半导体设备及其制造方法与流程

半导体设备及其制造方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2022年3月8日提交的韩国专利申请号10-2022-0029233的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本发明涉及一种半导体设备及其制造方法，并且尤其涉及一种具有掩埋栅极的半导体设备及其制造方法。


背景技术：

4.为了提高半导体设备的集成程度，正在研究具有其中字线被掩埋在衬底中的结构的半导体设备。


技术实现要素：

5.本发明的一个实施例提供了一种制造半导体设备的方法，该方法能够缓解(relieving)在衬底与栅极绝缘层之间的界面处形成的悬空键。
6.根据本发明的一个实施例，一种半导体设备包括：设备隔离层，在衬底中限定多个有源区域，该设备隔离层包括第一区域和第二区域，在该第一区域，有源区域沿着第一方向以第一间隔彼此间隔开，在该第二区域，有源区域沿着第一方向以第二间隔彼此间隔开，第二间隔比第一间隔更宽；栅极沟槽，在第一方向上延伸以穿过有源区域和设备隔离层；以及掩埋栅极结构，间隙填充栅极沟槽，其中设备隔离层的第二区域包括下部中的气隙。
7.根据本发明的一个实施例，一种半导体设备包括：衬底，包括设备隔离层和由该设备隔离层限定的有源区域；栅极沟槽，被形成在有源区域和设备隔离层两者中；以及掩埋栅极结构，间隙填充栅极沟槽，其中该设备隔离层包括被设置在低于该埋栅极结构的水平处的气隙。
8.根据本发明的一个实施例，一种制造半导体设备的方法包括：形成在衬底中限定多个有源区域的设备隔离层，该设备隔离层包括第一区域和第二区域，在该第一区域，有源区域沿着第一方向以第一间隔彼此间隔开，在该第二区域，有源区域沿着第一方向以第二间隔彼此间隔开，第二间隔比第一间隔更宽；形成在第一方向上延伸以穿过有源区域和设备隔离层的栅极沟槽；以及形成间隙填充栅极沟槽的掩埋栅极结构，其中设备隔离层的第二区域包括下部中的气隙。
9.本技术通过提高氢钝化效率，具有改善半导体设备的可靠性的效果。
10.本技术可以形成非对称鳍以增加栅极沟道长度并减小传输栅极面积，以减小相邻单元之间的干扰。
11.本发明的这些和其他特征和优点将从以下本发明的详细实施例的说明变得显而易见。
附图说明
12.图1是根据本发明的一个实施例的半导体设备的平面图。
13.图2a和图2b是根据本发明的一个实施例的半导体设备的截面图。
14.图3a至图3l是图示了沿着图1的线a-a'截取的制造半导体设备的方法的截面图。
15.图4a至图4l是图示了沿着图1的线b-b'截取的制造半导体设备的方法的截面图。
具体实施方式
16.将参考作为本发明的理想示意图的截面图、平面图和框图来描述本文所描述的各个实施例。因此，附图的结构可能由于制造技术和/或允许偏差而被修改。因此，本发明的各种实施例不限于附图中所示的具体结构，而是包括可能根据制造过程而产生的结构的任何变化。因此，在附图中图示的任何区域和区域的形状为示意图，旨在图示各元件的区域的结构的具体示例，而不旨在限制本发明的范围。为了清楚地进行说明，可能夸大了附图中示出的组件的尺寸和相对尺寸。相似的附图标记自始至终指代相似的元件，并且“和/或”包括所列举的项目中的一个或多个的每一种组合。
17.提及一个元件或层在另一个元件或层“上”或“上方”不仅包括元件或层直接在另一个元件或层上的情况，而且包括其他层或元件介入该元件或层的情况。本文所使用的术语以描述实施例的目的，并且并不旨在限制本发明。在本说明书中，除非另以短语说明，否则单数也包括复数。
18.图1是根据本发明的一个实施例的半导体设备的平面图。图2a和图2b是根据本发明的一个实施例的半导体设备的截面图。图2a是沿着图1的线a-a'截取的截面图，并且图2b是沿着图1的线b-b'截取的截面图。
