專利名稱：具有垂直晶體管的半導(dǎo)體裝置及其制造方法
具有垂直晶體管的半導(dǎo)體裝置及其制造方法相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考本發(fā)明要求于2009年3月23日申請(qǐng)的韓國(guó)專利申請(qǐng)第10-2009-0024475號(hào)的優(yōu) 先權(quán)，其內(nèi)容全部以引用的方式并入本文中。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置，且更具體地，涉及一種具有垂直晶體管的半導(dǎo)體裝 置及其制造方法。在次60nm(sub-60nm) DRAM工藝中，需要形成垂直晶體管以增加內(nèi)存單元中的晶 體管的集成密度，從而簡(jiǎn)化制造工藝且改良裝置特性。垂直晶體管包括作用柱(active pillar)及圍繞該作用柱的垂直柵極。由于該垂直柵極，晶體管的通道垂直地形成。通常，作用柱具有頸部柱及頂部柱，且柵極圍繞該頸部柱。然而，頸部柱的支撐力 較弱，以使得該作用柱可能在后續(xù)工藝中崩陷。為解決頸部柱結(jié)構(gòu)的限制，已提出形成無頸 部作用柱的方法。圖1A及圖1B示出了用于制造具有垂直晶體管的半導(dǎo)體裝置的傳統(tǒng)方法的截面 圖。參看圖1A，通過將襯墊層13用作蝕刻阻擋物而蝕刻基板11來形成無頸部作用柱12。 襯墊層13為堆疊襯墊氧化物層13A及襯墊氮化物層13B的層。溝道區(qū)域12A及漏極區(qū)域 12B被限定于作用柱12中。埋入式位線(BBL) 14通過將摻雜離子注入到作用柱12之間的基板11中而形成。形成柵極介電層15，且沿著所得結(jié)構(gòu)的輪廓在該柵極介電層15上方形成柵極導(dǎo) 電層16。參看圖1B，柵極導(dǎo)電層16經(jīng)回蝕以形成圍繞作用柱12的溝道區(qū)域12A的垂直柵 極 16A。柵極導(dǎo)電層16僅可沉積至特定厚度，不完全填充作用柱12之間的間隔(例如，作 用柱12之間的空間)。因此，可容易地形成垂直柵極16A。由于在執(zhí)行若干次蝕刻工藝及化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝時(shí)使用形成于作用柱12 上方的襯墊氮化物層作為阻擋物，故該襯墊氮化物層需要具有1500 A或1500 A 以上的高度以用于后續(xù)工藝。然而，由于作用柱的高度相對(duì)較高，因此難以移除圍繞溝道區(qū)域12A外部的區(qū)域 的柵極導(dǎo)電層16 (見參考符號(hào)“A”)。即使移除柵極導(dǎo)電層16，也可能在后續(xù)工藝中極大地 損害襯墊氮化物層13B(見參考符號(hào)“B”)。結(jié)果，可能不能獲得穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。此外，由于半導(dǎo)體裝置收縮成更小尺寸，因而將形成的作用柱的縱橫比增加，因此 難以形成穩(wěn)定的作用柱。同時(shí)，因?yàn)閼?yīng)用離子注入以用于在具有垂直晶體管的半導(dǎo)體裝置中形成埋入式位 線14，因此埋入式位線14的電阻相對(duì)極高。為克服這些限制，硅化物或金屬層形成于埋入式位線14上方。然而，由于作用柱相對(duì)過高，因此由于高縱橫比而難以應(yīng)用用于形 硅化物的金屬層的間隙填充。更有可能在剝離金屬層的工藝中引起作用柱之間的橋接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的例示性實(shí)施例旨在提供一種即使縱橫比增加也能夠防止作用柱崩陷的 半導(dǎo)體裝置及其制造方法。本發(fā)明的例示性實(shí)施例還旨在提供一種能夠容易地移除柵極導(dǎo)電層而非溝道區(qū) 域的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。本發(fā)明的例示性實(shí)施例還旨在提供一種能夠減少位線及字線的電阻的半導(dǎo)體裝 置及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種半導(dǎo)體裝置，其包括多個(gè)作用柱；圍繞該作用 柱的側(cè)壁的多個(gè)垂直柵極；具有表面高于該作用柱的露出側(cè)壁且將相鄰垂直柵極連接在一 起的多條字線；及在該垂直柵極上方圍繞該字線的該露出側(cè)壁的多個(gè)間隔物。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種半導(dǎo)體裝置，其包括多個(gè)第一作用柱；圍繞該 第一作用柱的側(cè)壁的多個(gè)垂直柵極；具有表面高于該第一作用柱的露出側(cè)壁且將相鄰垂直 柵極連接在一起的多條字線；在該垂直柵極上方圍繞該字線的該露出側(cè)壁的多個(gè)間隔物； 及形成于該第一作用柱上方的多個(gè)第二作用柱。該第二作用柱可包括外延層。該間隔物可包括氮化物層。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，該方法包括蝕刻 基板以形成多個(gè)第一作用柱；形成圍繞該第一作用柱的側(cè)壁的多個(gè)柵極導(dǎo)電層；形成埋入 在該柵極導(dǎo)電層之間以連接相鄰柵極導(dǎo)電層的多條字線；通過部分地蝕刻該柵極導(dǎo)電層的 上部部分以部分地露出該字線的側(cè)壁而形成多個(gè)垂直柵極；及在該第一作用柱上方生長(zhǎng)多 個(gè)第二作用柱。