TW201743370A - 低雜訊裝置 - Google Patents

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Abstract

一種低雜訊裝置包括隔離特徵，所述隔離特徵位於基底中。所述低雜訊裝置進一步包括閘極堆疊，所述閘極堆疊位於所述基底中的通道的上方。所述閘極堆疊包括閘極介電層以及閘極電極，所述閘極介電層延伸於所述隔離特徵的一部分的上方，所述閘極電極位於所述閘極介電層的上方。所述低雜訊裝置進一步包括電荷陷獲減少結構，所述電荷陷獲減少結構相鄰於所述隔離特徵。所述電荷陷獲減少結構被配置用以減少與所述隔離特徵與所述通道之間的介面相鄰的電荷載子的數目。

Description

低雜訊裝置
本發明實施例是有關於一種低雜訊裝置及其形成方法。
電晶體被用於形成各種各樣的電子裝置。一種常用的電晶體是互補金屬氧化物半導體（complementary metal-oxide- semiconductor，CMOS）電晶體，原因是其功耗相對低、速度快且易於製造。CMOS電晶體被用於例如CMOS圖像感測器（CMOS image sensor，CIS）等裝置中。CMOS圖像感測器容易受隨機電報信號（random telegraph signal，RTS）雜訊及閃爍雜訊（flicker noise）影響，此會降低CMOS圖像感測器的敏感度。
CMOS圖像感測器中的隨機電報信號雜訊及閃爍雜訊的一個源頭是在通道與隔離特徵之間的介面處陷獲的電荷載子。電荷載子會在電晶體的導電性週期期間在通道與隔離特徵之間的介面處被陷獲。在某些情形中，被陷獲的電荷載子嵌入電晶體的隔離特徵的表面中或閘極介電層的表面中。由於這些被陷獲的電荷載子擺脫了隔離特徵或閘極介電層，因此流經通道的電流會經歷不可預知的增大，此會致使在電晶體的輸出產生雜訊。
一種低雜訊裝置包括隔離特徵，隔離特徵位於基底中。低雜訊裝置進一步包括閘極堆疊，閘極堆疊位於基底中的通道的上方。閘極堆疊包括閘極介電層以及閘極電極，閘極介電層延伸於隔離特徵的一部分的上方，閘極電極位於閘極介電層的上方。低雜訊裝置進一步包括電荷陷獲減少結構，電荷陷獲減少結構相鄰於隔離特徵。電荷陷獲減少結構被配置用以減少隔離特徵與通道之間的介面相鄰的電荷載子的數目。
以下公開內容提供用於實作所提供主題的不同特徵的許多不同的實施例或實例。以下闡述元件及排列的具體實例以簡化本公開內容。當然，這些僅為實例且不旨在進行限制。例如，以下說明中將第一特徵形成在第二特徵“的上方”或第二特徵“上”可包括其中第一特徵及第二特徵被形成為直接接觸的實施例，且也可包括其中第一特徵與第二特徵之間可形成有附加特徵、進而使得所述第一特徵與所述第二特徵可能不直接接觸的實施例。另外，本公開內容可能在各種實例中重複使用參考編號及/或字母。這種重複使用是出於簡潔及清晰的目的，而不是自身表示所論述的各種實施例及/或配置之間的關係。
此外，為易於說明，本文中可能使用例如“之下（beneath）”、“下面（below）”、“下部的（lower）”、“上方（above）”、“上部的（upper）”等空間相對性用語來闡述圖中所示的一個元件或特徵與另一（其他）元件或特徵的關係。所述空間相對性用語旨在除圖中所繪示的取向外還囊括裝置在使用或操作中的不同取向。裝置可具有其他取向（旋轉90度或處於其他取向）且本文中所用的空間相對性描述語可同樣相應地進行解釋。
為了減少隨機電報信號（RTS）雜訊及/或閃爍雜訊，設計了一種低雜訊裝置以限制在通道與隔離特徵之間的介面處被陷獲的電荷載子的數目。減少被陷獲的電荷載子的數目會降低被陷獲的電荷載子從通道/隔離特徵介面逸出並在流經電晶體的電流中造成波動的風險。被陷獲的電荷載子的數目是透過以下中的至少一者而減少：在通道/隔離特徵介面中植入離子；引入觸點以形成變容器（varactor）；增添隔離特徵懸伸部以將通道的電流載送區域與通道/隔離特徵介面間隔開；或者在通道與隔離特徵相鄰的一部分的上方形成介電間隔元件。在某些實施例中，這些結構被稱作電荷陷獲減少結構（charge trapping reducing structure）。這些不同的方式可被單獨使用或組合起來使用以幫助減少裝置內的雜訊的量。減少例如CMOS圖像感測器等裝置中的雜訊將會提高感測器的敏感度，從而提高圖像品質。
圖1A是根據一些實施例的低雜訊裝置100的剖視圖。低雜訊裝置100包括基底102及位於基底102中的通道104。閘極介電層106延伸於通道104的上方；且閘極電極108位於閘極介電層106的上方。隔離特徵110位於基底102中。閘極介電層106及閘極電極108延伸於隔離特徵110的頂表面的上方。隔離特徵110的頂表面的一部分被閘極介電層106及閘極電極108暴露出。植入區112位於通道104與隔離特徵110的介面處。植入區112延伸於通道104下面。隔離特徵110的深度大於植入區112的深度。
