晶体管、半导体器件以及半导体模块制造技术

本发明专利技术提供了晶体管、半导体器件以及半导体模块，具体提供了一种包括埋设的单元阵列晶体管的半导体器件和包括该半导体器件的电子器件。所述半导体器件包括衬底中的场区，并且场区限定了有源区。第一源极/漏极区和第二源极/漏极区处于有源区中。栅极沟槽处于第一源极/漏极区和第二源极/漏极区之间，并且处于有源区和场区中。栅极结构处于栅极沟槽内。栅极结构包括栅极电极、栅极电极上的绝缘栅极加盖图案、栅极电极与有源区之间的栅极电介质以及绝缘栅极加盖图案与有源区之间的含金属绝缘材料层。

【技术实现步骤摘要】
晶体管、半导体器件以及半导体模块
本公开内容总体上涉及电子装置领域，更具体来说涉及半导体器件。
技术介绍
随着半导体器件的集成密度的提高，3维晶体管表现出与具有较长沟道长度的平面晶体管不相关联的电属性。具体来说，源极/漏极区中的漏电流导致包括3维晶体管作为开关器件的半导体器件的特性恶化。
技术实现思路
根据各个实施例的半导体器件可以包括衬底中的有源区以及限定了有源区的场区。半导体器件还可以包括有源区中的第一源极/漏极区和第二源极/漏极区。半导体器件还可以包括有源区和场区中的栅极沟槽，并且栅极沟槽可以处在有源区中的第一源极/漏极区和第二源极/漏极区之间。半导体器件还可以包括栅极沟槽内的栅极结构。根据各个实施例，栅极结构可以包括栅极电极、栅极电极与有源区之间的栅极电介质、栅极电极上的绝缘栅极加盖图案以及绝缘栅极加盖图案与有源区之间的含金属绝缘材料层。此外，含金属绝缘材料层可以至少部分地处在栅极沟槽内。在各个实施例中，第一源极/漏极区和第二源极/漏极区可以具有N型导电类型，并且含金属绝缘材料层可以包括这样的金属，该金属的费米能离有源区的能带图的导带比离有源区的能带图的价带更近。根据各个实施例，第一源极/漏极区和第二源极/漏极区可以具有P型导电类型，并且含金属绝缘材料层可以包括这样的金属，该金属的费米能离有源区的能带图的价带比离有源区的能带图的导带更近。在各个实施例中，第二源极/漏极区与第一源极/漏极区相比可以具有更浅的结结构。根据各个实施例中，半导体器件还可以包括电连接到第一源极/漏极区的位线结构，以及电连接到第二源极/漏极区的电容器结构。根据各个实施例的半导体器件可以包括衬底中的有源区，以及有源区中的第一源极/漏极区和第二源极/漏极区。半导体器件还可以包括有源区中的栅极沟槽，其处在第一源极/漏极区与第二源极/漏极区之间。半导体器件还可以包括栅极沟槽内的栅极结构。栅极结构可以包括可以与第一源极/漏极区和第二源极/漏极区至少部分地重叠的栅极电极，以及处于栅极电极上并且处于栅极沟槽内的含金属绝缘材料层。含金属绝缘材料层可以与第一源极/漏极区和第二源极/漏极区至少部分地重叠，并且栅极电介质处于栅极电极与有源区之间。此外，栅极电极可以包括这样的导电材料，该导电材料的费米能离有源区的禁带中央能量（mid-gapenergy）比离有源区的能带图的价带或导带更近，并且该导电材料可以具有第一功函数。含金属绝缘材料层可以包括可以具有第二功函数的金属，第二功函数小于第一功函数的。根据各个实施例中，含金属绝缘材料层可以包括含有不同于栅极电介质的材料的电介质材料。此外，在各个实施例中，含金属绝缘材料层可以包括偶极层。根据各个实施例的半导体器件可以包括衬底中的场区，并且场区限定了单元有源区和外围有源区。半导体器件还可以包括单元有源区中的第一单元源极/漏极区和第二单元源极/漏极区。半导体器件还可以包括单元有源区中的处于第一单元源极/漏极区与第二单元源极/漏极区之间的单元栅极沟槽，以及单元栅极沟槽内的单元栅极结构。此外，半导体器件可以包括外围有源区中的第一外围源极/漏极区和第二外围源极/漏极区，以及外围有源区上的外围栅极结构。根据各个实施例，外围栅极结构可以包括外围栅极电介质和外围栅极电极。在各个实施例中，单元栅极结构可以包括顺序地层叠的单元栅极电极和绝缘单元栅极加盖图案、单元栅极电极与单元有源区之间的单元栅极电介质以及处于单元栅极电极上并且处于单元栅极沟槽内的含金属绝缘材料层。含金属绝缘材料层可以与第一源极/漏极区和第二源极/漏极区至少部分地重叠，并且包括不同于单元栅极电介质的金属。