TW202027270A - 階梯式元件及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種階梯式元件，包括基底。位在主動區中的基底具有階梯式結構。階梯式結構的高度在通道寬度方向上從主動區的一端至另一端逐步降低。
Description
本發明是有關於一種元件及其製造方法，且特別是有關於一種階梯式元件及其製造方法。
目前隨著半導體製造技術不斷發展，在元件尺寸設計方面，製程線寬逐年微縮。然而，尺寸微縮也衍生出各種問題。就通道寬度而言，尺寸微縮會造成通道寬度變窄，而使得元件的飽和汲極電流變小，進而造成元件性能降低。
本發明提供一種階梯式元件及其製造方法，其可有效地增加通道寬度，進而提升元件性能。
本發明提出一種階梯式元件，包括基底。位在主動區中的基底具有階梯式結構。階梯式結構的高度在通道寬度方向上從主動區的一端至另一端逐步降低。
依照本發明的一實施例所述，在上述階梯式元件中，階梯式結構可為兩階式結構。階梯式結構可包括彼此相連的第一階與第二階。
依照本發明的一實施例所述，在上述階梯式元件中，更可包括閘極與介電層。閘極位在基底上。介電層位在閘極與基底之間。
本發明提出一種階梯式元件的製造方法，包括以下步驟。提供基底。在基底中形成凹陷，而使得位在主動區中的基底具有階梯式結構。階梯式結構的高度在通道寬度方向上從主動區的一端至另一端逐步降低。
依照本發明的一實施例所述，在上述階梯式元件的製造方法中，凹陷的形成方法可包括以下步驟。在基底上形成墊層。在墊層兩側的基底中形成隔離結構。隔離結構可突出於基底且可高於墊層。在墊層與隔離結構上形成罩幕材料層。利用傾斜角離子植入法對部分罩幕材料層進行摻雜製程，而使得罩幕材料層具有摻雜部與未摻雜部。摻雜部與未摻雜部在蝕刻製程中的蝕刻速率不同。對罩幕材料層進行蝕刻製程，以移除摻雜部與未摻雜部中的一者，而形成暴露出部分墊層的罩幕層。移除由罩幕層所暴露出的部分墊層，而暴露出部分基底。移除由墊層所暴露出的部分基底，而在基底中形成凹陷。
依照本發明的一實施例所述，在上述階梯式元件的製造方法中，部分基底的移除方法例如是乾式蝕刻法。
依照本發明的一實施例所述，在上述階梯式元件的製造方法中，在移除部分基底的步驟中，可同時移除罩幕層。
依照本發明的一實施例所述，在上述階梯式元件的製造方法中，其中罩幕材料層的材料例如是非晶矽或多晶矽，且摻雜製程所使用的摻質例如是硼(B)離子或氟化硼(BF2
)離子。
依照本發明的一實施例所述，在上述階梯式元件的製造方法中，蝕刻製程例如是濕式蝕刻製程，且濕式蝕刻製程所使用的蝕刻劑例如是稀釋的氨水(ammonia)或四甲基氫氧化銨(tetramethylammonium hydroxide，TMAH)。
依照本發明的一實施例所述，在上述階梯式元件的製造方法中，更可包括以下步驟。在基底上形成介電層。在介電層上形成閘極。
基於上述，在本發明所提出的階梯式元件及其製造方法中，位在主動區中的基底具有階梯式結構，且階梯式結構的高度在通道寬度方向上從主動區的一端至另一端逐步降低。因此，可在不影響元件關鍵尺寸的前提下，增加通道寬度。此外，藉由通道寬度的增加，可提高飽和汲極電流，而使得設計的電路速度變快，進而提升元件性能。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1A至圖1H為本發明一實施例的階梯式元件的製造流程剖面圖。圖2為圖1G的立體圖。圖3為圖1H的上視圖。
