專利名稱：具有掩埋柵的半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，更具體而言，涉及具有掩埋柵的半導(dǎo)體器件 及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著諸如DRAM的半導(dǎo)體器件的尺寸的縮小，對柵線進(jìn)行圖案化和確保靜態(tài)電容 (Cs)變得更加困難。為了解決在對柵線圖案化和確保靜態(tài)電容(Cs)方面的困難，深入開發(fā) 了掩埋柵結(jié)構(gòu)。由于降低了柵線與位線之間的寄生電容，掩埋柵結(jié)構(gòu)不存在對柵線進(jìn)行圖案化的 方面的問題，并可以確保靜態(tài)電容(Cs)。圖1是具有掩埋柵的常規(guī)半導(dǎo)體器件的截面圖。參照圖1，在半導(dǎo)體襯底11中形成隔離層12，并且利用刻蝕工藝使用硬掩膜層14 在半導(dǎo)體襯底11中形成具有特定深度的溝槽15。在溝槽15的表面形成柵絕緣層16。在 柵絕緣層16上形成掩埋柵17和18以填充溝槽15的一部分。在掩埋柵之上形成層間絕緣 層19以填充溝槽15的其他部分。結(jié)區(qū)13形成在溝槽15兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底11中。為了形成圖1所示的常規(guī)的掩埋柵，沉積柵導(dǎo)電層，直到將溝槽填充為止，并順序 地進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝和回蝕工藝。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，通過堆疊氮化鈦(TiN)層17和鎢(W)層18來代替多晶硅層，以形 成用作掩埋柵的柵導(dǎo)電層。據(jù)此，降低了掩埋柵的電阻。然而，由于氮化鈦(TiN)層17具有高的功函數(shù)，因此在用NM0SFET實(shí)現(xiàn)的DRAM的 單元結(jié)構(gòu)中電場升高。具體而言，由于電場在存儲節(jié)點(diǎn)接觸孔與位線接觸孔相遇的結(jié)區(qū)13 中進(jìn)一步升高，因此柵極誘導(dǎo)漏極漏電(GIDL)特性惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一些實(shí)施例旨在提供一種具有掩埋柵的半導(dǎo)體器件及其制造方法，該半 導(dǎo)體器件能夠防止GIDL特性惡化。本發(fā)明的一些實(shí)施例旨在提供一種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括在襯底中 形成的溝槽；在所述溝槽的兩側(cè)的襯底中形成的結(jié)區(qū)；在所述溝槽的表面上形成的第一柵 絕緣層；第一掩埋導(dǎo)電層，形成在所述第一柵絕緣層之上以填充所述溝槽的一部分；第二 掩埋導(dǎo)電層，形成在所述第一掩埋導(dǎo)電層與所述第一柵絕緣層之間，以在所述第一掩埋導(dǎo) 電層與所述第一柵絕緣層之間提供間隙；以及掩埋于所述間隙中的第二柵絕緣層。本發(fā)明的一些實(shí)施例旨在提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底中形成結(jié)區(qū)；刻蝕所述半導(dǎo)體襯底以形成溝槽；在所述溝槽的表面形成 第一柵絕緣層；在所述第一柵絕緣層之上順序地形成第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層以填充所述 溝槽；同時地刻蝕所述第二導(dǎo)電層和所述第一導(dǎo)電層以形成掩埋柵，所述掩埋柵填充所述 溝槽的一部分；部分地刻蝕所述掩埋柵的第一導(dǎo)電層以形成間隙；以及形成第二柵絕緣層 以填充所述間隙。


圖1是具有掩埋柵的常規(guī)的半導(dǎo)體器件的截面圖。圖2是根據(jù)一個實(shí)施例的具有掩埋柵的半導(dǎo)體器件的截面圖。圖3A至3F是表示根據(jù)一個實(shí)施例的具有掩埋柵的半導(dǎo)體器件的制造方法的截面 圖。
