包括橫向延伸的有源區的晶體管及其制造方法

專利名稱：包括橫向延伸的有源區的晶體管及其制造方法
技術領域：
本申請涉及半導體器件及其制造方法，更具體，本申請涉及具有凹陷柵電極的半導體器件及其制造方法。
背景技術：
使用半導體器件的電子產品變得越來越薄、輕和緊湊，在這種產品中使用的半導體器件通常被要求變得更加集成。因此，不斷進行著對于減小晶體管二維尺寸的研究。
晶體管尺寸的減小可導致溝道長度和溝道寬度的減小。晶體管的驅動電流通常與溝道長度成反比，并通常與溝道寬度成正比。溝道長度的減小可以增加驅動電流和響應速度。與此相反，溝道長度的減小可導致例如擊穿的問題。所以，有對于最小化晶體管的二維尺寸同時提供有效的溝道長度的持續需要。
提出了稱為凹陷溝道陣列晶體管(RCAT)的結構以增加有效的溝道長度。在RCAT的有源區內形成柵溝槽。絕緣的柵電極填充柵溝槽并橫跨有源區。柵溝槽可用于增加有效溝道長度。
提出了稱為球形凹陷溝道陣列晶體管(SRCAT)的另一結構以增加有效溝道長度。在SRCAT的有源區內形成上柵溝槽。在上柵溝槽的下面以長頸瓶(flask)的形狀形成下柵溝槽。絕緣柵電極填充上和下柵溝槽并橫跨有源區。上和下柵溝槽可增加有效溝道長度。
溝道寬度的減小通常減小驅動電流。通常，考慮到操作半導體器件所需的驅動電流而設計溝道寬度。因此，擴展有效溝道寬度的技術在減小晶體管溝道寬度方面是有益的。
圖1是傳統RCAT的截面圖。圖1的第一區域1是在字線方向上的RCAT的截面圖，以及圖2的第二區域2是在位線方向上的RCAT的截面圖。參照圖1，傳統RCAT具有隔離層16，其限定半導體襯底11內的有源區13。隔離層16可包括層疊的側壁氧化物層14和絕緣層15。在有源區13中形成柵溝槽17。柵溝槽17橫跨有源區13并部分地露出隔離層16的側壁。橫跨有源區13形成柵電極19。柵電極19具有延伸進入柵溝槽17的柵電極19E。在有源區13和柵電極19之間插入柵介質層18。還在有源區13和柵電極19E之間插入柵介質層18。在柵電極19的不同側的有源區13內形成源區和漏區21和23。
由于柵溝槽17，相比于平面晶體管，RCAT的有效溝道長度CL1相對長。因此，即使當減小RCAT的二維尺寸時，可以確保期望的有效溝道長度CL1。
然而，RCAT的有效溝道長度CW1可以基于有源區13的尺寸。由隔離層16限定有源區13。在所說明的器件中，為了減小RCAT的二維尺寸，將有源區13減小到光刻工序的分辨率(resolution)極限是有益的。有源區13的減小可以導致有效溝道寬度CW1的減小。在該情況下，可以減小RCAT的電流驅動性。
可以增加有源區13的寬度以增加有效溝道寬度CW1。然而，該方法可與RCAT的高度集成相抵觸。
在授予Wang的名為“Transistor Structure and Process to FabricateSame”的美國專利申請No.2003/0085435中說明了增加有效溝道寬度的另一種技術。根據該公開的申請，在有源區的溝道長度方向上形成至少一個凹陷區。橫跨該凹陷區形成絕緣柵電極。凹陷區用于擴展晶體管的有效溝道寬度。在授予Tran的名為“Method of Forming DRAMTransistors”的美國專利No.6,844,591中說明了形成晶體管的另一技術。
有對于用于減小晶體管尺寸同時提供有效溝道寬度的技術的持續需求。

發明內容
在本發明的某些實施例中，晶體管包括襯底和在襯底中設置的隔離區。隔離區限定包括上和下有源區的有源區，上有源區具有第一寬度而下有源區具有大于第一寬度的第二寬度。絕緣柵電極延伸穿過上有源區并進入下有源區。在絕緣柵電極的分別第一和第二側上的有源區中設置源區和漏區。絕緣柵電極可包括設置在上有源區中的上柵電極和設置在下有源區中的下柵電極，其中下柵電極比上柵電極要寬。絕緣柵電極可具有長頸瓶形狀的截面。