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，該方法包括通過 將襯墊層用作蝕刻阻擋物而蝕刻基板來形成多個(gè)第一作用柱；形成圍繞該第一作用柱及該 襯墊層的側(cè)壁的多個(gè)柵極導(dǎo)電層；形成埋入在該柵極導(dǎo)電層之間以連接相鄰柵極導(dǎo)電層的 多條字線；移除該襯墊層；通過部分地蝕刻該柵極導(dǎo)電層的上部部分以部分地露出該字線 的側(cè)壁而形成多個(gè)垂直柵極；在包括該垂直柵極的所得結(jié)構(gòu)上方形成蝕刻阻擋物層；在該 蝕刻阻擋物層上方形成層間介電層；通過蝕刻該層間介電層而形成多個(gè)接觸孔，其中該蝕 刻在該蝕刻阻擋物層處終止；蝕刻在該接觸孔下方的蝕刻阻擋物層以露出該第一作用柱的 表面；及在該露出的第一作用柱上方形成多個(gè)第二作用柱。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，該方法包含通過 將襯墊層用作蝕刻阻擋物而蝕刻基板來形成多個(gè)第一作用柱；形成圍繞該第一作用柱及該 襯墊層的側(cè)壁的多個(gè)柵極導(dǎo)電層；形成埋入于該等柵極導(dǎo)電層之間以連接相鄰柵極導(dǎo)電層 的多條字線；移除該襯墊層；通過部分地蝕刻該柵極導(dǎo)電層的上部部分以部分地露出該字 線的側(cè)壁而形成多個(gè)垂直柵極；形成在該垂直柵極上方圍繞該字線的露出側(cè)壁的多個(gè)間隔 物；及在該第一作用柱上方形成多個(gè)第二作用柱。


圖1A和圖1B是示出了用于制造具有垂直晶體管的半導(dǎo)體裝置的傳統(tǒng)方法的橫截 面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的具有垂直晶體管的半導(dǎo)體裝置的橫截面圖；圖3A至圖3L是示出用于制造圖2的半導(dǎo)體裝置的方法的橫截面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的橫截面圖；圖5A是示出形成垂直柵極的狀態(tài)的平面圖；圖5B是示出形成間隔物的狀態(tài)的平面圖；圖5C是示出形成第二作用柱的狀態(tài)的平面圖；圖6A至圖6D是示出用于制造根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的方法的橫 截面圖；以及圖7是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的其它目標(biāo)及優(yōu)點(diǎn)可通過以下描述而理解，且通過參考本發(fā)明的實(shí)施例而
變得明顯。參看示圖，層及區(qū)域的示出厚度為例示性的且可能不精確。當(dāng)?shù)谝粚颖环Q作在第 二層“上”或在基板“上”時(shí)，其可意謂該第一層直接形成于該第二層或該基板上，或其也可 以意味著第三層可存在于該第一層與該基板之間。此外，雖然相同或相似參考數(shù)字出現(xiàn)于 本發(fā)明的不同實(shí)施例或圖式中，但其表示相同或相似組成元件。圖2為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的具有垂直晶體管的半導(dǎo)體裝置的橫截面圖。參 看圖2，該半導(dǎo)體裝置包括多個(gè)第一作用柱22、多個(gè)垂直柵極27A、多條字線32及多個(gè)間隔 物34A。第一作用柱22設(shè)置于基板21上方。垂直柵極27A圍繞該第一作用柱22的側(cè)壁。 字線32具有其表面高于第一作用柱22的露出側(cè)壁且與相鄰垂直柵極27A連接在一起。間 隔物34A在垂直柵極27A上方圍繞字線32的露出側(cè)壁。此外，該半導(dǎo)體裝置進(jìn)一步包括多 個(gè)第二作用柱37及多個(gè)埋入式位線25。第二作用柱37設(shè)置于第一作用柱22上方且成為 垂直晶體管的漏極區(qū)域。埋入式位線25在第一作用柱22之間設(shè)置于基板21中且通過溝 槽29而彼此分離。柵極介電圖案26A設(shè)置于垂直柵極27A與第一作用柱22之間，且第二 層間介電層30A埋入于分離埋入式位線25的溝槽中。第一層間介電層28A設(shè)置于相鄰垂 直柵極27A之間。第二作用柱37可包括通過外延生長(zhǎng)而生長(zhǎng)的硅外延層以部分地填充由 第三層間介電層35限定的接觸孔，且該接觸孔的剩余部分可由儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸38填充。間隔物34A可包括氮化物層，且垂直柵極27A及字線32可包括金屬層。第一作用柱22成為垂直晶體管的溝道區(qū)域，且第二作用柱37成為垂直晶體管的 漏極區(qū)域。間隔物34A用以使第二作用柱37能夠穩(wěn)定地生長(zhǎng)，且防止第二作用柱37與字 線32之間的橋接。如將稍后描述，間隔物34A還充當(dāng)阻擋物以實(shí)現(xiàn)自對(duì)準(zhǔn)接觸(SAC)。圖3A至圖3L是示出用于制造圖2的半導(dǎo)體裝置的方法的橫截面圖。參看圖3A，在 基板21上形成第一作用柱22。第一作用柱22具有柱狀結(jié)構(gòu)，其以點(diǎn)矩陣形式排列，且為將形 成晶體管的溝道的作用區(qū)域。第一作用柱22具有桿式無頸部結(jié)構(gòu)。由于該無頸部結(jié)構(gòu)，因此 可獲得具有強(qiáng)抗崩陷性的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。第一作用柱22具有9001或小于9001的高度HI。當(dāng)
