專利名稱：具有埋入式結(jié)的垂直晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的示范性實(shí)施例涉及半導(dǎo)體裝置，尤其是涉及通過混合摻雜而具有埋入式結(jié)的垂直晶體管及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體裝置的集成度增加，而加強(qiáng)將大量的如晶體管的單元裝置集成在有限的基板面積內(nèi)。具有平面結(jié)構(gòu)的MOSFET裝置及平面型晶體管包括位于基板表面上的晶體管柵極的任一側(cè)的結(jié)，由此形成水平溝道。為了在基板的有限面積內(nèi)集成大量的晶體管，便需縮減每個(gè)晶體管的溝道長度。然而，在水平方向上縮減晶體管溝道長度會(huì)遇到許多因漏電流、短溝道效應(yīng)、及導(dǎo)通電流減少等的相反的物理限制所造成的困難。在水平方向上縮小平面結(jié)構(gòu)的能力接近它的極限。因此，已提出一種垂直晶體管結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)使用的有源區(qū)垂直地突起，而與水平地突起的平面結(jié)構(gòu)的情況不同。在垂直晶體管結(jié)構(gòu)中，應(yīng)將數(shù)個(gè)結(jié)形成在設(shè)于垂直方向上的溝道的上方及下方。 然而，由于與晶體管的垂直結(jié)構(gòu)相關(guān)的幾何因素，在溝道下方形成埋入式結(jié)有技術(shù)上的困難。埋入式結(jié)與和交疊垂直柵極的溝道區(qū)之間的距離可根據(jù)垂直方向上埋入式結(jié)的形成位置及結(jié)的擴(kuò)散深度而變動(dòng)。這種距離上的變動(dòng)可能影響溝道的閾值電壓vt。當(dāng)結(jié)的擴(kuò)散深度不足時(shí)，溝道與埋入式結(jié)之間的距離可能增加，由此增加溝道的閾值電壓vt。因此，結(jié)相對(duì)于溝道區(qū)域的位置及結(jié)的擴(kuò)散分布需予以精準(zhǔn)地控制。再者，當(dāng)結(jié)的摻雜劑濃度低時(shí)，接觸結(jié)的互連件的接觸電阻可能增加。

發(fā)明內(nèi)容
在一實(shí)施例中，一種制造垂直晶體管的結(jié)的方法包括在半導(dǎo)體基板中形成溝槽， 由此形成第一壁體及第二壁體。溝槽具有數(shù)個(gè)包括第二壁體的第一側(cè)面及第一壁體的第二側(cè)面的側(cè)壁?？尚纬删哂虚_口的單側(cè)接觸掩模，開口選擇性地只露出第二壁體的第一側(cè)面的一部分?？赏ㄟ^將具有不同擴(kuò)散率的雜質(zhì)擴(kuò)散至第一側(cè)面的由開口所露出的部分，在第二壁體形成第一雜質(zhì)層及形成圍繞第一雜質(zhì)層的第二雜質(zhì)層。在另一實(shí)施例中，一種形成垂直晶體管的結(jié)的方法包括從半導(dǎo)體基板形成第一壁體及第二壁體，其中每個(gè)壁體具有第一側(cè)面及對(duì)面的第二側(cè)面。將第一雜質(zhì)層及濃度比第一雜質(zhì)層還低的第二雜質(zhì)層形成在壁體的第一側(cè)面的一部分而使第二雜質(zhì)層圍繞第一雜質(zhì)層。在另一實(shí)施例中，一種制造垂直晶體管的方法包括從半導(dǎo)體基板形成垂直隆起的第一壁體及第二壁體。每個(gè)壁體具有第一側(cè)面及對(duì)面的第二側(cè)面，其中第一壁體及第二壁體被第一溝槽分開。形成具有開口的單側(cè)接觸掩模，開口選擇性地露出第二壁體的第一側(cè)面的一部分。通過將具有不同擴(kuò)散率的第一雜質(zhì)及第二雜質(zhì)擴(kuò)散至第一側(cè)面的由開口所露出的部分，形成包括第一雜質(zhì)層及圍繞第一雜質(zhì)層的第二雜質(zhì)層的埋入式結(jié)。將埋入式位線形成在壁體之間，其中經(jīng)由單側(cè)接觸掩模的開口將埋入式位線電性耦合至埋入式結(jié)。在另一實(shí)施例中，一種垂直晶體管包括多個(gè)從半導(dǎo)體基板突起的有源柱且每個(gè)有源柱具有第一側(cè)面及對(duì)面的第二側(cè)面。實(shí)施例亦可具有單側(cè)接觸掩模，單側(cè)接觸掩模具有開口，開口選擇性地露出有源柱的第一側(cè)面的下部。垂直晶體管中的埋入式結(jié)可包括第一雜質(zhì)層及圍繞第一雜質(zhì)層的第二雜質(zhì)層，其中第一雜質(zhì)及第二雜質(zhì)層通過將具有不同擴(kuò)散率的雜質(zhì)擴(kuò)散至第一側(cè)面的由開口所露出的部分來形成。埋在有源柱之間的埋入式位線可透過單側(cè)接觸掩模的開口而接觸埋入式結(jié)。雜質(zhì)可包括砷(As)及磷(P)，可將第一雜質(zhì)層形成為包括As，且可將第二雜質(zhì)層形成為包括P，其中As與P的擴(kuò)散率可以是不同的。


結(jié)合附圖，以上和其他方面、特征以及優(yōu)點(diǎn)將由以下的詳細(xì)描述而變得更加清楚， 在附圖中圖1至16示出本發(fā)明的實(shí)施例的具有埋入式結(jié)的垂直晶體管及其制造方法的圖；圖17至19說明本發(fā)明的實(shí)施例的具有埋入式結(jié)的垂直晶體管及其制造方法的效果的圖；圖20至沈示出將制造本發(fā)明的實(shí)施例的具有埋入式結(jié)的垂直晶體管的方法的變型的圖；及圖27示出使用金屬層形成位線的圖。
具體實(shí)施例方式參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，實(shí)施例的目的只是用于說明而非用于限制本發(fā)明的范圍。參照?qǐng)D1，將蝕刻掩模200形成在如硅基板的半導(dǎo)體基板100上。在DRAM裝置的情況下，可將蝕刻掩模200形成為在位線方向上延伸的線狀?？稍谟糜谛纬啥x出數(shù)個(gè)有源區(qū)101的第一溝槽110的蝕刻工藝中使用蝕刻掩模200。蝕刻掩模200可包括絕緣材料， 例如對(duì)半導(dǎo)體基板100中的硅具有蝕刻選擇性的氮化硅(Si3N4)。參照?qǐng)D2，將半導(dǎo)體基板100的由第一掩模圖案200所露出的部分選擇性地蝕刻而在第一溝槽110的任一側(cè)上形成帶有數(shù)個(gè)壁體111的第一溝槽110。每個(gè)壁體111可包括有源區(qū)101和第一側(cè)面113及第二側(cè)面115。包括有源區(qū)101的壁體111在與基板100的表面垂直的方向上。形成第一襯里310以覆蓋數(shù)個(gè)壁體111的側(cè)面113及115和第一溝槽110的底面。 導(dǎo)入第一襯里310以在溝槽110中形成單側(cè)接觸掩模，該單側(cè)接觸掩模在后續(xù)工藝中選擇性地打開第一側(cè)面113的下部。當(dāng)予以導(dǎo)入而形成DRAM裝置的存儲(chǔ)器單元時(shí)，將本發(fā)明的實(shí)施例的垂直晶體管被配置成包括在有源區(qū)101的一側(cè)上的柵極、設(shè)在有源區(qū)101下方的埋入式結(jié)(例如，漏極)、及在有源區(qū)101的上端部的對(duì)應(yīng)上結(jié)(例如，源極)?？蓪⒙袢胧浇Y(jié)設(shè)置成與埋入式位線(未顯示于圖2)接觸且耦合，該埋入式位線被埋在第一溝槽110的底部。透過單側(cè)接觸來連接至埋入式位線，該單側(cè)接觸只在第一側(cè)面113處與埋入式結(jié)接