在某些實施例中，隔離區包括約束(bound)上有源區的上隔離區和約束下有源區的下隔離區，并且該下隔離區具有比上隔離區小的寬度。上柵電極可接觸上隔離區，以及下柵電極可接觸上隔離區。源區和漏區可延伸進入下有源區。
本發明的進一步實施例提供制造晶體管的方法。在襯底中形成隔離區以限定有源區，該有源區包括具有第一寬度的上有源區和具有大于第一寬度的第二寬度的下有源區。形成絕緣柵電極，其穿過上有源區并延伸進入下有源區。在絕緣柵電極的不同側的有源區中形成源區和漏區。
形成隔離區可包括在襯底上形成掩模圖形、使用掩模圖形作為蝕刻掩模蝕刻襯底，以形成第一溝槽、在第一溝槽的第的襯底中形成較窄的第二溝槽、以及在第一和第二溝槽中形成絕緣區。形成較窄的第二溝槽可包括在第一溝槽中的襯底的側壁上形成隔片，并使用掩模圖形和隔片作為蝕刻掩模蝕刻襯底，以形成第二溝槽。隔片可包括硅氧化物層、硅氮化物層和/或硅氮氧化物層。形成隔片可包括在第一溝槽的襯底的側壁上形成第一氧化物層、在第一氧化物層上形成氮化物襯墊(liner)、在氮化物襯墊上形成第二氧化物層、并蝕刻第一氧化物層、氮化物襯墊和第二氧化物層以露出第一溝槽的底表面。第一氧化物層可以是熱氧化物層，氮化物襯墊可以是硅氮化物層和/或硅氮氧化物層，以及第二氧化物層可以是由化學汽相淀積形成的硅氧化物層。可以將第二溝槽形成為小于用于形成第一溝槽的光刻工序的分辨率極限的寬度。可以在用絕緣材料填充第一和第二溝槽之前，在第二溝槽中的襯底的側壁上形成熱氧化物層。
形成絕緣柵電極可包括在有源區內形成柵溝槽，該柵溝槽在第一深度之上具有第一寬度并在第一深度之下具有大于第一寬度的第二寬度。在柵溝槽內形成符合有源區側壁的柵介質層。在柵溝槽內形成導電區。形成柵溝槽可包括在襯底上形成柵掩模并使用柵掩模作為蝕刻掩模來蝕刻有源區，以將柵溝槽形成為第一深度。形成柵溝槽還包括在柵溝槽中的有源區的側壁上形成隔片，該隔片在柵溝槽的底表面上露出部分有源區。可以蝕刻在柵溝槽的底的有源區的露出部分，以加深并加寬第一深度之下的柵溝槽。隔片可包括由化學汽相淀積形成的硅氧化物。
本發明的某些實施例可以提供能夠減小平面尺寸同時相對地擴展有效溝道寬度的半導體器件。
本發明的進一步實施例提供制造能夠相對地擴展其有效溝道寬度的半導體器件的方法。
在某些實施例中，半導體器件具有延伸的橫向有源區。半導體器件包括襯底、以及在襯底中設置并具有第一寬度的上有源區。下有源區連接到并設置在上有源區之下，并具有大于第一寬度的第二寬度。在襯底中形成隔離層以限定上和下有源區。橫跨上和下有源區形成絕緣柵電極。絕緣柵電極穿透上有源區以延伸到下有源區。
在本發明的某些實施例中，絕緣柵電極可具有上柵電極和下柵電極。上柵電極可橫跨上有源區并在上有源區中形成。下柵電極可橫跨下有源區并在上柵電極之下延伸。在該情況下，下柵電極可具有與第二寬度基本上相同的寬度。此外，當從截面觀看時，上和下柵電極可具有長頸瓶形狀。
在某些實施例中，隔離層可具有上隔離層和下隔離層。上隔離層可限定上有源區。下隔離層可在上隔離層之下延伸并限定下有源區。下隔離層可具有比上隔離層窄的寬度。此外，下隔離層可具有比光刻工序的分辨率極限窄的寬度。
在另外其他實施例中，上柵電極的彼此面對的側壁可以接觸上隔離層。下柵電極的彼此面對的側壁可以接觸下隔離層。
在另外其他實施例中，可以在絕緣柵電極的兩側的襯底中形成源區和漏區。源區和漏區的底表面可以比上有源區要低。
在其他實施例中，制造半導體器件的方法包括形成隔離層以限定上有源區和下有源區。在上有源區之下限定下有源區。上有源區具有第一寬度，并且下有源區具有大于第一寬度的第二寬度。橫跨上和下有源區形成絕緣柵電極。絕緣柵電極穿透上有源區以延伸到下有源區。
在本發明的某些實施例中，可以在襯底上形成硬掩模圖形。可以使用硬掩模圖形作為蝕刻掩模選擇性地蝕刻襯底，以形成限定上有源區的上隔離溝槽。可以形成下隔離溝槽，其在上隔離溝槽之下延伸并限定下有源區。下隔離溝槽可具有比上隔離溝槽窄的寬度。可以在下隔離溝槽的內壁上形成下側壁氧化物層。下側壁氧化物層可以由熱氧化物層構成。可以使用絕緣層填充上和下隔離溝槽以形成隔離層。