基底102是用於支撐低雜訊裝置100的各元件的半導體元件。在某些實施例中，基底102包括：元素半導體，包括呈晶體結構、多晶結構、或非晶結構的矽或鍺；化合物半導體，包括碳化矽（silicon carbide）、砷化鎵（gallium arsenic）、磷化鎵（gallium phosphide）、磷化銦（indium phosphide）、砷化銦（indium arsenide）及銻化銦（indium antimonide）；合金半導體，包括矽鍺（SiGe）、磷砷化鎵（GaAsP）、砷化鋁銦（AlInAs）、砷化鋁鎵（AlGaAs）、砷化鎵銦（GaInAs）、磷化鎵銦（GaInP）及砷化磷鎵銦（GaInAsP）；任何其他適合的材料；或者其組合。在某些實施例中，合金半導體基底具有梯度SiGe特徵，其中Si與Ge組成物的比率會在梯度SiGe特徵的不同位置之間有所改變。在某些實施例中，合金SiGe形成於矽基底的上方。在某些實施例中，基底102是應變（strained）SiGe基底。在某些實施例中，半導體基底具有絕緣層上半導體結構，例如絕緣層上矽（silicon on insulator，SOI）結構。在某些實施例中，半導體基底包括經摻雜的磊晶層（epi layer）或埋置層（buried layer）。在某些實施例中，化合物半導體基底具有多層式結構，或者所述基底包括多層式化合物半導體結構。在某些實施例中，基底102是經摻雜的。在某些實施例中，基底102是未經摻雜的或經無意摻雜的（unintentionally doped，UID）。
通道104是基底102具有的高摻雜劑濃度的區域，其中通道104的摻雜劑濃度比基底102的主體區（bulk region）高。通道104是低雜訊裝置100的導電路徑，其中電荷載子從低雜訊裝置100的一側（例如，源極）被傳送至低雜訊裝置100的另一側（例如，汲極）。在某些實施例中，通道104是經n型摻雜的且含有n型摻雜劑（dopant），例如磷、砷或其他適合的n型摻雜劑。在某些實施例中，通道104是經p型摻雜的且含有p型摻雜劑，例如硼、鎵或其他適合的p型摻雜劑。在某些實施例中，通道104中的摻雜劑類型與經摻雜的基底102中的摻雜劑類型相同。在某些實施例中，通道104中的摻雜劑類型與經摻雜的基底102中的摻雜劑類型相反。
閘極介電層106將閘極電極108與通道104絕緣。閘極介電層106具有實質上均勻的厚度。閘極介電層106延伸於隔離特徵110的頂表面的一部分的上方。在某些實施例中，閘極介電層106包含氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或其它適合的介電材料。在某些實施例中，閘極介電層106為高k介電材料，例如二氧化鉿、二氧化鋯、二氧化鈦或其它其它適合的高k介電材料。高k介電材料具有比二氧化矽高的介電常數（即k值），即具有大於3.9的k值。
閘極電極108是被配置成接收閘極電壓信號的導電元件，用於控制通道104的導電性。閘極電極108直接接觸閘極介電層106。在某些實施例中，閘極電極108透過其他層（例如功函數層）而與閘極介電層106分開。閘極電極108所具有的寬度與閘極介電層106相同。在某些實施例中，閘極電極108所具有的寬度與閘極介電層106不同。閘極電極108與閘極介電層106位於隔離特徵110的頂表面的同一部分上。在某些實施例中，閘極電極108在隔離特徵110的頂表面上佔據的面積比閘極介電層106更小。在某些實施例中，閘極電極108包含金屬材料。在某些實施例中，閘極電極108包含多晶矽。在某些實施例中，閘極電極108包含導電聚合物。
隔離特徵110有助於將通道104與基底102中的其他導電特徵絕緣。隔離特徵110的深度大於通道104的深度。隔離特徵110包含介電材料。在某些實施例中，隔離特徵110包含氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或其它適合的介電材料。在某些實施例中，隔離特徵110包括主體部分及位於隔離特徵110與基底102（包括通道104）的介面與所述主體部分之間的襯墊（liner）。襯墊是隔離特徵110的一部分，沿基底102中的開口的側壁而形成。隔離特徵110的主體部分被接著用於填充基底中的開口的其餘部分。將參照圖5A至圖5E，闡述襯墊及本體部分的一個實例。在某些實施例中，主體部分的材料與襯墊的材料相同。在某些實施例中，主體部分的材料與襯墊的材料不同。隔離特徵110的頂表面與基底102的頂表面實質上共面。最靠近通道104的隔離特徵110的頂表面被閘極介電層106及閘極電極108覆蓋。在某些實施例中，隔離特徵110被稱作淺溝渠隔離（shallow trench isolation，STI）。
植入區112位於隔離特徵110與通道104之間的介面處。植入區112包含對隔離特徵110及通道104的導電性的影響最小的材料。被植入以形成植入區112的材料不是p型摻雜劑或n型摻雜劑。在某些實施例中，所述材料被稱作非摻雜劑植入劑（non-dopant implant）。在某些實施例中，植入區112包含含氟材料，例如氟、二氟化硼或其它其它適合的含氟材料。在某些實施例中，植入區112中的非摻雜劑植入劑的濃度大於約1´1012 ions/cm3 。若非摻雜劑植入劑的濃度過低，則非摻雜劑植入劑的量會不足以保持所嵌入的電荷載子且雜訊無法得到充分降低。
