[发明专利]动态随机存取存储器、半导体装置及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体装置及其形成方法，更具体地，涉及具有相反区(retrograde region)的半导体装置及其制造方法。

背景技术

随着半导体(集成电路)装置变得集成度更高，正在进行极大地减小晶体管尺寸的影响的研究。当减小栅电极的平面尺寸从而减小晶体管尺寸时，由于短沟道效应而通常出现例如增加截止电流并且恶化更新特性的问题。

为了处理这样的短沟道效应，已经提出了与平面尺寸相比具有相对长的有效沟道长度的凹入沟道晶体管。

凹入沟道晶体管包括通过蚀刻半导体基底而形成的栅极沟槽，并且栅电极填充栅极沟槽。即栅电极具有延伸进入半导体基底的结构。当不小于阈值电压的栅极电压施加至栅电极时，凹入沟道晶体管的沟道可以对应于栅电极的下表面而在半导体基底内形成。

因而，凹入沟道晶体管的有效沟道长度可以按栅极沟槽的深度的成比例增加。即通过形成深栅极沟槽可以增加凹入沟道晶体管的有效沟道长度。

但是，栅极沟槽的深度的增加可以放大由于体效应所引起的阈值电压的增加。通常，半导体基底被接地或本体偏压被施加至半导体基底。本体偏压典型地改变晶体管的阈值电压。例如，当栅极电压为正时，本体偏压可以是负电压。在这种情形，晶体管的阈值电压可以按本体偏压的大小而成比例增加。

这里，栅极沟槽深度的增加可以加速由于本体偏压所引起的阈值电压的增加速度。阈值电压的增加可以使得难于实施具有低工作电压的半导体装置。

在Weiczorek等人的标题为“Semiconductor device having a retrogradedopant profile in a channel region and method for fabricating the same，”的美国专利公开第2003/0183856A1号中公开了一种在沟道区中具有相反区的半导体装置。

发明内容

在本发明的一些实施例中，半导体装置包括在具有第一类型杂质离子的半导体基底内界定的有源区。相反区在有源区内并且具有第二类型杂质离子。上沟道区在有源区内的相反区上并且具有第一类型杂质离子。源极区和漏极区在有源区内的上沟道区上并且相互间隔开。栅电极填充形成在有源区内的栅极沟槽。栅电极布置在源极区和漏极区之间并且通过上沟道区而延伸进入相反区。

在另一实施例中，第一类型是P型并且第二类型是N型。相反区可以包含磷并且上沟道区可以包含硼。

在又一实施例中，栅极沟槽包括上沟槽和下沟槽。下沟槽连接至上沟槽的下部，具有比上沟槽大的宽度，并且具有比相反区的顶表面的水平低的底部，使得下沟槽延伸进入相反区。栅电极可以包括上栅极和下栅电极。上栅电极可以填充上沟槽，并且下栅电极可以填充下沟槽并且具有基本球形。绝缘间隔物可以提供于上栅电极与源极区和漏极区之间。下沟道区可以提供于下栅电极和具有第一类型杂质离子的相反区之间。上沟道区和下沟道区可以界定具有第一类型杂质离子的沟道区，沟道区在源极区和漏极区之间延伸并且连接源极区和漏极区。源极区和漏极区可以具有第二类型杂质离子。

在又一实施例中，隔离层界定有源区。相反区具有布置在比隔离层的底部的水平高的顶表面，以便提供隔离层接触相反区的侧壁区。

在又一实施例中，动态随机存取存储器(DRAM)包括具有第一类型杂质离子的半导体基底。在半导体基底内界定有源区。有源区内的相反区具有第二类型杂质离子。有源区内的相反区上的上沟道区具有第一类型杂质离子。有源区内的上沟道区上的源极区和漏极区相互间隔开。栅电极在有源区内填充栅极沟槽。栅电极布置在源极区和漏极区之间并且通过上沟道区而延伸进入相反区。栅极沟槽内的下沟道区夹置在栅电极和相反区之间。上沟道区和下沟道区界定在源极区和漏极区之间延伸并且连接源极区和漏极区的沟道区。相反区电隔离上沟道区和下沟道区与半导体基底，从而控制由于本体偏压所引起的阈值电压的增加。绝缘层在上沟道区上。埋藏接触栓延伸通过绝缘层并且接触源极区或漏极区。在绝缘层上的存储节点接触埋藏接触栓。第一类型可以是P型并且第二类型可以是N型。

在又一实施例中，动态随机存取存储器还包括界定有源区的隔离层。相反区具有布置得比隔离层的底部高的水平的顶表面，以便提供隔离层与相反区接触的侧壁区。绝缘层可以是下和上绝缘层，存储节点在上绝缘层上，并且动态随机存取存储器还包括在下绝缘层上的位线和延伸通过下绝缘层并且连接位线与源极区和漏极区的另一个的位线栓。