半導(dǎo)體器件及其制造方法
【專利摘要】一種半導(dǎo)體器件，包括：隔離層，所述隔離層形成在限定在半導(dǎo)體襯底的有源區(qū)之間的隔離區(qū)中，其中每個(gè)隔離層包括第一氣隙；字線，所述字線在與所述隔離層相交的方向上形成在半導(dǎo)體襯底之上，其中每個(gè)字線包括隧道絕緣層、浮柵、電介質(zhì)層和控制柵的層疊結(jié)構(gòu)；以及絕緣層，所述絕緣層形成在所述字線之間；其中，所述浮柵的寬度大于每個(gè)有源區(qū)的寬度。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體器件及其制造方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2012年8月10日向韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的申請(qǐng)?zhí)枮?0-2012-0087749的韓國(guó)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用合并于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件及其制造方法，更具體而言，涉及一種包括隔離區(qū)的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004]當(dāng)制造半導(dǎo)體器件時(shí)，隔離層形成在隔離區(qū)中以便將形成在半導(dǎo)體襯底上的每個(gè)半導(dǎo)體器件彼此隔離。對(duì)于包括存儲(chǔ)單元的半導(dǎo)體器件，存儲(chǔ)陣列中的較窄的隔離層以規(guī)則間隔設(shè)置在有源區(qū)之間。
[0005]隨著隔離區(qū)的寬度減少以增加半導(dǎo)體器件的集成度，相應(yīng)減少了隔離層的寬度。通過(guò)相鄰有源區(qū)和所述相鄰有源區(qū)之間的隔離層形成了寄生電容器。隨著隔離層寬度減少，寄生電容增加。寄生電容的增加可以導(dǎo)致有源區(qū)(即存儲(chǔ)單元的溝道區(qū))之間的顯著干擾。結(jié)果，半導(dǎo)體器件的電特性惡化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種抑制干擾的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件包括:隔離層，所述隔離層形成在限定在半導(dǎo)體襯底的有源區(qū)之間的隔離區(qū)中，其中每個(gè)隔離層包括第一氣隙；字線，所述字線在與所述隔離層相交的方向上形成在半導(dǎo)體襯底之上，其中每個(gè)字線包括隧道絕緣層、浮柵、電介質(zhì)層和控制柵的層疊結(jié)構(gòu)；以及絕緣層，所述絕緣層形成在所述字線之間；其中，所述浮柵的寬度大于每個(gè)有源區(qū)的寬度。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的方法包括:在半導(dǎo)體襯底的有源區(qū)中層疊隧道絕緣層和硅層，并在所述有源區(qū)之間的隔離區(qū)中形成溝槽；在所述硅層的側(cè)壁上形成生長(zhǎng)層；形成用于填充所述溝槽和所述硅層之間的空間的隔離層，并在所述隔離層中形成第一氣隙；在包括所述隔離層的半導(dǎo)體襯底之上形成電介質(zhì)層和導(dǎo)電層；以及通過(guò)將所述導(dǎo)電層、所述電介質(zhì)層、所述硅層和所述生長(zhǎng)層圖案化來(lái)形成字線。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，一種半導(dǎo)體器件包括:隔離層，所述隔離層形成在限定在半導(dǎo)體襯底的有源區(qū)之間的隔離區(qū)中，其中，每個(gè)隔離層包括氣隙；浮柵，每個(gè)浮柵在與所述隔離層相交的方向上形成在半導(dǎo)體襯底之上；其中，所述氣隙的頂部部分設(shè)置在所述每個(gè)浮柵的高度范圍內(nèi)和浮柵之間。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0010]圖1至10是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于制造半導(dǎo)體器件的工藝流程的橫截面視圖。【具體實(shí)施方式】
