TW457722B - Field-effect-controlled transistor and method to its manufacturing - Google Patents
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Description
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ”457 72 迄 a? Β7 五、發明說明(,) 本發明是有闊一種場效應控制式電晶體,而且其有@ 於賴的功能能力β · 平面MOS電晶體與.,以大約5G奈米 (nra)之通道長度在其.,,¾^對於在50奈米(nm)以 上的閘極長度區域是被建議設計成不同的電晶體結構( 參開例如H. Wong等人所箸,IDEK97,第427頁h因而建 議M0S電晶體具有月,其配置於通道 區域之面續之面上,並且項~此1控~制^^ -節沿箸通道區 域的mJiL表蔬.._量。因此,,其 中一源極區,一通道區,以及一汲極區在的 主要表面之^置,而早也疋,在其 中源極區,通道區域與汲極區平行於矽晶圓的主要表面 而配置β , 在H. Wong以及其他人所箸之IEDMS7, 42 7頁中建議以 實現在 SOI(Silicon-on-Insulator)基板上的.一缻 H0S電晶體,在其中一齓^配置於通.H.域之上,以 及一閘極霍極配置於。通_„直^4^下。為了製造電晶體而 建議在矽基板上塗佈一層5¾的氣磁^,一個第一氮化 矽層,一個第一薄的氣化矽層,一嫡由非結晶矽所構成 的位置保持層,一値第二薄的氧化矽層,以及一舾第 二氮化矽層,並且如此地形成結構,使得在厚的氣化矽 層的表面在用於源極與汲極的區域中裸露β 此外,在源極區/汲極區的一個中開了一個窗戶,其在 厚的氧化矽層中一直至矽基板的表面上β此由非結晶矽 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
4 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 67 722 A7 ' _B7_ 五、發明說明(> ) 所構成的位置保持層是在閘極堆叠的區域中被去除。隨 後經由撰擇性的磊晶,從矽基板裸露的表面開始,在通 道區與源極/汲極的區域中成長單晶矽。藉由去除形成 结構之第一氮化矽層與第二氮化矽曆,並且澱積摻雑多 晶矽,而在通道區(荏其中選擇性的磊晶成長)的上方與 下方形成兩個閘極電搔。此方法與半體 ‘夸由D.HisaraoteM及他人所著之J E4MiL的專文第8 3 3至
-C G 6頁中建議一種平面,其具有在矽路徑中的 區,^&區與@r·每區,其藉由一個而對 一個配置於其下的。一閘極電極在通道區的 區域中,並且控制如此沿著肢函㈣鄢之 ..電™^。此電流經過的方向是平行於敗志* g。為了製造此電晶體其建議在矽基板的表面形成砂路 f之結構,其Μ —個liL·^層覆蓋,並且其側面具有所 設之。然後此矽基板的表面在氧《ibdf間隙 而形成。因而,此種氧化繼續,一直到路徑兩側所產生 的場氧化區經由其本身所形成之。在路徑之下相q捧。 此製造過程是與半導體k製程技術的二r:^。 本發明是以©,其規範說明場效應控制電 晶體,$在閘極長度中有50奈米(nm)M下的% 並且其可w Imim銜之習m而製造。此外, 應該說明1範麗〇 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 7722 A7 1 _B7_ 五、發明說明(4 ) 是根據申請專利範圍第之場效應控制電晶 體,以及根據申請專利範圍_:五二遺.之其而獲得 解決。本發明之其他配置是由其餘的申請專利範圍而得 出。 此場效應控制電晶體是在一半導體基板中賁現。在此半 導體基板中設有一主動區,其具有一源極區,一通道區 ,以及一汲極區,其黑ί邏, 使得介於萝之間的電流平行於半導體基板 的主要表,面而流過。在半導體基板的主要表面中通常設 有讓屬。其鄰接通道遲域,並在其中配置於閘極電極的 一部份。在此電晶體中,f極電極的一部份到®^導靡 碁板的中,因此經由此良氩蓋^而制一篆疏, 其平行於基板的主要表面而在通的I雨中UI ,街 與基板的主要表。此有效的通道寬度是因此與在 半導體基板之主要表面上的辑逼域的寬+度無關β 此電晶體不但可以作為ΰϋ;電晶體,而且,還可以作 為痒面^電晶體。如果是H〇s電晶體,其通道區域的表面 通常在溝渠的區域中具有所設之调满電i質。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 考盧到將其整合入習知的矽製程技術,其為有利使用 一半導體基板,其通常在主要表面的區域中具有單晶矽 。