專利名稱：具有垂直單元的半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的示例性實施方式涉及一種半導(dǎo)體器件，更具體而言，涉及一種包含垂直 單元的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
由于某些效應(yīng)，例如MOS晶體管的短溝道效應(yīng)，對于普通的平面單元來說可能難 以獲得充分的有源區(qū)。因此，在可以將單元形成得多小的方面可能存在限制。作為另一種選擇，近來提出了一種包括垂直柵的垂直單元。圖IA是圖示一種現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的立體圖，圖IB是這種現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的 平面圖，其中示出了垂直柵、掩埋位線和字線。參照圖IA和圖1B，可以在襯底11之上形成有源柱12，可以圍繞有源柱12的側(cè)壁 形成垂直柵15?？梢栽谝r底11中通過離子注入來形成掩埋位線16A和16B。另外，可以在 垂直柵15和有源柱12之間形成柵絕緣層17，可以在有源柱12的頂上形成保護(hù)層13，可以 在有源柱12的側(cè)壁以及保護(hù)層13的側(cè)壁上形成覆蓋層14。另外，保護(hù)層13可以包括氮化 物層。另外，相鄰的垂直柵15可以通過字線18相互耦接。根據(jù)上述現(xiàn)有的垂直單元技術(shù)，因為與有源區(qū)相對應(yīng)的有源柱的尺寸相對地小， 因此可能難以形成垂直單元。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的示例性實施方式涉及一種可以增加單元密度的半導(dǎo)體器件及其制造方法。本發(fā)明的其他示例性實施方式涉及可以獲得更小的設(shè)計規(guī)則的半導(dǎo)體器件及其 制造方法。根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方式，半導(dǎo)體襯底的制造方法包括以下步驟通過 在襯底之上形成器件隔離層來限定有源區(qū)；形成第一溝槽，所述第一溝槽將有源區(qū)劃分為 第一有源區(qū)和第二有源區(qū)；形成填充第一溝槽的一部分的掩埋位線；形成間隙填充層，所 述間隙填充層將在所述掩埋位線之上的所述第一溝槽的上部部分間隙填充；通過沿著與所 述掩埋位線相交叉的方向刻蝕所述間隙填充層和器件隔離層來形成第二溝槽；以及形成填 充所述第二溝槽的第一掩埋字線和第二掩埋字線，其中第一掩埋字線和第二掩埋字線分別 圍繞第一有源區(qū)的側(cè)壁和第二有源區(qū)的側(cè)壁而被成形。根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施方式，半導(dǎo)體器件包括以下結(jié)構(gòu)利用溝槽彼此 分離的第一有源區(qū)和第二有源區(qū)；填充溝槽的一部分的掩埋位線；圍繞第一有源區(qū)的側(cè)壁成形的第一掩埋字線；以及圍繞第二有源區(qū)的側(cè)壁成形的第二掩埋字線。


圖IA是現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的立體圖。圖IB是現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的平面圖，其中示出了垂直柵、掩埋位線和字線。圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方式的半導(dǎo)體器件的平面圖。圖2B是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方式的半導(dǎo)體器件的立體圖。圖2C是圖2A的半導(dǎo)體器件沿線A-A’截取的截面圖。圖2D是圖2A的半導(dǎo)體器件沿線B-B，截取的截面圖。圖3A至圖3J是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方式的制造半導(dǎo)體器件的方法的平 面圖。圖4A、圖4C、圖4E、圖4G、圖41、圖4K、圖4M、圖40、圖4Q和圖4S是圖3A至圖3 J 的半導(dǎo)體器件沿線A-A’截取的截面圖。 圖4B、圖4D、圖4F、圖4H、圖4J、圖4L、圖4N、圖4P、圖4R和圖4T是圖3A至圖3J 的半導(dǎo)體器件沿線B-B’截取的截面圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方式制造的半導(dǎo)體器件的單元陣列的平面 圖。