7第一作用柱22的高度Hi為1500人或15001以上時(shí)，可能在后續(xù)工藝中發(fā)生崩陷。第一作 用柱22的高度HI減小至900人或小于900人以便將該第一作用柱22限制至溝道區(qū)域?qū)⑿?成的高度。如下文將描述，在后續(xù)工藝中形成用于漏極區(qū)域的第二作用柱。根據(jù)先前技術(shù)，考 慮到溝道區(qū)域及源極區(qū)域而形成高作用柱。然而，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，首先形成充當(dāng)溝道區(qū) 域的第一作用柱，且接著在后續(xù)工藝中形成充當(dāng)漏極區(qū)域的第二作用柱。以此方式，由于首先 形成充當(dāng)溝道區(qū)域的第一作用柱22，故該等第一作用柱22的高度可減少。由于第一作用柱22被形成以用于溝道區(qū)域，故其高度最大地減少。第一作用柱22
的高度在約600A至約1500A的范圍內(nèi)，特別地，在約600A至約1000A的范圍內(nèi)。第一作用柱22通過使用襯墊層23的蝕刻工藝而形成?；?1可包括硅基板。當(dāng)基板21為硅基板時(shí)，可通過單獨(dú)使用Cl2氣體或HBr氣 體或者使用ci2氣體與HBr氣體的混合氣體的干式蝕刻工藝來執(zhí)行用于形成作用柱22的 蝕刻工藝。襯墊層23具有堆棧結(jié)構(gòu)，其中順序地形成襯墊氧化物層23A及襯墊氮化物層23B。 襯墊氧化物層23A具有在約100人至約300人的范圍內(nèi)的高度，且襯墊氮化物層23B具有在 約3GG人至約1,0001的范圍內(nèi)的高度。特別地，襯墊氮化物層23B以小于了GG人的高度H2 形成以防止其在后續(xù)工藝中崩陷。襯墊層23的總高度適應(yīng)第一作用柱22的形成。因此， 襯墊層23可能未形成為相對(duì)較厚，因此，有可能防止第一作用柱22由于襯墊層23的重量 而崩陷。參看圖3B，通過將雜質(zhì)離子于第一作用柱22之間注入至基板21中而形成埋入式 位線(BBL)25。該等埋入式位線25可通過以IX 1015原子/立方公分或IX 1015原子/立 方公分以上的雜質(zhì)濃度注入例如磷(P)離子或砷(As)離子的N型雜質(zhì)離子而形成。雖然埋入式位線25可在環(huán)形垂直柵極之后形成，但其亦可在形成第一作用柱22 之后立即形成，此可容易地確保用于形成埋入式位線的區(qū)域具有充分低的電阻，且可對(duì)其 充分地執(zhí)行硅化物工藝等?？稍谛纬蔂奚g隔物24之后執(zhí)行用于形成埋入式位線25的離子注入工藝。由于 犧牲間隔物24是在沉積氧化物層之后通過間隔物蝕刻工藝而形成，故可形成該等犧牲間 隔物24以覆蓋第一作用柱22及襯墊層23的側(cè)壁。在使用犧牲間隔物24的離子注入中， 有可能防止雜質(zhì)離子被注入至第一作用柱22的側(cè)壁中。犧牲間隔物24具有在約50人至約 3001的范圍內(nèi)的厚度。同時(shí)，可在沉積氧化物層之后形成犧牲間隔物24，無需任何間隔物 蝕刻工藝。因此，犧牲間隔物24可充當(dāng)保護(hù)基板21的表面不受離子注入工藝的沖擊侵蝕 白勺(passivation layer)。如以上所提及，在形成埋入式位線25之后，可形成硅化物層25A以用于進(jìn)一步減 少該埋入式位線25的薄層電阻。該硅化物層25A可包括硅化鈦層、硅化鈷層或硅化鎳層。 如所知，可通過沉積諸如鈦層、鈷層或鎳層的金屬層、對(duì)所沉積金屬層執(zhí)行熱處理且在金屬 層與基板之間(在此處形成埋入式位線25)誘發(fā)反應(yīng)而形成硅化物層25A。可通過濕蝕刻 工藝而移除由硅化物形成的未反應(yīng)的金屬層。參看圖3C，移除犧牲間隔物24且形成柵極介電層26。柵極介電層26可通過沉積 工藝、熱氧化工藝或自由基氧化工藝而形成。柵極介電層26具有在約30人至約80人的范圍內(nèi)的厚度。 沿著包括柵極介電層26的所得結(jié)構(gòu)的輪廓形成柵極導(dǎo)電層27，并對(duì)其進(jìn)行回蝕。 因此，圍繞第一作用柱22及襯墊層23的側(cè)壁的柵極導(dǎo)電層27繼續(xù)存在。S卩，由于第一作 用柱22的較低高度而正常地形成柵極導(dǎo)電層27。柵極導(dǎo)電層27的沉積厚度在約50人至約 200人的范圍內(nèi)。特別地，柵極導(dǎo)電層27可包括金屬氮化物層。舉例而言，柵極導(dǎo)電層27 包括氮化鈦(TiN)層或氮化鉭(TaN)層。在此狀況下，柵極導(dǎo)電層27可通過堆疊氮化鉭層 及氮化鈦層來形成。在堆疊氮化鉭層及氮化鈦層的狀況下，該氮化鉭層形成至在約20人至 約60人的范圍內(nèi)的較小厚度且充當(dāng)擴(kuò)散阻擋物。進(jìn)一步蝕刻?hào)艠O導(dǎo)電層27以在后續(xù)工藝中圍繞第一作用柱22的側(cè)壁，且成為圍 繞第一作用柱22的側(cè)壁的垂直柵極。參看圖3D，在包括柵極導(dǎo)電層27的所得結(jié)構(gòu)上方形成層間介電層。在此狀況下， 形成層間介電層以填充第一作用柱22之間的間隙，且對(duì)該層間介電層執(zhí)行使用CMP的平坦 化工藝以使其僅繼續(xù)存在于第一作用柱22之間的間隔中，從而形成第一層間介電層28。在 平坦化工藝中，形成于襯墊層23上的柵極介電層26也被平坦化且作為殘余柵極介電圖案 26A繼續(xù)存在。第一層間介電層28可由氧化物形成，例如，高密度電漿(HDP)氧化物、硼磷硅玻 璃(BPSG)、旋涂式介電質(zhì)(SOD)、正硅酸四乙酯(TEOS)、未摻雜硅玻璃(USG)及原子層沉積 (ALD)氧化物。特別地，第一層間介電層28由諸如SOD或BPSG的可流動(dòng)氧化物形成。第一 層間介電層28具有在約至約6,000人的范圍內(nèi)的厚度。