TW516233B - MOS-transistor in a one-transistor memory-cells with a local thicker gate-oxide and its production method - Google Patents

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516233 A7 B7 明説 明發 Λ 五 於之 BU 月 偽體 明 晶 發電 本擇 選 D马 在 種 體 晶 電 為 作 中 胞 單 體 〇 憶法 記方 -造 製 其 及 體 晶 電 邏 或 路 電 體 憶 記 如 例 度 密 化 體 積 之 Π 力 增 漸 逐 之 路路 ^¾ lEi巨 體體 積積 多於 許由 成 〇 構礎 體基 晶之 電η S 路 ΜΟ電 輯 度 長 極 閘 則離 ， 距 地 續 持 即 小 區 電 導 之 體 晶 電 置 設 極 閘 在 氮 種 ίΐ習 極屬 汲是 和罩 極外 (Μ物 ί 化 化最 氮度 由厚 之層 般隔 一 間 成使 形便 上以 壁 ， 側r) Θ 極 C 蘭pa 在(S 須層 是隔 別間 特緣 此絶 因之 ，成 藝構 技所 知物 由吡 藉氮 或之 層上 隔物 物隔 化極 氮閘 於面 助側 藉和 。側 用上 作之 緣成 絶構 其所 害物 損化 不氧 而由 化種 小一 層 止 停 刻 蝕 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 區 觸 接 之 準 對 IA 自 之 極 物汲 和隔 極極 源閘 至之 »1 面 一 側 成 製 式 方 之 知 習 以 可 則 利 I 側 上 中 其 造 會 此 .因 度 C 強 蝕場 侵之 之加 小增 最漸 到逐 受致 只導 或會 蝕小 侵減 到之 受度 會 長 不極 物閘 離 及 度 強 壓 電 體 晶 電 之 成 造 所 流 電 漏 於 由 是 〇 別題 特問 ，等 題性 問靠 成可 1 包 憶 單 記多 Μ 許 RA備 D具 在 中 用 ^ 0 可 億 Π > 如己 例1- a¾μ τφττ? Λη. R 晶 D 電 ο 之體 罩晶 -ΠΤ 夕 ίρτ 物擇 化選 氮為 有作 具以 種中 此胞 單 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 入、、 S 。體 胞憶 單記 式且 渠 ， 溝中 之渠 帶溝 條之 面中 表體 有積 具在 是作 子製 例是 種器 一 容 ， 電 式體 方憶 ϋΐϊί 記 設是 擇之 選體 〇 晶 壁電 側擇 渠選 溝和 蓋極 覆電 質體 電億 介記 器 。 容鄰 iMnj ^11 xt 〇渠 中溝 渠與 溝成 在置 置配 配體 是晶 極電 多渠 之溝 面於 表疊 體重 積構 於結 置矽 配 晶 種多. 一 ， 由成 I 藉逹 3 是來 ί 接” 連帶 性條 電面 的表 間(!, 之構 區結 雜矽 摻晶 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210'乂 297公釐） 516233 A7 B7 五、發明説明（> ) 填充物及摻雜區上方。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在單一電晶體-記億體單胞中，特別是DRAM-記憶體單 胞中，漏電流特別會造成所謂G I D L -效應（G I D L = G a t e induced drain leakage)。此種GIDL -電流會使單胞保 持資訊之時間（R e t e n t i ο n t i m e )縮短，這待別適用於選 擇電晶體之與記億體電容相連接之側面。G I D L -電流因 此必須最小化。 一種降低G I D L -效應所用之方式是在閘極下方進行離 子植入作用時使擴散現象減少。這是在精確的（c i r t i c a 1 ) 植入（源極及汲極之植入）之後藉由高溫步驟之減少來達 成。一種重大之缺點是相關之其它製製程上之限制。另 一可能性是此種模組之昂貴而完整之新設計。但此二種 方式在作用上是有限的。 