8觸。為了實(shí)現(xiàn)這種單側(cè)接觸，需要只在第一側(cè)面113的一部分上具有開口的單側(cè)接觸掩模?？衫贸练e或熱氧化例如氧化硅(SiO2)的層來形成第一襯里310。第一襯里310 可作為將有源區(qū)101與埋入式位線隔離及絕緣用的層，該埋入式位線形成為填入第一溝槽 110的底部。將埋藏層330形成為填入第一襯里310上方的第一溝槽110?？衫贸练e例如對(duì)第一襯里310具有蝕刻選擇性的多晶硅層的材料層來形成埋藏層330。參照?qǐng)D3，實(shí)施第一凹陷工藝來使埋藏層330凹陷而使凹陷的埋藏層位于第一溝槽110的底部。實(shí)施第一凹陷工藝以便凹陷的埋藏層331的上表面位于距第一溝槽110 底部第一深度Dl處?？筛鶕?jù)將被形成在有源區(qū)101的埋入式結(jié)(例如，漏極)的布置 (placement)來改變第一深度D1。當(dāng)利用第一凹陷工藝來使埋藏層330凹陷時(shí)，亦可使第一襯里310凹陷。因?yàn)槁癫貙?30可能對(duì)第一襯里310具有蝕刻選擇性，因此可能需要實(shí)施另外的工藝來選擇性地蝕刻第一襯里310的由第一凹陷工藝所露出的部分。據(jù)此，第一襯里的未凹陷的部分311保留在凹陷的埋藏層331與有源區(qū)101之間。 參照?qǐng)D4，將第二襯里350形成在已通過使第一襯里310的數(shù)個(gè)部分凹陷所露出的有源區(qū)101的側(cè)壁113及115。將每個(gè)第二襯里350形成在有源區(qū)101的側(cè)壁(113或115) 以使端部連接至對(duì)應(yīng)的第一襯里311的端部?？赏ㄟ^沉積對(duì)第一襯里311具有蝕刻選擇性的例如氮化硅的材料，然后通過非等向性蝕刻經(jīng)沉積的材料來將第二襯里350形成為間隔物形狀(spacer shape)。用于形成第二襯里350的間隔物形狀的非等向性蝕刻可部分地露出埋藏層331，如圖5所示。間隔物形狀可指被分開一間隔的兩個(gè)表面。參照?qǐng)D5，利用第二凹陷工藝，使如圖4所示的在第一溝槽110中具有第一深度Dl 的埋藏層331進(jìn)一步凹陷至第二深度D2?？蓪⒋诉M(jìn)一步凹陷的埋藏層稱為埋藏層332。據(jù)此，因使埋藏層331進(jìn)一步凹陷而形成埋藏層332引起的第一襯里311的部分G在第一溝槽110中露出。第一襯里311的露出的部分G可被改變而對(duì)應(yīng)于將在后續(xù)的工藝中被單側(cè)蝕刻(one-side etched)的部分以露出有源區(qū)101的用于形成埋入式結(jié)(例如，漏極)的部分。因此，可考慮與垂直晶體管的漏極對(duì)應(yīng)的結(jié)的寬度來設(shè)定第一襯里311的露出的部分G。第一襯里311、第二襯里350、及埋藏層332作為掩模，利用該掩模設(shè)定有源區(qū)101的形成埋入式結(jié)的部分。即，掩模包括覆蓋有源區(qū)101的下側(cè)壁的一部分的第一襯里311， 作為第一部分；到第二深度D2的埋藏層332，作為第二部分；及覆蓋有源區(qū)101的未被第一部分覆蓋的上側(cè)壁的第二襯里350，作為第三部分。參照?qǐng)D6，形成第三襯里370以覆蓋第二襯里350及第一襯里311的露出的部分 G。導(dǎo)入第三襯里370以便蝕刻溝槽110中的彼此面對(duì)的第一側(cè)壁113及第二側(cè)壁115其中之一。可將此稱為“單側(cè)蝕刻”(one-side etching)且可用于稍后選擇性地將第一襯里 311的露出的部分G露出。若第一側(cè)壁113將被單側(cè)蝕刻，則第二襯里350需被保留作為覆蓋有源區(qū)101的第二側(cè)壁115的掩模，且可使用對(duì)第二襯里350具有蝕刻選擇性的例如氮化鈦(TiN)的材料來形成第三襯里370?？沙练eTiN層并予以非等向性蝕刻而將第三襯里 370形成為間隔物形狀。可實(shí)施非等向性蝕刻以便露出埋藏層332的上表面。接著，形成犧牲層390填入第一溝槽110以覆蓋第三襯里370及埋藏層332。犧牲層390作為用于單側(cè)蝕刻工藝的掩模，在該單側(cè)蝕刻工藝中，只有第一溝槽110中的側(cè)壁 113及115上的第三襯里370之一的部分被選擇并蝕刻。即，犧牲層390作為用于防止未被選擇的第三襯里370被蝕刻的掩模。因此，可利用沉積對(duì)第三襯里370具有蝕刻選擇性的例如氧化硅(SiO2)的材料來形成犧牲層390，并接著將沉積的材料回蝕或拋光?？衫没瘜W(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝來實(shí)施沉積的材料的拋光。利用在犧牲層390上實(shí)施CMP工藝，可將蝕刻掩模200的上表面露出。參照?qǐng)D7，使?fàn)奚鼘?90及第三襯里370凹陷至預(yù)定深度，由此形成第二溝槽117。 因此，在第二溝槽117中只有第二襯里350在每個(gè)側(cè)壁113或115上。在第二溝槽117的底部上，只有凹陷的第三襯里370的上表面及凹陷的犧牲層390的上表面被露出。參照?qǐng)D8，將具有第一部分401及第二部分402的蝕刻阻擋層400形成在第二溝槽 117上。第一部分401包括第一角部411，且第二部分402包括第二角部412。使用蝕刻阻擋層400形成用于將單側(cè)接觸掩模圖案化的蝕刻阻擋，該單側(cè)接觸掩模選擇并露出第二溝槽117中的角部411及412的其中之一?？衫贸练e例如多晶硅層來形成這樣的蝕刻阻擋層 400。在形成蝕刻阻擋層400后，實(shí)施傾斜離子注入410以將雜質(zhì)離子注入蝕刻阻擋層 400的具有第二角部412的第二部分402。以傾角(例如，對(duì)與半導(dǎo)體基板100垂直的方向傾斜10及20度的傾角)注入兩次雜質(zhì)離子的方式實(shí)施傾斜離子注入410，因?yàn)樵搩A角，雜質(zhì)離子不會(huì)被注入蝕刻阻擋層的第一部分401，該蝕刻阻擋層的第一部分401受到由壁體 111及蝕刻掩模200所造成的陰影效應(yīng)(shadow effect)保護(hù)，而是雜質(zhì)離子選擇性地只被注入未受到壁體111的陰影效應(yīng)保護(hù)的第二部分402。雜質(zhì)離子可為例如硼(B)、砷(As)、 或磷⑵的材料。由于雜質(zhì)離子被部分注入由多晶硅形成的蝕刻阻擋層400的第二部分402，所以第二部分402的蝕刻速率(etch rate)可比沒有雜質(zhì)離子注入的第一部分401的蝕刻速率低。透過如硼(B)的雜質(zhì)的離子注入，可增加第一部分與第二部分之間的蝕刻選擇性。據(jù)此，可在同一多晶硅層中選擇性地形成數(shù)個(gè)具有不同蝕刻選擇性的部分?？衫米⑷氩煌N類的雜質(zhì)離子或不同量的雜質(zhì)離子來相對(duì)地增加被注入雜質(zhì)離子的部分的蝕刻速率，而可在后續(xù)的工藝中選擇性地蝕刻這些部分。在本發(fā)明的實(shí)施例中，可利用注入B來相對(duì)地減少第二部分402的蝕刻速率，而使注入B的部分可在后續(xù)的蝕刻工藝中保留下來。