可執(zhí)行使用CMP的平坦化工藝直至襯墊層23完全露出，或可執(zhí)行使用CMP的平坦 化工藝直至襯墊層23保持在特定厚度。在執(zhí)行平坦化工藝直至襯墊層23完全露出的狀況 下，可將氧化物層進(jìn)一步沉積至在約200人至約100人的范圍內(nèi)的厚度以在用于隔離后續(xù) 埋入式位線25的溝槽形成工藝中襯墊氮化物層23B的損耗最小化。使用研磨漿來執(zhí)行CMP工藝，該研磨漿具有二氧化硅或二氧化鈰研磨顆粒且具有 介于氧化物層與氮化物層之間的為40或40以上的拋光選擇性。因此，當(dāng)露出襯墊氮化物 層23B時(shí)，終止拋光，或僅拋光第一層間介電層28，使得繼續(xù)存在于襯墊層23上的第一層間 介電層28均勻地留下。在當(dāng)前實(shí)施例中，可執(zhí)行平坦化工藝以露出襯墊層23。隔離埋入式位線25。S卩，通過經(jīng)由BBL屏蔽工藝而將第一層間介電層28、柵極介 電層26及基板21蝕刻至特定深度而形成隔離埋入式位線25的溝槽29 (未圖示)。形成對(duì)溝槽29進(jìn)行間隙填充的層間介電層。對(duì)溝槽29進(jìn)行間隙填充的該層間介 電層可包括氧化物層。舉例而言，該層間介電層包括HDP氧化物、BPSG、SOD、TEOS、USG、ALD 氧化物。特別地，層間介電層包括諸如SOD或BPSG的可流動(dòng)氧化物。對(duì)溝槽29進(jìn)行間隙填充的層間介電層執(zhí)行使用CMP的平坦化工藝以形成僅繼續(xù) 存在于第一作用柱22之間的間隙中的第二層間介電層30?？蓤?zhí)行使用CMP的平坦化工藝以完全露出襯墊層23。使用研磨漿來執(zhí)行CMP工 藝，該研磨漿具有二氧化硅或二氧化鈰研磨顆粒且在氧化物層與氮化物層之間具有40或 40以上的拋光選擇性。因此，當(dāng)襯墊氮化物層23B露出時(shí)，終止拋光。經(jīng)由該拋光，移除柵極介電層26之上部部分以形成第一柵極介電圖案26A。參看圖3E，執(zhí)行用于形成鑲嵌字線的蝕刻工藝以形成鑲嵌圖案31。當(dāng)在平面中觀看時(shí)，光阻圖案(未圖標(biāo))以與埋入式位線25相交的方向形成。通過干蝕刻工藝部分地移 除在柵極導(dǎo)電層27之間進(jìn)行間隙填充的第二層間介電層30和第一層間介電層28。通過 濕蝕刻工藝移除繼續(xù)存在于柵極導(dǎo)電層27上的第二層間介電層30和第一層間介電層28。 以此方式，由于繼續(xù)存在于柵極導(dǎo)電層27上的層間介電層的移除，后續(xù)字線及垂直柵極直 接接觸在一起，因此處于低電阻的字線得以維持。在形成鑲嵌圖案31之后，如由參考符號(hào)28A及30A分別指示地，第一層間介電層 及第二層間介電層繼續(xù)存在。參看圖3F，在于所得結(jié)構(gòu)上方沉積字線導(dǎo)電層之后執(zhí)行隔離工藝以填充鑲嵌圖案 31。因此，形成填充于鑲嵌圖案31內(nèi)的字線32，且該字線32連接相鄰柵極導(dǎo)電層27。字 線32可由氮化鈦(TiN)或鎢(W)形成。字線32可通過CMP工藝而隔離。由于字線32由 金屬形成，故執(zhí)行金屬CMP工藝以使得襯墊層23的拋光在該襯墊層23處終止。可使用研 磨漿來執(zhí)行金屬CMP工藝，該研磨漿具有煙霧狀二氧化硅或膠狀二氧化硅或氧化鋁研磨顆 粒，具有為6或6以下的pH值，且具有介于鎢層與氮化物層之間的為10或10以上的拋光 選擇性。當(dāng)襯墊氮化物層23B露出時(shí)，終止拋光。由于字線32通過鑲嵌工藝而形成，故其可以恒定高度形成。因此，字線32的薄層 電阻(Rs)的變化可保持最小。參看圖3G，移除襯墊層23。由于襯墊層23具有襯墊氮化物層23B及襯墊氧化物 層23A的堆疊結(jié)構(gòu)，故可使用濕蝕刻工藝用于移除該襯墊氮化物層23B及該襯墊氧化物層 23A。可使用磷酸溶液(H3PO4)來移除襯墊氮化物層23B，且可使用含有HF的溶液來移除襯 墊氧化物層23A。當(dāng)濕蝕刻襯墊氧化物層23A時(shí)，也部分地移除襯墊層23的側(cè)壁上的第一柵極介電 圖案26A以形成第二柵極介電圖案26B。因此，第二柵極介電圖案26B足夠高以覆蓋第一作 用柱22的側(cè)壁。因而，通過移除襯墊層23而露出第一作用柱22的頂表面。參看圖3H，選擇性地蝕刻?hào)艠O導(dǎo)電層27的一部分以形成高度低于第一作用柱22 的垂直柵極27A。通過干蝕刻工藝蝕刻?hào)艠O導(dǎo)電層27以實(shí)現(xiàn)柵極導(dǎo)電層27與字線32之間 的高選擇性。在另一實(shí)施例中，在無需選擇性的情況下，可通過濕蝕刻工藝同時(shí)蝕刻?hào)艠O導(dǎo) 電層27及字線32。在形成垂直柵極27A之后，由于第一作用柱22、垂直柵極27A及字線32的高度差， 凹槽33形成于垂直柵極27A上方。由于該凹槽33，字線32的側(cè)壁被部分地露出。圖5A是 示出形成垂直柵極27A的狀態(tài)的平面圖。如自圖5A可見，垂直柵極27A圍繞第一作用柱22 的側(cè)壁。參看圖31，在所得結(jié)構(gòu)上方形成間隔物層34以對(duì)凹槽33進(jìn)行間隙填充?；匚g該 間隔物層34以形成填充凹槽33的間隔物34A。間隔物34A在垂直柵極27A上方覆蓋字線 32的露出側(cè)壁。通過將氮化物層沉積至在約100人至約300人的范圍內(nèi)的厚度而形成間隔物 34A，且執(zhí)行間隔物蝕刻工藝以露出第一作用柱22的表面。
形成間隔物34A以使得可在后續(xù)接觸蝕刻工藝中形成自對(duì)準(zhǔn)接觸(SAC)。此外，間 隔物34A防止在后續(xù)第二作用柱與垂直柵極27A之間或在后續(xù)第二作用柱與字線32之間的橋接，且亦充當(dāng)使后續(xù)第二作用柱能夠在第一作用柱22上穩(wěn)定生長(zhǎng)的鈍化層。