19.如图1、图2a和图2b中所示，根据本发明的一个实施例的半导体设备可以包括衬底101。衬底101可以包括多个有源区域103和限定该有源区域103的设备隔离层iso。具体地，根据该实施例的设备隔离层iso的部分区域可以包括在其底部起到氢袋(hydrogen pocket)的作用的气隙108。
20.衬底101可以是半导体衬底。衬底101可以是硅衬底、锗衬底或硅锗衬底。衬底101可以包括：存储器单元阵列区域，在其中形成有存储器单元；以及外围电路区域，在其中形成有用于操作该存储器单元的外围电路。
21.有源区域103可以具有长轴和短轴，并且可以被设置为在长轴方向和短轴方向上彼此间隔开。例如，有源区域103可以具有长度长于宽度的条形形状，并且可以被布置成岛形形状。
22.设备隔离层iso可以被形成在衬底101中。设备隔离层iso可以限定多个有源区域103。设备隔离层iso可以包括形成在衬底101中的隔离沟槽102和间隙填充在该隔离沟槽102中的至少一种绝缘材料。设备隔离层iso可以包括：第一区域r1，在其中有源区域103沿着第一方向d1以第一间隔间隔开；以及第二区域r2，在其中有源区域103沿着第一方向d1以第二间隔间隔开。第二间隔可以比第一间隔更宽。
23.在一个实施例中，设备隔离层iso可以包括第一绝缘材料和第二绝缘材料。第一绝缘材料可以用于间隙填充第一区域r1，并且第二绝缘材料可以用于间隙填充第二区域r2。设备隔离层iso的第一区域r1可以包括：衬里氧化物层104，覆盖隔离沟槽102的侧壁和底表
面；以及间隙填充氧化物层107，间隙填充隔离沟槽102。设备隔离层iso的第二区域r2可以包括：衬里氧化物层104，覆盖隔离沟槽102的侧壁和底表面；间隙填充氧化物层107，间隙填充隔离沟槽102的一部分；气隙108，形成在隔离沟槽102的底表面与间隙填充氧化物层107之间；以及隔离盖层109，在间隙填充氧化物层107上方间隙填充隔离沟槽的剩余部分。例如，隔离盖层109可以包括氮化硅。
24.具体地，在该实施例中，气隙108可以起到氢袋的作用。气隙108中的氢可以通过向衬底101的表面供应氢来提高氢钝化过程的效率。具体地，来自气隙108的氢在氢钝化过程期间朝向衬底101扩散，并且扩散后的氢可以消除衬底101与栅极绝缘层114之间的界面的悬空键。
25.字线wl1和wl2(或wl)可以在与有源区域103交叉的第一方向d1上延伸，并且位线bl可以在与第一方向d1交叉的第二方向d2上延伸。第一方向d1和第二方向d2可以垂直地交叉。
26.如图1中所图示，有源区域103被布置为相对于字线wl和位线bl以预定角度倾斜，以使得一个有源区域103可以被形成为与两条字线wl和一条位线bl交叉。相应地，一个有源区域103具有两个单位单元的结构，并且，一个单位单元基于最小特征尺寸而在第一方向d1上的长度为2f，在第二方向d2上的长度为3f，以使得单位单元面积为6f2。在这里，f是最小特征尺寸。
27.根据6f2单元结构，字线wl和位线bl彼此垂直交叉，并且有源区域103相对于字线wl和位线bl而在斜线方向上倾斜。这种结构是有利的，因为它减小了单元面积。根据本发明的一个实施例的半导体设备并不仅限于所描述的6f2单元结构，而是包括落入本发明的范围内的任何减小单元面积并改善半导体设备的集成程度的单元结构。
28.栅极结构bg包括：栅极沟槽113，形成在衬底101中；栅极绝缘层114，均匀地形成在栅极沟槽113的内壁上；以及栅极电极115，填充栅极沟槽113的一部分；以及栅极盖层116，在栅极电极115上方填充栅极沟槽113的剩余部分。在该实施例中，栅极电极115指示字线wl的横截面，并且栅极电极115和字线wl指示相同区域。
29.由于字线wl由掩埋栅极线形成，所以可以实现掩埋沟道晶体管。与平面晶体管相比，掩埋沟道晶体管可以减小单位单元面积并增加有效沟道长度。在掩埋沟道晶体管中，因为字线wl被掩埋在衬底101中，字线wl与位线bl之间的电容以及位线bl的总电容可以被降低以减小寄生电容。