參照?qǐng)D9，將蝕刻阻擋層400選擇性地蝕刻以選擇性地移除第一部分401，該第一部分401為雜質(zhì)離子未被注入的未摻雜的多晶硅層。據(jù)此，只有蝕刻阻擋層400的第二部分402可保留下來。從這時(shí)候開始，亦可將第二部分402稱為蝕刻阻擋402。可利用使用包括例如氨及/或氫氧化胺(NH4OH)的濕式蝕刻劑的濕式蝕刻工藝來實(shí)施蝕刻工藝。可利用帶有注入的雜質(zhì)離子的第二部分402與沒有注入的雜質(zhì)離子的第一部分401之間的蝕刻速率差來選擇性地移除第一部分401，由此留下選擇性地將第二溝槽117的第一角部411露出的蝕刻阻擋402。使用蝕刻阻擋402作為蝕刻掩模，將第三襯里370的露出部分選擇性地蝕刻及移除。蝕刻阻擋402在壁體111的第一側(cè)面113處選擇性地只露出第三襯里370，且在對(duì)面?zhèn)鹊牡诙?cè)面115處遮蔽第三襯里370。因此，只有在第一側(cè)面113的第三襯里370被單側(cè)蝕亥IJ。據(jù)此，在第二溝槽117中形成開路(open path) 371，而將第一襯里311的部分G露出于開路371的底部。參照?qǐng)D10，移除第一襯里311的露出部分G以形成開口 410，該開口 410露出有源區(qū)101的將形成埋入式結(jié)的部分?？衫梦g刻工藝透過開路371來實(shí)施移除第一襯里311的露出的部分G的工藝。然而，因?yàn)闋奚鼘?90可以由與第一襯里311實(shí)質(zhì)相同的材料(例如，氧化硅)形成(圖9)，因此第一襯里311的露出的部分G可連同犧牲層390被蝕刻及移除。據(jù)此，依此方式形成開口 410以便打開有源區(qū)101的將形成埋入式結(jié)的部分。參照?qǐng)D11，將對(duì)犧牲層390(圖9)具有蝕刻選擇性因而當(dāng)移除犧牲層390時(shí)會(huì)保留在對(duì)面?zhèn)缺诘牡谌r里370(圖10)選擇性地移除，而露出第二襯里350。將埋藏層 332(圖10)選擇性地移除。據(jù)此，將具有開口 410的單側(cè)接觸掩模形成在第一側(cè)面113。開口 410位于壁體111的有源區(qū)101的下部，且在考慮將形成埋入式位線的位置，與第一溝槽 110的底部間隔一預(yù)定的距離。如上述參照?qǐng)D1至11，以使壁體111的單側(cè)面具有露出第一側(cè)面113的一部分的開口 410的方式形成單側(cè)接觸掩模。接著，將被用作為垂直晶體管的漏極的埋入式結(jié)透過開口 410形成。當(dāng)形成單側(cè)接觸掩模時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例可使用如圖9所示的蝕刻掩模402來實(shí)施傾斜離子注入。然而不限于此，可應(yīng)用各種其他方法來形成如圖11所示的露出第一側(cè)面113的一部分的開口 410。利用摻雜雜質(zhì)來形成埋入式結(jié)，且為了減少埋入式位線的與埋入式結(jié)接觸的接觸電阻，高摻雜濃度可能是期望的。然而，埋入式結(jié)必須具有一種擴(kuò)散分布將埋入式結(jié)擴(kuò)散至可使埋入式結(jié)適合作為漏極工作的深度(或距離)。為了確保埋入式結(jié)所需的擴(kuò)散分布及期望的雜質(zhì)濃度，執(zhí)行摻雜數(shù)個(gè)具有不同擴(kuò)散率的雜質(zhì)的方法。參照?qǐng)D12，將具有不同擴(kuò)散率的雜質(zhì)透過單側(cè)接觸掩模的開口 410擴(kuò)散至壁體 111的第一側(cè)面113的露出的部分，由此形成包括第一雜質(zhì)層及圍繞第一雜質(zhì)層的第二雜質(zhì)層的埋入式結(jié)。當(dāng)摻雜數(shù)個(gè)具有不同擴(kuò)散率的雜質(zhì)時(shí)，數(shù)個(gè)雜質(zhì)可根據(jù)擴(kuò)散率的等級(jí)而被擴(kuò)散至有源區(qū)101中不同的深度或距離。因此，可利用通過擴(kuò)散具有相對(duì)低的擴(kuò)散率的雜質(zhì)所形成的第一雜質(zhì)層、及通過擴(kuò)散具有相對(duì)高的擴(kuò)散率的雜質(zhì)所形成的能擴(kuò)散得較深的第二雜質(zhì)層來實(shí)現(xiàn)埋入式結(jié)。可利用以相對(duì)高的濃度摻雜第一雜質(zhì)(例如，砷(As))來形成第一雜質(zhì)層，及可利用以相對(duì)低的濃度摻雜第二雜質(zhì)(例如，磷(P))來形成第二雜質(zhì)層。當(dāng)依此方式形成埋入式結(jié)而包括具有不同擴(kuò)散率的不同雜質(zhì)的第一雜質(zhì)層及第二雜質(zhì)層時(shí)，可透過開口 410在將被形成的埋入式位線與埋入式結(jié)之間的接觸界面處形成歐姆接觸。因此，可實(shí)現(xiàn)接觸電阻的減少。再者，當(dāng)利用以低濃度將P擴(kuò)散至較深的深度來形成第二雜質(zhì)層時(shí)，可實(shí)現(xiàn)期望的擴(kuò)散深度。據(jù)此，可將埋入式結(jié)的擴(kuò)散分布延伸至期望的深度，且可將在埋入式結(jié)與埋入式位線之間的接觸部分的雜質(zhì)濃度維持為高值。利用摻雜數(shù)個(gè)具有不同擴(kuò)散率的雜質(zhì)來形成第一雜質(zhì)層及第二雜質(zhì)層的方法可包括下面工藝導(dǎo)入摻雜介質(zhì)層500 ；將雜質(zhì)摻雜至摻雜介質(zhì)層500 ；及透過熱處理來將雜質(zhì)擴(kuò)散。例如，沉積多晶硅層以填入第一溝槽110。一起提供膦(PH3)及用于多晶硅層的硅源氣體(例如，硅烷(SiH4))而沉積摻雜有P的多晶硅層。在400°C至600°C的溫度范圍、 0. 3至2Torr的沉積腔壓強(qiáng)條件下實(shí)施沉積。利用干式蝕刻來將沉積的多晶硅層回蝕至開口 410的上部以形成摻雜介質(zhì)層 500，其透過開口 410接觸第一側(cè)面113的露出的表面。在形成摻雜P作為第二雜質(zhì)的摻雜介質(zhì)層500后，將As當(dāng)作第一雜質(zhì)子注入摻雜介質(zhì)層500?？紤]到離子注入As的穿透深度(penetration cbpth)，可以如下的方式回蝕多晶硅層離子注入多晶硅層的As在與開口 410相等的高度處的濃度大致上趨近最大值。透過As的離子注入，將P及As —起摻雜在摻雜介質(zhì)層500中。因?yàn)镻具有相對(duì)高的擴(kuò)散率，因此P的擴(kuò)散深度可能深到不期望的程度。為了防止P被擴(kuò)散得太深，可利用將碳(C)摻雜至摻雜介質(zhì)層500來控制P的擴(kuò)散率。因此，C可穿透或擴(kuò)散至硅(Si)晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部中P將會(huì)擴(kuò)散或穿透的位置，由此妨礙P的擴(kuò)散。據(jù)此， 可控制P的擴(kuò)散率或擴(kuò)散距離?？衫秒x子注入來將C注入至摻雜介質(zhì)層500。參照?qǐng)D13，實(shí)施熱處理，使得在摻雜介質(zhì)層500內(nèi)的P及As透過開口 410擴(kuò)散至第一側(cè)面113內(nèi)部的有源區(qū)101。