在某些實施例中，可在上隔離層的側壁上形成隔片。可以使用硬掩模圖形和隔片作為蝕刻掩模各向異性地蝕刻襯底，以形成下隔離溝槽。隔片可以由硅氧化物層、硅氮化物層、硅氮氧化物層或其組合層形成。
在另外其他實施例中，可以在上隔離溝槽的內壁上形成上側壁氧化物層。可在具有上側壁氧化物層的襯底上形成氮化物襯墊。可在具有氮化物襯墊的襯底上形成隔片氧化物層。可以各向異性地蝕刻隔片氧化物層、氮化物襯墊和上側壁氧化物層，直到露出上隔離溝槽的底表面，使得形成隔片。上側壁氧化物層可以由熱氧化物層形成，氮化物襯墊可以由硅氮化物或硅氮氧化物形成，以及隔片氧化物層可以通過化學汽相淀積(CVD)方法由硅氧化物形成。
在其他實施例中，下隔離溝槽可以具有比光刻工序的分辨率極限窄的寬度。
在另外其他實施例中，可以形成橫跨上有源區的上柵溝槽。可以在上柵溝槽的下面形成具有大于上柵溝槽的寬度的下柵溝槽。可以在下柵溝槽的內壁上、上柵溝槽的側壁上以及上有源區的表面上形成柵介質層。可以形成柵導電層，其填充上和下柵溝槽并覆蓋襯底。可以構圖柵導電層以形成絕緣柵電極。當從截面看時，上和下柵溝槽可具有長頸瓶形狀。下柵溝槽可具有基本上等于第二寬度的寬度。在該情況下，可以在下柵溝槽的彼此相對的側壁上露出下隔離層。
在某些實施例中，可以在具有隔離層的襯底上形成柵掩模圖形。可以使用柵掩模圖形作為蝕刻掩模部分地蝕刻上有源區。以形成上柵溝槽。
在某些實施例中，可以在上柵溝槽的側壁上形成犧牲隔片。在該情況下，可以在上柵溝槽的底表面上露出襯底。可以各向同性地蝕刻在上柵溝槽的底表面上露出的襯底，以形成下柵溝槽。可以執行各向同性蝕刻直到下柵溝槽的底表面比上有源區低。犧牲層可以通過CVD方法由硅氧化物層形成。
在其他實施例中，可以將雜質離子注入絕緣柵電極兩側的襯底中，以形成源區和漏區。源區和漏區的底表面可以比上有源區低。


圖1是傳統RCAT的截面圖。
圖2是根據本發明的某些實施例的晶體管的布局。
圖3至9是沿圖2的線I-I’和II-II’所取的截面圖，說明了根據本發明的某些實施例制造晶體管的操作。
圖10是沿圖2的線III-III’所取的截面圖，說明了根據本發明的某些實施例制造晶體管的操作。
具體實施例方式
將在下文參照附圖具體說明本發明，其中示出了本發明的實施例。然而，本發明不應被構建為限制于在此闡述的實施例。而是，提供這些實施例使得本公開是全面和完整的，并且將本發明的范圍全面表達給本領域技術人員。在附圖中，為了清楚起見放大了層和區域的厚度。相同數字始終指向相同元件。如在此所使用的術語“和/或”包括一個或多個相關列項的任何以及所有組合。
在此使用的技術術語是為了特定實施例的目的而不旨在限制本發明。如在此使用，單數形式“a”、“an”和“the”也旨在包括復數形式，除非上下文清楚地指出。還應理解在該說明書中使用的術語“includes”和/或“including”指示所述特征、整數、步驟、操作、元件、和/或組分的存在，而不排除其一個或多個其他特征、整數、步驟、操作、元件、和/或組分的存在。
應理解，當例如層、區域或襯底的元件稱為在另一元件的“之上”或“在其上”延伸時，它可以直接在其他元件之上或者直接在其他元件上延伸，或者也可以存在中間元件。相反地，如果元件稱為在另一元件“直接之上”或在其上“直接延伸”，則不存在中間元件。還應理解，當元件稱為“連接”或“耦接”到另一元件時，其可以直接連接或耦接到其他元件或者可以存在中間元件。相反地，當元件稱為“直接連接”或“直接耦接”到其他元件時，沒有中間元件。在整個說明書中相同數字指向相同元件。
應理解，盡管在此使用術語第一、第二等來描述各種元件、組分、區域、層和/或部分，這些元件、組分、區域、層和/或部分不應被這些術語所限制。這些術語僅用來將一個元件、組分、區域、層和/或部分從另一區域、層或部分區分開來。因此，在下面討論的第一元件、組分、區域、層和/或部分可以稱為第二元件、組分、區域、層和/或部分，而不背離本發明的教導。