[0011]此后將參考附圖更詳細(xì)描述本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例。在附圖中，為了便于說(shuō)明，與實(shí)際物理厚度和間隔距離相比，對(duì)組件的厚度和距離進(jìn)行了夸大。在隨后描述中，省略了對(duì)已知功能和部件的詳細(xì)描述，以避免不必要地使本發(fā)明的主題不清楚。
[0012]圖1至10是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于制造半導(dǎo)體器件的工藝流程的橫截面視圖。圖1至7是沿著字線方向獲得的橫截面圖。圖8至10是沿著與字線方向相交的方向(例如，位線方向)獲得的橫截面圖。
[0013]參加圖1，可以在半導(dǎo)體襯底101中形成阱(未示出)。P型襯底可以用作半導(dǎo)體襯底101。可以通過(guò)注入雜質(zhì)到半導(dǎo)體襯底101中，在半導(dǎo)體襯底101中形成N阱和P阱。另夕卜，可以在N阱形成在半導(dǎo)體襯底101中之后，將P阱形成在N阱中?？梢栽谛纬蒔阱的半導(dǎo)體襯底101上執(zhí)行以下描述的工藝。
[0014]可以在半導(dǎo)體襯底101上形成隧道絕緣層103。隧道絕緣層103可以形成在單元區(qū)中，包括低壓晶體管和高壓晶體管的晶體管的柵絕緣層可以形成在外圍區(qū)(未示出)中。此后，主要描述單元區(qū)。
[0015]硅層105可以形成在隧道絕緣層103上。硅層105可以包括具有三價(jià)雜質(zhì)或五價(jià)雜質(zhì)的摻雜多晶硅層，并可以用作浮柵。硅層105可以具有包括未摻雜硅層和摻雜多晶硅層的層疊結(jié)構(gòu)。
[0016]硬掩膜層107可以形成在硅層105上。硬掩膜層107可以包括氧化物層或氮化物層，或者包括氧化物層和氮化物層的層疊結(jié)構(gòu)。
[0017]參見(jiàn)圖2，可以從隔離區(qū)刻蝕硬掩膜層107、硅層105和隧道絕緣層103。結(jié)果，硬掩膜層107、硅層105和隧道絕緣層103保留在隔離區(qū)之間限定的有源區(qū)中的半導(dǎo)體襯底101上。剩下的硅層105的寬度可以對(duì)應(yīng)于有源區(qū)的寬度。
[0018]當(dāng)刻蝕硬掩膜層107、硅層105和隧道絕緣層103時(shí)，可以暴露形成在隔離區(qū)中的半導(dǎo)體襯底101。隨后，可以刻蝕半導(dǎo)體襯底101的暴露部分以形成溝槽109。單元區(qū)中的溝槽109可以具有平行的線形。
[0019]參見(jiàn)圖3，可以沿著溝槽109的側(cè)壁和底部形成生長(zhǎng)禁止層111。每個(gè)生長(zhǎng)禁止層111可以包括通過(guò)氧化或沉積形成的絕緣層。例如，生長(zhǎng)禁止層111可以包括氧化物層或氮化物層。
[0020]更具體來(lái)說(shuō)，可以在包括溝槽109的半導(dǎo)體襯底101的整個(gè)表面之上形成絕緣層。隨后，可以執(zhí)行刻蝕工藝，使得絕緣層可以沿著溝槽109的側(cè)壁和底部而保留?？梢詧?zhí)行刻蝕工藝以去除形成在硅層105的表面上的絕緣層。為了去除沿著硅層105的側(cè)壁形成的絕緣層，可以使用干法刻蝕來(lái)執(zhí)行刻蝕工藝。
[0021]另外，為了去除沿著硅層105的側(cè)壁形成的絕緣層而保留沿著溝槽109的側(cè)壁和底部形成的絕緣層，可以通過(guò)使用干法刻蝕在刻蝕工藝期間適當(dāng)?shù)乜刂瓢雽?dǎo)體襯底101的刻蝕傾角。同時(shí)，當(dāng)去除絕緣層時(shí)，也可以刻蝕隧道絕緣層103的邊緣。因此，絕緣層可以保留在硅層105的側(cè)壁上。結(jié)果，生長(zhǎng)禁止層111可以包括沿著溝槽109的暴露側(cè)壁和底部形成的絕緣層。[0022]參見(jiàn)圖4，可以在硅層105的側(cè)壁上形成生長(zhǎng)層113。生長(zhǎng)層113可以使用選擇外延生長(zhǎng)(SEG)來(lái)形成。生長(zhǎng)層113可以形成在硅層105的側(cè)壁上，并且位于隔離區(qū)之上。生長(zhǎng)層113可以從硅層105突出。硅層105可以為溝槽109提供較窄的入口。另外，由于生長(zhǎng)層113沿著硅層105的側(cè)壁形成，包括其的浮柵的寬度可以大于有源區(qū)的寬度。