這樣的熱處理可利用可在短時(shí)間內(nèi)施加高溫?zé)崃康目焖贌嵬嘶?RTA)工藝來實(shí)施，且可在例如800至1100°C的溫度范圍實(shí)施?？赏ㄟ^使用例如氮?dú)?(N2)環(huán)境來實(shí)施RTA工藝?；蛘呤牵墒褂美缭谘醐h(huán)境中的氧(O2)退火實(shí)施RTA工藝。當(dāng)使用氮?dú)饣蜓鯕猸h(huán)境時(shí)，由形成在摻雜介質(zhì)層500上的氧化物層所造成的氧鈍化(oxygen passivation)，可抑制雜質(zhì)摻雜劑被浪費(fèi)至外部。在此情況下，可將雜質(zhì)摻雜劑更有效地?cái)U(kuò)散。因?yàn)榈谝浑s質(zhì)As具有遠(yuǎn)低于第二雜質(zhì)P的擴(kuò)散率，因此在橫向方向上在有源區(qū) 101中的As的擴(kuò)散深度相對(duì)低于在同方向上的P的擴(kuò)散深度。因此，有源區(qū)101的擴(kuò)散有 As的部分形成第一雜質(zhì)層511。因?yàn)镻具有比As高的擴(kuò)散率，因此可使P在橫向方向上在有源區(qū)101內(nèi)部擴(kuò)散至比As還大的深度，由此提供形成圍繞第一雜質(zhì)層511的第二雜質(zhì)層 513的擴(kuò)散分布。因此，將埋入式結(jié)510形成為包括第一雜質(zhì)層511的As擴(kuò)散分布、及圍繞第一雜質(zhì)層511的第二雜質(zhì)層513的P擴(kuò)散分布。參照?qǐng)D14，選擇性地移除摻雜介質(zhì)層500(圖13)，而將位線導(dǎo)電層(例如氮化鈦 (TiN)的金屬層620)沉積在第一溝槽110。金屬層620可包括TiN層或鎢(W)層。在金屬層620與埋入式結(jié)510之間的界面，當(dāng)金屬層620由W形成時(shí)可導(dǎo)入如TiSix的硅化物層或包括Ti及TiN的化合物層作為界面層610。包括界面層610及金屬層620的埋入式位線600透過開口 410接觸埋入式結(jié)510。據(jù)此，將單側(cè)接觸形成為只接觸有源區(qū)101的側(cè)壁 113而非側(cè)壁115。參照?qǐng)D15，在形成位線600后，將用于將埋入式位線600絕緣的第一絕緣層710形成在第一溝槽110。第一絕緣層710可包括例如氮化硅(Si3N4)15在第一絕緣層710上，形成第二絕緣層720而填入第一溝槽110?？赏ㄟ^施加例如旋轉(zhuǎn)涂布的介電材料(SOD)(如聚硅氮烷(polysilazane))且透過熱處理將SOD致密化來形成第二絕緣層720?？蛇M(jìn)一步將高密度等離子體(HDP)氧化物層形成在SOD層上而作為用來將SOD層固定的層。S卩，可將第二絕緣層720形成為包括SOD層及HDP氧化物層的雙層。形成第三溝槽116作為將包括有源區(qū)101的壁體111分隔成數(shù)個(gè)單位單元(unit cell)的分隔溝槽以形成數(shù)個(gè)有源柱112。參照?qǐng)D16，將第三溝槽116形成為與埋入式位線600相交(cross)，且形成為露出有源柱112的第三側(cè)面119，在有源柱112的第三側(cè)面119上將形成用來作為字線的柵極 750。為了不讓埋入式位線600露出，第一絕緣層710或第二絕緣層720可部分地保留在第三溝槽116的底部上。將由第三溝槽116所露出的有源柱112的第三側(cè)面119形成為具有與第一側(cè)面 113及第二側(cè)面115交叉(intersecting)的平面。在第三側(cè)面119上，例如通過實(shí)施熱氧化或類似方法來形成柵極介電層751。在柵極介電層751上，形成用來作為字線的柵極750。將柵極750形成為附著至柵極介電層751，且可包括如W層的金屬層?？蓪⒁粚映练e在第三溝槽116中并接著可實(shí)施非等向性蝕刻工藝來在每個(gè)隔著第三溝槽116彼此面對(duì)的第三側(cè)面119上形成個(gè)別的柵極750。據(jù)此，可將每個(gè)有源柱112附著至數(shù)個(gè)柵極750當(dāng)中的一個(gè)。在W層與柵極介電層 751之間的界面，可導(dǎo)入Ti/TiN層作為粘接層。將柵極750形成為在與埋入式位線600交叉的方向上延伸。在沉積用于柵極750的層并使它凹陷以露出有源柱112的上端部的側(cè)面后，可將具有與第一雜質(zhì)及第二雜質(zhì)相同導(dǎo)電率的雜質(zhì)，例如P，摻雜至有源柱112的上端部，由此形成可作為源極端子(source terminal)的上結(jié)550。如此一來，可形成垂直晶體管，且將數(shù)個(gè)電容器集成而耦合至上結(jié)550，由此形成DRAM存儲(chǔ)器單元。在本發(fā)明的實(shí)施例的垂直晶體管中，通過使用As及P作為具有不同擴(kuò)散率的雜質(zhì)的混合摻雜法(hybrid doping method)來形成埋入式結(jié)510。因此，利用減少對(duì)埋入式結(jié)的接觸電阻，可將結(jié)擴(kuò)散分布形成為理想的形狀。參照?qǐng)D17，在包括有源區(qū)101的壁體111、或通過分隔壁體111所形成的有源柱 112的下部形成埋入式結(jié)510作為單側(cè)接觸(OSC，one side contact)。埋入式結(jié)510包括 擴(kuò)散有擴(kuò)散率低的As的第一雜質(zhì)層511、及擴(kuò)散有擴(kuò)散率相對(duì)高的P的第二雜質(zhì)層513。因?yàn)榈谝浑s質(zhì)層511中的As具有低擴(kuò)散率，因此第一雜質(zhì)層511的擴(kuò)散分布不會(huì)在橫向方向上大幅延伸，而是即使以高濃度摻雜As，仍可受到限制而更在OSC的第一側(cè)面113附近。換言之，可抑制第一雜質(zhì)層511的擴(kuò)散分布在橫向方向上大幅延伸，并可增加第一雜質(zhì)層511 內(nèi)的As濃度。因?yàn)閷⒌谝浑s質(zhì)層511設(shè)置為與第一側(cè)面113的露出于開口 410的表面層相鄰，因此將透過開口 410接觸的埋入式位線600電性連接至第一雜質(zhì)層511?？尚纬蓺W姆接觸來減少埋入式位線600(圖16)的接觸電阻。為了形成歐姆接觸， 可將第一雜質(zhì)層511的濃度設(shè)為高值。然而，當(dāng)將擴(kuò)散率比As的擴(kuò)散率還大的摻雜劑摻雜至第一雜質(zhì)層511時(shí)，擴(kuò)散深度分布可隨著濃度增加。在此情況下，擴(kuò)散分布53(圖18)可朝向同一壁體111的第二側(cè)面115延伸。當(dāng)埋入式結(jié)的擴(kuò)散分布53從第一側(cè)面113延伸至第二側(cè)面115時(shí)，在擴(kuò)散分布53將有源區(qū)101交疊柵極750的部分與半導(dǎo)體基板100彼此隔離的地方，可形成浮置體結(jié)構(gòu)。在這樣的浮置體結(jié)構(gòu)中，累積在有源區(qū)101的柵極750 下方的部分的空穴電荷不能逃向半導(dǎo)體基板100。因此，被連續(xù)累積的空穴電荷可能對(duì)晶體管的運(yùn)作有反效果，因而造成故障。