具有基于沟槽的栅电极的场效应晶体管及其形成方法技术

本发明专利技术的实施例包括利用具有基于沟槽的栅电极的场效应晶体管的动态随机存取存储器（ＤＲＡＭ）器件。在这些器件中，提供其中具有隔离槽的半导体衬底。在半导体衬底的第一部分中形成该隔离槽。在隔离槽的底部和侧壁上设置电绝缘里衬。隔离槽还用场氧化区填充，场氧化区在电绝缘里衬上延伸。在半导体衬底中还设置场效应晶体管。该晶体管包括半导体衬底的第二部分中的栅电极沟槽，以及内衬栅电极沟槽的底部和侧壁的栅绝缘层。在栅电极沟槽中设置了栅电极。栅电极接触隔离槽和栅绝缘层中的电绝缘里衬。源区和漏区在半导体衬底中延伸并邻近栅电极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路器件及其形成方法，更具体涉及场效应晶体管及形成场效应晶体管的方法。
技术介绍
随着半导体器件被高度地集成，半导体器件中的有源区的尺寸被减小。由此，在有源区中形成的MOS晶体管的沟道区具有不超过亚微米的长度。当沟道区的长度缩短时，MOS晶体管中的源区/漏区大大地影响邻近于源区/漏区的耗尽层上的电效应。这称为短沟道效应。短沟道效应的例子包括阈值电压Vt的减小。由于耗尽层中的电子、电场和电位分布以及由于沟道区的长度缩短施加到MOS晶体管的栅电极的电压对沟道区有极大的影响，发生阈值电压减小。短沟道效应的另一个例子包括源区/漏区之间的击穿电压减小。邻近于漏区的耗尽层与漏电压的增加成正比地加宽，以致邻近于漏区的耗尽层紧密地布置到邻近于源区的耗尽层。结果，当沟道区的长度缩短时，邻近于漏区的耗尽层容易连接到邻近于源区的耗尽层。在上述陈述中，由于漏区中的电场对源区有影响，因此用于在源区中扩散电子的电位被降低。因此，尽管在源区/漏区之间不形成沟道区，但是电流在源区/漏区之间流动。这称为穿通现象。当发生穿通现象时，通过漏区的电流显著地增加，在饱和区不饱和。其间，为了增加半导体器件的存储容量，尤其增加动态随机存取存储(DRAM)器件中的存储容量，要求在小的区域中形成基本单元。但是，由于单元中的电容器的电容量保持预定电平，因此栅电极的长度被缩短，以形成高度地集成的单元。沟道区的长度与栅电极的缩短长度成正比地缩短，以致发生短沟道效应，由此产生减小的阈值电压和增加的漏电流。而且，随着单元被高度地集成，相邻的栅电极彼此紧密地布置。因此，在相邻的栅电极之间形成微小的接触是非常困难的，由此产生封闭态的接触孔和低级的电阻接触。为了防止短沟道效应以及增加刷新晶体管的性能，已研究了具有凹陷沟道的常规晶体管。由于凹陷的沟道，晶体管在不增加栅电极的水平面积的条件下具有延长长度的栅电极。晶体管包括在用于栅电极的沟槽中形成的栅电极，栅电极形成在衬底的表面部分。沿用于栅电极的沟槽的内壁和底表面形成凹陷沟道。这里，除对应于源区/漏区的用于栅电极的沟槽的内壁部分之外，优选通过用于栅电极的沟槽的内壁部分露出场绝缘层图形。但是，通过各向异性刻蚀工艺形成用于形成场绝缘层图形的沟槽和用于形成栅电极的沟槽，以便该沟槽具有上宽度和小于上宽度的下宽度。即，该沟槽具有在向上的方向中逐渐地加宽宽度的倾斜侧面。结果，该沟槽分别具有在相反的方向倾斜的倾斜侧面，以便可以部分地保持场绝缘层图形和用于栅电极的沟槽侧壁之间的部分硅衬底，由此在场绝缘层图形和用于栅电极的沟槽侧壁之间形成硅围栏。因此，沿硅围栏可以形成寄生沟道，以致常规晶体管不可能具有增加长度的沟道区，由此损坏常规晶体管的电性能。
技术实现思路