請參照圖1A，提供基底100。基底100可為半導體基底，如矽基底。接著，可在基底100上形成墊材料層102。墊材料層102的材料例如是氧化矽。墊材料層102的形成方法例如是熱氧化法。然後，可在墊材料層102上形成墊材料層104。墊材料層104的材料例如是氮化矽。墊材料層104的形成方法例如是化學氣相沉積法。
請參照圖1B，可對墊材料層104與墊材料層102進行圖案化製程，而在基底100上形成墊層104a與墊層102a。舉例來說，上述圖案化製程可藉由微影製程與蝕刻製程對墊材料層104與墊材料層102進行圖案化。
接下來，可在墊層102a兩側的基底100中形成隔離結構106。隔離結構106可突出於基底100且可高於墊層102a。隔離結構106的材料例如是氧化矽。隔離結構106例如是藉由淺溝渠隔離結構製程所形成的淺溝渠隔離結構。此外，更可根據需求對隔離結構106進行調平製程(leveling process)，以調整隔離結構106的高度。隔離結構106可在基底100中定義出主動區AA，且主動區AA可位在相鄰的隔離結構106之間。
請參照圖1C，移除墊層104a。墊層104a的移除方法例如是濕式蝕刻法。
隨後，可在墊層102a與隔離結構106上形成罩幕材料層108。在本實施例中，罩幕材料層108可共形地形成在墊層102a與隔離結構106上，但本發明並不以此為限。此外，由於隔離結構106可突出於基底100且可高於墊層102a，因此可使得罩幕材料層108在相鄰的隔離結構106之間具有凹面CS。罩幕材料層108的材料可為矽材料，例如是非晶矽或多晶矽。罩幕材料層108的形成方法例如是化學氣相沉積法。
請參照圖1D，利用傾斜角離子植入法對部分罩幕材料層108進行摻雜製程200，而使得罩幕材料層108具有摻雜部P1與未摻雜部P2。詳細來說，在利用傾斜角離子植入法進行摻雜製程200時，由於隔離結構106突出於基底100的部分可對離子束產生遮蔽效應，因此可只對部分罩幕材料層108進行摻雜，而形成摻雜部P1與未摻雜部P2。此外，可藉由傾斜角離子植入法的植入角度來調整離子植入的範圍，因此可根據產品需求來調整摻雜部P1與未摻雜部P2的範圍。摻雜製程所使用的摻質例如是硼離子或氟化硼離子，但本發明並不以此為限。
另外，摻質可改變摻雜部P1中的罩幕材料層108的蝕刻特性，而使得摻雜部P1與未摻雜部P2在蝕刻製程中的蝕刻速率不同。在一實施例中，摻質會使得蝕刻製程對摻雜部P1的蝕刻速率慢於對未摻雜部P2的蝕刻速率。在另一實施例中，摻質會使得蝕刻製程對摻雜部P1的蝕刻速率快於對未摻雜部P2的蝕刻速率。
請參照圖1E，對罩幕材料層108進行蝕刻製程，以移除摻雜部P1與未摻雜部P2中的一者，而形成暴露出部分墊層102a的罩幕層108a。蝕刻製程例如是濕式蝕刻製程，且濕式蝕刻製程所使用的蝕刻劑例如是稀釋的氨水或四甲基氫氧化銨。
在本實施例中，蝕刻製程對未摻雜部P2的移除速率可高於對摻雜部P1的移除速率，因此可移除未摻雜部P2，而由留下的摻雜部P1形成罩幕層108a，但本發明並不以此為限。在其他實施例中，蝕刻製程對摻雜部P1的移除速率可高於對未摻雜部P2的移除速率，因此可移除摻雜部P1，而由留下的未摻雜部P2形成罩幕層108a。
此外，可藉由罩幕材料層108的材料、摻質種類及/或蝕刻劑種類的選擇，來決定蝕刻製程所要移除的對象。舉例來說，在罩幕材料層108的材料為非晶矽或多晶矽的情況下，可利用傾斜角離子植入法且以硼離子或氟化硼離子作為摻質，對部分罩幕材料層108進行摻雜製程，而使得摻雜部P1與未摻雜部P2在蝕刻製程中的蝕刻速率不同。此外，由於稀釋的氨水或四甲基氫氧化銨對摻雜硼離子或氟化硼離子的摻雜部P1的蝕刻速率較慢，且對未摻雜部P2的蝕刻速率較快，因此可使用稀釋的氨水或四甲基氫氧化銨對罩幕材料層108進行濕式蝕刻製程，以移除未摻雜部P2，而留下摻雜部P1。