作為半導體基板尤其是一單晶矽晶圓,sol基板之單 晶矽層,基板或He基板為適合。 較佳是在通直的狼属龜ji的.上配置閘極電棰 ¢.基&部扮,而使得電晶體有效地、jm顧 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公釐) 457722 A7 B7 m 五、發明說明(4 閘攝雷極部份。此部份是各自配置於一第一-徵-渠與 二溝渠之中。經由所設之兩個閘極電,_極部份而控在通 相之反瓤.座道。因此,通道區域中之 缀的嘉低,使得由文獻而熟知的其限制性 的低”實質上失效。../ 此外,經由所設的兩個閛極電極的部份,而使得聋i 電壓在.通Ji ..m.的五.$.„影.1隆低。\ _ V . 較佳是此垂直於半導體基板之主要表面之源極區與汲 極區的大小是#7¾或rCB —個溝_ j或美®溝渠的锣度。 因此此表面(其藉由本身而彤成,因 此使得其相對於平面配置的電流可篮每。 此外,由於此電晶體之豆.赛倍,其用於電晶體 的蠢i®是重要的。 較佳是此平行於主要平面間,摄電極的尺寸大小,受限 :笮通道區域的尺^寸大小,因此使得_^籲重摩 為最少。因此,使得寄生甯容為最小,並且獲得提高的 電晶體互導,其對於快速的切換表琨與在dULZ (十億赫E ) 1 閱 § fi
意 :事 項 S 〇 I裝 頁 I I 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 生極 產電 中極 面閘 表 ί 要成 主形 的後 板然 基。 體區 導 動 luiu_ 半主 在此 而定 體界 晶面 電側 造從 製其 了 , 為渠 溝 晶 電 S ο Μ 為。 作質 體介 晶極 電閘 造一 了產 為上 。 商 中表 之的 渠域 溝區 於道 置通 配在 份而 部 , 其體 本紙張尺度適用中囤國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) > 45772 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明(Γ ) 為了自我調整形成閘極電極而^績一個第一肩層, 其藉由非均向性蝕刻而在主動區的側面上肜蜇的間 隙*®攏成。然後產生一 構,其包圍此主動區與 導電之間隙壁。此導電之間隙壁的表面平行於半導體基 板的主要表面而因此H,。其被澱積第二導電層,其經 由導電的間隙壁之裸露之表面而與此連接閘極電極是藉 由將第二導電層與導電間隙壁结構化而形成。作為用於 導電層的材料是Μ摻雜之蒙或,兔Α&ϋ 及’/或金,鼷為合。此结構化以完成閘極電極較佳 是藉由€3 而實施。其因此使用遮罩K確定閘極長 度。經由使用细緻的結構化步驟,例如是 術,φ n法,或是經由使用間技.術,因此可κ得 到 参以下》特別最 奈廣。 此源極區/汲極區的製造較佳是藉由概>入,而對啩極電 極自行調整而實.現。 較佳是具有的横截面,其對應於絕緣结構與閛極 電極的橫截面。在此情況中的涵場是例如經由澱積 一絕緣層,其將溝渠完全填„滿t κ及經由化學„機械„1_光 而形成。 以下是本發明根據在圖示中所描述之實施例作更進一 步的說明。 圖...式之__簡置.就盟, 第]圖顯示經由一半導體基板之截面,其在產生一第 1氧化矽層與一第二氧化矽層與一遮罩之後而界定一主 -7 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21CU 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------MU, 57122 A7 ' _B7_ 五、發明說明(知) 動區。 第2閫顯示第1圖之俯視圖。 (請先閱讀背面之注ΨΪ事項再填寫本頁) 第3圖顯示在半導體基板中形成主動區的结構之後, 在形成閘極介電質之後,K及在主動區的側區上產生導 雷的間隙壁之後之一個經由半導體基板的截面。 第4圃顯示在半導體基板中的另外的一涸蝕刻之後之 經由半導體基板的截面。 第5圖顯示在形成一絕緣結構,形成一閘極電極,Μ 及將介於源極區與汲極區,以及絕緣結構之間的中間空 間,Κ絕緣材料填滿之後的半導體基板的俯視圖。 第6圖顯示在第5圖中VI-VI線所表示之截面。 第7圓顯示在第5圖中M Vtt-W線所表示之截面。 第8圖顯示在第5圖中線所表示之It面。 在半導體i板2的主要表面1之上塗佈一第一氧化δ夕 15 *3 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 層3 ,其由Ρ -摻雜單晶矽所構成,而具有1 〇 cm 的摻雜 濃度且經由熱氧化過程。此第一氧化矽層3具有5奈米( nm)的厚度。在此第一氧化矽層3上澱積一第一氮化矽 層4,其具有20奈米(nm)的厚度。在此第一氮化矽曆4的 表面上產生一遮罩5,其界定一個由溝渠所包園的主動區 f參間第1圖與第2圖)。此遮罩5具有一個在基本上長方 形的橫截面其平行於主要表面1,其具有X 5 0 0 奈米(nm)之尺寸大小。 4 經由非均向性蝕刻而蝕刻出第一氮化矽層^办,第一氧化 矽_,Μ及半導體基板2,其中在半導體基板2中,形成一 —8 _ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格〇?10 X 297公釐) 457722