具體實施例方式下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實施方式。但是，本發(fā)明可以以不 同的方式實施，而不應(yīng)解釋為限于本文所提出的實施方式。相反，提供這些實施方式是為了 更徹底和完整的公開，并向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明的范圍。在本說明書中，相似的 附圖標(biāo)記在本發(fā)明的不同附圖和實施方式中表示相似的部分。附圖并非按比例繪制，并且在某些情況下，為清楚表述實施方式的特征，可能將比 例做夸大處理。當(dāng)提及第一層在第二層“上”或在襯底“上”時，其不僅表示所述第一層直 接形成在所述第二層或所述襯底上的情況，還表示在所述第一層與所述第二層或所述襯底 之間存在第三層的情況。圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方式的半導(dǎo)體器件的平面圖。圖2B是根據(jù) 本發(fā)明的一個示例性實施方式的半導(dǎo)體器件的立體圖。圖2C是圖2A的半導(dǎo)體器件沿線 A-A'截取的截面圖。圖2D是圖2A的半導(dǎo)體器件沿線B-B’截取的截面圖。參照圖2A至圖2D，可以在襯底21之上形成將第一有源區(qū)25A和第二有源區(qū)25B 彼此分離的位線溝槽^A?？梢詫⒌谝挥性磪^(qū)25A和第二有源區(qū)25B形成為柱狀?？梢孕?成部分地填充位線溝槽26A的掩埋位線28，并可以形成圍繞第一有源區(qū)25A的側(cè)壁的第一 掩埋字線33A。另外，可以形成圍繞第二有源區(qū)25B的側(cè)壁的第二掩埋字線33B?？梢苑謩e 在第一有源區(qū)25A的上部部分和第二有源區(qū)25B的上部部分上形成圓柱狀存儲節(jié)點36。圓 柱狀存儲節(jié)點36可以貫穿刻蝕停止層35，以使圓柱狀存儲節(jié)點36分別直接與有源區(qū)25A 的上表面和有源區(qū)25B的上表面相接觸?？梢栽诘谝谎诼褡志€33A和第二掩埋字線3 之間形成器件隔離圖案MB?？梢?在掩埋位線28之上形成位線間隙填充層^A。可以在第一掩埋字線33A和第二掩埋字線33B 二者之上形成字線間隙填充層34。可以在第一有源區(qū)25A與第二有源區(qū)25B之間形成 間隔件27。間隔件27可以以使掩埋位線觀與第一有源區(qū)25A和第二有源區(qū)25B接觸的方 式暴露出每個位線溝槽26k的側(cè)壁的底部部分。掩埋位線28可以與第一掩埋字線33A和 第二掩埋字線3 相交叉。例如掩埋位線觀可以沿著與第一掩埋字線33A和第二掩埋字 線33B的延伸方向垂直的方向延伸。另外，可以包括位線間隙填充層29A和器件隔離圖案 24B,以使第一掩埋字線33A和第二掩埋字線3 彼此絕緣。位線間隙填充層29A可以將掩 埋位線28之上的溝槽26A的上部部分間隙填充。掩埋位線觀、第一掩埋字線33A和第二掩 埋字線33B的每個可以包括金屬層?？梢栽诘谝挥性磪^(qū)25A的側(cè)壁和第二有源區(qū)25B的側(cè) 壁上形成柵絕緣層32。更具體而言，可以在第一有源區(qū)25A與第一掩埋字線33A之間以及 第二有源區(qū)25B與第二掩埋字線3 之間形成柵絕緣層32。圖3A至圖3J是表示根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方式的制造半導(dǎo)體器件的方法 的平面圖。圖4A、圖4C、圖4E、圖4G、圖41、圖4K、圖4M、圖40、圖4Q和圖4S是表示圖3A 至圖3J的半導(dǎo)體器件沿線A-A’截取的截面圖。圖4B、圖4D、圖4F、圖4H、圖4J、圖4L、圖 4N、圖4P、圖4R和圖4T是表示圖3A至圖3J的半導(dǎo)體器件沿線B-B，截取的截面圖。在圖 3A至圖3J中，為便于描述，未圖示出硬掩模圖案22。參照圖3A、圖4A和圖4B，可以在襯底21之上形成硬掩模圖案22。硬掩模圖案22 可以包括氮化物層?？梢酝ㄟ^進(jìn)行器件隔離工藝來形成器件隔離層M。器件隔離工藝可以包括淺溝槽 隔離(STI)工藝。首先，可以使用硬掩模圖案22作為刻蝕阻擋層將襯底21刻蝕至一定深 度。其結(jié)果，可以形成溝槽23。隨后，可以形成絕緣層以將溝槽23間隙填充，然后可以進(jìn)行 平坦化工藝。平坦化工藝可以包括化學(xué)機械拋光(CMP)工藝?？梢赃M(jìn)行CMP工藝，直至暴 露出硬掩模圖案22的表面為止。