從通道104的上表面來說，植入區112的深度大於通道104的深度。在某些實施例中，由於通道104中的電荷載子最有可能與閘極介電層106相鄰，因此植入區112的深度小於通道104的深度。在某些實施例中，植入區112的深度大於0.02微米（μm）。若植入區112的深度過小，則電荷載子被嵌入隔離特徵110但不包括植入區112的部分的風險會增大。植入區112的深度取決於用於形成植入區112的植入製程的能量。植入區112的深度會隨所述能量的增大而增大。所述植入製程的能量被選擇成維持非摻雜劑植入劑在隔離特徵110與通道104的介面處。
植入區112的厚度小於約20奈米（nm）。植入區112的厚度是在垂直於隔離特徵110的側壁的方向上測量。若植入區112的厚度過大，則隔離特徵110的絕緣能力會降低。
在某些實施例中，植入區112包括一部分的隔離特徵110與通道104。在某些實施例中，植入區112完全位於隔離特徵110內。在某些實施例中，植入區112包括位於基底102中且通道104外的一部分。植入區112位於隔離特徵110的單一側上。在某些實施例中，植入區112是透過傾斜植入製程（angled implantation process）而形成。
透過在隔離特徵110與通道104之間的介面處植入如氟等材料，嵌入隔離特徵110中的電荷載子會被所植入的材料保持在定位上。例如，若被陷獲的電荷載子是電洞（hole），則帶負電的氟離子將吸引帶正電的電洞並防止所嵌入的電洞擺脫隔離特徵110。與不包括植入區112的裝置相比，減少擺脫隔離特徵110的被陷獲的電荷載子的量有助於減少在低雜訊裝置100的運行期間流經通道104的電流中的波動。
圖1B是根據一些實施例的低雜訊裝置100’的剖視圖。低雜訊裝置100’與低雜訊裝置100中，相同的元件具有相同的參考編號。與低雜訊裝置100相比，低雜訊裝置100’包括位在基底102中延伸於整個隔離特徵110周圍的植入區112’。植入區112’沿隔離特徵110的側壁及底表面延伸。在某些實施例中，與用於形成植入區112的傾斜植入製程相比，植入區112’是使用垂直植入製程（vertical implantation process）而形成。
圖2A是根據一些實施例的低雜訊裝置200的剖視圖。低雜訊裝置200包括某些與低雜訊裝置100的元件相同的元件。相同的元件具有相同的參考編號。與低雜訊裝置100相比，低雜訊裝置200包括位在相對於通道104的隔離特徵110的一側上的接觸區域220。從觸點220的邊緣到閘極介電層106的邊緣的距離Nd大於零。觸點220被配置成與通道104形成變容器。變容器是一種基於所施加電壓而具有可變電容的二極體。觸點220被配置成接收電壓Vc，電壓Vc可用於調整變容器的電容。
觸點220是透過在基底102中植入摻雜劑而形成。在某些實施例中，所述植入製程為垂直植入製程。在某些實施例中，所述植入製程為傾斜植入製程。
觸點220的摻雜劑濃度大於通道104的摻雜劑濃度。觸點220的摻雜劑濃度為至少約1´1011 ions/cm3 。在某些例子中，當觸點220的摻雜劑濃度降低時，提供電壓Vc的接觸線（contact line）與觸點220之間的歐姆接觸（ohmic contact）會具有過大的電阻。觸點220的深度小於通道104的深度。在某些實施例中，觸點220的深度大於或等於通道104的深度。在某些實施例中，觸點220的摻雜劑類型與通道104的摻雜劑類型相同。在某些實施例中，觸點220的摻雜劑類型與通道104的摻雜劑類型不同。在某些實施例中，觸點220中的摻雜劑的物質與通道104中的物質相同。在某些實施例中，觸點220中的摻雜劑的物質與通道104中的物質不同。
距離Nd有助於防止從閘極電極108到觸點220的電性路徑的存在，所述電性路徑可能會使得低雜訊裝置200無法如預期般發揮作用。在某些實施例中，距離Nd等於能夠可靠地製造出的最小距離。在某些情形中，能夠可靠地製造出的最小距離被稱作最小間距（minimum spacing distance）。在某些實施例中，距離Nd小於約0.3 μm。當距離Nd增大時，則由觸點220形成的變容器的影響會減小。
在低雜訊裝置200中包括觸點220有助於形成與隔離特徵110與通道104的介面相鄰的電荷載子耗盡區（charge carrier depletion region）。透過向觸點220施加電壓Vc，來調整電荷載子耗盡區的大小。電荷載子耗盡區所具有的電荷載子的數目比通道104的其他部分少。減少耗盡區中的電荷載子的數目會降低電荷載子在隔離特徵110與通道104的介面處被陷獲的風險。另外，調整電壓Vc有助於對低雜訊裝置200的功函數進行微調。
圖2B是根據一些實施例的低雜訊裝置200’的剖視圖。低雜訊裝置200’與低雜訊裝置200中，相同的元件具有相同的參考編號。與低雜訊裝置200相比，低雜訊裝置200’包括與低雜訊裝置100（圖1A）相似的植入區112。在某些實施例中，低雜訊裝置200’包括與低雜訊裝置100’（圖1B）相似的植入區112’。在某些實施例中，低雜訊裝置200’包括位在基底102中延伸於整個隔離特徵110周圍的植入區112’。在某些實施例中，植入區112’位於觸點220與隔離特徵110之間。