[0023]可以在去除硬掩膜層107之后執(zhí)行上述的SEG。在這種情況下，生長(zhǎng)層113可以形成在娃層105的側(cè)壁上和娃層105的頂表面上。
[0024]參見(jiàn)圖5，隔離層115可以形成在半導(dǎo)體襯底101的隔離區(qū)，以便填充硅層105之間的溝槽109和空間。溝槽109的入口由于沿著硅層105的側(cè)壁形成的生長(zhǎng)層113而較窄，所以溝槽109沒(méi)有被隔離層115充分填充，因而在隔離層115中形成氣隙117。
[0025]形成在隔離層115中的氣隙117可以與隔離區(qū)平行地延伸。另外，每個(gè)氣隙117的頂部部分可以位于硅層105的高度范圍內(nèi)并且在硅層105之間。
[0026]參見(jiàn)圖6，可以刻蝕隔離層115的頂部部分，使得隔離層115可以具有被限定為從溝槽109至硅層105的高度。當(dāng)隔離層115的頂部部分被刻蝕時(shí)，可以控制隔離層115的刻蝕厚度以便沒(méi)有暴露形成在隔離層115中的氣隙117。
[0027]由于刻蝕了隔離層115的頂部部分，所以可以暴露生長(zhǎng)層113的上側(cè)壁。結(jié)果，在生長(zhǎng)層113和被配置做為控制柵的導(dǎo)電層(要通過(guò)后續(xù)工藝形成)之間的耦合率增加。
[0028]參見(jiàn)圖7，可以在包括隔離層115的半導(dǎo)體襯底101的整個(gè)表面之上順序形成電介質(zhì)層119、導(dǎo)電層121和硬掩膜層123。電介質(zhì)層119可以具有包括氧化物層、氮化物層和氧化物層的層疊結(jié)構(gòu)。這里，氧化物層或氮化物層可以被高電介質(zhì)絕緣層代替。導(dǎo)電層121可以具有摻雜多晶硅層和金屬層的層疊結(jié)構(gòu)。這里，金屬硅化物層(例如，硅化鎢層、硅化鈦層或硅化鈷層)可以代替金屬層。
[0029]參見(jiàn)圖8,可以將硬掩膜層123、導(dǎo)電層121、電介質(zhì)層119、生長(zhǎng)層113和娃層105圖案化，以形成在與隔離層115相交的方向上延伸的字線WL。隨后，通過(guò)將雜質(zhì)注入到字線WL之間暴露的半導(dǎo)體襯底101的有源區(qū)中，可以形成用作源極/漏極的結(jié)(或雜質(zhì)區(qū))125?？梢酝ㄟ^(guò)將五價(jià)雜質(zhì)諸如磷或砷注入到半導(dǎo)體襯底101中來(lái)形成雜質(zhì)區(qū)125。
[0030]隨后，可以在字線WL之間形成絕緣層。這將在下文詳細(xì)描述。
[0031]參見(jiàn)圖9，可以通過(guò)使用具有弱的臺(tái)階覆蓋(例如，USG)的材料來(lái)將第一絕緣層127形成在字線WL之間。隨后，可以使用刻蝕工藝來(lái)去除第一絕緣層127的頂部部分，使得第一絕緣層127沿著字線WL的側(cè)壁而保留且保留在字線WL之間的半導(dǎo)體襯底101上。這里，可以使用SiCoNi刻蝕方法來(lái)執(zhí)行刻蝕工藝。結(jié)果，每個(gè)絕緣層127可以在字線WL之間的半導(dǎo)體襯底101上具有U形橫截面。換句話說(shuō)，可以在第一絕緣層127的中心部分中形成凹槽T。
[0032]參見(jiàn)圖10，第二絕緣層129可以形成在字線WL之間的第一絕緣層127上，以形成氣隙131。例如，在整個(gè)結(jié)構(gòu)之上形成第二絕緣層129以填充字線WL之間的第二絕緣層129之后，可以執(zhí)行平坦化工藝直到硬掩膜層123暴露，所以第二絕緣層129可以保留在字線WL之間。通過(guò)調(diào)整工藝條件來(lái)形成第二絕緣層129，可以將氣隙131形成在字線WL之間的第一絕緣層127和第二絕緣層129中，以便在字線WL的頂角處形成突出。
[0033]另外，通過(guò)氣隙131來(lái)抑制字線WL之間的干擾。