絕緣層可以包括氧化物層，例如旋涂電介質(zhì)(SOD)層。其 結(jié)果，可以在襯底21上限定出有源區(qū)25。有源區(qū)25可以為島型有源區(qū)，并且可以與隨后 形成的掩埋位線觀呈一定的角度。在平面圖中，可以將有源區(qū)25形成為以α角取向。例 如，如圖3Α至圖3J所示，給定χ-y平面，有源區(qū)25可以被描述為被器件隔離層M圍繞的 島，并可以與第二方向(y)呈約45°的角度。由于有源區(qū)25可以以一定的角度取向，因此 可以提高單元密度。參照圖;3B、4C和4D，可以沿著與有源區(qū)25相交叉的方向刻蝕有源區(qū)25和器件隔 離層M來形成位線溝槽沈。位線溝槽沈可以與有源區(qū)25相互交叉，例如以45°的角度 交叉。位線溝槽可以是直線圖案。也就是說，位線溝槽沈可以大致以直線的形式延伸，并 且保持大致相等的寬度。在形成位線溝槽沈之后，有源區(qū)25可以被劃分為第一有源區(qū)25A和第二有源區(qū) 25B。第一有源區(qū)25A和第二有源區(qū)25B可以是柱狀的。由于這些有源區(qū)可以是柱狀的，因 此第一有源區(qū)25A和第二有源區(qū)25B的每個可以提供垂直單元的垂直溝道。在形成位線溝 槽26之后得到的器件隔離層M被稱為器件隔離層圖案并用附圖標(biāo)記“24A”表示，并且用 附圖標(biāo)記“22A”表示在形成位線溝槽沈之后得到的硬掩模圖案22。由于可以在形成器件隔離層M之后形成將有源區(qū)25分為第一有源區(qū)25A和第二 有源區(qū)25B的位線溝槽26，因此可以穩(wěn)定地形成第一有源區(qū)25A和第二有源區(qū)25B。而如果 在器件隔離工藝之前形成柱狀的有源區(qū)，則在器件隔離工藝期間可能使有源區(qū)發(fā)生塌陷。
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參照圖3C、4E和4F，可以形成與位線溝槽沈的兩個側(cè)壁相接觸的間隔件27。間隔 件27可以包括氧化物層?？梢酝ㄟ^沉積氧化物層然后進(jìn)行回蝕工藝來形成間隔件27。在 形成間隔件27的回蝕工藝期間，可以發(fā)生過刻蝕，并且位線溝槽沈的深度可以變得更深。 其結(jié)果，可以形成深位線溝槽26A，并且可以暴露出(即未被間隔件27覆蓋)深位線溝槽 26A的底部表面以及深位線溝槽2隊的每個側(cè)壁的與底部表面相鄰的部分(參見附圖標(biāo)記 “26B”)。深位線溝槽^A的暴露出的底部表面以及暴露部分26B可以使第一有源區(qū)25A和 第二有源區(qū)25B與隨后形成的位線相接觸。參照圖3D、圖4G和圖4H，可以形成填充深位線溝槽的一部分的掩埋位線28。 可以通過沉積導(dǎo)電層然后進(jìn)行回蝕工藝來形成掩埋位線觀。導(dǎo)電層可以包括阻擋層和金屬 層。阻擋層可以包括鈦層、氮化鈦層或鈦層與氮化鈦層的疊層，金屬層可以包括鎢層。掩埋位線28可以與第一有源區(qū)25A和第二有源區(qū)25B相接觸。參照圖3E、4I和4J，可以形成將掩埋位線28之上的深位線溝槽26A的上部部分間 隙填充的間隙填充層四。間隙填充層四可以包括氧化物層?？梢栽陂g隙填充層四上進(jìn)行 平坦化工藝，以使間隙填充層四僅保留在掩埋位線觀之上的深位線溝槽^A內(nèi)。參照圖3F、4K和4L，可以形成字線溝槽掩模30。字線溝槽掩模30可以是直線圖 案，所述直線圖案覆蓋下方的結(jié)構(gòu)的一個直線部分，而暴露出下方的結(jié)構(gòu)的另外兩個直線 部分。另外，可以將字線溝槽掩模30形成為跨越掩埋位線觀上方。例如，可以沿著與掩埋 位線觀的延伸方向垂直的方向形成字線溝槽掩模30。字線溝槽掩模30可以包括光致抗蝕 劑圖案?？梢允褂米志€溝槽掩模30作為刻蝕阻擋層將間隙填充層四、硬掩模圖案22A以及 器件隔離層圖案24A刻蝕至一定的深度。其結(jié)果，可以形成字線溝槽31，并且字線溝槽31 可以暴露出第一有源區(qū)25A的側(cè)壁和第二有源區(qū)25B的側(cè)壁。間隙填充層圖案29A可以保 留在第一有源區(qū)25A與第二有源區(qū)25B之間，以使兩個有源區(qū)彼此絕緣。在形成字線溝槽 31之后，器件隔離層圖案24A可以變得更短。下面，較短的器件隔離層圖案24A將被稱為器 件隔離層圖案MB。參照圖3G、圖4M和圖4N，可以去除字線溝槽掩模30。另外，可以在第一有源區(qū)25A 的側(cè)壁和第二有源區(qū)25B的側(cè)壁上形成柵絕緣層32。可以使用柵氧化工藝形成柵絕緣層 32?？梢孕纬蓪⒆志€溝槽31間隙填充的字線導(dǎo)電層33。