請參照圖1F，可移除由罩幕層108a所暴露出的部分墊層102a，而暴露出部分基底100。部分墊層102a的移除方法例如是濕式蝕刻法。
請參照圖1G與圖2，可移除由墊層102a所暴露出的部分基底100，而在基底100中形成凹陷110。部分基底100的移除方法例如是乾式蝕刻法。此外，在移除部分基底100的步驟中，可同時移除罩幕層108a。
藉此，可使得位在主動區AA中的基底100具有階梯式結構SS。階梯式結構SS的高度在通道寬度方向DW上從主動區AA的一端至另一端逐步降低。如此一來，可使得位在主動區AA中的通道112在通道寬度方向DW上呈現階梯狀，因此可有效地增加通道112的通道寬度W。通道寬度方向DW可相交於通道長度方向DL。在本實施例中，以通道寬度方向DW垂直於通道長度方向DL為例來進行說明，但本發明並不以此為限。一般而言，「通道長度方向DL」可定義為延伸通過源極區、通道區與汲極區的方向。此外，隔離結構106與主動區AA可在通道寬度方向DW上排列。
舉例來說，階梯式結構SS可為兩階式結構。在此情況下，階梯式結構SS可包括彼此相連的第一階S1與第二階S2，且第一階S1的頂面可高於第二階S2的頂面。
然後，移除墊層102a。墊層102a的移除方法例如是濕式蝕刻法。此外，在移除墊層102a的步驟中，可同時移除部分隔離結構106，以調整隔離結構的高度。
請參照圖1H與圖3，可在基底100上形成介電層114。介電層114可作為閘介電層。介電層114的材料例如是氧化矽。介電層114的形成方法例如是熱氧化法。
接著，可在介電層114上形成閘極116。閘極116的材料例如是摻雜多晶矽。閘極116的形成方法例如是組合使用沉積製程、微影製程與蝕刻製程。閘極116可在通道寬度方向DW上延伸且經過通道112與隔離結構106的上方。
在本實施例中，階梯式元件10是以階梯式電晶體為例，且用以完成電晶體的其他製程步驟(如，形成源極與汲極的製程)為所屬技術領域具有通常知識者所周知，故於此省略其說明。
以下，藉由圖1H來說明本實施例的階梯式元件10。此外，雖然階梯式元件10的形成方法是以上述方法為例進行說明，但本發明並不以此為限。
請參照圖1H，階梯式元件10包括基底100，且更可包括閘極116與介電層114。位在主動區AA中的基底100具有階梯式結構SS。階梯式結構SS的高度在通道寬度方向DW上從主動區AA的一端至另一端逐步降低。閘極116位在基底100上。介電層114位在閘極與基底100之間。此外，階梯式元件10中的各構件的詳細內容已於上述實施例進行說明，於此不再說明。
基於上述實施例可知，在上述實施例的階梯式元件10及其製造方法中，位在主動區AA中的基底100具有階梯式結構SS，且階梯式結構SS的高度在通道寬度方向DW上從主動區AA的一端至另一端逐步降低。因此，可在不影響元件關鍵尺寸的前提下，增加通道寬度。此外，藉由通道寬度的增加，可提高飽和汲極電流，而使得設計的電路速度變快，進而提升元件性能。
在上述實施例中，階梯式元件10雖然是以階梯式電晶體為例，但本發明並不以此為限。在一些實施例中，階梯式元件可以只包括圖1G中的具有階梯式結構SS的基底100，且可用以作為具有階梯式結構SS的主動區AA。此外，上述具有階梯式結構SS的主動區AA可應用於各種不同半導體元件中。在一些實施例中，階梯式元件除了可包括圖1G中的具有階梯式結構SS的基底100之外，更可依據需求包括其他構件，而形成各種階梯式半導體元件。