30.栅极沟槽113可以在第一方向d1上延伸。栅极沟槽113可以在第一方向d1上与有源区域103和设备隔离层iso交叉。被定位在栅极沟槽113下方的设备隔离层iso可以在第一区域r1和第二区域r2中具有不同的高度。栅极沟槽113下方的设备隔离层iso在第一区域r1中的高度h1可以小于在第二区域r2中的高度h2。栅极沟槽113下方的设备隔离层iso的第一区域r1的上表面可以位于比栅极沟槽113下方的有源区域103的上表面更低的水平处。栅极沟槽113下方的设备隔离层iso的第二区域r2的上表面可以位于与栅极沟槽113下方的有源区域103的上表面相同的水平处。
31.在另一个实施例中，栅极沟槽113下方的设备隔离层iso的第二区域r2的上表面可以位于比栅极沟槽113下方的有源区域103的上表面更高的水平处。在另一个实施例中，栅极沟槽113下方的设备隔离层iso的第二区域r2的上表面可以位于比栅极沟槽113下方的有
源区域103的上表面更低的水平处。
32.在栅极沟槽113延伸的方向(也就是说，第一方向)上设置的在设备隔离层iso之间突出的有源区域103可以被称为“鳍103f”。参见图2b。鳍103f可以被形成在与设备隔离层iso的第一区域r1接触的有源区域103中。鳍103f可以不被形成在与设备隔离层iso的第二区域r2接触的有源区域103中。也就是说，鳍103f可以不被形成在被定位在与栅极沟槽113下方的有源区域103相同的水平处的设备隔离层iso的第二区域r2中，并且可以具有仅局部形成在被定位在比栅极沟槽113下方的有源区域103的上表面更低的水平处的设备隔离层iso的第一区域r1中的非对称形状。
33.栅极电极115的下表面在设备隔离层iso的第一区域r1中可以比在有源区域103中和在设备隔离层iso的第二区域r2中更低。也就是说，在其中相邻单元之间不发生字线干扰的设备隔离层iso的第一区域r1中，由于栅极电极115的底表面被定位在比有源区域103中更低的水平处，沟道长度可以通过鳍103f而被充分保证。因此，可以增加晶体管的驱动电流，并且可以改善操作特性。此外，在设备隔离层iso的第二区域r2中，传输栅极的面积减小了与设备隔离层iso的高度一样的量，从而防止了相邻单元之间的字线干扰(行锤)。在这里，传输栅极指代在长轴方向上彼此间隔开的相邻有源区域103之间的设备隔离层iso中形成的字线wl。
34.用作晶体管的源极和漏极的第一杂质区域117和第二杂质区域118可以被形成在栅极结构bg两侧上的有源区域103中。第一杂质区域117可以电连接到位线bl，并且第二杂质区域118可以电连接到电容器cap。位线bl和第一杂质区域117可以通过位线接触塞blc而彼此电连接。电容器cap和第二杂质区域118可以通过存储接触塞snc而彼此电连接。
35.图3a至图3l是图示了沿着图1的线a-a'截取的制造半导体设备的方法的截面图。图4a至图4l是图示了沿着图1的线b-b'截取的制造半导体设备的方法的截面图。
36.如图1、图3a和图4a中所示，可以在衬底101中形成限定有源区域103的隔离沟槽102。
37.衬底101可以是适用于半导体加工的材料。衬底101可以包括半导体衬底。衬底101可以由含硅的材料制成。衬底101可以包括硅、单晶硅、多晶硅、非晶硅、硅锗、单晶硅锗、多晶硅锗、碳掺杂硅、它们的组合或者它们的多个层。衬底101可以包括诸如锗的其他半导体材料。衬底101可以包括iii/v族半导体衬底，例如，诸如gaas的化合物半导体衬底。衬底101可以包括绝缘体上硅(soi)衬底。
38.由隔离沟槽102限定的有源区域103可以被形成为具有长轴和短轴。有源区域103可以沿着长轴方向和短轴方向二维地布置。例如，有源区域103可以具有长度长于宽度的条形形状，并且可以被布置成岛形形状。