植入區112與觸點220的組合有助於進一步減少在隔離特徵110與通道104的介面處被陷獲的電荷載子。觸點220形成變容器，所述變容器會形成減少所述介面附近的電荷載子的數目的耗盡區。植入區112幫助保持嵌入隔離特徵110中的任何電荷載子。與其他裝置相比，提高保持被陷獲的電荷載子的能力與隔離特徵110與通道104的介面處的電荷載子的數目減少的組合有助於進一步降低雜訊。
圖3A是根據一些實施例的低雜訊裝置300的剖視圖。低雜訊裝置300包括某些與低雜訊裝置100的元件相同的元件。相同的元件具有相同的參考編號。與低雜訊裝置100相比，低雜訊裝置300包括具有隔離懸伸部335的隔離特徵330，隔離懸伸部335沿通道104的頂表面延伸。低雜訊裝置300還包括閘極介電層106’及閘極電極108’。與閘極介電層106（圖1A）相比，閘極介電層106’包括沿著通道104的第一部分及沿著隔離特徵330的第二部分。由於隔離特徵330的一部分突出於基底102上方，因此閘極介電層106’的第一部分的頂表面不與閘極介電層106’的第二部分的頂表面共面。與閘極電極108（圖1A）相比，閘極電極108’具有第一部分及第二部分，所述第一部分具有第一厚度，所述第二部分具有不同於第一厚度的第二厚度。閘極電極108’的第一部分位於閘極介電層106’的第一部分的上方；且閘極電極108’的第二部分位於閘極介電層106’的第二部分的上方。由於隔離特徵330的所述一部分突出於基底102上方，因此閘極電極108’的第二部分具有不同的厚度；與對隔離特徵110及閘極電極108進行的相似測量相比，此會減小隔離特徵330的頂表面與閘極電極108’的頂表面之間的距離。
隔離懸伸部335是使用罩幕回拉製程（mask pull-back process）而形成。罩幕回拉製程包括在基底102中形成溝渠之後加寬罩幕層中的開口。經加寬的開口暴露出通道104的一部分。用於形成隔離特徵330的介電材料接著被用於填充基底102中的溝渠以及罩幕層中的經加寬的開口，進而得到隔離懸伸部335。在某些實施例中，罩幕層為光阻材料。在某些實施例中，罩幕層為硬罩幕，例如氮化矽或其它適合的硬罩幕材料。
隔離懸伸部335有助於確保隔離特徵330的整個開口得到填充。與不包括隔離懸伸部的隔離特徵相比，隔離懸伸部335有助於減小通道104的隅角（corner）處的電場。與其他裝置相比，隅角處的電場減小還有助於增大低雜訊裝置300的閾值電壓（Vt）。
與隔離特徵110相比，隔離特徵330包括位於基底102中的一部分及位於基底102的頂表面上方的一部分。隔離特徵330包括位於隔離特徵330兩側上的隔離懸伸部335。在某些實施例中，隔離特徵330包括僅位於最靠近通道104的隔離特徵330的一側上的隔離懸伸部335。隔離懸伸部335在通道104的上方延伸距離Ns。
與低雜訊裝置100（圖1A）相比，距離Ns有助於間隔出通道104在低雜訊裝置300的運行期間電荷載子移動的一部分。透過間隔出通道104中電荷載子移動而遠離隔離特徵330與通道104的介面的一部分，電荷載子在隔離特徵330與通道104的介面處被陷獲的風險得以降低。在某些實施例中，距離Ns大於約5 nm。在某些例子中，當距離Ns減小時，移動的電荷載子的位置與隔離特徵330與通道104的介面之間的間隔不足以降低陷獲電荷載子的風險。然而，增大距離Ns也會減少傳導電荷載子的區域。這樣一來，與不包括隔離懸伸部335的其他裝置相比，低雜訊裝置300的電阻增大；或者低雜訊裝置300的尺寸增大，以維持與不包括隔離懸伸部335的裝置相似的電阻。
圖3B是根據一些實施例的低雜訊裝置300’的剖視圖。低雜訊裝置300’與低雜訊裝置300中，相同的元件具有相同的參考編號。與低雜訊裝置300相比，低雜訊裝置300’與低雜訊裝置200（圖2A）相似地包括植入觸點220。
隔離懸伸部335與觸點220的組合有助於進一步減少在隔離特徵330與通道104的介面處被陷獲的電荷載子。觸點220形成變容器，所述變容器會形成減少所述介面附近的電荷載子的數目的耗盡區。隔離懸伸部335進一步有助於將移動的電荷載子與隔離特徵330與通道104的介面分開。與其他裝置相比，觸點220與隔離懸伸部335的組合有助於進一步降低雜訊。
圖3C是根據一些實施例的低雜訊裝置300’’的剖視圖。低雜訊裝置300’’與低雜訊裝置300中，相同的元件具有相同的參考編號。與低雜訊裝置300相比，低雜訊裝置300’’與低雜訊裝置100（圖1A）相似地包括植入區112。在某些實施例中，低雜訊裝置300’’與低雜訊裝置100’（圖1B）相似地包括植入區112’。
植入區112與隔離懸伸部335的組合有助於進一步減少在隔離特徵330與通道104的介面處被陷獲的電荷載子。隔離懸伸部335進一步有助於將移動的電荷載子與隔離特徵330與通道104的介面分開。植入區112幫助保持嵌入隔離特徵330中的任何電荷載子。與其他裝置相比，提高保持被陷獲的電荷載子的能力與隔離特徵330與通道104的介面處的電荷載子的數目減少的組合有助於進一步降低雜訊。
