垂直型半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】垂直型半導(dǎo)體裝置及其制造方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求在2013年11月27日向韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的申請(qǐng)?zhí)枮?0-2013-0145242的韓國(guó)專(zhuān)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，如同全文闡述。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明構(gòu)思的各種實(shí)施例涉及一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，并且更具體地涉及一種垂直型半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004]半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置被設(shè)計(jì)成滿(mǎn)足高集成或超小型化等的需求，而這種裝置之一是垂直型半導(dǎo)體裝置。
[0005]在垂直型半導(dǎo)體裝置中，用作存儲(chǔ)器單元的選擇器件的晶體管最初被開(kāi)發(fā)成具有垂直溝道。采用環(huán)繞型或全包圍型等來(lái)制造垂直晶體管。
[0006]圖1是說(shuō)明一般垂直型半導(dǎo)體裝置的布局圖，且圖2和圖3是說(shuō)明圖1中的半導(dǎo)體裝置的截面圖。具體地，圖2和圖3是沿著圖1的線(xiàn)X1-X2截取的截面圖。
[0007]參見(jiàn)圖1和圖2，多個(gè)柱體103形成在半導(dǎo)體襯底101上。柵絕緣層105形成在每個(gè)柱體103的外周緣上具有給定高度，且柵導(dǎo)電層107被形成為包圍柵絕緣層105。對(duì)于字線(xiàn)之間的間隔，沿著例如X1-X2方向的第一方向?qū)艑?dǎo)電層107圖案化為線(xiàn)型。
[0008]在柱體103之下的半導(dǎo)體襯底101用作公共源極區(qū)，而柱體103未被柵導(dǎo)電層107包圍的上部用作漏極區(qū)。
[0009]將操作電壓施加至柵導(dǎo)電層107和公共源極區(qū)，并且為此，限定了柵接觸區(qū)109和源接觸區(qū)111。
[0010]為了在柵接觸區(qū)109中形成柵接觸，在沿著字線(xiàn)方向?qū)艑?dǎo)電層107圖案化之后，去除形成在柵接觸區(qū)109中的任何一個(gè)柱體以形成柵接觸孔。絕緣材料被掩埋在柵接觸孔中，然后被凹陷。
[0011]導(dǎo)電材料被掩埋在柵接觸孔中的凹陷的絕緣材料上以形成柵接觸109A。
[0012]可以通過(guò)去除形成在源接觸區(qū)111的半導(dǎo)體襯底101上的結(jié)構(gòu)以暴露出半導(dǎo)體襯底111、形成絕緣層、形成暴露出半導(dǎo)體襯底101的源接觸孔以及將導(dǎo)電材料掩埋在源接觸孔中來(lái)形成源接觸111A。
[0013]具有某一厚度的絕緣材料存在于柵接觸109A和半導(dǎo)體襯底101之間。S卩，如圖2中所示，柵接觸109A與柵導(dǎo)電層107電耦接，而通過(guò)絕緣材料與為公共源極區(qū)的半導(dǎo)體襯底101絕緣。
[0014]然而，在凹陷之后剩余的絕緣材料的厚度由于工藝上的錯(cuò)誤而未被精確地控制時(shí)，柵接觸109A與硅襯底101接觸，由圖3中的“A”表示，且因而出現(xiàn)短路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，一種半導(dǎo)體裝置可以包括:半導(dǎo)體襯底，包括第一區(qū)和第二區(qū)；無(wú)源區(qū)，形成在第二區(qū)的半導(dǎo)體襯底中并且從半導(dǎo)體襯底的表面起形成；一個(gè)或更多個(gè)第一柱體，從第一區(qū)的半導(dǎo)體襯底垂直地延伸；一個(gè)或更多個(gè)第二柱體，從無(wú)源區(qū)垂直地延伸；柵導(dǎo)電層，形成在半導(dǎo)體襯底上并且包圍第一柱體和第二柱體；以及柵接觸，形成在第二柱體中的至少一個(gè)上以與柵導(dǎo)電層耦接，其中第二柱體中的至少一個(gè)具有比柵導(dǎo)電層更低的高度。