39.隔离沟槽102可以包括：第一区域r1，在其中有源区域103沿着第一方向d1以第一间隔间隔开；以及第二区域r2，在其中有源区域103在第一方向d1上以大于第一间隔的第二间隔间隔开。
40.如图1、图3b和图4b中所示，可以形成覆盖隔离沟槽102的侧壁和底表面的衬里氧化物层104。例如，衬氧化物层104可以包括氧化硅。
41.如图1、图3c和图4c中所示，第一氢供应层105可以被形成在衬里氧化物层104上。第一氢供应层105可以覆盖包括隔离沟槽102的衬底101的整个表面。第一氢供应层105可以
包括含氢的绝缘材料。例如，第一氢供应层105可以包括高密度等离子体(hdp)氧化物。此外，hdp氧化物是通过使用高密度等离子体沉积的氧化物，并且在该过程期间生成大量的受激氢，使得可以改善扩散到衬底101中的氢的量。
42.通过形成第一氢供应层105的过程而供应的氢可以扩散到衬底101与衬里氧化物层104之间的界面中，或扩散到衬底101中。通过形成第一氢供应层105的过程供应的氢可以通过在衬底101的表面(例如，衬底101与衬里氧化物层104之间的界面)处形成si-h或si-oh键来消除悬空键。因此，可以减少由于悬空键的陷阱电荷。
43.接下来，可以去除第一氢供应层105。
44.如图1、图3d和图4d中所示，可以执行第一形成气体退火(fga)106过程。形成气体退火指代在制造过程期间用于稳定半导体设备的电气特性的退火。例如，形成气体可以包括含氢的气体混合物。
45.当执行第一形成气体退火106时，氢被扩散到衬底101与衬里氧化物层104之间的界面中，或扩散到衬底101中。通过第一形成气体退火106而供应的氢可以通过在衬底101的表面(例如，衬底101与衬里氧化物层104之间的界面)处形成si-h或si-oh键来消除悬空键。因此，可以减少由于悬空键的陷阱电荷。
46.如图1、图3e和图4e中所示，可以在衬里氧化物层104上形成用于间隙填充隔离沟槽102的间隙填充氧化物层107。间隙填充氧化物层107可以包括具有比衬里氧化物层104更低的阶梯覆盖的材料。间隙填充氧化物层107可以包括氧化硅。例如，间隙填充氧化物层107可以包括四乙氧基硅烷(teos)氧化物。
47.隔离沟槽102的第一区域r1可以用间隙填充氧化物层107完全地间隙填充。气隙108可以通过间隙填充氧化物层107的阶梯覆盖而被形成在隔离沟槽102的第二区域r2下方。
48.如图1、图3f和图4f中所示，可以在隔离沟槽102的第二区域r2上形成隔离盖层109。
49.首先，间隙填充氧化物层107可以在隔离沟槽102的第二区域r2中被凹陷到预定厚度。可以在仅将间隙填充在第二区域r2中的间隙填充氧化物层107选择性地凹陷的条件下执行凹陷过程。接下来，可以在第二区域r2的间隙填充氧化物层107上形成绝缘材料以间隙填充隔离沟槽102的剩余部分，并且可以执行平坦化过程以形成隔离盖层109。例如，隔离盖层109可以包括氮化硅。
50.因此，包括间隙填充氧化物层107的设备隔离层iso可以被形成在隔离沟槽102的第一区域r1中，并且该设备隔离层iso可以具有在隔离沟槽102的第二区域中自隔离沟槽102的底部形成的气隙108、间隙填充氧化物层107以及隔离盖层109的堆叠结构。
51.如图1、图3g和图4g中所示，可以执行第二形成气体退火(fga)110过程。
52.通过第二形成气体退火110过程供应的氢可以扩散到衬底101与衬里氧化物层104之间的界面，或者可以被捕获在气隙108中。也就是说，随着通过第二形成气体退火110过程所供应的氢扩散到衬底101中，它移动到具有相对大的空间量的气隙108中，并被捕获在其中。因此，气隙108可以起到存储氢的氢袋的作用。
53.如图1、图3h和图4h中所示，可以形成覆盖包括设备隔离层iso的衬底101的整个表面的第二氢供应层111。第二氢供应层111可以包括含氢的绝缘材料。例如，第二氢供应层