圖3D是根據一些實施例的低雜訊裝置300*的剖視圖。低雜訊裝置300*與低雜訊裝置300中，相同的元件具有相同的參考編號。與低雜訊裝置300相比，低雜訊裝置300*與低雜訊裝置200（圖2A）相似地包括植入觸點220；且與低雜訊裝置100（圖1A）相似地包括植入區112。在某些實施例中，低雜訊裝置300*與低雜訊裝置200（圖2A）相似地包括植入觸點220；且與低雜訊裝置100’相似地包括植入區112’（圖1B）。
基於類似於以上詳述的原因，隔離懸伸部335、觸點220、及植入區112的組合有助於進一步減少在隔離特徵330與通道104的介面處被陷獲的電荷載子。
圖4是根據一些實施例的形成低雜訊裝置的方法400的流程圖。在操作402中，蝕刻基底以形成與主動區相鄰的溝渠。將所述基底蝕刻成暴露出主動區的側壁部分。在某些情形中，主動區被稱作通道，例如通道104（圖1A）。溝渠的深度大於主動區的深度。在某些實施例中，使用濕式蝕刻製程（wet etching process）、乾式蝕刻製程（dry etching process）、電子束（e-beam）蝕刻製程或其它適合的蝕刻製程來蝕刻基底。在某些實施例中，溝渠的側壁為錐形（tapered），使得與基底的頂表面相鄰的溝渠的寬度大於在所述溝渠的底表面處的溝渠的寬度。在某些實施例中，溝渠的側壁為實質上垂直的。
在基底的上方沉積罩幕並將所述罩幕圖案化以界定溝渠的位置。在某些實施例中，所述罩幕為光阻材料。在某些實施例中，所述罩幕為硬罩幕材料。在某些實施例中，所述罩幕包括多個層。在某些實施例中，所述罩幕包括單一層。在某些實施例中，在形成溝渠之後立即移除所述罩幕。
在操作404中，使用罩幕回拉製程以暴露出所述主動區的一部分。罩幕回拉製程使得罩幕中的開口相對於用於界定溝渠的位置的開口而加寬。透過罩幕回拉製程，暴露出主動區的頂表面與溝渠相鄰的一部分。在某些實施例中，透過罩幕回拉製程，使得位於與主動區相對的溝渠的一側上的基底的頂表面一部分暴露出來。在某些實施例中，罩幕回拉製程包括蝕刻罩幕。在某些實施例中，罩幕回拉製程包括在罩幕回拉製程之後在所述罩幕的上方沉積第二罩幕並將所述第二罩幕圖案化以界定所述開口的寬度。根據一些實施例，以下提供罩幕回拉製程的附加細節，參照圖5A至圖5E。
使用罩幕回拉製程來幫助形成隔離懸伸部，例如隔離懸伸部335（圖3A）。在某些實施例中，省略操作404。當使用方法400而形成的低雜訊裝置不具有隔離懸伸部時，省略操作404。
在操作406中，在所述溝渠中沉積襯墊。所述襯墊包含介電材料。在某些實施例中，所述襯墊包含氧化矽、氮化矽、碳化矽、氮氧化矽或其它適合的介電材料。在某些實施例中，使用物理氣相沉積（physical vapor deposition，PVD）、化學氣相沉積（chemical vapor deposition，CVD）、濺鍍（sputtering）或其它適合的沉積製程來沉積襯墊。在某些包括操作404的實施例中，沿罩幕中的經加寬的開口沉積襯墊。
在操作408中，植入非摻雜劑材料。所述非摻雜劑材料形成植入區，例如植入區112（圖1A）。非摻雜劑材料不會顯著地影響通道、基底或隨後形成的隔離特徵的導電性。在某些實施例中，在襯墊中植入非摻雜劑材料。在某些實施例中，在主動區或基底中植入非摻雜劑材料。在植入製程期間使用的能量會決定非摻雜劑材料是餘留在襯墊中還是被植入至主動區或基底中。透過選擇植入製程的能量，維持非摻雜劑植入劑位在在主動區與隨後形成的隔離特徵的介面處。在某些實施例中，使用垂直植入製程來植入非摻雜劑材料。在某些實施例中，使用傾斜植入製程來植入非摻雜劑材料。在某些實施例中，僅在與主動區相鄰的溝渠的表面中植入非摻雜劑材料。在某些實施例中，在溝渠的所有表面中植入非摻雜劑材料。
在某些實施例中，非摻雜劑材料為含氟材料。在某些實施例中，非摻雜劑材料包含氟、二氟化硼或其它適合的含氟材料。
在某些實施例中，省略操作408。當透過方法400而形成的低雜訊裝置不包括植入區112（圖1A）或植入區112’（圖1B）時，省略操作408。
在操作410中，以介電材料填充所述溝渠。所述介電材料填充基底中的整個溝渠。填充有介電材料的溝渠被稱作隔離特徵，例如隔離特徵110（圖1A）或隔離特徵330（圖3A）。在某些實施例中，介電材料延伸於基底的頂表面上方。在某些實施例中，執行例如化學機械剖光（chemical mechanical polishing，CMP）等平坦化製程以移除位於基底上方的介電材料。在某些包括操作404的實施例中，使用平坦化製程來移除位於罩幕上方的介電材料。在某些實施例中，使用物理氣相沉積、化學氣相沉積、濺鍍或其它適合的製程來填充溝渠。在某些實施例中，使用單一個沉積製程來填充溝渠。在某些實施例中，使用多個沉積製程來填充溝渠。
在某些實施例中，所述介電材料與所述襯墊的材料相同。在某些實施例中，所述介電材料與所述襯墊的材料不同。在某些實施例中，所述介電材料為氧化矽、氮化矽、碳化矽、氮氧化矽或其它適合的介電材料。
