個介入部，每個介入部將所述第一導(dǎo)電線中的一條第一導(dǎo)電線連接到所述多個柵極中的一個或多個柵極，以使第一控制信號能夠從所述一條第一導(dǎo)電線施加至所述一個或多個柵極。