圖5B是示出形成間隔物34A的狀態(tài)的平面圖。如自圖5B可見，間隔物34A形成 于字線32的側(cè)壁上。參看圖3J，在所得結(jié)構(gòu)上方形成第三層間介電層35，且形成接觸孔36以露出第一 作用柱22的表面。第三層間介電層35包括氧化物層。例如，第三層間介電層35可由例如 HDP氧化物、BPSG、S0D、TE0S、USG及ALD氧化物的氧化物形成。特別地，第三層間介電層35 由諸如SOD或BPSG的可流動(dòng)氧化物形成。參看圖3K，在露出于接觸孔36下方的第一作用柱22上形成第二作用柱37?？赏?過外延生長(zhǎng)工藝形成第二作用柱37。特別地，可通過選擇性外延生長(zhǎng)(SEG)工藝或固相外 延(SPE)工藝形成第二作用柱37。第二作用柱37可包括通過SEG工藝或SPE工藝形成的 硅外延層。第二作用柱37成為垂直晶體管的漏極區(qū)域。因而，考慮到溝道區(qū)域及漏極區(qū)域兩 者，該作用柱未一次形成，而是首先形成充當(dāng)溝道區(qū)域的第一作用柱22，接著形成將在后續(xù) 工藝中形成為漏極區(qū)域的第二作用柱37。通過分離地形成第一作用柱22與第二作用柱37， 可防止柱的崩陷，從而可獲得穩(wěn)定柱結(jié)構(gòu)。此外，由于僅在形成第一作用柱22時(shí)使用襯墊 層，故該襯墊層無需為厚的。因此，可進(jìn)一步防止該柱的崩陷。此外，由于在形成第二作用 柱37時(shí)未使用襯墊層，因此使襯墊層的損耗最小化。圖5C是示出形成第二作用柱37的狀態(tài)的平面圖。如自圖5C可見，第二作用柱37 形成于第一作用柱22上方。參看圖3L，在第二作用柱37上形成儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸38。該儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸38可包括 多晶硅層、氮化鈦層或鎢層。例如，儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸38可通過以所提及的次序堆疊多晶硅插 塞及阻擋物層或通過以所提及的次序堆疊阻擋物層及鎢插塞來形成。此外，儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接點(diǎn) 38可通過以所提及的次序堆疊鎢插塞及阻擋物層來形成。該阻擋物層可包括氮化鈦層。在第一實(shí)施例中，儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸38在接觸孔36在一次性接觸孔工藝中以第二作 用柱37部分地填充之后形成。然而，在另一實(shí)施例中，形成第二作用柱37以完全填充接觸 孔36，接著額外執(zhí)行儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸孔工藝以形成儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接點(diǎn)38。圖4為根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的橫截面圖。儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸可在形 成第二作用柱37A直至完全填充接觸孔之后形成。在以第二作用柱37A完全填充接觸孔的 狀況下，可通過CMP工藝使所得結(jié)構(gòu)的表面平坦化。參看圖4，形成第二作用柱37A以完全填充通過蝕刻第三層間介電層35而形成的 接觸孔，且形成第四層間介電層39。形成儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸孔以露出第二作用柱37A。形成儲(chǔ) 存節(jié)點(diǎn)接觸40以填充儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸孔。儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸40可由多晶硅、氮化鈦或鎢形成。例 如，儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸40可通過以所提及的次序堆疊多晶硅插塞及阻擋物層或通過以所提及 的次序堆疊阻擋物層及鎢插塞來形成。此外，儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸40可通過以所提及的次序堆疊 鎢插塞及阻擋物層來形成。該阻擋物層可包括氮化鈦層。在第二實(shí)施例中，分離地執(zhí)行用于形成第二作用柱37A的接觸孔工藝及用于形成 儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸40的儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸孔工藝。