[0016]根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，一種半導(dǎo)體裝置可以包括:半導(dǎo)體襯底，包括第一區(qū)和第二區(qū)；一個(gè)或更多個(gè)溝道柱體，從第一區(qū)的半導(dǎo)體襯底垂直地延伸；一個(gè)或更多個(gè)絕緣柱體，從第二區(qū)的半導(dǎo)體襯底垂直地延伸；無(wú)源區(qū)，被形成為包圍溝道柱體和絕緣柱體的下端部；柵導(dǎo)電層，形成在無(wú)源區(qū)上并且包圍溝道柱體和絕緣柱體；以及柵接觸，形成在絕緣柱體中的至少一個(gè)上以與柵導(dǎo)電層耦接，其中絕緣柱體中的至少一個(gè)具有比柵導(dǎo)電層更低且比半導(dǎo)體襯底的表面更高的高度。
[0017]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，一種制造半導(dǎo)體器件的方法可以包括以下步驟:在半導(dǎo)體襯底中形成具有第一深度且從半導(dǎo)體襯底的表面起的無(wú)源區(qū)；在包括無(wú)源區(qū)的半導(dǎo)體襯底上形成硬掩模圖案，并且通過(guò)將半導(dǎo)體襯底和無(wú)源區(qū)圖案化至第二深度來(lái)形成多個(gè)柱體；在多個(gè)柱體的每個(gè)的外周緣上形成柵導(dǎo)電層；在包括柵導(dǎo)電層的半導(dǎo)體襯底上形成第一絕緣層并且將第一絕緣層平坦化；通過(guò)將形成在無(wú)源區(qū)上的柱體中的至少一個(gè)刻蝕成具有比柵導(dǎo)電層更低的高度來(lái)形成柵接觸孔；以及通過(guò)將導(dǎo)電材料掩埋在柵接觸孔中來(lái)形成柵接觸。
[0018]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，一種制造半導(dǎo)體器件的方法可以包括以下步驟:在限定有第一區(qū)和第二區(qū)的半導(dǎo)體襯底上形成硬掩模圖案，并且通過(guò)將半導(dǎo)體襯底圖案化來(lái)形成多個(gè)柱體；形成第一高度的無(wú)源區(qū)以包圍多個(gè)柱體的每個(gè)的下端部；在無(wú)源區(qū)上形成第二高度的柵導(dǎo)電層以包圍柱體；在包括柵導(dǎo)電層的半導(dǎo)體襯底上形成絕緣層并且將絕緣層平坦化；通過(guò)將形成在第二區(qū)中的柱體中的至少一個(gè)刻蝕成具有比柵導(dǎo)電層更低的高度來(lái)形成柵接觸孔；以及通過(guò)將導(dǎo)電材料掩埋在柵接觸孔中來(lái)形成柵接觸。
[0019]在以下標(biāo)題為“【具體實(shí)施方式】”的部分中描述這些和其他特征、方面和實(shí)施例。
【附圖說(shuō)明】
[0020]從以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中，將更加清楚地理解本公開(kāi)的主題的以上和其他方面、特征和其他優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0021]圖1是說(shuō)明一般垂直型半導(dǎo)體裝置的布局圖；
[0022]圖2和圖3是圖1中的半導(dǎo)體裝置的截面圖；
[0023]圖4是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)實(shí)施例的垂直型半導(dǎo)體裝置的截面圖；
[0024]圖5至圖13是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)實(shí)施例的制造垂直型半導(dǎo)體裝置的方法的截面圖；
[0025]圖14A和圖14B是說(shuō)明利用圖4中所示的垂直型半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的圖；
[0026]圖15是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個(gè)實(shí)施例的垂直型半導(dǎo)體裝置的截面圖；
[0027]圖16至圖20是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個(gè)實(shí)施例的制造垂直型半導(dǎo)體裝置的方法的截面圖；
[0028]圖21A和圖21B是說(shuō)明利用圖15中所示的垂直型半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的圖；
[0029]圖22是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個(gè)實(shí)施例的垂直型半導(dǎo)體裝置的截面圖；