具體實(shí)施例方式通過下列描述可以理解本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)，并且通過參照本發(fā)明的實(shí)施 例，本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)變得清楚。在附圖中，為清楚起見，對圖示的層和區(qū)域的厚度進(jìn)行了夸大處理。當(dāng)提及第一層 在第二層“上”或在襯底“上”時，可以指第一層直接形成在第二層或襯底上，或還可以指在 第一層與第二層之間或者第一層與襯底之間可以存在第三層。此外，相同或相似的附圖標(biāo) 記表示相同或相似的結(jié)構(gòu)單元，盡管這些相同或相似的附圖標(biāo)記在本發(fā)明的不同實(shí)施例或 附圖中出現(xiàn)。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的具有掩埋柵的半導(dǎo)體器件的截面圖。參照圖2，半導(dǎo)體器件包括具有溝槽25的半導(dǎo)體襯底21 ；在溝槽25的表面上形 成的第一柵絕緣層26 ；掩埋柵，形成在第一柵絕緣層26之上以填充溝槽25的一部分；以及 層間絕緣層31，形成在掩埋柵之上以填充溝槽25的其他部分。隔離層22形成在半導(dǎo)體襯 底21中，而溝槽25形成在隔離層22和有源區(qū)中。結(jié)區(qū)23形成在溝槽25兩側(cè)的有源區(qū)內(nèi)。另外，掩埋柵具有氮化鈦圖案27B和鎢圖案28A的雙層結(jié)構(gòu)，并且在鎢圖案28A與 第一柵絕緣層26之間形成有第二柵絕緣層30。即，在氮化鈦圖案27B之上形成有第二柵絕 緣層30。將氮化鈦圖案27B的表面高度降低，以便在鎢圖案28A與第一柵絕緣層26之間形 成第二柵絕緣層30。如下文在制造方法中將要描述的那樣，利用濕法刻蝕工藝形成具有降 低了的表面高度的氮化鈦圖案27B，并由此形成間隙。用第二柵絕緣層30填充該間隙。該 間隙的深度可以等于或大于結(jié)區(qū)23的深度。換言之，間隙可以從溝槽25的頂部延伸至半 導(dǎo)體器件內(nèi)，至少和結(jié)區(qū)23 —樣深。在圖2中，掩埋柵具有氮化鈦圖案27B和鎢圖案28A的雙層結(jié)構(gòu)，而柵絕緣層具有 第一柵絕緣層26和第二柵絕緣層30的雙層結(jié)構(gòu)。即，柵絕緣層的厚度D2僅在與結(jié)區(qū)23 相鄰處局部地變厚。具體而言，柵絕緣層中的第二柵絕緣層30位于鎢圖案28A與第一柵絕緣層26之 間。即，由于第二柵絕緣層30位于鎢圖案28A與第一柵絕緣層26之間，而并沒有氮化鈦圖 案27B，因此柵絕緣層的厚度D2增加，據(jù)此來抑制GIDL現(xiàn)象。圖3A至3F是表示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的具有掩埋柵的半導(dǎo)體器件的制造方法的截面圖。參照圖3A，利用淺溝槽隔離(STI)工藝在半導(dǎo)體襯底21中形成隔離層22。在這 種情況下，隔離層22可以包括氧化物層，諸如高密度等離子體(HDP)氧化物層或旋涂電介 質(zhì)(SOD)層。利用離子注入工藝形成結(jié)區(qū)23?？商鎿Q地，可以在形成掩埋柵(未顯示)之后形 成結(jié)區(qū)23。利用刻蝕工藝使用硬掩膜層24作為刻蝕阻擋層，來形成溝槽25，在該溝槽25中要 形成掩埋柵。可以通過對隔離層22以及形成有結(jié)區(qū)23的半導(dǎo)體襯底21進(jìn)行刻蝕，來形成 溝槽25。由于柵通常為線型的，因此溝槽25也為線型的。線型的溝槽25跨半導(dǎo)體襯底21 和隔離層22地形成。在這種情況下，由于半導(dǎo)體襯底21與隔離層22之間的刻蝕選擇性不 同，所以隔離層22被進(jìn)一步刻蝕。因此，在隔離層22中的溝槽25可以更深。例如，在半導(dǎo) 體襯底21中形成的溝槽的深度處于約1000 A至約1500 A的范圍，而在隔離層22中形成的 溝槽的深度處于約1500 A至約2000人的范圍。用于形成溝槽25的刻蝕工藝使用硬掩膜層24作為刻蝕阻擋層。利用光致抗蝕劑 圖案(未顯示)將硬掩膜層24圖案化?？梢岳迷诳涛g半導(dǎo)體襯底21時具有高刻蝕選 擇性的材料來形成硬掩膜層24。例如，硬掩膜層24具有氧化物層和氮化物層的堆疊結(jié)構(gòu)。 