111可以包括高密度等离子体(hdp)氧化物。此外，hdp氧化物是使用高密度等离子体沉积的氧化物，并且在该过程期间生成大量的受激氢，使得可以改善扩散到衬底101中的氢的量。
54.通过形成第二氢供应层111的过程供应的氢被捕获在衬底101与衬里氧化物层104之间的界面处或气隙108中。
55.随后，去除第二氢供应层111。
56.如图1、图3i和图4i中所示，可以在衬底101上形成限定栅极区域的硬掩模层112。为了将硬掩模层112图案化，可以执行在硬掩模层112上形成掩模图案并通过使用该掩模图案作为蚀刻掩模来蚀刻硬掩模层112的一系列蚀刻过程。硬掩模层112可以包括相对于设备隔离层iso和衬底101具有蚀刻选择性的绝缘材料。
57.随后，可以蚀刻衬底101以形成栅极沟槽113。栅极沟槽113可以具有穿过有源区域103和设备隔离层iso的线性形状。
58.如图1、图3j和图4j中所示，设备隔离层iso可以另外被凹陷。可以在关于隔离盖层109和衬底101具有蚀刻选择性的条件下执行凹陷过程。因此，被定位在设备隔离层iso的第一区域r1中的栅极沟槽113的底表面可以被定位在比被定位在设备隔离层iso的第二区域r2中的栅极沟槽113的底表面和被定位在有源区域103处的栅极沟槽113的底表面更低的水平处。
59.有源区域103在被设置在栅极沟槽113延伸的第一方向d1上的设备隔离层iso之间突出，并且该突出被称为“鳍103f”。鳍103f可以被形成在与设备隔离层iso的第一区域r1接触的有源区域103中。鳍103f可以不被形成在与设备隔离层iso的第二区域r2接触的有源区域103中。也就是说，鳍103f不被形成在被定位在与栅极沟槽113下方的有源区域103相同的水平处的设备隔离层iso的第二区域r2中，并且可以具有仅局部形成在被定位在比栅极沟槽113下方的有源区域103的上表面更低的水平处的设备隔离层iso的第一区域r1中的非对称形状。
60.如图1、图3k和图4k中所示，可以形成掩埋栅极结构bg以间隙填充栅极沟槽113。
61.掩埋栅极结构bg可以包括：栅极绝缘层114，覆盖包括鳍103f的栅极沟槽113的表面；栅极电极115，间隙填充栅极绝缘层114上的栅极沟槽113的一部分；以及栅极盖层116，间隙填充栅极电极115上的栅极沟槽113的剩余部分。
62.栅极绝缘层114可以通过热氧化来形成。例如，可以通过氧化栅极沟槽113的底部和侧壁来形成栅极绝缘层114。
63.在另一个实施例中，栅极绝缘层114可以通过诸如化学气相沉积(cvd)或原子层沉积(ald)的沉积方法来形成。栅极绝缘层114可以包括高k材料、氧化物、氮化物、氮氧化物或其组合。高k材料可以包括氧化铪。含铪材料可以包括氧化铪、氧化铪硅、氮氧化铪硅或其组合。在另一个实施例中，高k材料可以包括氧化镧、氧化铝镧、氧化锆、氧化硅锆、氮氧化硅锆、氧化铝及其组合。在另一个实施例中，栅极绝缘层114可以通过沉积衬里多晶硅然后自由基氧化衬里多晶硅层来形成。在另一个实施例中，栅极绝缘层114可以在形成衬里氮化硅层之后通过自由基氧化衬里氮化硅层来形成。
64.栅极电极115可以包括导电材料。为了形成栅极电极115，可以在形成导电层以填充栅极沟槽113之后执行凹陷过程。凹陷过程可以作为回蚀过程而执行，或者可以顺序地执行化学机械抛光(cmp)过程和回蚀过程。栅极电极115可以具有部分填充栅极沟槽113的凹
陷形状。也就是说，栅极电极115的上表面可以处于比衬底101的上表面更低的水平处。栅极电极115可以包括金属、金属氮化物或其组合。例如，栅极电极115可以由氮化钛(tin)、钨(w)或氮化钛/钨(tin/w)堆叠形成。氮化钛/钨(tin/w)堆叠可以包括首先共形地形成在栅极沟槽113中的氮化钛，然后钨被部分地填充在栅极沟槽113中。在一个实施例中，栅极电极115仅由氮化钛形成，并且该实施例在下文中被称为“仅tin”栅极电极结构。在另一个实施例中，栅极电极115包括氮化钛/钨(tin/w)堆叠和多晶硅层的双栅极结构。