[0030]圖23至圖26是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個(gè)實(shí)施例的制造垂直型半導(dǎo)體裝置的方法的截面圖；
[0031]圖27A和圖27B是說(shuō)明利用圖21中所示的垂直型半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]在下文中，將參照附圖更詳細(xì)地描述示例性實(shí)施例。本文參照截面圖來(lái)描述示例性實(shí)施例，截面圖是示例性實(shí)施例(和中間結(jié)構(gòu))的示意性圖示。照此，可以預(yù)料到圖示的形狀變化是緣于制造技術(shù)和/或公差。因而，示例性實(shí)施例不應(yīng)被解釋為局限于本文說(shuō)明的區(qū)域的特定形狀、而可以包括例如來(lái)自于制造的形狀差異。在附圖中，為了清楚起見(jiàn)，可能對(duì)層和區(qū)域的長(zhǎng)度和尺寸進(jìn)行夸大。附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。還將理解的是，當(dāng)一個(gè)層涉及在另一層或襯底“上”時(shí)，其可以直接在另一層或襯底上，或者還可以存在中間層。還應(yīng)注意的是，在本說(shuō)明書(shū)，“連接/耦接”不僅指一個(gè)部件與另一部件直接耦接，還指一個(gè)部件經(jīng)由中間部件與另一部件間接耦接。另外，只要未在句子中特意提及，單數(shù)形式可以包括復(fù)數(shù)形式。
[0033]本文參照截面圖和/或平面圖來(lái)描述本發(fā)明構(gòu)思，截面圖和/或平面圖是本發(fā)明構(gòu)思的理想實(shí)施例的示意性圖示。然而，本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制本發(fā)明構(gòu)思。盡管將示出并且描述本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的原理和精神的情況下，可以對(duì)這些示例性實(shí)施例進(jìn)行變化。
[0034]圖4是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)實(shí)施例的垂直型半導(dǎo)體裝置的截面圖。
[0035]參見(jiàn)圖4，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)實(shí)施例的垂直型半導(dǎo)體裝置可以包括限定有第一區(qū)201A、第二區(qū)203A和第三區(qū)201B的半導(dǎo)體襯底201。例如，第一區(qū)201A可以是器件形成區(qū)，第二區(qū)203A可以是柵接觸區(qū)，而第三區(qū)201B可以是源接觸區(qū)。
[0036]從半導(dǎo)體襯底201垂直延伸的至少一個(gè)柱體231被設(shè)置在第一區(qū)201A中，而具有給定高度的柵導(dǎo)電層209形成在柱體231的外周緣上，柵絕緣層207插入在柵導(dǎo)電層209和柱體231之間。柵導(dǎo)電層209的高度可以比柱體231的高度更低，且柵導(dǎo)電層209可以被形成為水平延伸至第二區(qū)203A。附圖標(biāo)記205可以表示硬掩模圖案，且附圖標(biāo)記211可以表不第一絕緣層。
[0037]在第二區(qū)203A中以給定尺寸(寬度、深度和長(zhǎng)度)從半導(dǎo)體襯底201的表面向下形成無(wú)源區(qū)203。無(wú)源區(qū)203包括從半導(dǎo)體襯底201的表面向上垂直延伸的至少一個(gè)柱體。從無(wú)源區(qū)203延伸的至少一個(gè)柱體，例如用于柵接觸的柱體可以具有比半導(dǎo)體襯底201的表面更高且比柵導(dǎo)電層209的表面更低的高度。與柵導(dǎo)電層209的側(cè)壁電耦接的柵接觸221形成在用于柵接觸的柱體上。
[0038]與半導(dǎo)體襯底201電耦接且從半導(dǎo)體襯底201的表面向上垂直形成的源接觸223形成在第三區(qū)201B中。
[0039]因此，柵接觸221形成在無(wú)源區(qū)203上，而源接觸223形成在為有源區(qū)的半導(dǎo)體襯底201上。
[0040]在本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例中，第二區(qū)203A被限定成沿著水平方向與第一區(qū)201A相鄰，而第三區(qū)20IB被限定成沿著水平方向與