根据各个实施例，单元栅极电极可以包括这样的导电材料，该导电材料的费米能离单元有源区的禁带中央能量比离单元有源区的能带图的价带或导带更近，并且含金属绝缘材料层中的金属的费米能离单元有源区的价带或导带比离单元有源区的禁带中央能量更近。根据各个实施例的晶体管可以包括半导体衬底中的有源区。晶体管还可以包括有源区中的栅极结构，以及有源区中的栅极结构的两侧上的源极/漏极区。此外，栅极结构可以包括有源区上的栅极电介质、栅极电介质上的栅极电极、栅极电极上的绝缘加盖图案以及绝缘加盖图案与源极/漏极区之间的绝缘偶极层。在各个实施例中，绝缘偶极层可以与源极/漏极区至少部分地重叠。根据各个实施例，绝缘偶极层可以包括不同于栅极电介质的金属，并且包括在绝缘偶极层中的金属的费米能离有源区的能带图的能带边缘比离有源区的能带图的禁带中央能量更近。根据各个实施例的晶体管可以包括栅极结构。在各个实施例中，栅极结构可以包括顺序地层叠在半导体衬底的有源区中的栅极电介质和栅极电极。晶体管还可以包括处于有源区中的栅极电极的两侧上的源极/漏极区。晶体管还可以包括处于栅极电极的两侧上的源极/漏极区上的绝缘偶极层。此外，绝缘偶极层可以与源极/漏极区至少部分地重叠，并且绝缘偶极层可以包括不同于栅极电介质的金属。在各个实施例中，偶极层中的金属的费米能离有源区的能带边缘比离有源区的禁带中央能量更近。根据各个实施例的半导体器件可以包括在衬底中限定了有源区的场区。半导体器件还可以包括有源区中的第一源极/漏极区和第二源极/漏极区。半导体器件还可以包括有源区和场区中的栅极沟槽，并且栅极沟槽可以处于第一源极/漏极区和第二源极/漏极区之间。半导体器件还可以包括栅极沟槽内的栅极结构。栅极结构可以包括在栅极沟槽内具有第一导电图案和第二导电图案的栅极电极、栅极电极上的绝缘栅极加盖图案以及栅极电极与有源区之间的栅极电介质。根据各个实施例，第一导电图案的费米能与第二导电图案的费米能相比可以离有源区的能带图的禁带中央能量更近。第一导电图案可以包括其水平宽度大于第二导电图案的水平宽度的部分。此外，第二导电图案的垂直厚度可以小于第一导电图案的垂直厚度，并且可以处于高于第一导电图案的底表面的水平。在各个实施例中，第二导电图案的费米能离有源区的导带或价带比离有源区的禁带中央能量更近，并且第一导电图案的费米能离有源区的禁带中央能量比离有源区的导带或价带更近。根据各个实施例，第二导电图案可以处于第一导电图案的上侧表面与有源区之间。根据各个实施例的半导体器件可以包括处于半导体衬底中并且限定了有源区的场区。半导体器件还可以包括处于有源区中并且彼此间隔开的第一源极/漏极区和第二源极/漏极区。半导体器件还可以包括有源区中的栅极沟槽，其处于第一源极/漏极区与第二源极/漏极区之间并且被配置成延伸到场区中。半导体器件还可以包括栅极沟槽内的栅极结构。栅极结构可以包括栅极电极，其包括下方势垒导电图案、第一导电图案、上方势垒导电图案以及第二导电图案。栅极电极可以处于低于有源区的顶表面的水平。半导体器件还可以包括栅极电极上的绝缘栅极加盖图案，以及栅极电极与有源区之间的栅极电介质。在各个实施例中，下方势垒导电图案可以覆盖第一导电图案的底表面并且延伸到第一导电图案的一侧。根据各个实施例，第二导电图案可以包括处于下方势垒导电图案上并且处于第一导电图案的上侧表面上的一部分，并且上方势垒导电图案可以覆盖第二导电图案的底部和侧面。在各个实施例中，第一导电图案的费米能与第二导电图案的费米能相比可以离有源区的能带图的禁带中央能量更近。根据各个实施例的半导体器件可以包括模块衬底本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，其包括：衬底中的有源区；限定所述有源区的场区；所述有源区中的第一源极/漏极区和第二源极/漏极区；所述有源区和所述场区中的栅极沟槽，其中所述栅极沟槽处于所述有源区中的第一源极/漏极区和第二源极/漏极区之间；以及所述栅极沟槽内的栅极结构，其中，所述栅极结构包括：栅极电极；所述栅极电极与所述有源区之间的栅极电介质；所述栅极电极上的绝缘栅极加盖图案；以及所述绝缘栅极加盖图案与所述有源区之间的含金属绝缘材料层，其中所述含金属绝缘材料层至少部分地处于所述栅极沟槽内。

【技术特征摘要】