65.栅极盖层116包括绝缘材料。例如，栅极盖层116可以包括氮化硅。在另一个示例中，栅极盖层116可以包括氧化硅。在又一个示例中，栅极盖层116可以具有氮化物-氧化物-氮化物(non)结构。
66.随后，第一杂质区域117和第二杂质区域118可以用作晶体管的源极和漏极，并且可以被形成在栅极结构bg两侧上的有源区域103中。例如，第一杂质区域117和第二杂质区域118可以通过诸如注入的掺杂过程来形成。第一和第二杂质区域117和118也被称为“源极区域/漏极区域”。
67.图1、图3l和图4l图示了顺序地形成在衬底101上的位线bl和电容器cap。
68.第一杂质区域117电连接到位线bl。第二杂质区域118电连接到电容器cap。位线bl和第一杂质区域117例如经由位线接触塞blc而彼此电连接。电容器cap和第二杂质区域118可以通过存储接触塞snc而彼此电连接。
69.可以在电容器cap上执行金属布线过程以形成金属线，并且可以在金属线上形成氢供应层。
70.随后，可以执行氢钝化过程119。氢钝化过程119向衬底101的表面供应氢以修复诸如悬空键的表面缺陷。
71.通常，在半导体设备的制造过程期间，在半导体设备的单元元件中会生成缺陷。例如，单位元件中的缺陷可能在氧化过程、等离子体蚀刻过程等过程期间出现。这些缺陷改变了半导体设备的电气特性。例如，通常，在单元元件的氧化硅层与硅衬底之间的界面处以及栅极绝缘层与衬底之间的界面处会形成悬空键，这增加了泄漏电流并且劣化了半导体设备的电气特性。在动态随机存取存储器(dram)半导体设备的情况下，需要通过使用用于存储新数据的刷新方法以固定间隔重新存储现有数据。在这种情况下，预定时间段被称为刷新周期或数据保持时间。为了降低dram的功耗并提高操作速度，需要增加数据保持时间。然而，由于硅晶体中诸如悬空键的结构缺陷，晶体管中的泄漏电流可能增加，并且数据保持时间也可能减少。
72.在该实施例中，在氢钝化过程期间，设备隔离层iso中的气隙108中存储的氢扩散到衬底101与栅极绝缘层114之间的界面，并且通过在衬底101与栅极绝缘层114之间的界面处形成si-h或si-oh键来缓解悬空键。因此，与通过仅在金属布线之上使用氢供应层来执行氢钝化过程时相比，氢钝化过程的效率可以被最大化。
73.已经描述了落入本发明的范围内并且解决了与现有技术相关联的上述问题的本发明的各种实施例，然而，本发明并不仅限于这些实施例。对于本领域的技术人员来说应该显而易见的是，在本发明的技术范围和精神内可以做出各种其他变化和修改。

技术特征：
1.一种半导体设备，包括：设备隔离层，在衬底中限定多个有源区域，所述设备隔离层包括第一区域和第二区域，在所述第一区域，所述有源区域沿着第一方向以第一间隔彼此间隔开，在所述第二区域，所述有源区域沿着所述第一方向以第二间隔彼此间隔开，所述第二间隔比所述第一间隔更宽；栅极沟槽，在所述第一方向上延伸以穿过所述有源区域和所述设备隔离层；以及掩埋栅极结构，间隙填充所述栅极沟槽，其中所述设备隔离层的所述第二区域包括下部中的气隙。2.根据权利要求1所述的半导体设备，其中所述气隙被定位在比所述掩埋栅极结构更低的水平处。3.根据权利要求1所述的半导体设备，其中所述设备隔离层的所述第一区域中的所述栅极沟槽的底表面被定位在比所述设备隔离层的所述第二区域中的所述栅极沟槽的底表面更低的水平处。4.根据权利要求1所述的半导体设备，其中所述设备隔离层的所述第一区域中的所述栅极沟槽的底表面被定位在比所述有源区域中的所述栅极沟槽的底表面更低的水平处。5.根据权利要求1所述的半导体设备，其中所述设备隔离层的所述第二区域中的所述栅极沟槽的底表面被定位在比所述有源区域中的所述栅极沟槽的底表面更低的水平处。6.根据权利要求1所述的半导体设备，其中所述设备隔离层在所述第一区域和所述第二区域中具有不同的绝缘结构。7.