本發明之目的是提供一種在單一電晶體-記憶體單胞 \/ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 中之M0S電晶體，其具有一種作為氧化位障層用之絶緣 之間隔層，其中G I D L -效應可最小化，本發明亦涉及此 種M0S電晶體之製造方法。此種目的是藉由一種具有申 請專利範圍第1項特徵之電晶體以及一種具有申請專利 範圍第5項特徵之製造方法來達成。 本發明以下述事實為依據，即，在一種單一電晶體-記憶體單胞中之Μ 0 S電晶體（其具有一種作為氧化位障層 用之絶緣之間隔層）中使閘極側壁下方區域中之閘極氧 化物厚度變大，即，一種所謂嘴之造形。製造方法所 用之設計方式是：在製成此種絶緣之間隔層之前使閘極 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） 516233 A7 B7 五、發明説明（々） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 氧化物厚度變大。在對閘極進行蝕刻之後進行一種氧化 步驟，這樣可使> 閘極側壁下方之閘極氧化物變厚。然後 在閘極側壁上産生一種絶緣之間隔層，其含有氮化物或 含有一種不是作為氧化位障層用之材料或是由此種材料 所構成。最後以習知方式（特別是藉由摻雜區之植入）製 成Μ 0 S電晶體。 在Μ 0 S電晶體中使用烏,嘴造形（以便減少熱電子效應） 例如在ϋ S 5 3 0 6 6 5 5中已為人所知，該處所描述之電晶 體在側面上是由氧化物•間隔層所隔離。 氧化時為了形成島嘴所需之橫向成份是藉由選取適當 之製程條件來製成，例如藉由範圍是7 G 0至9 0 G °C之較低 之氧化溫度來達成，其中溫度較佳是大約8 0 0 °C，及/或 在至少一部份氧化步驟（所謂濕氧化作用）中藉由氫或氫 化合物之添加來達成。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 為了防止閘極軌道本身一種不期望之太強之氯化作用 ，則依據閘極材料以適當之/方式在氧化步驟之.前使裸露 之側壁鈍化是有利的。於是可在添加氧氣之情況下例如 使用一種時間較短之高溫步驟。較佳之溫度範圍是1 G 0 0 °C 至1 1 5 Q °C。鈍化所需之其他可能性是氧化物之沈積，氧 化物在烏嘴製成之削須在局溫中於含氮之大氣中退火。 鈍化過程需到何種程度特別是與閜極-材料有關。在只 由多晶矽所構成之閘極中可省略此種鈍化過程。在含有 δ夕化鍚層之此種閘極中通常需要一種鈍化過程。此種閘 極可以多層之閛極堆疊（s t a c k )來構成。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 516233 Α7 Β7 五、發明説明（4 ) 藉由上述方法，則可在閘極之二個側面上産生一種鳥 嘴造形。但藉由此種過程之適當修正（在閘極之側面上 進行覆蓋）亦可製成一種單側之鳥嘴。 在氧化步驟之前可進行淨化步驟。 藉由上述方法亦可製成一種LDD-電晶體，其中在氣化 步驟之後，以及絶緣之間隔層製成之前須進行一種L D D -植入過程。 本發明以下將依據顯示在圖式中之實施例作詳述。 圖式簡單説明如下： 第1至第3圖··半導體基體之橫切面，在其上依據實 施例來說明本方法之各步驟，其中為了清楚之故只顯示 一電晶體-記憶體單胞之電晶體區域。 第4圖 DRAM-記憶體單胞之橫切面，其具有依據本 發明所製成之Μ 0 S -選擇電晶體。 第1圖：在半導體基體1上以習知方法製成一種閛極 氧化物2，一種例如由多晶矽所構成之閘極3以及一種 絶緣之闊極覆蓋物4。在此種實施例中閘極覆蓋物是由 氮化物所構成。在由閘極所覆蓋之區域外部通常在半導 體表面上亦保留上述之閘極氧化物。此外，基體（如第4 圖所示）亦包含一種溝渠式電容器，其電極是與電晶體 相連接。 