[发明专利]具有球形凹陷和鞍鳍的半导体器件及其制造方法

说明书

相关申请交叉引用

本专利申请包含2006年6月1日提交韩国专利局的韩国专利申请第KR 2006-0049436号的相关主题，其全部内容并入本文作为参考。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件的制造方法，更具体涉及一种具有球形凹陷和鞍鳍的半导体器件及其制造方法。

背景技术

当半导体器件被超高集成时，因为结漏电是由于随着栅极沟道长度的减少和植入物掺杂浓度的增加而使得电场增加所造成的，所以根据在平坦有源区上形成平面栅极的典型方法，难以充分确保器件的刷新(refresh)特性。

为了克服上述限制，通过以下方式实施凹陷栅极过程：将有源区图案化以在其中形成凹陷图案(这称为硅凹陷过程)，之后，将导电材料填入凹陷图案由此形成凹陷栅极。此凹陷栅极过程可以增加栅极沟道长度和减少植入物掺杂浓度，使得器件的刷新特性可以因此得到增强。

图1为使用根据典型方法的硅凹陷过程的栅极叠层结构的横截面图。凹陷12形成在衬底11的特定区域上，在该区域中将通过硅凹陷过程形成沟道(以下简称为沟道形成区)。栅极氧化物层13形成在具有凹陷12的衬底11的表面上，并且栅极叠层形成在栅极氧化物层13上，其中栅极叠层由顺序堆叠的多晶硅14、由硅化钨(WSi)或钨(W)形成的金属基电极15和栅极硬掩模16构成。

但是，当器件被微型化成更小的晶体管时，具有图1的栅极叠层结构的半导体器件仍然具有刷新时间特性变差的限制。为了解决上述限制，最近已有人提出球形凹陷结构。

图2为根据典型方法的具有球形凹陷的栅极叠层结构的横截面图。球形凹陷22(以下称为球形凹陷)提供在衬底21的特定区域即沟道形成区中。之后，在包含球形凹陷22的衬底21的表面上形成栅极氧化物层23，然后在栅极氧化物层23上形成栅极叠层，其中栅极叠层由顺序堆叠的多晶硅24、由硅化钨(WSi)或钨(W)形成的金属基电极25和栅极硬掩模26构成。

当图2的球形凹陷结构应用到半导体器件时，有可能改善刷新时间的限制。但是，当器件变得更小时，还会发生电流驱动能力逐渐退化的另一限制。

发明内容

本发明的实施方案涉及一种能够确保电流驱动能力和改善刷新时间特性的半导体器件。

根据本发明的一个方面，提供一种半导体器件，包含：有源区；形成在有源区的沟道形成区中的具有一定深度的球形凹陷；包围有源区的器件隔离结构，其中该器件隔离结构具有线形开口，使得器件隔离结构的表面低于球形凹陷的底部并且部分有源区呈鞍鳍状突出于器件隔离结构；形成在由开口暴露的器件隔离结构和包含球形凹陷的有源区上方的栅极绝缘层；和形成在栅极绝缘层上方的栅电极，栅电极填充在球形凹陷中并且覆盖由开口暴露的器件隔离结构。

根据本发明的另一方面，提供一种半导体器件的制造方法，包括：在衬底中形成器件隔离结构以限定有源区；蚀刻有源区的沟道形成区至一定深度以形成球形凹陷；选择性蚀刻器件隔离结构以形成线形开口，使得器件隔离结构的表面低于球形凹陷的底部并且部分有源区呈鞍鳍状突出于器件隔离结构；在包含球形凹陷的所得结构和由开口暴露的器件隔离结构的表面上方形成栅极绝缘层；以及在栅极绝缘层上方形成栅电极，使得栅电极填充在球形凹陷之中，并且覆盖由开口暴露的器件隔离结构。

根据本发明的再一方面，提供一种半导体器件的制造方法，包括：在衬底中形成器件隔离结构以限定有源区；选择性蚀刻器件隔离结构以形成暴露有源区的沟道形成区两侧的开口，其中开口的底部低于有源区的表面；蚀刻高于开口底部表面的有源区的沟道形成区，以形成具有鞍鳍结构的球形凹陷；在包含球形凹陷的所得结构表面上方形成栅极绝缘层；以及在栅极绝缘层上方形成栅电极，使得栅电极填充在球形凹陷之中，并且覆盖由开口暴露的器件隔离结构。

附图说明

图1为使用根据典型方法的硅凹陷过程的栅极叠层结构的横截面图；

图2为根据典型方法的具有球形凹陷的栅极叠层结构的横截面图；

图3A～3D为示出根据本发明第一实施方案的半导体器件制造方法的横截面图；

图4为根据本发明第一实施方案的半导体器件结构沿长轴方向的部分横截面透视图；和

图5A～5D为示出根据本发明第二实施方案的半导体器件制造方法的横截面图。

具体实施方式

根据本发明示例性实施方案的具有球形凹陷和鞍鳍的半导体器件及其制造方法将参考附图详细说明。