在操作412中，在所述基底中植入摻雜劑以形成用於變容器的觸點。在基底中、在與主動區相對的隔離特徵的一側上植入摻雜劑以形成所述觸點，例如觸點220（圖2A）。使用離子植入製程（ion implantation process）來植入所述摻雜劑。在某些實施例中，除植入製程以外還使用退火製程（annealing process）。在某些實施例中，所述摻雜劑的摻雜劑類型與主動區的摻雜劑類型相同。在某些實施例中，所述摻雜劑的摻雜劑類型與主動區的摻雜劑類型不同。在某些實施例中，所述摻雜劑的物質與主動區的物質相同。在某些實施例中，所述摻雜劑的物質與主動區的物質不同。
將觸點配置成接收電壓，用以控制變容器的電容。植入足夠濃度的摻雜劑以形成具有低電阻歐姆接觸的線，用於在觸點接收電壓。在某些實施例中，觸點中的摻雜劑濃度為至少約1´1011 ions/cm3 。
在某些實施例中，省略操作412。當透過方法400而形成的低雜訊裝置不包括用於變容器的觸點（例如觸點220（圖2A））時，省略操作412。
在操作414中，形成閘極堆疊。在主動區的上方形成閘極堆疊並使所述閘極堆疊延伸於隔離特徵的上方。閘極堆疊包括：閘極介電層，例如閘極介電層106（圖1A）；以及閘極電極，例如閘極電極108。在主動區的上方及在隔離特徵的一部分的上方沉積所述閘極介電層。在某些實施例中，使用物理氣相沉積、化學氣相沉積、濺鍍或其它適合的沉積製程來沉積所述閘極介電層。在某些實施例中，閘極介電層為高k介電層。在閘極介電層的上方形成閘極電極。在某些實施例中，透過物理氣相沉積、化學氣相沉積、濺鍍、電鍍（plating）或其它適合的形成製程來形成所述閘極電極。在某些實施例中，閘極堆疊包括附加層，例如功函數層、介面層（interfacial layer）或其它適合的閘極堆疊層。在某些實施例中，沿閘極堆疊的側壁形成間隔壁（spacers）。
在操作416中，形成源極/汲極特徵。在主動區的相對的側上形成所述源極/汲極特徵。例如，低雜訊裝置100（圖1A）的源極/汲極特徵在垂直於圖1A所示剖視圖的方向上彼此分開。在某些實施例中，透過植入製程來形成所述源極/汲極特徵。在某些實施例中，在植入製程之後執行退火製程。在某些實施例中，透過在基底中蝕刻凹槽並在所述凹槽中沉積源極/汲極特徵來形成所述源極/汲極特徵。在某些實施例中，源極/汲極特徵為受應力的（stressed）源極/汲極特徵。受應力的源極/汲極特徵所具有的晶體結構與基底不同。
在某些實施例中，方法400的各操作的順序可被改變。例如，在某些實施例中，在操作402之前執行操作412。在某些實施例中，方法400的某些操作可被省略。例如，在某些實施例中，省略操作402，且使用局部矽氧化（local oxidation of silicon，LOCOS）製程來形成隔離特徵。在某些實施例中，方法400中包括額外的操作。例如，在某些實施例中，方法400包括在基底中形成主動區的操作。在某些實施例中，方法400包括在形成閘極堆疊之前移除罩幕的操作。
圖5A至圖5E是根據一些實施例的在加工的各個階段期間的低雜訊裝置的剖視圖。圖5A是在蝕刻基底102以形成溝渠560之後的低雜訊裝置500的剖視圖。低雜訊裝置500與低雜訊裝置100（圖1A）中，相同的元件具有相同的參考編號。在某些實施例中，低雜訊裝置500是在操作402之後的結構。低雜訊裝置500包括位於通道104及基底102上方的罩幕550。將罩幕550圖案化以在溝渠560的位置處界定開口。溝渠560暴露出通道104的整個側壁。溝渠560的深度大於通道104的深度。
罩幕550相鄰於溝渠560的邊緣並對齊溝渠560的邊緣，如圖5A中的虛線表示。罩幕550相鄰於溝渠560的側壁為錐形的。在某些實施例中，罩幕550與溝渠560相鄰的側壁實質上垂直於基底102的頂表面。溝渠560具有錐形輪廓。在某些實施例中，溝渠560的側壁實質上垂直於基底102的頂表面。
在某些實施例中，罩幕550為光阻。在某些實施例中，罩幕550為硬罩幕。在某些實施例中，罩幕550包含介電材料，例如氮化矽或其它適合的介電材料。
圖5B是在罩幕回拉製程之後的低雜訊裝置500’的剖視圖。在某些實施例中，低雜訊裝置500’是在操作404之後的結構。與低雜訊裝置500相比，低雜訊裝置500’包括罩幕550’，罩幕550’相鄰於溝渠560的邊緣與溝渠560的邊緣間隔開。罩幕550’的邊緣與溝渠560的邊緣以距離Ns間隔開來。低雜訊裝置550’包括罩幕550’，罩幕550’的邊緣與溝渠560位於溝渠560兩側上的邊緣間隔開。在某些實施例中，罩幕550’包括：第一邊緣，與溝渠560相鄰於通道104的第一邊緣間隔開；以及第二邊緣，與溝渠560的第二邊緣對齊。
圖5C是在沉積襯墊570之後的低雜訊裝置500’’的剖視圖。在某些實施例中，低雜訊裝置500’’是在操作406之後的結構。與低雜訊裝置500’相比，低雜訊裝置500’’包括沿著基底102、通道104、及罩幕550’的襯墊570。襯墊570包含介電材料，例如氧化矽、氮化矽、碳化矽、氮氧化矽或其它適合的介電材料。在某些實施例中，使用物理氣相沉積、化學氣相沉積、濺鍍或其它適合的沉積製程來沉積襯墊570。