圖6A至圖6D是示出用于制造根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的方法的橫 截面圖。該第三實(shí)施例為第一實(shí)施例的修改。如圖3A至圖3H中所示，執(zhí)行直至形成蝕刻阻擋物層41的制造工藝。參看圖6A，在所得結(jié)構(gòu)上方形成蝕刻阻擋物層41以對(duì)凹槽進(jìn)行間隙填充。形成蝕 刻阻擋物層41以用于在后續(xù)蝕刻工藝中達(dá)實(shí)現(xiàn)自對(duì)準(zhǔn)，且將氮化物層沉積至在約100人至 約300λ的范圍內(nèi)的厚度。 蝕刻阻擋物層41防止在后續(xù)第二作用柱與垂直柵極之間或在第二作用柱與字線 之間的橋接。參看圖6Β，在所得結(jié)構(gòu)上方形成第三層間介電層42，且形成接觸孔43以露出第一 作用柱22的表面。為形成接觸孔43，蝕刻第三層間介電層42以使得該蝕刻在蝕刻阻擋物 層41處終止，且繼續(xù)地，蝕刻該蝕刻阻擋物層41以露出第一作用柱22的表面。經(jīng)部分地 蝕刻的蝕刻阻擋物層41成為蝕刻阻擋物41Α。第三層間介電層42包括氧化物層。例如，第三層間介電層42可由例如HDP氧化 物、BPSG、SOD、TEOS, USG或ALD氧化物的氧化物形成。特別地，第三層間介電層42由諸如 SOD或BPSG的可流動(dòng)氧化物形成。參看圖6C，通過外延工藝在露出于接觸孔下方的第一作用柱22上形成第二作用 柱44?？赏ㄟ^SEG工藝或SPE工藝形成第二作用柱44。例如，第二作用柱44可包括通過 SEG工藝或SPE工藝形成的硅外延層。第二作用柱44成為垂直晶體管的漏極區(qū)域。因而，關(guān)于溝道區(qū)域及漏極區(qū)域兩 者，該作用柱未一次形成，而是首先形成充當(dāng)溝道區(qū)域的第一作用柱22，接著在后續(xù)工藝中 形成將形成為漏極區(qū)域的第二作用柱44。通過分離地形成第一作用柱22與第二作用柱44， 可防止柱的崩陷，從而可獲得穩(wěn)定柱結(jié)構(gòu)。此外，由于僅在形成第一作用柱22時(shí)使用襯墊 層，故該襯墊層無需為厚的。因此，可進(jìn)一步防止柱的崩陷。此外，由于在形成第二作用柱 44時(shí)未使用襯墊層，從而使襯墊層的損耗最小化。參看圖6D，在第二作用柱44上形成儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸45。該儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸45可包括 多晶硅層、氮化鈦層或鎢層。例如，儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸45可通過以所提及的次序堆疊多晶硅插 塞及阻擋物層或通過以所提及的次序堆疊阻擋物層及鎢插塞來形成。此外，儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接點(diǎn) 45可通過以所提及的次序堆疊鎢插塞及阻擋物層來形成。該阻擋物層可包括氮化鈦層。在第三實(shí)施例中，儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸45在一次性接觸孔工藝中以第二作用柱44部分 地填充接觸孔之后形成。然而，在另一實(shí)施例中，形成第二作用柱44直至完全填充接觸孔， 接著額外執(zhí)行儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸孔工藝以形成儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸。圖7為根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的橫截面圖。儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸47可 在形成第二作用柱44A直至完全填充接觸孔之后形成。在通過第二作用柱44A完全填充接 觸孔的狀況下，可通過CMP工藝使所得結(jié)構(gòu)的表面平坦化。參看圖7，形成第二作用柱44A以完全填充通過蝕刻第三層間介電層42而形成的 接觸孔，且形成第四層間介電層46。形成儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸孔以露出第二作用柱44A。形成儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸47以填充儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸孔。儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸47可通過以所提及 的次序堆疊多晶硅插塞及阻擋物層或通過以所提及的次序堆疊阻擋物層及鎢插塞來形成。 此外，儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸47可通過以所提及的次序堆疊鎢插塞及阻擋物層來形成。該阻擋物層可包括氮化鈦層。如以上所提及，在第四實(shí)施例中，分離地執(zhí)行用于形成第二作用柱44A的接觸孔工藝及用于形成儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸47的儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸孔工藝。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，由于分離地形成充當(dāng)垂直晶體管的溝道區(qū)域的第一作用柱 與充當(dāng)垂直晶體管的漏極區(qū)域的第二作用柱，故可防止柱的崩陷，從而獲得穩(wěn)定柱結(jié)構(gòu)。此外，由于僅在形成第一作用柱時(shí)使用襯墊層，因此該襯墊層無需為厚的，從而可 進(jìn)一步防止柱的崩陷。由于在形成第二作用柱時(shí)未使用襯墊層，從而使襯墊層的損耗最小 化。