字線導(dǎo)電層33可以包括金屬 層。例如，字線導(dǎo)電層33可以包括鎢層。參照圖3H、圖40和圖4P，可以通過回蝕工藝刻蝕字線導(dǎo)電層33。其結(jié)果，可以形 成第一掩埋字線33A和第二掩埋字線33B。第一掩埋字線33A和第二掩埋字線3 可以將 每個字線溝槽31的一部分間隙填充。第一掩埋字線33A可以是圍繞第一有源區(qū)25A的側(cè)壁 形成的線狀。另外，第二掩埋字線3 可以是圍繞第二有源區(qū)25B的側(cè)壁形成的線狀。據(jù) 此，可以形成垂直溝道。參照圖31、圖4Q和圖4R，可以形成字線間隙填充層34，所述字線間隙填充層34將 第一掩埋字線33A和第二掩埋字線3 之上的字線溝槽31的上部部分間隙填充。字線間 隙填充層34可以包括氧化物層。可以在字線間隙填充層34上進(jìn)行平坦化工藝，直到暴露 出硬掩模圖案22A的表面為止。
參照圖3J、圖4S和圖4T，可以去除硬掩模圖案22A。可以通過剝離工藝去除硬掩 模圖案22A。隨后，可以進(jìn)行電容器工藝。電容器工藝可以包括存儲節(jié)點接觸插塞工藝、存儲節(jié) 點工藝、電介質(zhì)層工藝以及上部電極工藝。在形成刻蝕停止層35之后，可以暴露出第一有源區(qū)25A的上部部分和第二有源區(qū) 25B的上部部分。隨后，可以以使每個存儲節(jié)點36與第一有源區(qū)25A和第二有源區(qū)25B中 的一個相連接的方式形成存儲節(jié)點36。雖然沒有在附圖中圖示出，但是通過隨后的形成電 介質(zhì)層和上部電極的工藝可以形成電容器。存儲節(jié)點36可以是圓柱狀存儲節(jié)點。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方式制造的半導(dǎo)體器件的單元陣列的平面 圖。根據(jù)以上描述的本發(fā)明的實施方式，由于將有源區(qū)形成為島狀，并且與相應(yīng)的位 線方向呈一個角度，因此可以增加單元密度。另外，通過在形成器件隔離層之后將有源區(qū)劃分為第一有源區(qū)和第二有源區(qū)，可 以穩(wěn)定地形成第一有源區(qū)和第二有源區(qū)。另外，由于形成了掩埋位線和掩埋字線，可以制造設(shè)計規(guī)則更小的半導(dǎo)體器件。雖然根據(jù)具體實施例描述了本發(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
1.一種半導(dǎo)體襯底的制造方法，包括以下步驟 通過在襯底之上形成器件隔離層來限定有源區(qū)；形成第一溝槽，所述第一溝槽將所述有源區(qū)劃分為第一有源區(qū)和第二有源區(qū)； 形成掩埋位線，所述掩埋位線填充所述第一溝槽的一部分；形成間隙填充層，所述間隙填充層將所述掩埋位線之上的所述第一溝槽的上部部分間 隙填充；通過沿著與所述掩埋位線相交叉的方向刻蝕所述間隙填充層和所述器件隔離層來形 成第二溝槽；以及形成填充第二溝槽的第一掩埋字線和第二掩埋字線，其中，所述第一掩埋字線和所述第二掩埋字線分別圍繞所述第一有源區(qū)的側(cè)壁和所述 第二有源區(qū)的側(cè)壁而被成形。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述形成第一溝槽的步驟包括以下步驟在所述有源區(qū)和所述器件隔離層之上形成位線溝槽掩模，所述位線溝槽掩模沿著與所 述有源區(qū)相交叉的方向被圖案化；以及通過使用所述位線溝槽掩模作為刻蝕阻擋層來同時地刻蝕所述有源區(qū)和所述器件隔 離層，以將所述有源區(qū)劃分為第一有源區(qū)和第二有源區(qū)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述形成第二溝槽的步驟包括以下步驟在所述間隙填充層、所述第一和第二有源區(qū)以及所述器件隔離層之上形成字線溝槽掩 模，所述字線溝槽掩模沿著與掩埋位線相交叉的方向被圖案化；以及使用所述字線溝槽掩模作為刻蝕阻擋層將所述間隙填充層和所述器件隔離層刻蝕至 一定深度。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述形成掩埋位線的步驟包括以下步驟在所述第一溝槽的側(cè)壁上形成間隔件，所述間隔件將所述第一溝槽的側(cè)壁的一部分開 放；以及用導(dǎo)電材料填充所述第一溝槽的一部分以與所述第一溝槽的所述側(cè)壁的所述開放的 部分相接觸。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述形成間隔件的步驟包括以下步驟 在所述第一溝槽之上形成氧化物層；以及在所述氧化物層上進(jìn)行刻蝕工藝，以將所述第一溝槽的所述側(cè)壁的所述一部分開放。