在這種情況下，氧化物層的厚度處于約30 A至約100 A的范圍，而氮化物層的厚度處于約 100 A至約500 A的范圍。溝槽25比結(jié)區(qū)23形成得更深。在采用硬掩膜層24的情況下，可以在形成溝槽25之后將光致抗蝕劑圖案剝離。為 方便起見，用襯底21表示形成有隔離層22、結(jié)區(qū)23和溝槽25的襯底。參照圖3B，在溝槽25的側(cè)壁和底部形成第一柵絕緣層26?？梢酝ㄟ^對溝槽25的 表面進(jìn)行氧化來形成第一柵絕緣層26。以與形成柵絕緣層的典型工藝基本類似的方式，溝 槽25的表面可以通過熱氧化工藝來氧化。利用氧化工藝形成氧化硅層。由于半導(dǎo)體襯底 21是硅襯底，通過氧化工藝形成氧化硅(SixOy)層。可替換地，可以利用沉積工藝形成第一 柵絕緣層26。在第一柵絕緣層26之上順序地形成氮化鈦層27和鎢層28從而填充溝槽25。沿 著下層結(jié)構(gòu)的輪廓薄薄地沉積氮化鈦層27，并且在氮化鈦層27上沉積鎢層28直到溝槽25 被完全填充為止。參照圖3C，進(jìn)行分離掩埋柵的工藝。即，進(jìn)行平坦化工藝——如化學(xué)機(jī)械拋光 (CMP)——直到暴露出硬掩膜層24之上的第一柵絕緣層26為止，并進(jìn)行回蝕工藝。其結(jié)果， 氮化鈦圖案27A和鎢圖案28A仍保持填充溝槽25的一部分。通過順序地形成氮化鈦圖案27A和鎢圖案28A，完成掩埋柵的形成。S卩，掩埋柵具 有氮化鈦圖案27A和鎢圖案28A的雙層結(jié)構(gòu)，并填充溝槽25的一部分。由于在掩埋柵中使用了氮化鈦圖案27A，因此可以穩(wěn)定地保持確定單元的閾值電 壓的功函數(shù)值。此外，鎢圖案28A降低了掩埋柵的電阻，從而提高了半導(dǎo)體器件的工作速 度。因此，氮化鈦圖案27A用作驅(qū)動晶體管的柵電極，而鎢圖案28A用于降低掩埋柵的電阻。在掩埋柵結(jié)構(gòu)中，氮化鈦圖案27A引起GIDL特性的惡化，因?yàn)樵诖鎯?jié)點(diǎn)接觸孔 與位線接觸孔相遇的結(jié)區(qū)23中的電場升高。
由于這一原因，與結(jié)區(qū)23相鄰的氮化鈦圖案27A被部分地去除。參照圖3D，部分地去除氮化鈦圖案27A的上部，以在鎢層28A和第一柵絕緣層26 之間形成間隙29。因此，形成具有降低了的高度的氮化鈦圖案27B。降低了的高度對應(yīng)于 與結(jié)區(qū)23的接觸深度。S卩，間隙29的深度可以等于或大于結(jié)區(qū)23的深度。為了選擇性地只去除氮化鈦圖案27B，進(jìn)行濕法刻蝕工藝。例如，可以用硫酸 (H2SO4)和過氧化氫(H2O2)的混合水溶液進(jìn)行濕法刻蝕工藝。參照圖3E，通過在所得到的結(jié)構(gòu)之上形成第二柵絕緣層30來填充間隙29。通過 形成第二柵絕緣層30，在結(jié)區(qū)23與鎢圖案28A之間設(shè)置雙層?xùn)沤^緣層。即，設(shè)置包括第一 柵絕緣層26和第二絕緣層30的雙層?xùn)沤^緣層。由于所述雙層?xùn)沤^緣層的緣故，在鎢圖案 28A與結(jié)區(qū)23之間形成了具有大厚度D2的柵絕緣層。該柵絕緣層的厚度D2比圖1中所示 的常規(guī)的柵絕緣層的厚度Dl要大。由此，所述雙層結(jié)構(gòu)增大了柵絕緣層的厚度，據(jù)此來防止GIDL現(xiàn)象。參照圖3F，在所得到的結(jié)構(gòu)之上形成層間絕緣層31。層間絕緣層31包括具有優(yōu) 良的間隙填充特性的氧化物層。例如，層間絕緣層31由基于聚硅氮烷的旋涂電介質(zhì)(SOD) 形成。此外，在薄薄地密封了氮化層之后，層間絕緣層31可以間隙填充氧化物層。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，掩埋柵具有氮化鈦圖案和鎢圖案的雙層結(jié)構(gòu)，而柵絕緣層 具有第一柵絕緣層和第二柵絕緣層的雙層結(jié)構(gòu)。因此，所述柵絕緣層僅在結(jié)區(qū)的周圍局部 地變厚，據(jù)此來防止GIDL現(xiàn)象。具體而言，由于第二柵絕緣層位于鎢圖案與第一柵絕緣層之間，而沒有氮化鈦圖 案，所以柵絕緣層的厚度增加，據(jù)此來進(jìn)一步防止GIDL現(xiàn)象。