因?yàn)樵诒景l(fā)明的實(shí)施例中使用As作為第一雜質(zhì)層511的雜質(zhì)摻雜劑，因此即使增加摻雜劑濃度，As的低擴(kuò)散率仍可抑制第一雜質(zhì)層511的擴(kuò)散分布不會(huì)在橫向方向上延伸得太深。據(jù)此，可將第一雜質(zhì)層511的濃度設(shè)定為歐姆接觸所需的高濃度，例如，在5E19劑量/cm3至7E20劑量/cm3的范圍。當(dāng)形成帶有As摻雜的第一雜質(zhì)層511時(shí)，As的低擴(kuò)散率有利于抑制擴(kuò)散分布的不良的深度延伸(cbpth extension)，但As的低擴(kuò)散率可能不利于將第一雜質(zhì)層511與被柵極750交疊的溝道位置分開一距離D3。將開口 410設(shè)置于與柵極750分開一預(yù)定的距離 D4的較低的位置。提供這樣的結(jié)構(gòu)以確保透過開口 410連接至埋入式結(jié)510的埋入式位線600與形成為與埋入式位線600相交的柵極750之間的分開容限(s印aration margin)。 可將埋入式位線600與柵極750之間的分開容限設(shè)定為例如約40nm。這樣的分開容限可通過確保工藝容限(process margin)來防止埋入式位線600與柵極750之間的短路。當(dāng)這種分開容限減少時(shí)，便難以確保工藝容限。再者，在晶體管運(yùn)作期間，可能發(fā)生不匹配現(xiàn)象(mismatch phenomenon)，在該現(xiàn)象中，DRAM的讀或?qū)懙倪\(yùn)作期間的閾值電壓Vt可能會(huì)因埋入式位線600與柵極750之間的寄生電容的發(fā)生或干擾而改變。因此，可通過將第一絕緣層710 (圖16)及/或第二絕緣層720 (圖16)導(dǎo)入埋入式位線600與柵極 750之間來確保期望的分開距離及絕緣。形成只帶有第一雜質(zhì)層511的埋入式結(jié)510可能導(dǎo)致不期望的特性。這可能是第一雜質(zhì)層511的擴(kuò)散分布的端部應(yīng)與柵極750交疊的緣故。然而，因?yàn)閿U(kuò)散距離D5受限于 As的低擴(kuò)散率，因此會(huì)在第一雜質(zhì)層511與柵極750之間出現(xiàn)分開距離D3。分開距離D3 的出現(xiàn)可能造成晶體管的閾值電壓Vt的快速增加。相較于當(dāng)未將第一雜質(zhì)層511及柵極 750彼此分開時(shí)，當(dāng)測得分開距離D3為20nm時(shí)，在溝道雜質(zhì)濃度1E12劑量/cm3下實(shí)驗(yàn)測得閾值電壓對(duì)應(yīng)地增加IV以上。當(dāng)將As的濃度劃分在7E20劑量/cm3至3E20劑量/cm3 的范圍時(shí)，實(shí)驗(yàn)測得閾值電壓Vt快速增加到范圍從1. 2至1. 6V的等級(jí)。為了抑制閾值電壓的增加，就必須減少分開距離D3。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)減少，可減少開口 410的分開距離D4，但因必須確保埋入式位線600與柵極750之間期望的分開距離而可能難以實(shí)施。為了補(bǔ)償當(dāng)只使用具有低擴(kuò)散率的As時(shí)增加的閾值電壓，而形成第二雜質(zhì)層513 以使埋入式結(jié)510具有較廣的擴(kuò)散分布。將擴(kuò)散率相對(duì)高的P摻雜至第二雜質(zhì)層513，并可以比As的濃度還低的濃度予以摻雜。例如，可以大致范圍從6. 3E16劑量/cm3至5. 7E19 劑量/cm3的濃度摻雜P。因?yàn)榱椎南鄬?duì)高的擴(kuò)散率，因此第二雜質(zhì)層513被擴(kuò)散得比第一雜質(zhì)層511還深。據(jù)此，擴(kuò)散分布能延伸至較大的深度?？蓪⒌诙s質(zhì)層513形成為圍繞第一雜質(zhì)層511，且整個(gè)埋入式結(jié)510的擴(kuò)散分布可延伸而部分地交疊溝道，該溝道為有源區(qū)101與柵極750交疊的部分。這是因?yàn)?，如圖19所示，P的擴(kuò)散率或擴(kuò)散距離比As的擴(kuò)散率或擴(kuò)散距離還大。圖19顯示利用透過二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)測量砷-75 (75As)及磷-31 (31P)的擴(kuò)散分布所獲得的結(jié)果。75As及31P穩(wěn)定且被認(rèn)為是單一同位素元素。當(dāng)在1E18劑量/ cm3的濃度下測量擴(kuò)散深度時(shí)，測得的75As的擴(kuò)散深度為203 A,同時(shí)測得的31P的擴(kuò)散深度為175 A。將表面處的75As的濃度設(shè)為6. 5E19劑量/cm3，且將31P的濃度設(shè)為5. 7E19劑量/cm3，且將整體濃度設(shè)為1. 2E20劑量/cm3。在1000°C的溫度下透過RTA工藝實(shí)施用于擴(kuò)散的熱處理10秒鐘。在圖19中，以SIMS測得的分布顯示出31P擴(kuò)散得較深。因?yàn)槔脫诫sP形成第二雜質(zhì)層513，因此整個(gè)埋入式結(jié)510的擴(kuò)散分布可延伸至鄰接溝道，該溝道為有源區(qū)101的交疊柵極750的部分。據(jù)此，可將晶體管的閾值電壓Vt 減少至范圍0. 6至0. 2V的水準(zhǔn)。這表示可補(bǔ)償當(dāng)埋入式結(jié)510只包括僅摻雜As的第一雜質(zhì)層511時(shí)發(fā)生的閾值電壓的快速增加。因?yàn)閷⒂糜诘诙s質(zhì)層513的P的摻雜濃度設(shè)定為低于As的摻雜濃度，因此可將第二雜質(zhì)層513與第二側(cè)面115分開一預(yù)定距離520(圖 21)。即，可減少P的濃度以抑制第二雜質(zhì)層513的擴(kuò)散分布過度朝向第二側(cè)面115延伸。當(dāng)通過增加As的摻雜濃度來達(dá)到歐姆接觸所需的雜質(zhì)摻雜濃度且利用摻雜P來達(dá)成廣擴(kuò)散分布時(shí)便可實(shí)現(xiàn)這樣的結(jié)構(gòu)。因?yàn)榈诙s質(zhì)層513與第二側(cè)面115分開預(yù)定距離520，因此在有源區(qū)101的在溝道下方的部分與半導(dǎo)體基板不被分開的位置，可實(shí)現(xiàn)本體結(jié)構(gòu)(body structure) 0據(jù)此，空穴電荷可流向半導(dǎo)體基板100，由此有效地抑制空穴電荷被累積。在本發(fā)明的實(shí)施例中，因?yàn)橥ㄟ^使用低擴(kuò)散率的As來確保接觸濃度且通過使用高擴(kuò)散率的P來確保結(jié)深度，因此將埋入式結(jié)510形成為具有和緩分布的廣結(jié)(broad junction)。據(jù)此，可利用廣結(jié)來實(shí)現(xiàn)電場的減少，且可將溝道與結(jié)電阻減少以達(dá)成穩(wěn)定的晶體管運(yùn)作。雖然將As的濃度維持為高值，但可確保埋入式結(jié)510與在柵極750下方的溝道之間的交疊。