(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 個由溝渠所圍繞的主動區6(參考第3圖)。使用四氟甲烷 (C F 4)與氫(H2 )作為蝕刻氣體。此蝕刻執行一直至主要表 画之下500奈米(nm)的深度之中。 經由熱氧化而在主動區6的側面上形成一個由S i 02所 構成之層厚度為3奈米(nm)之閘極電介質7。_ 藉由澱積一由摻雑多晶矽所構成之第一導電層並且固 铀(etch back)此在主動區6之側面上的第一可導電層, 而肜成由摻雜多晶矽所構成的可導電間隙壁8 (參考第3 圖)。此可導電間隙壁8 Μ環形的方式包圍主動區6 在使用四氟化矽(S i F 4)與氫(H 2)之另一個非均向性蝕 刻製程中,將閘極電'介質7的裸露部份去除。然後藉由 以C P.4作非均向蝕刻而在半導體基板2中蝕刻,Μ致使得 在主動區6與可導電間隙壁S的側面產生一絕緣溝渠9 ,其相對於此主要表面1其具有1微米(μηι)的深度° 此絕緣溝渠經由澱積一第二S i 0 2層而填滿,經由緊接 著的化學機械拋光。在其中此第一氮化矽層4作為蝕刻 中止,而由第二氧化矽曆而形成一絕緣結構1 0,其將絕 緣溝渠9填滿。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印Μ 藉由以硼植入而在主動區6中產生通道摻雑11,其具 有摻雑濃度是5 X 1017 cm-3。 此為宪全平面的一個第二導電層12以及一個第二矽氮 化層13澱積,並且?i肋於一遮罩(未圖示)而形成结構。 此形成結構之第二導電層12與此形成结構之第二Si3N4 層13具有一條形横截面,其横向對於主動區6之縱的範 -9- 本紙張尺度適用令國國家標準(CNSM4規格(2]〇x 297公楚) 457722 A7 B7 五、發明說明(ί) 圍延伸,並且對平行於主動區6之縱„„的範圍具有4 0奈米 (nm)的寬度。在當形成第二導電層12.的結構時,此可導 電間隙壁8的裸露區域同樣地去除。此結構之形成藉由 具有SiF與H2之非均向性的蝕刻而實現。 藉由澱積一第三氣化矽層,並且回蝕此第_三_氩_北矽層 ,此介於主動區6與絶緣結構1 0之間的中間空間(它是 在所形成結構的第二導電層12之外,而在當去除導電間 隙壁8時産生),具有所設的絶緣镇料眉)β 此形成結構之第二導電層U2’與形成結構之第二氮化砂 層侧面是經由澱積一個第三氮化矽層與經由將此第 三氮化矽層作非均向性回蝕(etch back)而具有所設之 惠參閲第5圖與第8圖經由以具有50Kev 能量與2X 10 Μ 劑量的砷(AS)作植入而自裁生 所形成結構之魘之源極/汲極區16(參閲第7圖與窠 8圖此源極/汲極區16在主要表面1之下的深專,因此 是小於落..電.„間......隙屋8;所延伸的深度。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 此/崖見間驅由此形成結構之第二導電層12而 彼此連接。此^導-鬻間,8與建接它的所形成結構之 第二導電層^間.ϋ極。因為此導罨間隙壁8本 身在半導體基板1中延伸較源極/汲極區16為深,其本身 在相對應之閘極電極導引之中,經由ίϋ /標Γ1區1 6的整 値深度,而在介於源極/汲極區1 6之間,形虛_一|~雷之 反轉通道。此介於源槿/汲極區H之間的主動區^之區域 ,因此在其Jg度上作用為氮JILi域。 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 457722 A7 B7 2 五、發明說明(9 ) 為了完成此電晶體可以根據習知的方法(来圖示)而産 生在其多個位置上噴鍍金靥。 本實施例是探討一個η-通道-電晶體,本發明亦可同 樣地作為Ρ-通道-電晶體而實施。 此外,此等導電層,可以由其他的導霪材料,持別是 金屬或金屬矽化物所構成。此外,閘極電介質7本身可 以還位於主動區之主要表面1的區域之中,以至其本身 之中取消介於主動區6與第二導電層12之間的第一氧化 矽層與第一氪化砂層。如果技術上須要,此源極/汲極 區16可以具有所形成之輕接雜汲極(LDD:Lightly Doped Drain)縱切面β 符號之說明 1 ....主要表面 半導體基板 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 4 5 6 7 8 9 質壁 層層 介隙渠構雑 矽矽 區電間溝結摻 化化罩動極電緣緣道 氧氤遮主閘導絶絶通 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
