TWI355078B - Transistor structure and method of making the same - Google Patents

Description

1355078 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種電晶體結構，特別是關於一種閘極 溝渠中具有較寬底部的電晶體結構。 【先前技術】 由源極、閘極與汲極所組成之電晶體結構廣泛的應用 於電子產品中。其中，位於閘極兩側之源極/汲極摻雜區分 別經由源極/汲極接觸區與外界電連接。 在臨界尺寸不斷縮小的趨勢下，用來形成源極/汲極接 觸區的空間也跟著大幅度的縮減。以線寬40nm的電晶體 結構為例，傳統製程上用來形成源極/汲極接觸區的寬度僅 剩下約30nm左右。若考慮實際操作上的微影誤差與對準 誤差，要準確形成寬度約30nm的源極/汲極接觸區是非常 艱鉅的工作。一但源極/汲極區的接觸不良，將會嚴重影響 電晶體操作時的效能。 於是需要一種新的電晶體結構，在縮小的單元尺寸内 仍保有充足的源極/汲極接觸區的寬度，以維持電晶體的操 作性能，提升產業競爭力。 1355078 【發明内容】 .本發明即在提供一種在縮小的單元尺寸内仍保有充足 源極/沒極接縣寬度的電晶體結構。此等電晶體結構能在 善用晶片空間的條件下，確保電晶體的操作性能，提 爭力。 巨本發明之電晶體結構，包含有位於基材中之閉極溝 • * ’其包含具有第一寬度與第一導電層之頸部與第二寬产 和第二導電層之瓶形底部，其中第一寬度小於第二寬度、 • 位於閘極溝渠上並與第一導電層電連接之閉極結構、設於 基材中並位於閘極溝渠一側之源極，汲極推雜區、介於汲極 • #雜區與源極摻雜區間之閘極通道以及覆蓋閘極結構、源 極摻雜區與及極摻雜區之介電層。 本發明另外提供一種電晶體結構之製造方法： 1 首先提供具有底層以及頂層之基材，並於基材中形成 深溝渠； 接著進仃選擇性濕钱刻，以擴大深溝渠成為閘極溝 渠，其包含具有第一寬度之頸部與第二寬度之瓶形底部， 且第一寬度小於第二寬度； 之後沉積一介電層以覆蓋閘極溝渠； ,g繼績形成部分填充閘極溝渠之第-導電層與填滿開極 卞之第導電層，其中第二導電層與第一導電層電連接； 1355078 於移除底層與頂層後形成閘極結構、源極摻雜區與汲 極摻雜區以完成電晶體結構，其中閘極結構位於閘極溝渠 上並與第二導電層電連接，且源極/汲極摻雜區位於基材中 並分別位於閘極溝渠之一側。閘極通道則介於源極摻雜區 與汲極摻雜區之間。 【實施方式】 本發明關於一種電晶體結構，在較小的單元尺寸内仍 保有充分的源極/汲極接觸區寬度及面積。此等電晶體結構 能在善用晶片空間的條件下，確保源極/汲極的電連接與電 晶體的操作性能，提升競爭力。 本發明提供一種形成電晶體結構之方法。第1圖至第6 圖繪示形成本發明電晶體結構之方法。請參考第1圖，本 發明方法首先提供基材210，其上具有底層211以及頂層 212。底層211可以是一層習知之墊氧化物層，頂層212可 以是一層習知之墊氮化物層。適用於本發明電晶體結構200 之基材210可為一具有晶格方向之半導體基材，例如矽或 鍺基材。 然後請參考第2圖，於基材210中形成深溝渠220， 並留有保護層221。深溝渠220的深度視情況而定，例如 可以在2000A-3000A左右。舉例而言，形成深溝渠220的 1355078 •或為第二寬度236之一半。瓶形底部235可以向兩側延伸， •例如，各向單邊延伸多達2〇nm，使得第二寬度236較第一 寬度232為大。 請參閱第4A圖，其繪示本發明方法之一較佳實施例， 係沿第4圖A_A，切線之刮示圖。在基材21〇、頂層212、 f層211沿A_A，切線之兩側，另外還可以在形成深溝渠22〇 • 剐預先形成兩相互平行之第一淺溝渠隔離280與第二淺溝 渠隔離290。 請參閱第4 B圖，在使用選擇性濕韻刻擴大了深溝渠 2—20成為閘極溝渠23〇之後，可以視情況需要再使用一含 氟=刻劑對第-淺溝渠隔離⑽與第二淺溝渠隔離謂所 暴露出之部分進行-祕刻，以分別形成第一凹口卻與 第二凹口 291。 此含氟姓刻劑可以是經緩衝之氫氣酸（卿）或是稀 :錢酸（卿）。由於淺—般係由料化物所形 ^/在二編刪㈣下’會在第-淺溝渠隔離280 以及第一淺溝渠隔離290所暴霡屮 々货 W、路出之部分分別形成圓弧狀 歹I卞|科1 281與第一凹口 291。