此外，相對術語，例如“下”或“底”以及“上”或“頂”，在此用于描述如圖所示的一個元件與另一元件的關系。應理解，相對術語旨在包括除了在圖中所描述的指向之外的器件的其他指向。例如，如果將在圖中的器件翻轉，描述為在其他元件的“下”側的元件將指向在其他元件到“上”側。因此，基于圖的特定指向，示例性術語“下”可以包括“下”和“上”的兩個指向。相似地，如果將圖之一翻轉，描述為在其他元件的“下面”或“之下”的元件將指向為在其他元件“之上”。因此示例性術語“下面”或“之下”包括上和下的兩個指向。
在此參照截面圖說明本發明的實施例，該截面圖是本發明的理想化實施例的原理視圖。這樣，期望例如作為制造技術和/或容差的結果的示例的性狀的變化。因此，本發明的實施例不應被構建為限制于在此說明的區域的具體形狀，而是包括由于制造的形狀的變形。例如，說明或描述為矩形的蝕刻區可以具有圓形或曲線的特征。因此，在圖中說明的區域本質上是原理性的，并且不旨在限制本發明的范圍。
除非另外限定，在此使用的所有術語(包括技術和科學術語)具有有本領域技術人員通常所理解的相同含義。還應理解，例如在字典中所通常定義的術語，應被解釋為具有與相關技術上下文一致的意思，并不應被理想化或者以過分形式的含義來解釋，除非在此明顯地定義。本領域技術人員還將理解，稱為“相鄰“于另一特征設置的結構或特征可具有重疊或位于相鄰特征的部分，盡管可以使用其他材料。
圖2說明根據本發明的某些實施例的晶體管的布局，以及圖3至10是根據本發明的實施例說明形成圖2的晶體管的操作的截面圖。特別地，圖3至9的第一區域X1是沿圖2的線I-I’所取的截面圖，以及圖3至9的第二區域Y1是沿圖2的線II-II’所取的截面圖。圖2的線I-I’是晶體管的字線方向，以及圖2的線II-II’是晶體管的位線方向。圖10是沿著圖2的線III-III’所取的截面圖。
現在將參照圖2、9和10說明根據本發明的某些實施例的晶體管。根據本發明的某些實施例的晶體管包括襯底51以及上有源區53，該上有源區53形成在襯底51內并具有第一寬度W1。在上有源區53之下設置下有源區67。下有源區67具有大于第一寬度W1的第二寬度W2。在襯底51中形成隔離區77以限定上和下有源區53和67。橫跨上和下有源區53和67形成柵溝槽83。柵溝槽83穿過上有源區53以延伸到下有源區67。柵電極93在柵溝槽83中形成并橫跨上和下有源區53和67。
襯底51可以是例如硅晶片的半導體襯底。隔離區77可包括上隔離區75和下隔離區74。下隔離區74可從上隔離區75的下部延伸。在該情況下，下隔離區74可比上隔離區75窄。此外，下隔離區74可以小于光刻工序的分辨率極限，如下文詳細所述。上隔離區75可限定上有源區53，并且下隔離區74可限定下有源區67。應理解，上有源區53和下有源區67可具有單一(unitary)的結構，例如，可以形成連續的材料區，而在其他實施例中，這些區域可以具有非單一的結構。相似地，上隔離區75和下隔離區74可以是單一或非單一的。
上隔離區75可包括絕緣層73和覆蓋絕緣層73的側壁的隔片65。例如，隔片65可以是硅氧化物層、硅氮化物層、硅氮氧化物層或其組合層。例如，隔片65可以包括順序層疊的上側壁氧化物層61、氮化物襯墊62、以及隔片氧化物層63。在該情況下，上側壁氧化物層61可以是熱氧化物層，氮化物襯墊62可以是硅氮化物層或硅氮氧化物層，以及隔片氧化物層63可以是硅氧化物層。此外，上側壁氧化物層61可以與上有源區53接觸，隔偏氧化物層63可以與絕緣層73接觸，以及可以在上側壁氧化物層61和隔片氧化物層63之間插入氮化物襯墊62。
下隔離區74可包括絕緣層73和覆蓋絕緣層73的下側壁氧化物層71。即，絕緣層73可以從上隔離區75延伸到下隔離區74。絕緣層73可以是例如高密度等離子體(HDP)氧化物層、旋涂玻璃(SOG)層、或其組合。下側壁氧化物層71可以是熱氧化物層。