2012.03.29 KR 10-2012-00326851.一种半导体器件，其包括：衬底中的有源区；限定所述有源区的场区；所述有源区中的第一源极/漏极区和第二源极/漏极区；所述有源区和所述场区中的栅极沟槽，其中所述栅极沟槽处于所述有源区中的第一源极/漏极区和第二源极/漏极区之间；以及处于所述有源区和所述场区中的所述栅极沟槽内的栅极结构，其中，所述栅极结构包括：栅极电极；所述栅极电极与所述有源区之间的栅极电介质；所述栅极电极上的绝缘栅极加盖图案；以及所述绝缘栅极加盖图案与所述有源区之间的含金属绝缘材料层，其中所述含金属绝缘材料层至少部分地处于所述栅极沟槽内。2.权利要求1的半导体器件，其中，所述第一源极/漏极区和所述第二源极/漏极区具有N型导电类型，并且所述含金属绝缘材料层包括这样的金属，该金属的费米能离所述有源区的能带图的导带比离所述有源区的能带图的价带更近。3.权利要求2的半导体器件，其中，所述含金属绝缘材料层包括氧化镧、氮氧化镧、氧化镁和氮氧化镁的其中之一。4.权利要求1的半导体器件，其中，所述第一源极/漏极区和所述第二源极/漏极区具有P型导电类型，并且所述含金属绝缘材料层包括这样的金属，该金属的费米能离所述有源区的能带图的价带比离所述有源区的能带图的导带更近。5.权利要求4的半导体器件，其中，所述含金属绝缘材料层包括氧化铝、氮氧化铝、氧化钽、氮氧化钽、氧化铱和氮氧化铱的其中之一。6.权利要求1的半导体器件，其中，所述栅极电介质包括氧化硅或氮掺杂氧化硅，所述含金属绝缘材料层包括不同于所述栅极电介质的金属，并且所述金属包括镧、镁、铝、钽和铱的其中之一。7.权利要求1的半导体器件，其中，所述栅极电介质包括处于所述有源区与所述栅极电极之间的第一栅极电介质部分，以及处于所述有源区与所述绝缘栅极加盖图案之间的第二栅极电介质部分。8.权利要求7的半导体器件，其中，所述含金属绝缘材料层处于所述第二栅极电介质部分中。9.权利要求8的半导体器件，其中，所述含金属绝缘材料层包括朝向所述第一栅极电介质部分延伸并且与所述栅极电极的一部分重叠的部分。10.权利要求7的半导体器件，其中，所述含金属绝缘材料层包括处于所述绝缘栅极加盖图案与所述第二栅极电介质部分之间的第一部分，以及处于所述绝缘栅极加盖图案与所述栅极电极之间的第二部分。11.权利要求1的半导体器件，其中，所述栅极电极的一个表面的边缘部分朝向所述绝缘栅极加盖图案突出，并且所述含金属绝缘材料层覆盖所述栅极电极的包括所述边缘部分的表面。12.权利要求1的半导体器件，其中，所述第一源极/漏极区和所述第二源极/漏极区当中的任一个的与所述含金属绝缘材料层重叠的一部分大于所述第一源极/漏极区和所述第二源极/漏极区当中的所述一个的与所述栅极电极重叠的一部分。13.权利要求1的半导体器件，其中，所述第一源极/漏极区和所述第二源极/漏极区当中的任一个的与所述绝缘栅极加盖图案重叠的一部分大于所述第一源极/漏极区和所述第二源极/漏极区当中的所述一个的与所述栅极电极重叠的一部分。14.权利要求1的半导体器件，其中，所述第二源极/漏极区与所述第一源极/漏极区相比具有更浅的结结构。15.权利要求14的半导体器件，其还包括：电连接到所述第一源极/漏极区的位线结构；以及电连接到所述第二源极/漏极区的电容器结构。16.权利要求1的半导体器件，其中，所述栅极沟槽在所述有源区中的宽度小于在所述场区中的宽度。17.一种半导体器件，其包括：衬底中的有源区；所述有源区中的第一源极/漏极区和第二源极/漏极区；所述有源区中的处于所述第一源极/漏极区与所述第二源极/漏极区之间的栅极沟槽；以及所述栅极沟槽内的栅极结构，其中，所述栅极结构包括：与所述第一源极/漏极区和所述第二源极/漏极区至少部分地重叠的栅极电极；处于所述栅极电极上并且处于所述栅极沟槽内的含金属绝缘材料层，其中所述含金属绝缘材料层与所述第一源极/漏极区和所述第二源极/漏极区至少部分地重叠；以及所述栅极电极与所述有源区之间的栅极电介质；其中，所述栅极电极包括这样的导电材料，该导电...

【专利技术属性】
技术研发人员：许基宰，山田悟，林濬熙，张成豪，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：