因此，可確保在埋入式位線600與作為柵極750的字線之間的分開容限，且可有效地避免單元晶體管的閾值電壓Vt增加。再者，可使用離子注入及沉積多晶硅用的沉積設(shè)備來實(shí)施實(shí)現(xiàn)埋入式結(jié)510的工藝。據(jù)此，不必導(dǎo)入新設(shè)備便可制造垂直晶體管?？蓱?yīng)用各種經(jīng)修改的摻雜方法作為用于形成本發(fā)明的實(shí)施例的垂直晶體管的埋入式結(jié)的方法，只要同時(shí)摻雜As及P。參照?qǐng)D20 沈描述這些變型。參照?qǐng)D20，沉積同時(shí)摻雜有低濃度P及高濃度As的多晶硅層。接著將多晶硅層回蝕至單側(cè)接觸掩模的開口 410的上部，由此形成摻雜介質(zhì)層501。參照?qǐng)D21，可利用RTA工藝來將摻雜介質(zhì)層501擴(kuò)散以形成包括第一雜質(zhì)層521 及第二雜質(zhì)層523的埋入式結(jié)525。在此情況下，可利用當(dāng)沉積摻雜的多晶硅層時(shí)一起摻雜 As及P來省略離子注入工藝或類似工藝。參照?qǐng)D22，沉積未摻雜雜質(zhì)的未摻雜的多晶硅，接著予以回蝕至單側(cè)接觸掩模的開口 410的上部。接著，可利用如離子注入的摻雜方法來摻雜低濃度P及高濃度As，由此形成摻雜介質(zhì)層503?？衫肦TA工藝來將摻雜介質(zhì)層503擴(kuò)散以形成包括第一雜質(zhì)層531 及第二雜質(zhì)層533的埋入式結(jié)530?？赏ㄟ^以摻雜源氣體的形式提供As化合物或P化合物來實(shí)施As及P的摻雜，而取代離子注入。在此情況下，當(dāng)沉積未摻雜的多晶硅層且利用離子注入摻雜As及P時(shí)，可簡化摻雜的多晶硅層的形成工藝。參照?qǐng)D23，提供如膦氣體的P化合物的摻雜源至單側(cè)接觸掩模的開口 410，且將P 直接摻雜至第一側(cè)面113。據(jù)此，形成摻雜P的層M4。接著，可實(shí)施摻雜As的工藝，例如， 離子注入工藝。在此情況下，可將As直接注入第一側(cè)面113的露出部分。或者，參照?qǐng)DM，可形成作為摻雜As的多晶硅層的摻雜介質(zhì)層505。接著，參照?qǐng)D 25，利用RTA工藝擴(kuò)散摻雜介質(zhì)層505以形成包括第一雜質(zhì)層541及第二雜質(zhì)層M3的埋入式結(jié)M0?？衫靡韵鹿に噥硇纬蓳诫sAs的多晶硅層的摻雜介質(zhì)層505 沉積未摻雜的多晶硅層并予以回蝕；及接著將As離子注入以形成摻雜介質(zhì)層505。參照?qǐng)D沈，可將P及As直接摻雜至透過單側(cè)接觸掩模的開口 410露出的第一側(cè)面 113，由此形成摻雜的層555。接著，當(dāng)將P化合物等離子體激發(fā)并提供至第一側(cè)面113時(shí)， 可將激發(fā)的P等離子體摻雜至第一側(cè)面113。另外，當(dāng)將As化合物等離子體激發(fā)并提供至第一側(cè)面113時(shí)，可將激發(fā)的As等離子體摻雜至第一側(cè)面113。對(duì)以等離子體摻雜所形成的摻雜的層555實(shí)施RTA工藝，由此擴(kuò)散摻雜的雜質(zhì)摻雜劑。接著，可形成包括第一雜質(zhì)層 551及第二雜質(zhì)層553的埋入式結(jié)550。在如圖13所示般形成摻雜介質(zhì)層500后，透過熱處理引發(fā)雜質(zhì)的擴(kuò)散。接著，可使用摻雜介質(zhì)層500作為位線，而非予以移除。例如，參照?qǐng)D14，沉積用于位線600的單獨(dú)導(dǎo)電層，且可在不實(shí)施選擇性地移除摻雜介質(zhì)層500的工藝下將作為摻雜介質(zhì)層500的未摻雜雜質(zhì)的多晶硅層留下而用來作為位線600。因?yàn)橥ㄟ^只使用多晶硅層來形成位線600， 因此可省略選擇性蝕刻工藝、及沉積和蝕刻單獨(dú)的導(dǎo)電層的工藝。因此，可減少工藝數(shù)。
可通過使用氧氣體環(huán)境的氧退火工藝來實(shí)施用于擴(kuò)散雜質(zhì)的RTA工藝。例如，當(dāng)使用包括氮?dú)饣蜓鯕獾臍怏w環(huán)境時(shí)，利用形成在摻雜介質(zhì)層500上的氧化物層的氧鈍化可抑制雜質(zhì)摻雜劑流失至外部。在此情況下，可更有效地?cái)U(kuò)散雜質(zhì)摻雜劑。據(jù)此，可抑制在摻雜介質(zhì)層500內(nèi)的雜質(zhì)在RTA工藝期間泄漏至表面的外部而流失，而可維持包括摻雜介質(zhì)層500的位線的高電導(dǎo)率。參照?qǐng)D27，可將具有高導(dǎo)電率的金屬層，例如W或Ti的金屬層630，附加沉積在用作為摻雜介質(zhì)層500的多晶硅層上，由此形成位線605。在此情況下，為了抑制氧化的層被形成在摻雜介質(zhì)層500的多晶硅層表面上，可在不會(huì)引發(fā)氧鈍化的惰性氣體環(huán)境中實(shí)施 RTA工藝。惰性氣體環(huán)境例如可為氮?dú)怏w環(huán)境。在一些情況下，可將摻雜介質(zhì)層500部分地凹陷至預(yù)定深度，并可接著沉積金屬層630。。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，可控制摻雜劑擴(kuò)散的結(jié)深度，同時(shí)將摻雜劑濃度維持為高值。因此，可引發(fā)較廣的結(jié)分布以移除結(jié)與溝道區(qū)之間的分開距離，而可抑制溝道閾值電壓的快速增加。再者，因?yàn)榭捎行У乇苊饨Y(jié)的擴(kuò)散分布延伸得太遠(yuǎn)，而實(shí)質(zhì)地防止溝道區(qū)被結(jié)隔離，而可有效地抑制浮置體效應(yīng)的引發(fā)(induction of the floating body effect)。再者，因?yàn)榭蓪⒃诮Y(jié)的表面部分的摻雜劑濃度設(shè)定為高值，因此可減少與接觸及耦合至結(jié)的埋入式位線的結(jié)接觸電阻。本案主張于2010年11月8日向韓國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局申請(qǐng)的韓國專利申請(qǐng)案第 10-2010-0110515號(hào)的優(yōu)先權(quán)，且以引用的方式將其全文并入本文。
權(quán)利要求
1.一種制造垂直晶體管的結(jié)的方法，包括在半導(dǎo)體基板中形成溝槽以形成第一壁體及第二壁體，其中該溝槽具有數(shù)個(gè)包括該第二壁體的第一側(cè)面及該第一壁體的第二側(cè)面的側(cè)壁；形成具有開口的單側(cè)接觸掩模，該開口選擇性地只露出該第二壁體的該第一側(cè)面的一部分；及通過將具有不同擴(kuò)散率的雜質(zhì)透過該第一側(cè)面的露出的部分?jǐn)U散至該第二壁體來形成第一雜質(zhì)層及圍繞該第一雜質(zhì)層的第二雜質(zhì)層。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中用于形成該第一雜質(zhì)層的該雜質(zhì)包括砷(As)且用于形成該第二雜質(zhì)層的該雜質(zhì)包括磷(P)。
3.如權(quán)利要求2的方法，其中在該第二雜質(zhì)層中的磷(P)的濃度低于在該第一雜質(zhì)層中的砷(As)的濃度。
