[发明专利]具有垂直沟道晶体管的半导体器件及其制造方法

说明书

相关申请

本发明要求2008年2月28日提交的韩国专利申请 No.10-2008-0018439的优先权，通过引用将其全部内容并入本文。

技术领域

本发明涉及一种制造半导体器件的方法，更特别地，涉及一种具有 垂直沟道晶体管的半导体器件及其制造方法。

背景技术

最近，对具有垂直沟道的晶体管进行了积极研究，以增加半导体器 件的集成度。

图1A说明具有垂直沟道的典型晶体管的平面图，图1B说明在图 1A中沿着线A-A′的单元(Cell)的截面图。在图1A中的平面图是沿着图 1B中线A-A′切割的平面同时保持虚线的高度所获得。

参考图1A和1B，在衬底11上方形成多个半导体柱状物P。柱状物 P包括衬底材料并具有从衬底11垂直突出的部分。此外，如图1A所示， 柱状物P在第一方向和与第一方向相交的第二方向上布置。柱状物P 具有上部、中间部及下部。换句话说，柱状物P具有漏极区域D、沟道 区域C及源极区域S。沟道区域C连接漏极区域D和源极区域S。

形成电极13，以环绕柱状物P的中间部(沟道区域C)的外面。在环 绕电极13与柱状物P之间形成绝缘层12。形成镶嵌字线14，以沿着第 一方向延伸，同时电连接在环绕电极13的侧壁上的相邻环绕电极。附 图标记15和16分别表示第一层间绝缘层和第二层间绝缘层。

在包括具有上述垂直沟道结构的晶体管的半导体器件中，以环绕电 极13和镶嵌字线14构成字线。在这样的半导体器件中，镶嵌字线14 的宽度受限于环绕电极13。因此，字线的电阻由环绕电极13确定。

由于环绕电极13和镶嵌字线14通常由多晶硅所形成，因此大大地 增加字线的电阻。

发明内容

本发明的实施方案涉及提供垂直沟道晶体管以及形成该晶体管的 方法，其通过在栅极绝缘层与环绕电极之间形成阻挡金属层，同时使用 具有低电阻的金属层作为环绕栅极电极，可显著地减少字线的电阻。该 阻挡金属层防止绝缘层的特性劣化。

依据本发明的一方面，提供一种包括垂直沟道晶体管的半导体器 件。半导体器件包括衬底，衬底包括柱状物，每个柱状物具有水平凹陷 至一定宽度的下部，其中下部对应于垂直沟道晶体管的沟道区域。半导 体器件还包括在包含柱状物的衬底上所形成的绝缘层以及在对应于每 个柱状物下部的绝缘层的一部分上所形成的阻挡层。在阻挡层上形成栅 极电极，以环绕每个柱状物的下部，形成字线以连接环绕该柱状物的栅 极电极。

依据本发明的另一方面，提供一种制造包括垂直沟道晶体管的半导 体器件的方法。该方法包括提供包括柱状物的衬底，每个柱状物具有凹 陷至一定宽度的下部，其中下部对应于垂直沟道晶体管的沟道区域。该 方法包括在包括柱状物的衬底的表面上形成栅极绝缘层，由此形成第一 所得结构(resultant structure)，以及在对应每个柱状物的下部的绝缘层 的一部分上形成阻挡层。在阻挡层上形成栅极电极以环绕每个柱状物的 下部，由此形成第二所得结构，以及形成字线以连接在柱状物上所形成 的栅极电极。

附图说明

图1A说明具有垂直沟道的典型晶体管的平面图。

图1B说明沿着图1A中的线A-A′的单元的截面图。

图2A说明依据本发明的实施方案在半导体器件中的具有垂直沟道 的晶体管的平面图。

图2B说明沿着图2A中的线A-A′的单元的截面图。

图3说明根据不同设计规则来比较在典型字线与依据本发明的字线 中的字线电阻变化的图。

图4A及4B说明根据作为阻挡金属层的氮化钽(TaN)层的存在与否 来比较绝缘层的电流-电压(I-V)特性的图。

图5A至5J说明依据本发明实施方案的制造半导体器件中具有垂直 沟道的晶体管的方法截面图。

具体实施方式

以下，将参考附图来详细描述依据本发明的具有垂直沟道晶体管的半 导体器件及其制造方法。

图2A说明依据本发明的实施方案在半导体器件中具有垂直沟道的晶 体管的平面图，图2B说明沿着图2A中线A-A′的单元的截面图。图2A 中的平面图是沿着图2B中的虚线切割半导体器件所获得。