包角電晶體及其製造方法
2023-10-11 07:17:59
專利名稱：包角電晶體及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體元件及其製造方法，尤其涉及一種包角電晶體及其製造方法。
背景技術：
集成電路為因應電子產品小型化的需求，其各元件的尺寸以及元件之間的距離不斷縮小。然而，元件並不能無止境的縮減，其在縮減的過程中也會因為衍生的問題而受到限制。以集成電路中最基本的電晶體來說，其通常是通過柵極的長度(gate length)的縮減來達到縮小其尺寸大小的目的。但是，有一些元件在進行操作時必須提供足夠的電壓(voltage level)。因此，元件所能縮減尺寸(柵極的長度)的能力受到相當大的限制。
發明內容
本發明提供ー種包角電晶體，其可以縮減元件的尺寸，而且可以提升元件效能。本發明提供一種包角電晶體的製造方法，其可以通過簡單的エ藝，來縮減元件的尺寸，並可以提升元件效能。本發明提出一種包角電晶體的製造方法，包括在襯底中形成兩個隔離結構，定義出有源區。之後，進行處理工藝，使有源區的襯底兩邊具有尖角。接著，於有源區的襯底的表面上覆蓋柵介電層。然後，於柵介電層上形成柵極導體層。於柵極導體層兩側的襯底中形成源極區以及漏極區。依照本發明ー實施例所述，上述處理工藝使有源區的襯底的表面呈弧狀。依照本發明ー實施例所述，上述處理工藝包括進行熱氧化工藝，使有源區的襯底表面氧化，形成圓弧狀的氧化層，接著，移除圓弧狀的氧化層以及部分的隔離結構，使有源區的襯底的表面以及尖角凸出於隔離結構的表面。依照本發明ー實施例所述，上述柵介電層還覆蓋上述尖角。依照本發明ー實施例所述，上述處理工藝除了進行上述熱氧化工藝以及移除圓弧狀的氧化層以及部分的隔離結構之外，還包括進行第一蝕刻エ藝，移除有源區的部分襯底，至有源區的襯底表面低於隔離結構的表面，而形成一溝渠。第一蝕刻エ藝包括非等向性蝕刻エ藝。依照本發明ー實施例所述，上述處理工藝除了進行上述熱氧化工藝及移除圓弧狀的氧化層以及部分的隔離結構以及上述第一蝕刻エ藝之外，還包括進行第二蝕刻エ藝，以移除溝渠側壁周圍的隔離結構，使有源區的襯底表面以及尖角凸出於溝渠底部表面。第二蝕刻エ藝包括等向性蝕刻エ藝。此外，上述柵介電層還覆蓋尖角。依照本發明ー實施例所述，上述處理工藝包括進行第一蝕刻エ藝，移除上述有源區的部分上述襯底，使上述有源區的上述襯底表面低於上述隔離結構的表面。第一蝕刻エ藝包括非等向性蝕刻エ藝。
依照本發明ー實施例所述，上述處理工藝除了上述第一蝕刻エ藝之外還包括進行第二蝕刻エ藝，移除上述溝渠側壁周圍的上述隔離結構，使上述有源區的上述襯底表面以及上述尖角凸出於上述溝渠底部。第二蝕刻エ藝包括等向性蝕刻エ藝。依照本發明ー實施例所述，上述柵介電層還覆蓋上述尖角。本發明還提出ー種包角電晶體，包括襯底、柵介電層、柵極導體層、源極區以及漏極區。襯底中具有兩個隔離結構，定義出有源區。有源區的襯底兩邊具有尖角。柵介電層覆蓋於有源區的襯底的表面上。柵極導體層位於柵介電層上。源極區以及漏極區分別位於柵極導體層兩側的襯底中。依照本發明ー實施例所述，上述有源區的襯底表面以及上述尖角凸出於上述隔離 結構的表面。依照本發明ー實施例所述，上述有源區的襯底表面低於上述隔離結構的表面，形成ー溝渠，裸露出有源區的襯底表面。依照本發明ー實施例所述，上述有源區的上述襯底表面低於上述隔離結構的表面，構成ー溝渠，使上述有源區的上述襯底表面以及上述尖角凸出於上述溝渠底部。依照本發明ー實施例所述，上述柵介電層還覆蓋上述尖角。依照本發明ー實施例所述，上述有源區的襯底的表面呈弧狀。基於上述，本發明的包角電晶體的柵極為溝渠式，可以縮減元件的尺寸，而且在源極區與漏極區之間的襯底具有尖角，使得所形成的柵極可以包覆此尖角，藉以提升元件效倉^:。本發明的包角電晶體的製造方法可以通過簡單的エ藝，製造溝渠式柵極，以縮減元件的尺寸，而且在源極區與漏極區之間的襯底的兩邊形成尖角，俾使所形成的柵極可以包覆此尖角，藉以提升元件效能。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，並配合附圖作詳細說明如下。