雖然已經(jīng)依照具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說明顯的是， 在不脫離所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以進(jìn)行各種變化和修改。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體器件，包括在襯底中形成的溝槽；在所述溝槽的兩側(cè)的襯底中形成的結(jié)區(qū)；在所述溝槽的表面形成的第一柵絕緣層；第一掩埋導(dǎo)電層，形成在所述第一柵絕緣層之上以填充所述溝槽的一部分；第二掩埋導(dǎo)電層，形成在所述第一掩埋導(dǎo)電層與所述第一柵絕緣層之間，以在所述第一掩埋導(dǎo)電層與所述第一柵絕緣層之間提供間隙；和掩埋于所述間隙中的第二柵絕緣層。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一掩埋導(dǎo)電層包括鎢層，而所述第二 掩埋導(dǎo)電層包括氮化鈦層。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一柵絕緣層和第二柵絕緣層包括氧化硅層。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述間隙的深度至少與所述結(jié)區(qū)的深度實(shí) 質(zhì)上相同。
5.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括以下步驟 提供半導(dǎo)體襯底；刻蝕所述半導(dǎo)體襯底以形成溝槽； 在所述溝槽的表面形成第一柵絕緣層；在所述第一柵絕緣層上順序地形成第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層來填充所述溝槽； 同時地刻蝕所述第二導(dǎo)電層和所述第一導(dǎo)電層，以形成掩埋柵來填充所述溝槽的一部分；部分地刻蝕所述掩埋柵的所述第一導(dǎo)電層，以形成間隙；以及 形成第二柵絕緣層，以填充所述間隙。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述第一導(dǎo)電層包括氮化鈦層，而所述第二導(dǎo)電層 包括鎢層。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，在形成所述間隙的步驟中，使用濕法刻蝕工藝來選 擇性地刻蝕所述氮化鈦層。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，使用硫酸H2SO4和過氧化氫H2O2的混合水溶液進(jìn)行 所述濕法刻蝕工藝。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，所述方法在形成所述溝槽的步驟之前還包括在所述半導(dǎo) 體襯底中形成結(jié)區(qū)的步驟。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述間隙的深度至少與所述結(jié)區(qū)的深度實(shí)質(zhì)上相同。
11.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述第一柵絕緣層和所述第二柵絕緣層包括氧化硅層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件及其制造方法。所述半導(dǎo)體器件包括在襯底中形成的溝槽；在所述溝槽兩側(cè)的襯底中形成的結(jié)區(qū)；在所述溝槽的表面形成的第一柵絕緣層；第一掩埋導(dǎo)電層，形成在所述第一柵絕緣層之上以填充所述溝槽的一部分；第二掩埋導(dǎo)電層，形成在所述第一掩埋導(dǎo)電層與所述第一柵絕緣層之間，以在所述第一掩埋導(dǎo)電層與所述第一柵絕緣層之間提供間隙；以及掩埋于所述間隙中的第二柵絕緣層。
文檔編號H01L21/28GK101944531SQ20101017114
公開日2011年1月12日 申請日期2010年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者徐大永, 金杜康 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司