由上隔離區75將上有源區53限定為具有第一寬度W1。由下隔離區74將下有源區67限定為具有第二寬度W2。由光刻工序的分辨率極限來確定上隔離區75的尺寸和第一寬度W1。下隔離區74可以比上隔離區75窄。在該情況下，第二寬度W2可以比第一寬度W1大。即，下有源區67可以具有比上有源區53寬的寬度。
柵溝槽83可包括上柵溝槽81和下柵溝槽82。下柵溝槽82可以比上柵溝槽81寬。具體地，可以在上有源區53內形成上柵溝槽81。此外，在第一寬度(W1)的方向上橫跨上有源區53設置上柵溝槽81。在該情況下，上柵溝槽81可具有等于或大于第一寬度W1的寬度。下柵溝槽82可從上柵溝槽81的底延伸。可以在第二寬度(W2)的方向上橫跨下有源區67設置下柵溝槽82。在該情況下，下柵溝槽82可具有等于或大于第二寬度W2的寬度。在下有源區67中設置下柵溝槽82的底面，并露出下有源區67。此外，下柵溝槽82可部分地露出下隔離區74的側壁。上柵溝槽81和下柵溝槽82可具有長頸瓶形截面。
可以在柵電極93上形成金屬硅化物圖形94。柵電極93和金屬硅化物圖形94形成柵圖形95。柵電極93可包括填充上柵溝槽81的上柵電極93E，以及填充下柵溝槽82的下柵電極93S。上柵電極93E從柵電極93的底延伸，以及下柵電極93S從上柵電極93E的底延伸。應理解，在某些實施例中，上柵電極93E和下柵電極93S可具有單一的結構，例如，可形成連續的金屬材料區，而在其他實施例中，這些區域可具有非單一的結構。
上柵電極93E可具有等于或大于第一寬度W1的寬度，并且下柵電極93S可具有等于或大于第二寬度W2的寬度。下柵電極93S部分地接觸下隔離區74的側壁。當從截面看時，上柵電極93E和下柵電極93S可具有長頸瓶形狀。
柵電極93、上柵電極93E和下柵電極93S可以是例如多晶硅層。金屬硅化物圖形94可以是金屬硅化物層，例如硅化鎢層。此外，可以在柵圖形95上蓋帽(capping)圖形97。蓋帽圖形97可以是例如硅氮化物層。
在柵電極93和襯底51之間插入柵介質層91。柵介質層91可符合柵溝槽83的內壁。柵介質層91可以包括例如硅氧化物層或高k介質層。
可以在柵電極93的不同側的襯底51中形成源區和漏區99。源區和漏區99可以是例如高濃度雜質區。可以將源區和漏區99設置為比上隔離區75低，如圖所示。可以將源區和漏區99設置為比下隔離區74低。
傳統晶體管可具有等于第一寬度W1的有效溝道寬度。與此相反，根據本發明的某些實施例，柵電極93、源區和漏區99、柵介質層91以及上和下有源區53和67可形成具有基本上等于第二寬度W2的有效溝道寬度的球形凹陷溝道陣列晶體管(SRCAT)。柵電極93具有下柵電極93S。下柵電極93S可具有與第二寬度W2基本上相同的寬度。下有源區67可具有大于上有源區53的第二寬度W2。因此，SCART具有基本上等于第二寬度W2的有效溝道寬度。即，根據本發明的某些實施例的SCART可以確保相對大的有效溝道寬度。在所示的實施例中，下有源區67用作橫向延伸的有源區。
可以通過調節源區和漏區99的深度來控制這種SCART的特性。當源區和漏區99相對淺時，SRCAT可具有相對長的有效溝道長度CL2。當源區和漏區99相對深時，SCART可具有相對大的有效溝道寬度。
現在將參照圖2至10說明根據本發明的某些實施例的制造圖2、9和10的晶體管的方法。參照圖2和3，順序地在襯底51上形成焊盤氧化物層和焊盤氮化物層。襯底51可以是半導體襯底，例如硅晶片。焊盤氧化物層包括熱氧化物層。焊盤氮化物層包括硅氮化物層或者硅氮氧化物層。焊盤氧化物層用于減輕由襯底51和焊盤氮化物層之間的熱膨脹系數的差異所引起的應力。構圖焊盤氮化物層和焊盤氧化物層以露出部分襯底51并形成焊盤氧化物圖形55和焊盤氮化物圖形56。焊盤氧化物圖形55和焊盤氮化物圖形56形成硬掩模圖形57。
使用硬掩模圖形57作為蝕刻掩模各向異性地蝕刻露出的襯底51，以形成上隔離溝槽59。由上隔離溝槽59在襯底51內限定上有源區53。上有源區53可具有第一寬度W1。
