[发明专利]具有垂直柱状晶体管的半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件，更具体地，本发明涉及一种半导体器件及 其制造方法，其中浮体存储器形成为垂直柱状。

背景技术

因为未来的发展朝向较高集成度、较快操作速度以及降低的功耗的半导 体器件，已经进行了研究针对可以稳定地进行期望操作的半导体器件。作为 研究的结果，已揭示了一种浮体存储器，其中多个载流子在浮体中充电而不 需使用电容器来改变晶体管的阈值电压(Vt)，使得浮体存储器可以写入和读 取数据。

在上述浮体存储器中，如果当将高的正电压电位施加到漏极时产生热载 流子，则由于热载流子的撞击电离(impact ionization)产生电子空穴对。当 由于撞击电离产生电子空穴对时，空穴累积在为浮体的硅层中，电子通过施 加于漏极的高电压被释放到漏极。从而，当空穴累积到硅衬底时，晶体管的 阈值电压(Vt)降低，并且当施加电压到漏极时，会有大量的电流流动，由此 可使晶体管用作存储器。例如，在浮体存储器中，″0″表示空穴未累积并且 具有高的阈值电压的状态，″1″表示空穴累积并且具有低的阈值电压的状态。 在此浮体存储器中，通过向源极和硅衬底之间的PN结施加正向偏压实施擦 除操作，由此将累积的空穴释放到外部。

在上述浮体存储器中，没有电容器形成，因此不需要电容器形成工艺和 电容器形成区。因此，当与动态随机存取存储器(DRAM)相比较时，浮体存 储器的优点在于减少了实现浮体存储器所需的工艺数并且增加了密度。

浮体存储器在具有包括硅衬底、埋层氧化物层和硅层的堆叠结构的绝缘 体上硅(SOI)晶片上实现。此浮体存储器未在由体硅制成的单晶硅晶片上 实现。

然而，SOI晶片的价格高昂并且使用困难，因此当用前述SOI晶片实现 浮体存储器时这样的制造成本是高的。此外，埋层氧化物层通过氧离子注入 工艺和退火工艺形成在SOI晶片中，由于氧离子注入工艺而会导致硅中的缺 陷。因此，SOI晶片的使用很可能使半导体器件的性能变差。

发明内容

本发明的实施例针对一种半导体器件及其制造方法，该半导体器件可通 过不使用SOI晶片来形成制造成本降低的垂直柱状的浮体存储器而实现。

而且，本发明的实施例针对一种不需使用SOI晶片来实现的半导体器件 及其制造方法，由此可防止由于在SOI晶片中形成埋层氧化物层而造成的硅 中的缺陷。

再者，本发明的实施例针对一种半导体器件及其制造方法，其中浮体存 储器具有垂直柱状结构，并且可利用普通的单晶硅晶片形成，因此可避免硅 中的缺陷的发生，由此改善半导体器件的操作特性和可靠性。

根据本发明的实施例的半导体器件，其包括形成在硅衬底的各个硅柱中 的垂直柱状晶体管。垂直柱状晶体管的栅极选择性地形成在硅柱的下部的一 个表面上，垂直柱状晶体管的漏极区以彼此连接的方式形成。

栅极选择性地形成在两个邻接的垂直柱状晶体管的相对表面上。

栅极形成为埋设在硅柱的下部的一个表面中。

根据本发明的实施例，半导体器件包括：具有多个硅柱的硅衬底；形成 在各个硅柱的下部的一个表面上的栅极；形成在硅柱的栅极上方的部分中的 源极区；形成在硅衬底的栅极下方的部分中的漏极区，使得漏极区、栅极及 源极区构成垂直柱状晶体管；以及字线，其形成为连接沿一个方向设置的垂 直柱状晶体管的栅极，其中漏极区被形成使得沿垂直于一个方向的另一个方 形设置的漏极区相互连接。

栅极选择性地仅形成在两个相邻的垂直柱状晶体管的相对表面上。

栅极形成为被埋设在硅柱的下部的一个表面中。

半导体器件还包括绝缘层，其被填充在包括字线的垂直柱状晶体管之 间。

在根据本发明的实施例的制造半导体器件的方法中，垂直柱状晶体管的 栅极分别形成在硅衬底的多个硅柱的每个硅柱的下部的一个表面上，并且该 垂直柱状晶体管的漏极区形成为彼此相连。

栅极选择性地仅形成在两个相邻的垂直柱状晶体管的相对表面上。

栅极形成为被埋设在硅柱的下部的一个表面中。