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述用導(dǎo)電材料填充所述第一溝槽的一部分的步驟 包括以下步驟依次沉積阻擋層和金屬層。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述金屬層包括鎢層。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述阻擋層包括鈦層、氮化鈦層或鈦層與氮化鈦層的疊層。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述形成第一掩埋字線和第二掩埋字線的步驟包括 以下步驟在所述第一和第二有源區(qū)的被所述第二溝槽暴露出的側(cè)壁上形成柵絕緣層；以及 用導(dǎo)電材料填充具有所述柵絕緣層的所述第二溝槽。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述導(dǎo)電材料包括金屬層。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟在形成所述第一掩埋字線和所述第二掩埋字線之后形成電容器，所述電容器包括與所 述第一和第二有源區(qū)的上部部分相耦接的存儲節(jié)點。
12.—種半導(dǎo)體器件，包括利用溝槽彼此分離的第一有源區(qū)和第二有源區(qū)； 填充所述溝槽的一部分的掩埋位線； 圍繞所述第一有源區(qū)的側(cè)壁成形的第一掩埋字線；以及 圍繞所述第二有源區(qū)的側(cè)壁成形的第二掩埋字線。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件，其中所述掩埋位線跨過所述第一掩埋字線和所述第二掩埋字線。
14.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件，還包括使所述第一掩埋字線和所述第二掩埋字 線彼此絕緣的器件隔離圖案和位線間隙填充層。
15.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件，其中所述位線間隙填充層將掩埋位線之上的溝 槽的上部部分間隙填充。
16.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一有源區(qū)和所述第二有源區(qū)為柱狀。
17.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件，其中所述掩埋位線、所述第一掩埋字線和所述 第二掩埋字線的每個包括金屬層。
18.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件，還包括設(shè)置在所述第一有源區(qū)與所述掩埋位線之間以及所述第二有源區(qū)與所述掩埋位線之 間的間隔件。
19.如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件，其中所述間隔件以使所述第一和第二有源區(qū)與 所述掩埋位線相接觸的方式暴露出所述溝槽的側(cè)壁的一部分，。
20.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件，還包括與所述第一有源區(qū)的上部部分相耦接的 第一存儲節(jié)點以及與所述第二有源區(qū)的上部部分相耦接的第二存儲節(jié)點。
全文摘要
一種半導(dǎo)體襯底的制造方法，包括以下步驟通過在襯底之上形成器件隔離層來限定有源區(qū)；形成將有源區(qū)劃分為第一有源區(qū)和第二有源區(qū)的第一溝槽；形成填充第一溝槽的一部分的掩埋位線；形成將掩埋位線之上的第一溝槽的上部部分間隙填充的間隙填充層；通過沿著與掩埋位線相交叉的方向刻蝕間隙填充層和器件隔離層來形成第二溝槽；以及形成填充第二溝槽的第一掩埋字線和第二掩埋字線，其中，第一掩埋字線和第二掩埋字線分別圍繞第一有源區(qū)的側(cè)壁和第二有源區(qū)的側(cè)壁成形。
文檔編號H01L21/768GK102117772SQ20101023755
公開日2011年7月6日 申請日期2010年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者樸靖雨 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司