4.如權(quán)利要求2的方法，其中該第二雜質(zhì)層朝向該第二壁體的第一側(cè)面延伸。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中形成該第一雜質(zhì)層及該第二雜質(zhì)層包括經(jīng)由在該溝槽中的摻雜介質(zhì)層施加第一雜質(zhì)及第二雜質(zhì)至該第二壁體的該第一側(cè)面的該露出的部分；及實(shí)施熱處理以將該第一雜質(zhì)及第二雜質(zhì)透過該第二壁體的該第一側(cè)面的該露出的部分?jǐn)U散至該第二壁體。
6.如權(quán)利要求5的方法，其中該摻雜介質(zhì)層包括作為該第一雜質(zhì)的砷、及作為該第二雜質(zhì)的磷。
7.如權(quán)利要求5的方法，其中形成該摻雜介質(zhì)層包括將摻雜有作為該第二雜質(zhì)的磷(P)的該摻雜介質(zhì)層沉積在該第一壁體與第二壁體之間的溝槽中；及將該摻雜介質(zhì)層的在該單側(cè)接觸掩模的該開口上方的部分加以蝕刻，而使該摻雜介質(zhì)層的保留的部分與該第二壁體的該第一側(cè)面的該露出的部分接觸。
8.如權(quán)利要求7的方法，其中在蝕刻后將砷(As)離子注入在該摻雜介質(zhì)層的該保留的部分。
9.如權(quán)利要求5的方法，其中在實(shí)質(zhì)上800°C至1，100°C的溫度范圍下實(shí)施該熱處理。
10.如權(quán)利要求5的方法，其中在包括氮?dú)饧把鯕庵辽倨渲兄坏臍怏w環(huán)境下實(shí)施該熱處理。
11.如權(quán)利要求1的方法，其中形成該單側(cè)接觸掩模包括形成第一襯里及第二襯里，該第一襯里覆蓋該第二壁體的該第一側(cè)面及該第一壁體的該第二側(cè)面的下部，該第二襯里覆蓋在各該第一側(cè)面及第二側(cè)面上的該第一襯里上方的上部；將埋藏層形成在該第二襯里下方的該溝槽的下部中；形成第三襯里，該第三襯里覆蓋該第二襯里及該第一襯里的未被該埋藏層覆蓋的部分；在該埋藏層上方形成犧牲層，而使?fàn)奚鼘犹钊朐谠摰谝槐隗w上的第三襯里與在該第二壁體上的第三襯里之間的間隔；移除該第三襯里的一部分及該犧牲層以露出該第二襯里的上部；形成蝕刻阻擋，蝕刻阻擋用于選擇性地露出在該第二壁體的該第一側(cè)面上的該第二襯里、在該第二壁體的該第一側(cè)面上的該第二襯里上的第三襯里的該端部、及該犧牲層的與在該第二壁體的該第一側(cè)面上的第二襯里上的第三襯里相鄰的部分；將由該蝕刻阻擋所露出的該第三襯里移除以便在該第二壁體的該第一側(cè)面上的該犧牲層與第一及第二襯里之間形成凹槽；形成該開口，該開口通過選擇性地移除該第一襯里的露出于該凹槽的部分來將該第一側(cè)面的該部分露出；及形成該單側(cè)接觸掩模，該單側(cè)接觸掩模通過選擇性地移除保留在該第一壁體的該第二側(cè)面上的該犧牲層及該第三襯里而包括該保留的第一及第二襯里。
12.如權(quán)利要求11的方法，其中形成該蝕刻阻擋包括形成覆蓋該壁體、該第二襯里、該第三襯里、及該犧牲層的頂面的多晶硅層； 以傾角對(duì)該壁體的頂部實(shí)施離子注入工藝，以選擇性地將雜質(zhì)離子注入該多晶硅層， 除了在該第二壁體的該第一側(cè)面上的部分、及靠近該第二壁體的覆蓋該溝槽的部分以外； 及選擇性地移除該多晶硅層的未被注入雜質(zhì)離子的部分。
13.一種形成垂直晶體管的結(jié)的方法，包括從半導(dǎo)體基板形成第一壁體及第二壁體，每個(gè)壁體具有第一側(cè)面及對(duì)面的第二側(cè)面；及將第一雜質(zhì)層、及濃度比第一雜質(zhì)層還低的第二雜質(zhì)層形成在該第二壁體的該第一側(cè)面的一部分，而使該第二雜質(zhì)層圍繞該第一雜質(zhì)層。
14.如權(quán)利要求13的方法，其中形成該第一雜質(zhì)層及該第二雜質(zhì)層包括形成具有開口的單側(cè)接觸掩模，該開口選擇性地露出該第二壁體的該第一側(cè)面的一部分；形成摻雜P的多晶硅層以接觸該第一側(cè)面的由該單側(cè)接觸掩模的該開口所露出的部分；透過離子注入將As摻雜至該多晶硅層；及實(shí)施熱處理以將該摻雜的P及As擴(kuò)散至該第一側(cè)面的該部分。
15.一種制造垂直晶體管的方法，包括從半導(dǎo)體基板形成垂直隆起的第一壁體及第二壁體，每個(gè)壁體具有第一側(cè)面及對(duì)面的第二側(cè)面，且該第一壁體及第二壁體被第一溝槽分開；形成具有開口的單側(cè)接觸掩模，該開口選擇性地露出該第二壁體的該第一側(cè)面的一部分；通過將具有不同擴(kuò)散率的第一雜質(zhì)及第二雜質(zhì)擴(kuò)散至該第一側(cè)面的由該開口所露出的該部分，形成包括第一雜質(zhì)層及圍繞該第一雜質(zhì)層的第二雜質(zhì)層的埋入式結(jié)；及形成埋入在該壁體之間的埋入式位線，其中經(jīng)由該單側(cè)接觸掩模的該開口將該埋入式位線電性耦合至該埋入式結(jié)。
16.如權(quán)利要求15的方法，其中使用第一雜質(zhì)As來形成該第一雜質(zhì)層，且使用第二雜質(zhì)P來形成該第二雜質(zhì)層。
17.如權(quán)利要求16的方法，其中在該第二雜質(zhì)層中的P的濃度低于該第一雜質(zhì)層中的As。
18.如權(quán)利要求17的方法，其中通過擴(kuò)散P來形成該第二雜質(zhì)層而使該第二雜質(zhì)層不會(huì)接觸該第二壁體的該第二側(cè)面。
19.如權(quán)利要求15的方法，其中形成包括該第一雜質(zhì)層及該第二雜質(zhì)層的埋入式結(jié)包括形成包括第二雜質(zhì)的摻雜介質(zhì)層而使該摻雜介質(zhì)層接觸該第一側(cè)面的由該單側(cè)接觸掩模的該開口所露出的部分；將擴(kuò)散率比第二雜質(zhì)低的第一雜質(zhì)摻雜至該摻雜介質(zhì)層；及實(shí)施熱處理以將該摻雜的第一雜質(zhì)及第二雜質(zhì)擴(kuò)散至該第一側(cè)面的由該開口所露出的該部分。
20.如權(quán)利要求19的方法，其中該摻雜介質(zhì)層的形成包括將摻雜有作為該第二雜質(zhì)的P的多晶硅層沉積在該第一壁體與第二壁體之間； 將該多晶硅層回蝕至在該單側(cè)接觸掩模的該開口上方；及將作為該第一雜質(zhì)的As離子注入至該回蝕的多晶硅層。
21.如權(quán)利要求20的方法，其中使用該多晶硅層來形成該埋入式位線。
22.如權(quán)利要求21的方法，其還包括將金屬層沉積在該多晶硅層上以形成該埋入式位線。
23.如權(quán)利要求15的方法，其中形成包括該第一雜質(zhì)層及該第二雜質(zhì)層的該埋入式結(jié)包括形成包括具有不同擴(kuò)散率的第一雜質(zhì)及第二雜質(zhì)的摻雜介質(zhì)層而使該摻雜介質(zhì)層接觸該第一側(cè)面的由該單側(cè)接觸掩模的該開口所露出的該部分；及實(shí)施熱處理以將該摻雜的第一雜質(zhì)及第二雜質(zhì)擴(kuò)散至該第一側(cè)面的由該開口所露出的該部分。
24.如權(quán)利要求23的方法，其中形成該摻雜介質(zhì)層包括沉積摻雜有As及P分別作為該第一雜質(zhì)及第二雜質(zhì)的多晶硅層；及將該多晶硅層回蝕至在該單側(cè)接觸掩模的該開口上方。