第2圖：在可能之淨化步驟之後進行一種氧化步驟， 其依據一般之緩慢之高斜度（例如，5 ° /分鐘）例如以 下述各步驟來進行： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 516233 A7 B7 五、發明説明（ί-） 溫度；8 0 0 °C，氣體：6 A /分鐘 0 2，時間：1 0分鐘 8 0 0 0C， 6 Jl / m i τι 0 2 以及 3 · 6 A / m i η Η 2 ， 7 m i n (分鐘）； (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 800 °C, 6 Jl /rain 0 2， 5 m i n ; 8 ϋ 0 °C，2 0 A /min 0 2 ； N 2 -沖洗以及往¥之斜度。 這樣可在閘極側壁下方區域中産生一種鳥嘴5，其橫 向之延伸可藉肋於程序參數和氧化時間來調整。可以一 種導電型式與基體1相反之摻雜物質來進行一種LDD-植 入，以便在基體中産生LDD -區域6。 依據閘極材料之不同，則需要或可有利地在氧化步驟 之前進行一種鈍化步驟，就像第二實施例中所述者一樣。 第3圖：在閘極之側壁（此處是在二個側壁）上以習知 方法産生一種由作為氧化位障層用之材料（材料是氮化 物）所構成之絶緣之間隔層7。M0S電晶體是藉由摻雜區 8 (源極和汲極）之製備而製成。 第4圖：此橫切面（具有和第1 - 3圖相同之參考符號） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 顯示DRAM-溝渠單胞之一部份，其在基體1中具有一種 以多晶矽1 0填入之溝渠。在左半圖中顯示此種閘極側壁 之放大部份。此種溝渠是以習知方法在使用溝渠遮罩之 情況下製造而成。溝渠壁是以隔離層1 1覆蓋，然後此溝 渠中填入摻雜之多晶矽1 0以作為記憶體電極。在許多情 況中（此處未顯示）此隔離層11在溝渠之上部區域中是較 在下部區域中者還原（所謂氧化物領形件（c ο 1 1 a r ))，隔 離層在此形成特有之電容器介電層。溝渠在基體表面上 - Ί 一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 516233 A7 B7 五、發明説明（L ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 是以隔離物9覆蓋，隔離物9最好同時與隔離區産生於 相鄰之記億體單胞之間（例如，淺溝渠隔離）。然後形成 閘極氣化物2和閘極3。閘極是以多層閘極堆疊（s t a c k ) 之形式而由多晶矽3 a和矽化鎢3 b所構成，隔離用之閙極 覆蓋物4可完全由或一部份由氮化矽所構成。直至目前 所述為止此製程可以一般之方法來進行。 然後首先進行一種鈍化步驟，其會在閛極側壁上形成 一種薄的氧化層5。鈍化步驟最好是以下述各步驟來進 行： 高斜度在N 2中由2 0 °C / S直至1 0 9 0 °C，5 A / m i η ; 溫度；1 Ο 9 0 °C，氣體：5 A / i η N 2，時間：1 〇 s e c 1 0 9 0 °C，4 · 8 Jl / m i η N 2 以及 〇 . 3 jl / m i n 0 2，5 秒（s e c ); 1 0 9 0 °C，1 . 3 Jl / m i n N 2 以及 4 Jl / m i n 0 2 ， 1 2 秒（s e c ); 1090 °C, 5JI /min 0 2 ， 23 秒; 小於〇 2之往下之斜度。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於是可改變參數。但一種較慢之由N 2至0 2之轉換是 有利的，其中可選取之時間是與所使用之設備有關。在 藉由薄的氧化層5 f來對側壁進行鈍化過程之後須進行一 種氧化步驟，其可如先前所述之方式來進行且産生上述 之鳥嘴5。 然後以習知方法在閘極側壁上形成氮化物-間隔層7， 源極和汲極之植入可在此之前及/或之後來進行，特別 是可形成LDD-電晶體。在電晶體製成之後須使溝渠上側 處之隔離層9局部性地受到蝕刻而去除且在選擇電晶體 _ 8 ~ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 516233 A7 B7 五、發明説明（7 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 和記億體電極之間産生一種所謂表面條帶1 2以作為接觸 區。