此外，由于在形成具有較小高度的第一作用柱之后形成垂直柵極，因此易于移除柵極導(dǎo) 電層而非溝道區(qū)域。此外，由于使用間隔物或蝕刻阻擋物層，故可防止由未對(duì)準(zhǔn)所引起的橋接。因此，即使作用柱的縱橫比增加，也可獲得穩(wěn)定柱結(jié)構(gòu)且可恒定地維持垂直柵極 的溝道長(zhǎng)度。此外，可減小位線及字線的電阻且可改良電阻的均勻性。雖然本發(fā)明已描述了特定實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，在不脫離如在以 下權(quán)利要求中所界定的本發(fā)明的精神及范疇的情況下可進(jìn)行各種改變及修改。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體裝置，其包含多個(gè)作用柱；圍繞所述作用柱的側(cè)壁的多個(gè)垂直柵極；具有其表面高于所述作用柱的露出側(cè)壁且將相鄰的所述垂直柵極連接在一起的多條字線；以及在所述垂直柵極上方且圍繞所述字線的所述露出側(cè)壁的多個(gè)間隔物。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述間隔物包含氮化物層。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其進(jìn)一步包含在所述作用柱之間埋入在基板內(nèi)且 由溝槽分離的多條埋入式位線。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其進(jìn)一步包含在所述埋入式位線上方的硅化物。
5.一種半導(dǎo)體裝置，其包含 多個(gè)第一作用柱；圍繞所述第一作用柱的側(cè)壁的多個(gè)垂直柵極；具有其表面高于所述第一作用柱的露出側(cè)壁且將相鄰的所述垂直柵極連接在一起的 多條字線；在所述垂直柵極上方且圍繞所述字線的所述露出側(cè)壁的多個(gè)間隔物；以及 形成于所述第一作用柱上方的多個(gè)第二作用柱。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述第二作用柱包含外延層。
7.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述間隔物包含氮化物層。
8.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其進(jìn)一步包含在所述第一作用柱之間埋入在基板 內(nèi)且由溝槽分離的多條埋入式位線。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置，其進(jìn)一步包含在所述埋入式位線上方的硅化物。
10.一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，所述方法包含 蝕刻基板以形成多個(gè)第一作用柱；形成圍繞所述第一作用柱的側(cè)壁的多個(gè)柵極導(dǎo)電層； 形成埋入于所述柵極導(dǎo)電層之間以連接相鄰的所述柵極導(dǎo)電層的多條字線； 通過蝕刻所述柵極導(dǎo)電層的上部部分以部分地露出所述字線的側(cè)壁而形成多個(gè)垂直 柵極；以及在所述第一作用柱上方生長(zhǎng)多個(gè)第二作用柱。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其進(jìn)一步包含在形成所述第二作用柱之前，形成在所 述垂直柵極上方且圍繞所述字線的所述露出側(cè)壁的多個(gè)間隔物。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中通過沉積氮化物層且回蝕所述所沉積的氮化物層 而形成所述間隔物。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述第二作用柱通過外延生長(zhǎng)工藝來形成。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中生長(zhǎng)所述多個(gè)第二作用柱包含 在包括所述間隔物的所得結(jié)構(gòu)上方形成層間介電層；通過蝕刻所述層間介電層而形成露出所述第一作用柱的表面的多個(gè)接觸孔以使得所 述接觸孔在所述間隔物中自對(duì)準(zhǔn)；以及通過外延生長(zhǎng)工藝在所述接觸孔內(nèi)形成所述第二作用柱。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中使用選擇性外延生長(zhǎng)(SEG)工藝或固相外延 (SPE)工藝來執(zhí)行所述外延生長(zhǎng)工藝。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述垂直柵極通過干蝕刻或濕蝕刻所述柵極導(dǎo)電 層以使得所述垂直柵極低于所述第一作用柱的表面而形成。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其進(jìn)一步包含，在形成所述柵極導(dǎo)電層之前 形成覆蓋所述第一作用柱的所述側(cè)壁的犧牲間隔物；通過摻雜離子注入在所述基板內(nèi)形成埋入式位線；以及 移除所述犧牲間隔物。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其進(jìn)一步包含在所述埋入式位線上方形成硅化物。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其進(jìn)一步包含，在形成所述多條字線之前，形成溝槽以 分離所述埋入式位線。