专利技术的实施例包括动态随机存取存储器(DRAM)器件，利用具有基于沟槽的栅电极的场效应晶体管。在这些器件中，半导体衬底在其中设置有隔离槽。这些隔离槽形成在半导体衬底的第一部分中。在隔离槽的底部和侧壁上设置电绝缘里衬。隔离槽也填有场氧化区，场氧化区在电绝缘里衬上延伸。在半导体衬底中也设置场效应晶体管。该晶体管包括半导体衬底的第二部分中的栅电极沟槽和内衬栅电极沟槽的底部和侧壁的栅绝缘层。在栅电极沟槽中设置栅电极。栅电极接触隔离槽中的电绝缘里衬和栅绝缘层。源区和漏区在半导体衬底中延伸并邻近栅电极。根据本专利技术的另一个实施例的半导体器件包括分为有源区和场效应区的衬底。场氧化层填充形成在衬底表面部分形成的隔离槽。栅沟槽形成在有源区中。栅沟槽露出有源区和场效应区之间的界面且具有底表面和比底表面更宽的开口顶表面。绝缘里衬包括第一部分和第二部分，第一部分形成在隔离槽的侧表面和底表面上且具有位于基本上等于衬底表面的平面上的第一上端部，以及第二部分形成在栅沟槽的侧表面和底表面上且具有低于衬底表面的第二上端部。在衬底上和栅沟槽中形成栅电极。在栅电极的两侧形成源区/漏区。根据该实施例，栅电极可以包括线性栅电极。线性栅电极包括大量线性栅电极。线性栅电极布置在单个有源区中。电容器被电连接到至少一个源区/漏区。在根据本专利技术的另一个实施例形成凹陷的栅电极的方法中，场效应区包括隔离槽，绝缘里衬具有低于衬底表面的上端部，以及填充隔离槽的场氧化层形成在衬底中，以限定衬底的有源区。栅沟槽形成在有源区中。栅沟槽露出有源区和场效应区之间的界面且具有底表面和比底表面更宽的开口顶表面。然后在衬底上和栅沟槽中形成栅电极。在根据本专利技术的再一实施例形成半导体器件的方法中，部分地露出有源区和场效应区之间界面处的有源区的侧面上部的场效应区形成在衬底中，以在衬底中限定有源区。部分有源区包括被部分地刻蚀的露出侧面上部，以形成露出有源区和场效应区之间界面的栅沟槽。在衬底上和栅沟槽中形成栅电极。然后在栅电极两侧的部分有源区中形成源区/漏区。在根据本专利技术的再一实施例制造半导体器件的方法中，在衬底的表面部分形成隔离槽。在隔离槽的侧面和底表面上形成预备的(preliminary)绝缘里衬。隔离槽填有场氧化层，以在衬底中限定有源区。在有源区中形成硬掩模图形。硬掩模图形有选择地露出其中形成栅电极的区域以及与该区域接触的部分预备绝缘里衬。使用硬掩模图形作为刻蚀掩模部分地刻蚀预备绝缘里衬，以形成具有上端的绝缘里衬。使用硬掩模图形和绝缘里衬作为刻蚀掩模刻蚀衬底，以形成栅沟槽。在衬底上和栅沟槽中形成栅电极。然后在栅电极两侧的有源区中形成源区/漏区。根据本专利技术，在有源区的侧面以及有源区的上表面被露出的条件下执行用于形成栅沟槽的刻蚀工艺，由此抑制在栅沟槽和场效应区之间的界面处形成硅围栏。因此，可以减小硅围栏中的寄生沟道。附图说明通过结合附图参考下面的详细描述，本专利技术的实施例的上述及其他特点和优点将变得更为明显，其中图1是说明根据本专利技术的第一实施例具有凹陷栅电极的DRAM器件的平面图；图2是沿图1中的线2-2′的剖面图；图3是沿图1中的线3-3′的剖面图；图4至18是说明制造图1至3中的DRAM器件的方法的剖面图；图19和20是说明制造图1至3中的DRAM器件的方法的平面图；以及图21和22是说明根据本专利技术的第二实施例制造图1至3中的DRAM器件的方法的剖面图。具体实施例方式下面参考附图更完全地描述本专利技术，其中示出本专利技术的优选实施例。但是，该专利技术可以以许多不同的方式体现，且不应该认为仅限于在此阐述的实施例中；相反，这些实施例被提供是为了该公开内容是彻底的和完全的，并将该专利技术的范围完全传递给所属领域的技术人员。在图中，为了清楚放大了层和区域的厚度。相同的参考标记始终指相似的或相同的元件。应当理解当一个元件例如层、区域或衬底指在另一元件“上”时，它可以直接在另一个元件上或也可能存在插入元件。下面，详细说明根据本专利技术的优选实施例的半导体器件、形成栅电极的方法以及制造半导体器件的方法。图1是说明根据本专利技术的第一实施例具有凹陷栅电极的DRAM器件的平面图，图2是沿图1中的线2-2′的剖面图，以及图3是沿图1中的线2-2′的剖面图。