[0034]下面描述通過(guò)上述方法制造的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。[0035]包括氣隙117的隔離層115可以形成在限定在半導(dǎo)體襯底101的有源區(qū)之間的隔離區(qū)中。字線WL中的每個(gè)包括隧道絕緣層103、浮柵(105和113)、電介質(zhì)層119和控制柵121的層疊結(jié)構(gòu)，字線WL可以在與隔離層115相交的方向上形成在半導(dǎo)體襯底101上。另夕卜，包括氣隙131的第一絕緣層127和第二絕緣層129可以形成在字線WL之間。這里，浮柵可以包括位于隧道絕緣層103和電介質(zhì)層119之間的娃層105以及形成在娃層105的兩個(gè)側(cè)壁上的生長(zhǎng)層113。包括硅層105和生長(zhǎng)層113的浮柵的寬度可以大于有源區(qū)的寬度。雖然硅層105的寬度對(duì)應(yīng)于有源區(qū)的寬度，但是沿著硅層105的側(cè)壁形成的且位于隔離區(qū)之上的生長(zhǎng)層113可以允許浮柵的寬度比有源區(qū)的寬度大。
[0036]隔離層115可以形成在形成于半導(dǎo)體襯底101的隔離區(qū)中的溝槽。生長(zhǎng)禁止層111可以分別形成在半導(dǎo)體襯底101和隔離層115之間。
[0037]隔離層115可以具有被定義為從溝槽109至浮柵(105和113)的高度。隔離層115中的氣隙117可以與隔離區(qū)平行地延伸。每個(gè)氣隙117的頂部部分可以位于浮柵的頂表面和底表面(105和113)之間的高度。
[0038]氣隙131可以形成在字線WL之間的第一絕緣層127和第二絕緣層129之間。第一絕緣層127和第二絕緣層129中的氣隙131可以與字線WL平行地延伸。
[0039]通過(guò)上述方法制造的具有上述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件可以抑制字線之間以及有源區(qū)之間的干擾。另外，由于形成在隔離層115中的氣隙117的頂部部分可以在浮柵(105和113)的頂表面和底表面之間延伸，還可以抑制浮柵(105和113)和與其相鄰的有源區(qū)之間的干擾。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以通過(guò)抑制上述的干擾來(lái)改善半導(dǎo)體器件的操作特性和
可靠性。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體器件,包括: 隔離層，所述隔離層形成在限定在半導(dǎo)體襯底的有源區(qū)之間的隔離區(qū)中，其中每個(gè)隔離層包括第一氣隙； 字線，所述字線在與所述隔離層相交的方向上形成在半導(dǎo)體襯底之上，其中每個(gè)字線包括隧道絕緣層、浮柵、電介質(zhì)層和控制柵的層疊結(jié)構(gòu)；以及 絕緣層，所述絕緣層形成在所述字線之間； 其中，所述浮柵的寬度大于每個(gè)有源區(qū)的寬度。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述浮柵包括: 硅層，所述硅層位于隧道絕緣層和電介質(zhì)層之間；以及 生長(zhǎng)層，所述生長(zhǎng)層形成在所述硅層的兩個(gè)側(cè)壁上。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述硅層的寬度對(duì)應(yīng)于每個(gè)有源區(qū)的寬度。
4.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述生長(zhǎng)層形成在所述硅層的兩個(gè)側(cè)壁上且位于所述隔離區(qū)之上。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，溝槽形成在所述半導(dǎo)體襯底的隔離區(qū)中，所述隔離層形成在所述溝 槽。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，還包括形成在所述半導(dǎo)體襯底和所述隔離層之間的生長(zhǎng)禁止層。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，每個(gè)隔離層具有被限定為從溝槽至所述浮柵的高度。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，在每個(gè)隔離層中的第一氣隙與每個(gè)隔離區(qū)平行地延伸。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一氣隙的頂部部分設(shè)置在所述每個(gè)浮柵的高度范圍內(nèi)且處于所述浮柵之間。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括形成在所述字線之間的絕緣層中的第二氣隙。