但是相對而言’含氟敍 刻劑對基材210的影響則不明顯。 /8 較佳者’第-凹口 281、第二凹口 291以及閘極溝渠 〇還剛好會-起形成·鰭狀結構，使得閘極溝渠230的表 面積增加，使得之後所填人之導電材料可以包圍部分的基 材210，如第4C圖所示。 土 之後⑼參考第5圖，沉積閘極介電層219以覆蓋閉極 二表面，再形成第一導電層213以部分填充閘極溝 渠接著幵/成第二導電層217以填滿問極溝渠並與第 電層213電連接。第—導電層213與第二導電層217可分 別為相同或是不同之導電材料，例如矽、金屬或是碳，Α 中，金屬可以為銅、鋁或鎢。 /、 ^舉例而1Γ，形成第一導電層213@方法可以是先以導 電材料真滿開極溝渠23G後再回触刻該導電材料至一預定 的冰度’以使得第—導電層213部分填充閘極溝渠230。 然後再用第二導電層217填滿間極溝渠23G。視情況需要， 在進仃％積第二導電層217之前，可進-步先於頸部231 形成頸襯介電層216。 接下來π參考第6圖’於移除底層211與頂層212後 形成間極結構24G、源婦純25G歧歸㈣⑽以 完成電晶體結構·。閘極結構240位於間極溝渠23〇上 並與第二導電層217電連接。源極摻雜區25()與_參雜 1355078 .區260位於基材210中並分別與閘極溝渠23〇之—側相 •鄰。例如，可以使用磷酸以移除頂層或是使用氫氟酸以移 除底層。若有需要，可將層間介電層（圖未示）覆蓋於閘 極結構240、源極摻雜區250與汲極摻雜區26〇上。源極 摻雜區250與汲極摻雜區260之深度或是摻雜的濃度通常 並不相同。 閘極通道270介於源極摻雜區25〇與汲極摻雜區 之間。若垂直側壁238是沿著矽基材的晶格方向（11〇)形 成時，還可以減低閘極通道270的電阻。此為本發明的特 點之一。另一方面，由於鰭狀結構使得閘極溝渠23〇的表 面積增加，於是可以額外強化對於閘極通道27〇的控制 1*生’此又為本發明的另一項特點。 由於本發明閘極溝渠230具有較一般習知閘極溝渠更 乍的頭部231 ’所以使得源極摻雜區250與没極摻雜區260 具有較為寬裕的接觸區空間。例如，頸部231可以從源極 摻雜區250與汲極摻雜區260各別向内縮多達2〇nm左右， 使得原來寬度約只剩30nm的源極/汲極接觸區能增加大約 50°/〇的接觸區空間。 經由精確控制閘極溝渠230的形成，可以使得瓶形底 部235具有一致的形狀與尺寸，於是閘極通道27〇的長度 12 1355078 具有第一寬度232之頸部231包含第一導電層213， 而具有第二寬度236之瓶形底部235則包含第二導電層 217。一般而言，第一寬度232小於第二寬度236，此外， 第一導電層213與第二導電層217電連接，閘極結構24〇 與第一導電層213電連接。第一導電層213與第二導電層 217可分別為相同或是不同之導電材料，例如石夕、金屬或 是碳，其中，金屬可以為銅、鋁或鎢。 一般而言，頸部231之第一寬度232與閘極結構24〇 之寬度大致相同，但瓶形底部235則是具有較寬之第二寬 度236 ’較佳第一寬度232約為第二寬度236之一半。閑 極結構240之寬度通常與元件的關鍵尺寸（critical dimension)相關。例如’當閘極結構240之寬度為4〇nm 時，頸部231之第一寬度232通常不超過5〇nm，大約為 40nm左右。瓶形底部235則較佳可以向兩側延伸，使得第 一寬度236較第一寬度232為大。例如，各向單邊延伸多 達 20nm。 源極摻雜區250與汲極摻雜區260係設於基材21〇中 並位於閘極溝渠230之一側。由於本發明之閘極溝渠 具有較一般習知之閘極溝渠更窄的頸部231，可使得源極 摻雜區250與汲極摻雜區260具有較為寬裕的接觸區空 間。例如，頸部231可以從源極摻雜區25〇與汲極摻雜區 14

Claims (1)