綜上所述，在上述實施例的階梯式元件及其製造方法中，可藉由具有階梯式結構的主動區來增加通道寬度，因此可提高飽和汲極電流，而使得設計的電路速度變快，進而提升元件性能。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10:階梯式元件
100:基底
102、104:墊材料層
102a、104a:墊層
106:隔離結構
108:罩幕材料層
108a:罩幕層
110:凹陷
112:通道
114:介電層
116:閘極
200:摻雜製程
AA:主動區
CS:凹面
DL:通道長度方向
DW:通道寬度方向
SS:階梯式結構
S1:第一階
S2:第二階
W:通道寬度
圖1A至圖1H為本發明一實施例的階梯式元件的製造流程剖面圖。
圖2為圖1G的立體圖。
圖3為圖1H的上視圖。
100:基底
106:隔離結構
110:凹陷
112:通道
AA:主動區
DW:通道寬度方向
SS:階梯式結構
S1:第一階
S2:第二階
W:通道寬度
Claims (10)
- 一種階梯式元件，包括基底，其中位在主動區中的所述基底具有階梯式結構，且所述階梯式結構的高度在通道寬度方向上從所述主動區的一端至另一端逐步降低。
- 如申請專利範圍第1項所述的階梯式元件，其中所述階梯式結構包括兩階式結構，且所述階梯式結構包括彼此相連的第一階與第二階。
- 如申請專利範圍第1項所述的階梯式元件，更包括： 閘極，位在所述基底上；以及 介電層，位在所述閘極與所述基底之間。
- 一種階梯式元件的製造方法，包括： 提供基底；以及 在基底中形成凹陷，而使得位在主動區中的所述基底具有階梯式結構，且所述階梯式結構的高度在通道寬度方向上從所述主動區的一端至另一端逐步降低。
- 如申請專利範圍第4項所述的階梯式元件的製造方法，其中所述凹陷的形成方法包括： 在所述基底上形成墊層； 在所述墊層兩側的所述基底中形成隔離結構，其中所述隔離結構突出於所述基底且高於所述墊層； 在所述墊層與所述隔離結構上形成罩幕材料層； 利用傾斜角離子植入法對部分所述罩幕材料層進行摻雜製程，而使得所述罩幕材料層具有摻雜部與未摻雜部，其中所述摻雜部與所述未摻雜部在蝕刻製程中的蝕刻速率不同； 對所述罩幕材料層進行所述蝕刻製程，以移除所述摻雜部與所述未摻雜部中的一者，而形成暴露出部分所述墊層的罩幕層； 移除由所述罩幕層所暴露出的部分所述墊層，而暴露出部分所述基底；以及 移除由所述墊層所暴露出的部分所述基底，而在所述基底中形成所述凹陷。
- 如申請專利範圍第5項所述的階梯式元件的製造方法，其中部分所述基底的移除方法包括乾式蝕刻法。
- 如申請專利範圍第5項所述的階梯式元件的製造方法，其中在移除部分所述基底的步驟中，同時移除所述罩幕層。
- 如申請專利範圍第5項所述的階梯式元件的製造方法， 其中所述罩幕材料層的材料包括非晶矽或多晶矽，且所述摻雜製程所使用的摻質包括硼離子或氟化硼離子。
- 如申請專利範圍第8項所述的階梯式元件的製造方法， 其中所述蝕刻製程包括濕式蝕刻製程，且所述濕式蝕刻製程所使用的蝕刻劑包括稀釋的氨水或四甲基氫氧化銨。
- 如申請專利範圍第4項所述的階梯式元件的製造方法，更包括： 在所述基底上形成介電層；以及 在所述介電層上形成閘極。
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