11.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述絕緣層中的第二氣隙與所述字線平行地延伸。
12.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括: 在半導(dǎo)體襯底的有源區(qū)中層疊隧道絕緣層和硅層，并在所述有源區(qū)之間的隔離區(qū)中形成溝槽； 在所述硅層的側(cè)壁上形成生長(zhǎng)層； 形成用于填充所述溝槽和所述硅層之間的空間的隔離層，并在所述隔離層中形成第一氣隙； 在包括所述隔離層的半導(dǎo)體襯底之上形成電介質(zhì)層和導(dǎo)電層；以及 通過(guò)將所述導(dǎo)電層、所述電介質(zhì)層、所述硅層和所述生長(zhǎng)層圖案化來(lái)形成字線。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括在形成所述生長(zhǎng)層之前在所述溝槽的暴露表面上形成生長(zhǎng)禁止層。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述生長(zhǎng)層通過(guò)選擇外延生長(zhǎng)SEG而形成。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述生長(zhǎng)層形成在硅層的側(cè)壁上并位于所述隔離區(qū)之上。
16. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述隔離層具有被限定為從所述溝槽到所述硅層的高度。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述隔離層中的第一氣隙與所述隔離區(qū)平行地延伸。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，每個(gè)第一氣隙的頂部部分形成在所述浮柵的頂表面和底表面之間的高度處。
19.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括形成絕緣層，所述絕緣層包括在所述字線之間的第二氣隙。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中形成所述絕緣層包括: 沿著所述字線的側(cè)壁和在所述字線之間的半導(dǎo)體襯底之上形成第一絕緣層；以及 在所述字線之間的第一絕緣層之上形成第二絕緣層以形成第二氣隙。
21.—種半導(dǎo)體器件,包括: 隔離層，所述隔離層形成在限定在半導(dǎo)體襯底的有源區(qū)之間的隔離區(qū)中，其中，每個(gè)隔離層包括氣隙； 浮柵，每個(gè)浮柵在與所述隔離層相交的方向上形成在半導(dǎo)體襯底之上；以及 生長(zhǎng)層，所述生長(zhǎng)層形成在所述浮柵的兩個(gè)側(cè)壁上， 其中，所述氣隙的頂部部分設(shè)置在所述每個(gè)浮柵的高度范圍內(nèi)和所述浮柵之間。
22.如權(quán)利要求21所述的器件，還包括:所述半導(dǎo)體襯底之上的隧道絕緣層，其中，所述每個(gè)浮柵包括形成在所述隧道絕緣層之上的硅層。
23.如權(quán)利要求21所述的器件，其中，所述生長(zhǎng)層利用選擇外延生長(zhǎng)而形成。
24.如權(quán)利要求23所述的器件，其中，所述生長(zhǎng)層從所述浮柵突出，厚度為在所述隔離層中形成氣隙的厚度。
【文檔編號(hào)】H01L21/8247GK103579250SQ201310048451
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月10日
【發(fā)明者】沈正明 申請(qǐng)人:愛(ài)思開(kāi)海力士有限公司