這最好是藉由未摻雑之矽層之沈積來逹成。此種未 摻雜之矽層是藉由隔離層9中之孔而由電極1 0處開始之 往外擴散作用而被摻雜。然後此種仍然保存之未摻雜之 矽可選擇性地對已摻雜之區域1 2而被去除。最後對上逑 表面條帶1 2之表面進行氧化作用，使此種條帶1 2往上受 到隔離。由於氮化物質間隔層之存在，因此不須對閘極 氧化物作進一步之氧化作用。 本發明亦可用在其它DRAM-記億體設計中，例如 US 5 360 758中所逑之具有埋入式條帶之DRAM中。鳥嘴 造形之使用在DRAM’S中是有很大優點的，這是因為此處 亦很小之漏電流（特別是小於邏輯電路者）已很危險。 參考之符號 1 .....半導體基體 2 .....閘極氧化物 3 .....閘極 4 .....閘極覆蓋物 5 .....鳥嘴 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6 .....LDD -區域 7 .....絶緣之間隔層 8 .......摻雜區 9，1 1 ....隔離區 1 0 ....電極 1 2 ....表面條帶 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 5162B ，修正 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 第88 103606號「單一電晶體-記憶體單胞中閘極氧化物局部 性變厚之MOS電晶體及其製造方法」專利案 (90年6月修正） 六申請專利範圍： 1. 一種在單一電晶體-記憶體單胞中之MOS電晶體，其 特徵爲具有： -一種在半導體基體（1)中之第一和第二導電區（8)， -一種閘極（3)，其配置在第一和第二導電區之間的基 體表面上且其在側壁上具有一種鈍化層（5，）， -一種閘極氧化物（2)，其使閘極（3)與半導體基體（1)相 隔離且在閘極（3)之側壁下方區域中具有一種較厚之 區域（5)， -一個在閘極（3)之側壁上之絕緣之間隔層（7)，其含有 一種作爲氧化位障層用之材料。 2. 如申請專利範圍第1項之MOS電晶體，其中絕緣之 間隔層（7)是由氮化矽所構成。 3. 如申請專利範圍第1或第2項之MOS電晶體，其中 閘極（3)含有矽化鎢層（3b)及/或多晶矽層（3a)。 4. 如申請專利範圍第1項之MOS電晶體，其中MOS電 晶體形成DRAM-記憶體單胞之選擇電晶體。 5. —種在半導體基體（1)中MOS電晶體之製造方法，此種 MOS電晶體是指申請專利範圍第1至第4項中任一 項所述者，此種方法之特徵爲： -在半導體基體（1)上產生閘極氧化物（2)和位於其上 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） >—-------------訂---------線 人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Η消費合作社印製 六、申請專利範圍 之閘極（3)， -在氧化步驟之前進行一種鈍化步驟以便使閘極（3)側 壁鈍化。 -進行一種氧化步驟，使在閘極（3)之側壁下方形成一 種較厚之區域（5)， -然後在閘極（3)之側壁上產生一種絕緣之間隔層（7)， 其含有一種作爲氧化位障層用之粉料， -產生MOS電晶體之摻雜區（8)，其是鄰接於閘極（3)。 6·如申請專利範圍第5項之製造方法，其中氧化步驟是 在溫度700至900°C之範圍中進行及/或以濕氧化作用 之方式進行。 7·如申請專利範圍第5或6項之製造方法，其中絕緣 之間隔層（7)含有氮化矽。 δ·如申請專利範圍第5或第6項之製造方法，其中在 氧化步驟之後進行一種LDD-植入過程。 9·如申請專利範圍第5項之製造方法，其中在鋪化步驟 之前須進行一種高溫步驟。 瓜如申請專利範圍第5項之製造方法，其中須形成—@ 矽化鎢層（3b)以便製成閘極（3)。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------------訂---------^ AWI <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)