20.一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，所述方法包含通過將襯墊層用作蝕刻阻擋物而蝕刻基板來形成多個(gè)第一作用柱； 形成圍繞所述第一作用柱及所述襯墊層的側(cè)壁的多個(gè)柵極導(dǎo)電層； 形成埋入于所述柵極導(dǎo)電層之間以連接相鄰的所述柵極導(dǎo)電層的多條字線； 移除所述襯墊層；通過蝕刻所述柵極導(dǎo)電層的上部部分以部分地露出所述字線的側(cè)壁而形成多個(gè)垂直 柵極；形成在所述垂直柵極上方圍繞所述字線的露出側(cè)壁的多個(gè)間隔物；以及 在所述第一作用柱上方形成多個(gè)第二作用柱。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中使用外延生長(zhǎng)工藝形成所述第二作用柱。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中形成所述多個(gè)第二作用柱包含 在包括所述間隔物的所得結(jié)構(gòu)上方形成層間介電層；通過蝕刻所述層間介電層而形成露出所述第一作用柱的表面的多個(gè)接觸孔以使得所 述接觸孔在所述間隔物中對(duì)準(zhǔn)；以及通過外延生長(zhǎng)工藝在所述接觸孔內(nèi)形成所述第二作用柱。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中使用選擇性外延生長(zhǎng)(SEG)工藝或固相外延 (SPE)工藝來執(zhí)行所述外延生長(zhǎng)工藝。
24.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述垂直柵極通過干蝕刻或濕蝕刻所述柵極導(dǎo)電 層以使得所述垂直柵極低于所述第一作用柱的表面而形成。
25.如權(quán)利要求20所述的方法，其進(jìn)一步包含，在形成所述柵極導(dǎo)電層之前 形成覆蓋所述第一作用柱的所述側(cè)壁的犧牲間隔物；通過摻雜離子注入在所述基板內(nèi)形成埋入式位線；以及 移除所述犧牲間隔物。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其進(jìn)一步包含在所述埋入式位線上方形成硅化物。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其進(jìn)一步包含，在形成所述多條字線之前，形成溝槽以 分離所述埋入式位線。
28.一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，所述方法包含通過將襯墊層用作蝕刻阻擋物而蝕刻基板來形成多個(gè)第一作用柱；形成圍繞所述第一作用柱及所述襯墊層的側(cè)壁的多個(gè)柵極導(dǎo)電層； 形成埋入于所述柵極導(dǎo)電層之間以連接相鄰的所述柵極導(dǎo)電層的多條字線； 移除所述襯墊層；通過蝕刻所述柵極導(dǎo)電層的上部部分以部分地露出所述字線的側(cè)壁而形成多個(gè)垂直 柵極；在包括所述垂直柵極的所得結(jié)構(gòu)上形成蝕刻阻擋物層； 在所述蝕刻阻擋物層上方形成層間介電層；通過蝕刻所述層間介電層而形成多個(gè)接觸孔，其中所述蝕刻在所述蝕刻阻擋物層處終止；蝕刻所述接觸孔下方的所述蝕刻阻擋物層以露出所述第一作用柱的表面；以及 在所述露出的第一作用柱上方形成多個(gè)第二作用柱。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述第二作用柱通過外延生長(zhǎng)工藝而形成。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中使用選擇性外延生長(zhǎng)(SEG)工藝或固相外延 (SPE)工藝來執(zhí)行所述外延生長(zhǎng)工藝。
31.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述垂直柵極通過干蝕刻或濕蝕刻所述柵極導(dǎo)電 層以使得所述垂直柵極低于所述第一作用柱的表面而形成。
32.如權(quán)利要求28所述的方法，其進(jìn)一步包含，在形成所述柵極導(dǎo)電層之前 形成覆蓋所述第一作用柱的所述側(cè)壁的犧牲間隔物；通過摻雜離子注入在所述基板內(nèi)形成埋入式位線；及 移除所述犧牲間隔物。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其進(jìn)一步包含在所述埋入式位線上方形成硅化物。
34.如權(quán)利要求32所述的方法，其進(jìn)一步包含，在形成所述多條字線之前，形成溝槽以 分離所述埋入式位線。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有垂直晶體管的半導(dǎo)體裝置，其包括多個(gè)作用柱；圍繞該作用柱的側(cè)壁的多個(gè)垂直柵極；具有表面高于該作用柱的露出側(cè)壁且將相鄰的垂直柵極連接在一起的多條字線；及在垂直柵極上方圍繞該字線的該露出側(cè)壁的多個(gè)間隔物。
文檔編號(hào)H01L27/108GK101847637SQ200910175779
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2009年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月23日
發(fā)明者辛鐘漢 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司