参考图1至3，半导体衬底10分为场效应区和有源区。通过隔离工艺形成场效应区。具体，场效应区包括用于限定场效应区的隔离槽、形成在隔离槽的侧表面和底表面上的绝缘里衬18a以及形成在绝缘里衬18a上以填充隔离槽的场氧化层20。隔离槽的侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成电路器件，包括：半导体衬底；半导体衬底的第一部分中的隔离槽；隔离槽的底部和侧壁上的电绝缘里衬；电绝缘里衬上的场氧化区；以及半导体衬底中的场效应晶体管，该晶体管包括半导体衬底的第二部分中的栅电极 沟槽，内衬栅电极沟槽的底部和侧壁的栅绝缘层，在栅电极沟槽中延伸并接触电绝缘里衬和栅绝缘层的栅电极，以及在半导体衬底中延伸并邻近栅电极的源区和漏区。

【技术特征摘要】
KR 2004-4-20 10-2004-00269611.一种集成电路器件，包括半导体衬底；半导体衬底的第一部分中的隔离槽；隔离槽的底部和侧壁上的电绝缘里衬；电绝缘里衬上的场氧化区；以及半导体衬底中的场效应晶体管，该晶体管包括半导体衬底的第二部分中的栅电极沟槽，内衬栅电极沟槽的底部和侧壁的栅绝缘层，在栅电极沟槽中延伸并接触电绝缘里衬和栅绝缘层的栅电极，以及在半导体衬底中延伸并邻近栅电极的源区和漏区。2.根据权利要求1的器件，其中电绝缘里衬包括氮化硅；以及其中栅绝缘层包括氧化硅。3.根据权利要求2的器件，其中栅绝缘层接触电绝缘里衬。4.根据权利要求3的器件，其中栅电极直接接触场氧化区。5.根据权利要求1的器件，其中栅电极直接接触场氧化区。6.根据权利要求5的器件，其中栅绝缘层接触电绝缘里衬。7.根据权利要求1的器件，还包括电耦合到漏区的U形电容器电极。8.根据权利要求1的器件，其中漏区直接接触电绝缘里衬和栅绝缘层。9.一种形成凹陷的栅电极的方法，包括形成场效应区，该场效应区包括隔离槽、形成在隔离槽的侧面和底表面上的绝缘里衬和填充衬底中的隔离槽以在衬底中限定有源区的场氧化层；在有源区中形成栅沟槽，栅沟槽露出有源区和场效应区之间的界面且具有底表面和比底表面更宽的开口顶表面；以及在衬底上和栅沟槽中形成栅电极。10.根据权利要求9的方法，其中形成场效应区包括在衬底的表面部分处形成隔离槽；在隔离槽的侧面和底表面上形成预备绝缘里衬；用场氧化层填充具有预备绝缘里衬的隔离槽；形成第一硬掩模图形，第一硬掩模图形有选择地露出其中形成了栅电极的区域和部分预备绝缘里衬与该区域接触；以及使用第一硬掩模图形作为刻蚀掩模部分地刻蚀预备绝缘里衬，以形成具有低于衬底表面的上端部的绝缘里衬。11.根据权利要求10的方法，其中预备绝缘里衬包括氮化硅。12.根据权利要求10的方法，其中通过执行干法刻蚀工序一次形成第一硬掩模图形和绝缘里衬。13.根据权利要求12的方法，其中形成第一硬掩模图形和绝缘里衬包括在衬底上形成焊盘氧化层；在焊盘氧化层上形成绝缘层；在绝缘层上形成光刻胶图形；以及顺序地干法刻蚀绝缘层、焊盘氧化层和预备绝缘里衬，形成第一硬掩模图形和绝缘里衬。14.根据权利要求13的方法，其中预备绝缘里衬具有比焊盘氧化层更快的刻蚀速率。15.根据权利要求13的方法，其中使用由CH2F2、CF4和O2混合的刻蚀气体干法刻蚀绝缘层、焊盘氧化层和预备绝缘层。16.根据权利要求10的方法，其中通过单独的湿法刻蚀工序刻蚀预备绝缘里衬。17.根据权利要求10的方法，其中形成栅沟槽包括各向异性地刻蚀通过绝缘里衬和第一硬掩模图形露出的部分有源区。18.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：河在圭，朴钟撤，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]