可以由光刻工序的分辨率極限來確定硬掩模圖形57的尺寸。可以根據硬掩模圖形57的尺寸和形狀來形成上有源區53。第一寬度W1與光刻工序的分辨率極限基本相等。
參照圖2和4，在上隔離溝槽59的側壁上形成隔片65。隔片65可包括例如硅氧化物層、硅氮化物層、硅氮氧化物層或其組合層。例如，隔片65可包括上側壁氧化物層61、氮化物襯墊62以及隔片氧化物層63。特別地，可在上隔離溝槽59的內壁上形成上側壁氧化物層61。氮化物襯墊62可符合在其上具有上側壁氧化物層61的部分襯底51。隔片氧化物層63可符合在其上具有氮化物襯墊62的部分襯底51。氮化物襯墊62可以是例如硅氮化物層或硅氮氧化物層。隔片氧化物層63可以是例如通過化學汽相淀積(CVD)方法形成的硅氧化物層。可以各向異性地蝕刻隔片氧化物層63、氮化物襯墊62以及上側壁氧化物層61，以露出上隔離溝槽59的底表面，并在上隔離溝槽59的側壁上留下隔片氧化物層63、氮化物襯墊62和上側壁氧化物層61。在上隔離溝槽59的底表面上形成部分露出襯底51的開口。
參照圖2和5，使用隔片51和硬掩模圖形57作為蝕刻掩模各向異性地蝕刻由開口露出的部分襯底51，以形成下隔離溝槽69。這在上有源區53之下限定下有源區67。下有源區67可具有第二寬度W2。
由于隔片65的厚度，由開口露出的部分襯底51可以比上隔離溝槽59窄。因此，下隔離溝槽69的寬度D可小于上隔離溝槽59的寬度。此外，下隔離溝槽69的寬度D可小于光刻工序的分辨率極限。由下隔離溝槽69的寬度D限定下有源區67的尺寸。第二寬度W2可大于第一寬度W1。換句話說，下有源區67可具有比上有源區53更寬的寬度。
參照圖2和6，可以在下隔離溝槽69的內壁上形成下側壁氧化物層71。下側壁氧化物層71可以是例如熱氧化物層。隨后，形成絕緣層73以填充下隔離溝槽69和上隔離溝槽59并覆蓋襯底51。絕緣層73可以是例如HDP氧化物層、SOG層或其組合。可以平整化絕緣層73以露出硬掩模圖形57。可以除去硬掩模圖形57以露出上有源區53。可以通過例如濕法蝕刻工序來除去硬掩模圖形57。當除去硬掩模圖形57時，可以部分地蝕刻絕緣層73和隔片65。
以這種方式，可以在上隔離溝槽59內形成上隔離區75，并在下隔離溝槽69內形成下隔離區74。下隔離區74和上隔離區75可以形成隔離區77。下隔離區74包括絕緣層73和覆蓋絕緣層73的下側壁氧化物層71。上隔離區75包括絕緣層73和覆蓋絕緣層73的隔片65。
可在露出的上有源區53上形成犧牲氧化物層78。犧牲氧化物層78可以是例如硅氧化物層。可將溝道離子注入具有犧牲氧化物層78的襯底51。溝道離子可穿過犧牲氧化物層78以注入上有源區53和下有源區67。
參照圖2和7，在其上具有犧牲氧化物層78的襯底51上形成柵掩模圖形79。柵掩模圖形79可以是例如硅氮化物層。柵掩模圖形79可具有橫跨有源區53的開口。當形成柵掩模圖形79時，還可以除去由開口露出的犧牲氧化物層78，即，可在開口中露出上有源區53的頂表面。
可以使用柵掩模圖形79作為蝕刻掩模各向異性地蝕刻上有源區53的露出部分，以形成上柵溝槽81。各向異性蝕刻可以使用在上隔離區75和上有源區53之間具有蝕刻選擇性的蝕刻條件。上柵溝槽81的底表面可以高于下隔離區74，即，可以在上有源區53中形成橫跨上有源區53的上柵溝槽81。可以由上柵溝槽81部分地露出上隔離區75的側壁，即，上柵溝槽81可具有與第一寬度W1基本上相等的寬度。
參照圖2和8，在上柵溝槽81的側壁上形成犧牲隔片85。具體地，可以在其中具有上柵溝槽81的襯底51上形成保形的犧牲層。犧牲層可以是例如由CVD工序形成的硅氧化物層。可以各向異性地蝕刻犧牲層以形成犧牲隔片85。可以執行各向異性蝕刻，直到在上柵溝槽81的底表面上露出襯底51。
可使用犧牲隔片85和柵掩模圖形79作為蝕刻掩模各向同性地蝕刻露出的襯底51，以形成下柵溝槽82。可以執行各向同性蝕刻，直到下柵溝槽82的底表面比上有源區53低。此外，可以當下柵溝槽82的底表面高于下隔離區74的底表面時，終止各向同性蝕刻。可以在下柵溝槽82的底表面上露出下有源區67。