Claims (1)
- 457722 0年0>修正· t、申請專利範圍 第88120044號「場效應控制式電晶體及其製造方法」專利 案 (9◦年5月修正) 六、申請專利範圍: 1. —種場效應控制式電晶體,其特徵爲: -在半導體基板(2)中設有一主動區(6),其具有—源 極區,一'汲極區,以及一通道區,其各自鄰接於半導 體基板(2)之主要表面(1), ‘ -在半導體基板(2〕之主要表面(1)中至少設有—溝渠, 其鄰接於通道區(6),且閘極電極的一部份配置於此溝 渠中。 2. 如申請專利範圍第1項之場效應控制式電晶體,其中 此通道區的表面至少在溝渠的區域中設有閘極電介質 ⑺。 3. 如申請專利範圍第1或2項之場效應控制式電晶體, 其中此源極區(16)與汲極區(16)之垂直於主要表面(1) 之範圍是小於或等於溝渠的深度。 4. 如申請專利範圍第1或2項之場效應控制式電晶體, 其中設有一絕緣層(10),其包圍主動區(6)與溝渠。 5. 申請專利範圍第3項之場效應控制式電晶體,其中設 有一絕緣層(10),其包圍主動區(6)與溝渠。 6. 如申請專利範圍第1或2項之場效應控制式電晶體, 其中設有第一溝渠與第二溝渠,其鄰接於通道區之互 相面對的側面,並且在各溝渠中各自配置閘極電極的 一部份(8)。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) » H 1 n I' n tM (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 訂. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4577< 六 經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 作 社 印 製 C C AS B8 CS D8、申請專利範圍 7.如申請專利範圍第3項之場效應控制式電晶體,其中 設有第一溝渠與第二溝渠,其鄰接於通道區之互相面 對的側面,並且在各溝渠中各自配置閘極電極的一部 份(8)。 8_如申請專利範圍第4項之場效應控制式電晶體,其中 設有第一溝渠與第二溝渠,其鄰接於通道區之互相面 對的側面,並且在各溝渠中各自配‘置閘極電極的一部 份(8)。 9. 一種場效應控制式電晶體的製造方法,其特徵爲: ••在半導體基板(2)之主要表面(1)中產生一溝渠,其 側面地界定一主動區(6),其具有一源極區,通道區,與 —汲極區,各區各自鄰接於半導體基板(2)之主要表面 (1), -形成閘極電極(8,12),其一部份配置於溝渠中》 10. 如申請專利範圍第9項之方法,其中 在通道區的表面上產生閘極電介質(7)。 11. 如申請專利範圍第9或10項之方法,其中 -澱積第一導電層以形成閘極電極,由此而在主動 區的側壁上藉由非均向性蝕刻而形成導電間隙壁(8), -產生一絕緣結構(10),其將主動區(6)與導電間隙壁 (8)包圍, -澱積第二導電層(12),其與導電間隙壁(8)相連接, -經由第二導電層(12)與導電間隙壁(8)之結構化而 形成閘極電極(8,12)。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(2]0 X 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Ο裝 ----訂---- rv 4577^2 D8 六、申請專利範圍 12·如申請專利範圍第11項之方法,其中 當導電間隙壁(8)結構化時,在源極區(16)與汲極區 的區域中,在絕緣結構(10)與主動區(6)之間產生一中 間空間,其以絕緣材料(14)塡滿。 13·如申請專利範圍第11項之方法,其中 源極區(16)與汲極區(16)是經由離子植入以自我對準於 第二導電層(12)與絕緣結構(1〇)之方·式而形成。 14.如申請專利範圍第12項之方法,其中 源極區(16)與汲極區(16)是經由離子植入以自我對準於 第二導電層(12)與絕緣結構(1〇)之方式而形成。 {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐〉
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