1355078 替換頁丨，月： •十、申請專利範圍： " ~ .i·—種電晶體結構，包含： 基材，該基材具有一定之晶格方向； -閘極溝渠’位於該基材中，該閘極溝渠包含具有—第—寬 $ 4部與H度之—瓶形底部，其中該頸部包含一第一 ‘电層以及-頸襯（C0llar)介電層、該瓶形底部包含一第二導電層 以及-垂麵壁與-v形㈣且該第-寬度小於該第二寬度；e -閘極結構，其位於關極縣上並無第—導電層電連接； 源極摻雜區，設於絲射，並位於該酿溝渠之一側丨 祕摻祕，設於該基材巾，並位於該酿溝渠相對於該 源極換雜區之另一側； Λ -閘極通道，設於該基材中，並介於槪極摻雜區與該源極 摻雜區之間；以及 —介電層’其覆蓋該閘極結構、該源極摻雜區與該没極換雜 2. 如睛求項1之f晶體結構，進—步包含位於該瓶形底部上之— 閘極介電層。 3. 如請求項2之電晶體結構，基材進一步包含二相互平行之— =-淺溝渠_與-第二淺溝渠隔離，該第—淺溝渠隔離具有— 第一凹口，該第二淺溝渠隔離具有一第二凹口，其中該第一凹口、 該第二凹口以及該閘極溝渠—起形成—鰭狀結構。 17 4.如請求項3之電 方。 體結構’其中該閘極結構 ’其中該閘極結構包含一閘極側壁。 ’其與一電容一起形成一動態隨機存 5. 如請求項4之電晶體結構 6. 如請求項1之電晶體結構 取記憶體單元。 如請求項6之電晶體結構， 8.如請求項6之電晶體結構， 其中該電容係一深溝渠電容 其中該電容係一堆疊電容。 其中該瓶形底部包令—垂直側壁盘 9‘如請求項丨之電晶體結構， 一v形尖端。 1〇·如請求項9之電晶體 才各方向延伸。 結構，其^該垂直側壁順著該基材之一 曰曰 11.如請求項5之電晶體纟士嫌 雷居。 ，其中該頸部包含一頸觀（collar)介 12. 一種形成電晶體結構之方法，包含： 提供-基材，該基材具有—定之晶袼柏，並於該基材中形 成一深溝渠； 18 !355〇78 100年6月24曰修正替換頁 月修正替換頁 . 荦等 | |_p U _ · .♦ . 以該深溝渠界定出一閘極溝渠，其中該閘極溝渠包含具有一 .第一覓度之一頸部與一第二寬度之一瓶形底部，且該第—寬度小 於該第二寬度，其中該瓶形底部包含一垂直側壁與一v形尖端； 沉積一介電層以覆蓋該閘極溝渠； 形成一第一導電層以部分填充該閘極溝渠； 於該頸部形成一頸襯介電層； 形成第一導電層以填滿該閘極溝渠，其中該第二導電層與 該第一導電層電連接；以及 幵/成閘極結構、一源極摻雜區與一没極穆雜區以形成該電 晶體結構，其巾極結構位於該雜溝渠上並與該第二導電層 電連接，且麵極雜區與舰極摻祕健基射並 該閘極溝渠之相對側。 Θ求項U形成電晶體結構之方法，其巾該具晶格 導體基材為矽或鍺。. 气牛 如。月求項12形成電晶體結構之方法，其中形成該深溝渠包含. 於該基材上形成-底層和一頂層； 几3· 進仃乾蝴，_朗層、該絲及絲材，⑽成―凹 口， ，擇性沉積—保護層，以覆蓋該頂層、該底層以及該凹口内 口丨刀之該基材；以及 護層覆蓋之該凹口 利用該保制秘贱罩，_未被該保 19 1355078 _____ /w —s: i 〇〇年6月24日修正替換頁 而成為該深溝渠。 - 15. 如請求項12形成電晶體結構之方法，其中該瓶形底部包含一 垂直側壁與一V形尖端。 16. 如請求項15形成電晶體結構之方法，其中該垂直側壁順著該 基材之一晶格方向延伸。 Π·如請求項14形成電晶體結構之方法，其中形成該第一導電層 係包含； 沉稽該第一導電層以填滿該閘極溝渠；以及 回蝕刻該第一導電層至一預定的深度，以使得該第一導電層 部分填充該閘極溝渠。 18.如請求項17形成電晶體結構之方法，其中進行該選擇性沉積 該第二導電層之前，進一步包含： 於該頸部形成一頸襯介電層。 19. 如請求項12形成電晶體結構之方法，進一步包含形成與該汲 極摻雜區電連接之一電容，以形成一動態隨機存取記憶體單元。 20. 如請求項19形成電晶體結構之方法，其中該電容係一深溝渠 電容。 20 1355078 __ . —正叫年6月24日修正替換頁 • ·21.如請求項19形成電晶體結構之方法，其中該電容係一堆疊電 ， .容。 # J 22.如請求項12形成電晶體結構之方法，其中形成該深溝渠之 前，進一步包含： 形成一第一淺溝渠隔離與一第二淺溝渠隔離，使得該深溝渠 位於該第一淺溝渠隔離與該第二淺溝渠隔離之間。 23.如請求項22形成電晶體結構之方法，其中在界定出該深溝渠 之後，進一步包含： ' 使用一含氟蝕刻劑對暴露出之該第一淺溝渠隔離與暴露出之 - 該第二淺溝渠隔離進行蝕刻，以分別形成一第一凹口與一第二凹 口，其中該第一凹口、該第二凹口以及該閘極溝渠一起形成一鰭 狀結構。 十一、圖式： 21