當執行各向同性蝕刻時，可以基本上一致地在所有方向上蝕刻在上柵溝槽81的底表面上露出的襯底51。結果，下柵溝槽82可以大于上柵溝槽81。下柵溝槽82可以在上柵溝槽81之下形成，并可橫跨下有源區67。可以由下柵溝槽82部分地露出下隔離區74的側壁，即下柵溝槽82可具有與第二寬度W2基本上相同的寬度。上柵溝槽81和下柵溝槽82形成柵溝槽83。當從截面看時，柵溝槽83可具有長頸瓶形狀。隨后，除去犧牲隔片85和柵掩模圖形79，以露出柵溝槽83的內壁和上有源區53的頂表面。
參照圖2、9和10，在柵溝槽83的內壁和上有源區53的頂表面上形成柵介質層91。柵介質層91可以是硅氧化物層、高k介質層或者其組合。柵介質層91可基本上一致地覆蓋柵溝槽83的內壁和上有源區53的頂表面。例如，柵介質層91可以是由熱氧化工序形成的硅氧化物層。
形成柵導電層以填充柵溝槽83并覆蓋襯底51。柵導電層可以是例如多晶硅層。可在柵導電層上形成金屬硅化物層。金屬硅化物層可以是例如硅化鎢層，硅化鈷層或硅化鎳層。在金屬硅化物層上形成蓋帽層。蓋帽層可以是例如氮化硅層。
可以構圖蓋帽層、金屬硅化物層和柵導電層，以形成蓋帽圖形97、金屬硅化物圖形94和柵電極93。柵電極93和金屬硅化物圖形94可形成柵圖形95。柵電極93可橫跨上有源區53和下有源區67延伸。此外，柵介質層91可保留在柵電極93的兩側的上有源區53上。替換地，可以露出在柵電極93的兩側的上有源區53的頂表面。
當形成柵電極93時，可形成填充上柵溝槽91的上柵電極93E和填充下柵溝槽82的下柵電極93S。上柵電極93E從柵電極93的底延伸，以及下柵電極93S從上柵電極93E的底延伸。上柵電極93E可具有基本上與第一寬度W1相同的寬度，以及下柵電極93S可具有基本上與第二寬度W2相同的寬度。下柵電極93S可部分接觸下隔離區74的側壁。當從截面看時，上柵電極93E和下柵電極93S可具有長頸瓶形狀。
可以將雜質離子注入在柵電極93的不同側的襯底51中，以形成源區和漏區99。源區和漏區99可以是例如高濃度雜質區。可以以不同的角度和能量執行雜質離子的注入。源區和漏區99可以高于上隔離區75，如圖所示。源區和漏區99可以高于下隔離區74。
根據本發明的某些實施例，柵電極93、源區和漏區99、柵介質層91、以及上和下有源區53和67形成SRCAT。下有源區67可具有大于上有源區53的第二寬度W2。柵電極93具有下柵電極93S。下柵電極93S可具有基本上等于第二寬度W2的寬度。因此，SRCAT可以確保有效溝道寬度基本上等于第二寬度。即，根據本發明的某些實施例的SRCAT可以確保相對大的有效溝道寬度，以及下有源區67用作橫向延伸的有源區。因此，可以制造具有橫向延伸的有源區的半導體器件。
通過調節源區和漏區99的深度來控制這種SRCAT的特性。當源區和漏區99相對淺時，SRCAT可具有相對長的有效溝道長度CL2。當源區和漏區99相對深時，SRCAT可具有相對大的有效溝道寬度。
根據如上所述的本發明的某些實施例，在襯底中形成具有第一寬度的上有源區和具有第二寬度的下有源區。由光刻工序的分辨率極限確定第一寬度。第二寬度大于第一寬度。橫跨上和下有源區形成絕緣柵電極。絕緣柵電極穿透上有源區以延伸到下有源區。柵電極具有上柵電極和下柵電極。下柵電極具有基本上等于第二寬度的寬度。因此，確保了基本上等于第二寬度的有效溝道寬度。因此，可以實現具有相對大的有效的溝道寬度并具有相對小的平面面積(footprint)的半導體器件。
從本公開的教導，本領域普通技術人員可以做出許多變化和改進，而不背離本發明的精神和實質。因此，應理解所已經闡述的實施例僅僅是為了示例的目的，而不應被理解為限制有下面的權利要求所限定的本發明。
權利要求
1.一種晶體管，包括襯底；隔離區，設置在襯底中并限定包括上和下有源區的有源區，上有源區具有第一寬度并且下有源區具有大于第一寬度的第二寬度；絕緣柵電極，穿過上有源區延伸并進入下有源區；以及源區和漏區，在絕緣柵電極的分別第一和第二側上的有源區中。
