TW457722B - Field-effect-controlled transistor and method to its manufacturing - Google Patents

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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)

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〉