圖5D是在以介電材料填充溝渠560之後的低雜訊裝置500*的剖視圖。在某些實施例中，低雜訊裝置500*是在操作410期間的結構。與低雜訊裝置500’’相比，低雜訊裝置500*包括透過以介電材料填充溝渠560而形成的隔離特徵330。隔離特徵330包括介電材料，例如氧化矽、氮化矽、碳化矽、氮氧化矽或其它適合的介電材料。隔離特徵330突出於罩幕550’上方。在某些實施例中，使用物理氣相沉積、化學氣相沉積、濺鍍或其它適合的沉積製程來沉積隔離特徵330。由於在某些例子中，隔離特徵330的材料與襯墊570的材料相同進而使得無法將襯墊570與隔離特徵330區分開，因此未在圖中示出襯墊570。在某些實施例中，襯墊570的材料與隔離特徵330的材料不同。
圖5E是在平坦化製程之後的低雜訊裝置500^的剖視圖。在某些實施例中，低雜訊裝置500^是在操作410之後的結構。與低雜訊裝置500*相比，低雜訊裝置500^包括所具有的頂表面與罩幕550’的頂表面實質上共面的隔離特徵330。
圖6A至圖6C是根據一些實施例的在加工的各個階段期間的低雜訊裝置的剖視圖。根據一些實施例，可使用圖6A至圖6C中所示的製程取代罩幕回拉操作404（圖4）以形成懸伸部。根據一些實施例，在方法400的操作410與操作414之間執行由圖6A至圖6C所示的製程。
圖6A是在以介電材料填充溝渠以形成隔離特徵110之後的低雜訊裝置600的剖視圖。低雜訊裝置600與低雜訊裝置100（圖1A）中，相同的元件具有相同的參考編號。圖6A包括位於隔離特徵110兩側上的通道104。與低雜訊裝置100相比，低雜訊裝置600包括位於通道104上方的罩幕680。將罩幕680圖案化以暴露出通道104相鄰於隔離特徵110的一部分。在罩幕680的邊緣與隔離特徵110的邊緣之間暴露出的通道104的距離為距離Ns（圖3A）。
在某些實施例中，罩幕680為硬罩幕，例如氮化矽、氮氧化矽或其它適合的硬罩幕。在某些實施例中，罩幕680包含光阻。透過使用化學氣相沉積、物理氣相沉積、旋轉塗布（spin-on coating）或其它適合的沉積製程毯覆地沉積罩幕材料來形成罩幕680。接著將罩幕材料圖案化並蝕刻所述罩幕材料以界定罩幕680。在某些實施例中，所述蝕刻製程為乾式蝕刻製程。在某些實施例中，所述蝕刻製程為濕式蝕刻製程。在以罩幕680為硬罩幕的某些實施例中，圖案化罩幕材料包括在罩幕材料的上方沉積光阻。
圖6B是在沉積介電材料690之後的低雜訊裝置600’的剖視圖。在位於罩幕680與隔離特徵110之間的罩幕680、隔離特徵110、及通道104一部分的上方沉積介電材料690。在某些實施例中，介電材料690為氧化矽、碳化矽、氮化矽、氮氧化矽或其它適合的介電材料。在某些實施例中，介電材料690的材料與隔離特徵110的材料相同。在某些實施例中，介電材料690的材料與隔離特徵110的材料不同。在某些實施例中，使用物理氣相沉積、化學氣相沉積或其它適合的沉積製程來沉積介電材料。
圖6C是在蝕刻介電材料690以界定間隔元件695之後的低雜訊裝置600’’的剖視圖。間隔元件695從罩幕680延伸到隔離特徵110。間隔元件695的高度實質上等於罩幕680的高度。在某些實施例中，使用非等向性蝕刻製程（anisotropic etching process）來蝕刻介電材料690以界定間隔元件695。所述蝕刻製程暴露出隔離結構110的頂表面。
圖6D是在移除罩幕680及沉積閘極介電層106’’及閘極電極108’’之後的低雜訊裝置600*的剖視圖。閘極介電層106’’相似於閘極介電層106（圖1A）。與閘極介電層106相比，閘極介電層106’’延伸於通道104兩側上的間隔元件695上方。閘極電極108’’相似於閘極電極108。與閘極電極108相比，位於通道104被間隔元件695暴露出的一部分上方的閘極電極108’’具有較厚的中心部分。在某些實施例中，低雜訊裝置600’’包括以下至少一者：植入區，例如植入區112（圖1A）或植入區112’（圖1B）；或者接觸區，例如接觸區220（圖2A）。包括植入區或接觸區將有助於減少在隔離特徵110與通道104之間的介面處被陷獲的電荷載子的量。
與圖3A至圖3D中的低雜訊裝置相比，低雜訊裝置600*所具有的隔離特徵110的頂表面與通道104的頂表面實質上齊平。圖3A至圖3D中的所有低雜訊裝置以及低雜訊裝置600*均包括有在通道104的一部分上方延伸約距離Ns的介電材料。在通道104的所述一部分上方延伸的介電材料有助於減少在通道104中相鄰於隔離特徵相鄰的頂部隅角處被陷獲的電荷載子的量，所述隔離特徵例如為隔離特徵110（圖6D）或隔離特徵330（圖3A至圖3D）。如上所述，減少被陷獲的電荷載子的數目會降低被陷獲的電荷載子從通道/隔離特徵介面逸出並在流經電晶體的電流中造成波動的風險。
一種低雜訊裝置包括隔離特徵，所述隔離特徵位於基底中。所述低雜訊裝置進一步包括閘極堆疊，所述閘極堆疊位於所述基底中的通道的上方。所述閘極堆疊包括閘極介電層以及閘極電極，所述閘極介電層延伸於所述隔離特徵的一部分的上方，所述閘極電極位於所述閘極介電層的上方。所述低雜訊裝置進一步包括電荷陷獲減少結構，所述電荷陷獲減少結構相鄰於所述隔離特徵。所述電荷陷獲減少結構被配置用以減少與所述隔離特徵與所述通道之間的介面相鄰的電荷載子的數目。