2.如權利要求1的晶體管，其中絕緣柵電極包括設置在上有源區中的上柵電極和設置在下有源區中的下柵電極，其中下柵電極比上柵電極寬。
3.如權利要求2的晶體管，其中絕緣柵電極具有長頸瓶形狀的截面。
4.如權利要求2的晶體管，其中隔離區包括約束上有源區的上隔離區和限制下有源區的下隔離區，該下隔離區比上隔離區窄。
5.如權利要求4的晶體管，其中上柵電極接觸上隔離區。
6.如權利要求4的晶體管，其中下柵電極接觸上隔離區。
7.如權利要求1的晶體管，其中源區和漏區延伸到下有源區。
8.一種制造晶體管的方法，該方法包括在襯底中形成隔離區，以限定包括上有源區和下有源區的有源區，該上有源區具有第一寬度并且下有源區具有大于第一寬度的第二寬度；形成絕緣柵電極，其穿過上有源區并延伸到下有源區；以及在絕緣柵電極的不同側上的有源區中形成源區和漏區。
9.如權利要求8的方法，其中形成隔離區包括在襯底上形成掩模圖形；使用掩模圖形作為蝕刻掩模來蝕刻襯底，以形成第一溝槽；在第一溝槽的底的襯底中形成較窄的第二溝槽；以及在第一和第二溝槽中形成絕緣區。
10.如權利要求9的方法，其中形成較窄的第二溝槽包括在第一溝槽中的襯底的側壁上形成隔片；以及使用掩模圖形和隔片作為蝕刻掩模蝕刻襯底，以形成第二溝槽。
11.如權利要求10的方法，其中隔片包括硅氧化物層、硅氮化物層和/或硅氮氧化物層。
12.如權利要求10的方法，其中形成隔片包括在第一溝槽的襯底的側壁上形成第一氧化物層；在第一氧化物層上形成氮化物襯墊；在氮化物襯墊上形成第二氧化物層；以及蝕刻第一氧化物層、氮化物襯墊和第二氧化物層，以露出第一溝槽的底表面。
13.如權利要求12的方法，其中第一氧化物層是熱氧化物層，其中氮化物襯墊是硅氮化物層和/或硅氮氧化物層，以及其中第二氧化物層是通過化學汽相淀積形成的硅氧化物層。
14.如權利要求9的方法，其中將第二溝槽形成為小于用于形成第一溝槽的光刻步驟的分辨率極限的寬度。
15.如權利要求9的方法，還包括在使用絕緣材料填充第一和第二溝槽之前，在第二溝槽中的襯底的側壁上形成熱氧化物層。
16.如權利要求9的方法，其中形成絕緣柵電極包括在有源區中形成柵溝槽，該柵溝槽在第一深度之上具有第一寬度以及在第一深度之下具有大于第一寬度的第二寬度；在柵溝槽中形成符合有源區的壁的柵介質層；以及在柵溝槽中形成導電區。
17.如權利要求16的方法，其中形成柵溝槽包括在襯底上形成柵掩模圖形；以及使用柵掩模圖形作為蝕刻掩模蝕刻有源區，以將柵溝槽形成為第一深度。
18.如權利要求17的方法，其中形成柵溝槽還包括在柵溝槽中的有源區的側壁上形成隔片，該隔片露出在柵溝槽的底表面的部分有源區；以及蝕刻在柵溝槽的底的所露出部分有源區，以加深并加寬第一深度之下的柵溝槽。
19.如權利要求18的方法，其中隔片包括由化學汽相淀積形成的硅氧化物層。
20.如權利要求16的方法，其中柵溝槽具有長頸瓶形狀的截面。
21.如權利要求16的方法，其中在第一深度之下的柵溝槽中露出隔離區的下部。
22.如權利要求8的方法，其中形成源區和漏區包括將雜質離子注入在絕緣柵電極的不同側上的有源區。
23.如權利要求22的方法，其中源區和漏區延伸到下有源區。
全文摘要
一種晶體管，包括襯底和設置在襯底中的隔離區。該隔離區限定包括上和下有源區的有源區，上有源區具有第一寬度并且下有源區具有大于第一寬度的第二寬度。絕緣柵電極穿過上有源區延伸并進入下有源區。源區和漏區設置在絕緣柵電極的不同第一和第二側上的有源區中。絕緣柵電極可包括設置在上有源區中的上柵電極和設置在下有源區中的下柵電極，其中下柵電極比上柵電極寬。說明了相關的制造方法。
文檔編號H01L21/336GK1941411SQ20061010742
公開日2007年4月4日 申請日期2006年7月24日 優先權日2005年9月22日
發明者趙珉熙, 金志永 申請人:三星電子株式會社