25.如權(quán)利要求23的方法，其中形成該摻雜介質(zhì)層包括 沉積未摻雜的多晶硅層而填入該第一與第二壁體之間的間隔； 將該多晶硅層回蝕至在該單側(cè)接觸掩模的該開口上方；及將As及P離子注入該多晶硅層。
26.如權(quán)利要求15的方法，其中形成包括該第一雜質(zhì)層及該第二雜質(zhì)層的該埋入式結(jié)包括通過提供膦氣體至該第一側(cè)面的由該單側(cè)接觸掩模的該開口所露出的該部分來摻雜P ；形成包括As的摻雜介質(zhì)層，而使該摻雜介質(zhì)層接觸該第一側(cè)面的由該單側(cè)接觸掩模所露出的該部分；及實(shí)施熱處理以將該摻雜的As擴(kuò)散至該第一側(cè)面的被該摻雜介質(zhì)層接觸的該部分以形成該第一雜質(zhì)層，且將該摻雜的P擴(kuò)散以形成該第二雜質(zhì)層。
27.如權(quán)利要求沈的方法，其中形成包括As的該摻雜介質(zhì)層包括沉積摻雜As的多晶硅層。
28.如權(quán)利要求沈的方法，其中形成包括As的該摻雜介質(zhì)層包括 沉積未摻雜的多晶硅層；及將As離子注入該多晶硅層。
29.如權(quán)利要求15的方法，其中形成包括該第一雜質(zhì)層及該第二雜質(zhì)層的該埋入式結(jié)包括將As及P摻雜至該第一側(cè)面的由該單側(cè)接觸掩模的該開口所露出的該部分；及實(shí)施熱處理以擴(kuò)散該摻雜的As及P。
30.如權(quán)利要求四的方法，其中通過等離子體摻雜工藝來實(shí)施As及P的摻雜而將As 及P的等離子體提供至該第一側(cè)面的由該單側(cè)接觸掩模的該開口所露出的該部分。
31.如權(quán)利要求15的方法，其中形成該單側(cè)接觸掩模包括形成第一襯里及第二襯里，該第一襯里覆蓋該第二壁體的該第一側(cè)面及該第一壁體的該第二側(cè)面的下部，該第二襯里覆蓋在各該第一及第二側(cè)面上的該第一襯里上方的上部； 將埋藏層形成在該第二襯里下方的該第一溝槽的下部中； 形成第三襯里，其覆蓋該第二襯里及該第一襯里的未被該埋藏層覆蓋的部分； 在該埋藏層上方形成犧牲層而使?fàn)奚鼘犹钊朐谠摰谝槐隗w上的第三襯里與在該第二壁體上的第三襯里之間的間隔；使該第三襯里及該犧牲層凹陷以便該凹陷的區(qū)域的底部包括該第三襯里的上表面及該犧牲層的上表面，且該凹陷的區(qū)域的側(cè)部包括該第二襯里；形成蝕刻阻擋，用于選擇性地露出在該第二壁體的該第一側(cè)面上的該第二襯里、在該第二壁體的該第一側(cè)面上的該第二襯里上的第三襯里的該端部；將由該蝕刻阻擋所露出的該第三襯里移除，而在該第二壁體的該第一側(cè)面上的該犧牲層與該第一及第二襯里之間形成凹槽；形成開口，該開口通過移除該第一襯里的露出于該凹槽的該部分來將該第一側(cè)面的該部分露出；及形成該單側(cè)接觸掩模，該單側(cè)接觸掩模通過選擇性地移除保留在該第一壁體的該第二側(cè)面上的該犧牲層及該第三襯里而包括該保留的第一及第二襯里。
32.如權(quán)利要求31的方法，其中形成該蝕刻阻擋包括形成覆蓋該壁體、該第二襯里、該第三襯里、及該犧牲層的頂面的多晶硅層； 以傾角對(duì)該壁體的頂部實(shí)施傾斜離子注入工藝，以選擇性地將雜質(zhì)離子注入該多晶硅層，除了在該第二壁體的該第一側(cè)面上的部分、及靠近該第二壁體的覆蓋該第一溝槽的部分以外；及選擇性地移除該多晶硅層的未被注入雜質(zhì)離子的部分。
33.如權(quán)利要求15的方法，其還包括形成分隔溝槽，該分隔溝槽與該第一溝槽交叉而將該第一壁體及第二壁體分隔成多個(gè)有源柱；將柵極介電層形成在該有源柱的側(cè)面的露出于該分隔溝槽的部分上；在該分隔溝槽中形成柵極而使該柵極與該埋入式位線相交；及通過將第三雜質(zhì)層摻雜至該有源柱的上端部而形成與有源柱的該埋入式結(jié)對(duì)應(yīng)的上結(jié)。
34.如權(quán)利要求33的方法，其中該第二雜質(zhì)層與該柵極在垂直方向上不分開；及將該第一雜質(zhì)層在該垂直方向上與該柵極分開。
35.如權(quán)利要求34的方法，其中將該柵極設(shè)置于比該單側(cè)接觸掩模的該開口還高的位置而使該第一雜質(zhì)層在該垂直方向上與該柵極分開。
36.一種垂直晶體管，包括多個(gè)從半導(dǎo)體基板突起的有源柱且每個(gè)有源柱具有第一側(cè)面及對(duì)面的第二側(cè)面； 具有開口的單側(cè)接觸掩模，該開口選擇性地露出該有源柱的該第一側(cè)面的下部； 埋入式結(jié)包括第一雜質(zhì)層及圍繞該第一雜質(zhì)層的第二雜質(zhì)層，其中該第一雜質(zhì)及第二雜質(zhì)層通過將具有不同擴(kuò)散率的雜質(zhì)擴(kuò)散至該第一側(cè)面的由該開口所露出的部分來形成； 及埋入式位線，埋在該有源柱之間且透過該單側(cè)接觸掩模的該開口而接觸該埋入式結(jié)。
37.如權(quán)利要求36的垂直晶體管，其中通過摻雜As來形成該第一雜質(zhì)層，及通過以比 As低的濃度摻雜P來形成該第二雜質(zhì)層。
38.如權(quán)利要求36的垂直晶體管，其還包括柵極介電層，形成在該有源柱的第三側(cè)面上；柵極，形成在該柵極介電層上且與該埋入式位線相交；及上結(jié)，通過摻雜第三雜質(zhì)層來形成在該有源柱的上端部并對(duì)應(yīng)于該埋入式結(jié)。
39.如權(quán)利要求38的垂直晶體管，其中在特定的有源柱中，將該柵極設(shè)置成垂直地與該第一雜質(zhì)層分開，且該第二雜質(zhì)層不接觸該特定有源柱的該第二側(cè)面。
40.如權(quán)利要求39的垂直晶體管，其中該柵極在垂直方向上至少鄰接或者至少交疊該第二雜質(zhì)層。
41.如權(quán)利要求39的垂直晶體管，其中該單側(cè)接觸掩模的該開口在垂直方向上與該柵極分開。
42.如權(quán)利要求38的垂直晶體管，其還包括絕緣層，導(dǎo)入在彼此交叉的該柵極與該埋入式位線之間的界面，而使該第一雜質(zhì)層在垂直方向上與該柵極分開。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種具有埋入式結(jié)的垂直晶體管及其制造方法。該方法包括在半導(dǎo)體基板中形成溝槽以形成第一壁體及第二壁體，其中該溝槽具有數(shù)個(gè)包括該第二壁體的第一側(cè)面及該第一壁體的第二側(cè)面的側(cè)壁；形成具有開口的單側(cè)接觸掩模，該開口選擇性地只露出該第二壁體的該第一側(cè)面的一部分；及通過將具有不同擴(kuò)散率的雜質(zhì)透過該第一側(cè)面的露出的部分?jǐn)U散至該第二壁體來形成第一雜質(zhì)層及圍繞該第一雜質(zhì)層的第二雜質(zhì)層。
文檔編號(hào)H01L29/06GK102468181SQ201110349400
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月8日
發(fā)明者盧俓奉, 樸恩實(shí), 殷庸碩 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司