在一些實施例中，所述電荷陷獲減少結構包括在所述通道的一部分上延伸的隔離特徵懸伸部。在一些實施例中，所述電荷陷獲減少結構包含在與所述隔離特徵相鄰的所述通道的一部分上延伸的介電材料，且所述介電材料不同於所述閘極介電層。在一些實施例中，所述介電材料在所述通道的上方延伸至少約5奈米（nm）的距離。在一些實施例中，所述電荷陷獲減少結構進一步包括植入區。在一些實施例中，所述電荷陷獲減少結構進一步包括經摻雜的觸點，所述經摻雜的觸點位於所述基底中以及與所述通道相對的所述隔離特徵的一側上。在一些實施例中，所述電荷陷獲減少結構包括位於所述隔離特徵與所述通道之間的介面處的植入區。在一些實施例中，所述植入區包含非摻雜劑材料。在一些實施例中，所述電荷陷獲減少結構是經摻雜的觸點，所述經摻雜的觸點位於所述基底中以及與所述通道相對的所述隔離特徵的一側上。
一種低雜訊裝置包括隔離特徵，所述隔離特徵位於基底中。所述低雜訊裝置進一步包括閘極堆疊，所述閘極堆疊位於所述基底中的通道的上方，其中所述隔離特徵接觸所述通道。所述低雜訊裝置進一步包括經摻雜的觸點，位於所述基底中以及與所述通道相對的所述隔離特徵的一側上，其中所述經摻雜的觸點界定變容器，且所述經摻雜的觸點接觸所述隔離特徵。
在一些實施例中，所述閘極堆疊延伸於所述隔離特徵的上方。在一些實施例中，所述閘極堆疊的邊緣以範圍從最小間距至約0.3微米（mm）的距離與所述隔離特徵與所述經摻雜的觸點相鄰的邊緣間隔開。在一些實施例中，所述經摻雜的觸點的摻雜濃度為至少約1´1011 ions/cm3 。在一些實施例中，所述隔離特徵包括位於所述基底中的第一區段、及位於所述通道上方的第二區段。在一些實施例中，所述低雜訊裝置進一步包括位於所述隔離特徵與所述通道之間的介面處的植入區。
一種低雜訊裝置包括隔離特徵，所述隔離特徵位於基底中。所述低雜訊裝置進一步包括閘極堆疊，所述閘極堆疊位於所述基底中的通道的上方，其中所述隔離特徵接觸所述通道。所述低雜訊裝置進一步包括植入區，所述植入區位於所述隔離特徵與所述通道之間的介面處，其中所述植入區包含非摻雜劑材料。
在一些實施例中，所述非摻雜劑材料包括含氟材料。在一些實施例中，所述非摻雜劑材料的濃度為至少約1´1012 ions/cm3 。在一些實施例中，所述隔離特徵包括位於所述基底中的第一區段、及位於所述通道上方的第二區段。在一些實施例中，所述低雜訊裝置進一步包括經摻雜的觸點，所述經摻雜的觸點位於所述基底中以及與所述通道相對的所述隔離特徵的一側上。
以上概述了若干實施例的特徵，以使所屬領域中的技術人員可更好地理解本發明實施例的各個方面。所屬領域中的技術人員應知，其可容易地使用本發明實施例作為設計或修改其他製程及結構的基礎來施行與本文中所介紹的實施例相同的目的及/或實現與本文中所介紹的實施例相同的優點。所屬領域中的技術人員還應認識到，這些等效構造並不背離本發明實施例的精神及範圍，而且他們可在不背離本發明實施例的精神及範圍的條件下對其作出各種改變、代替、及變更。
100、100’、200、200’、300、300’、300’’、300*、500、500’、500’’、500*、500^、600、600’、600’’、600*‧‧‧低雜訊裝置
102‧‧‧基底
104‧‧‧通道
106、106’、106’’‧‧‧閘極介電層
108、108’、108’’‧‧‧閘極電極
110、330‧‧‧隔離特徵
112、112’‧‧‧植入區
220‧‧‧接觸區域/觸點/接觸區
335‧‧‧隔離懸伸部
400‧‧‧方法
402、404、406、408、410、412、414、416‧‧‧操作
550、550’、680‧‧‧罩幕
560‧‧‧溝渠
570‧‧‧襯墊
690‧‧‧介電材料
695‧‧‧間隔元件
Nd、Ns‧‧‧距離
Vc‧‧‧電壓
根據以下的詳細說明並配合所附圖式以了解本發明實施例。應注意的是，根據本產業的一般作業，各種特徵並未按照比例繪製。事實上，為了清楚說明，可能任意的放大或縮小元件的尺寸。 圖1A是根據一些實施例的低雜訊裝置的剖視圖。 圖1B是根據一些實施例的低雜訊裝置的剖視圖。 圖2A是根據一些實施例的低雜訊裝置的剖視圖。 圖2B是根據一些實施例的低雜訊裝置的剖視圖。 圖3A是根據一些實施例的低雜訊裝置的剖視圖。 圖3B是根據一些實施例的低雜訊裝置的剖視圖。 圖3C是根據一些實施例的低雜訊裝置的剖視圖。 圖3D是根據一些實施例的低雜訊裝置的剖視圖。 圖4是根據一些實施例的製作低雜訊裝置的方法的流程圖。 圖5A至圖5E是根據一些實施例的在加工的各個階段期間的低雜訊裝置的剖視圖。 圖6A至圖6D是根據一些實施例的在加工的各個階段期間的低雜訊裝置的剖視圖。
100‧‧‧低雜訊裝置
102‧‧‧基底
104‧‧‧通道
106‧‧‧閘極介電層
108‧‧‧閘極電極
110‧‧‧隔離特徵
112‧‧‧植入區

Claims (1)

  1. 一種低雜訊裝置，包括： 隔離特徵，位於基底中； 閘極堆疊，位於所述基底中的通道的上方，其中所述閘極堆疊包括： 閘極介電層，延伸於所述隔離特徵的一部分的上方，以及 閘極電極，位於所述閘極介電層的上方；以及 電荷陷獲減少結構，相鄰於所述隔離特徵，其中所述電荷陷獲減少結構被配置用以減少與所述隔離特徵與所述通道之間的介面相鄰的電荷載子的數目。
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