根据权利要求1所述的半导体设备，其中所述第一区域的所述设备隔离层包括间隙填充氧化物层。8.根据权利要求1所述的半导体设备，其中所述第二区域的所述设备隔离层包括堆叠结构，所述堆叠结构包括所述气隙、间隙填充氧化物层和隔离盖层。9.根据权利要求8所述的半导体设备，其中所述间隙填充氧化物层包括氧化硅。10.根据权利要求8所述的半导体设备，其中所述隔离盖层包括氮化硅。11.一种半导体设备，包括：衬底，包括设备隔离层和由所述设备隔离层限定的有源区域；栅极沟槽，被形成在所述有源区域和所述设备隔离层两者中；以及掩埋栅极结构，间隙填充所述栅极沟槽，其中所述设备隔离层包括被设置在低于所述掩埋栅极结构的水平处的气隙。12.一种制造半导体设备的方法，所述方法包括：形成在衬底中限定多个有源区域的设备隔离层，所述设备隔离层包括第一区域和第二区域，在所述第一区域，所述有源区域沿着第一方向以第一间隔彼此间隔开，在所述第二区域，所述有源区域沿着所述第一方向以第二间隔彼此间隔开，所述第二间隔比所述第一间隔更宽；形成在所述第一方向上延伸以穿过所述有源区域和所述设备隔离层的栅极沟槽；以及形成间隙填充所述栅极沟槽的掩埋栅极结构，其中所述设备隔离层的所述第二区域包括下部中的气隙。13.根据权利要求12所述的方法，在形成所述设备隔离层之后，还包括：
执行形成气体退火。14.根据权利要求13所述的方法，其中形成气体退火的所述执行使用包括氢的气体混合物。15.根据权利要求12所述的方法，在形成所述设备隔离层之后，还包括：形成氢供应层，以用于通过所述衬底和所述气隙将氢扩散到包括所述设备隔离层的所述衬底的整个表面；以及去除所述氢供应层。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述氢供应层包括高密度等离子体hdp氧化物。17.根据权利要求12所述的方法，所述设备隔离层的形成包括：在所述衬底中形成限定多个有源区域的隔离沟槽；形成覆盖所述隔离沟槽的侧壁和底表面的衬里氧化物层；形成间隙填充氧化物层，所述间隙填充氧化物层通过在所述衬里氧化物层上方间隙填充所述第二区域的所述隔离沟槽的一部分而在所述第二区域的所述隔离沟槽的下部中形成气隙；以及形成间隙填充所述第二区域的所述隔离沟槽的剩余部分的隔离间隙填充层。18.根据权利要求17所述的方法，其中所述间隙填充氧化物层完全地间隙填充所述第一区域的所述隔离沟槽。19.根据权利要求17所述的方法，在形成所述衬里氧化物层之后，还包括：形成覆盖包括所述衬里氧化物层的所述衬底的整个表面的氢供应层，以用于将氢扩散到所述衬底中；以及去除所述氢供应层。20.根据权利要求17所述的方法，在形成所述衬里氧化物层之后，还包括：执行形成气体退火。21.根据权利要求12所述的方法，在形成所述栅极沟槽之后，还包括：通过使所述第一区域的所述设备隔离层凹陷预定深度来形成非对称鳍。22.根据权利要求12所述的方法，在形成所述掩埋栅极结构之后，还包括：在所述衬底上方顺序地形成位线和电容器；以及执行用于将氢供应至所述衬底中的氢钝化过程。

技术总结
本公开的实施例涉及一种半导体设备及其制造方法。本发明的实施例提供了一种制造半导体设备的方法，该方法能够缓解在衬底与栅极绝缘层之间的界面处形成的悬空键。根据本发明的一个实施例，一种半导体设备包括：设备隔离层，在衬底中限定多个有源区域，该设备隔离层包括第一区域和第二区域，在该第一区域，有源区域沿着第一方向以第一间隔彼此间隔开，在该第二区域，有源区域沿着第一方向以第二间隔彼此间隔开，第二间隔比第一间隔更宽；栅极沟槽，在第一方向上延伸以穿过有源区域和设备隔离层；以及掩埋栅极结构，间隙填充栅极沟槽，其中设备隔离层的一部分包括在下部中作为氢袋的气隙。隔离层的一部分包括在下部中作为氢袋的气隙。隔离层的一部分包括在下部中作为氢袋的气隙。


技术研发人员：金俊植
受保护的技术使用者：爱思开海力士有限公司
技术研发日：2023.03.07
技术公布日：2023/9/11