圖IA為依照本發明實施例所示的一種包角電晶體的上視圖。圖IB至IE為沿著圖IA的I-I剖面所示的本發明第一實施例的一種包角電晶體的製造方法的剖面示意圖。圖IF為沿著圖IA的II-II剖面所示的本發明第一實施例的包角電晶體的另ー個剖面示意圖。圖IG為本發明第一實施例的另一例的包角電晶體沿著圖IA的II-II剖面線的剖面示意圖。圖2A至2C為沿著圖IA的1_1剖面所示的本發明第二實施例的包角電晶體的製造方法的剖面示意圖。圖2D為沿著圖IA的II-II剖面所示的本發明第二實施例的包角電晶體的另ー個剖面示意圖。圖3A至3D為沿著圖IA的1_1剖面所示的本發明第二實施例又一種包角電晶體的製造方法的剖面示意圖。
圖3E為沿著圖IA的II-II剖面所示的本發明第二實施例的又ー種包角電晶體另一個剖面示意圖。附圖標記10 :襯底10a、10b、10d、10e>12a :表面IOc :側壁12:隔離結構14 :有源區 16 :尖角18 :氧化層20:柵介電層22:柵極導體層24 :源極區26 :漏極區28、30、40 :溝渠40a :底部100A、100B、100C :包角電晶體
具體實施例方式圖IA為依照本發明實施例所示的一種包角電晶體的上示圖。圖IB至IE為沿著圖IA的I-I剖面所示的本發明第一實施例的一種包角電晶體的製造方法的剖面示意圖。圖IF為沿著圖IA的II-II剖面所示的本發明第一實施例的包角電晶體的另ー個剖面示意圖。請參照圖1B，在襯底10中形成兩個隔離結構12，定義出有源區14。隔離結構12可以以任何已知的淺溝渠隔離結構的製造方法來製作。隔離結構12的材質為絕緣材料，例
如是氧化矽。在以罩幕層覆蓋預定形成源極區24及漏極區26 (未示出)的襯底區域之後，請參照圖IC與1D，進行處理工藝，使有源區14的襯底10在與隔離結構12相鄰的兩邊具有尖角16。在此實施例中，處理工藝包括兩階段。處理工藝的第一階段是先進行熱氧化工藝。熱氧化工藝使有源區14的襯底10表面IOa氧化，形成圓弧狀的氧化層18。接著，請參照圖1D，處理工藝的第二階段是移除圓弧狀的氧化層18以及部分的隔離結構12，使有源區14的襯底10的表面IOb以及尖角16凸出於隔離結構12的表面12a。尖角16是指有源區14的襯底10的表面IOb與側壁IOc所夾的角度為銳角。尖角16向襯底10的上表面延伸。尖角16凸出於隔離結構12的表面12a。移除圓弧狀的氧化層18以及部分的隔離結構12的方法可以採用非等向性蝕刻エ藝，例如是乾式蝕刻エ藝。在此實施例中，圓弧狀的氧化層18移除之後，所裸露的有源區14的襯底10的表面IOb呈弧狀，然而，本發明並不以此為限，只要能使得有源區14的襯底10形成尖角16的各種移除エ藝都是本發明涵蓋的範圍。之後，請參照圖1A、1E與圖1F，於襯底10上形成柵介電層20，覆蓋有源區14的襯底10所裸露的表面，包括表面IOb以及尖角16。然後，於柵介電層20以及隔離結構12上形成圖案化的柵極導體層22。之後，於圖案化的柵極導體層22兩側的襯底10中形成源極區24以及漏極區26。柵介電層20的材質例如是氧化矽、氮氧化矽或金屬氧化物。柵介電層20的形成方法例如是熱氧化法或沉積法。柵極導體層22例如是摻雜多晶矽。柵極導體層22的形成方法例如是利用化學氣相沈積法形成未摻雜多晶矽層後，進行離子植入步驟以形成之。柵極導體層22的形成方法也可以是利用化學氣相沈積法形成摻雜多晶矽層並在臨場(In-situ)進行摻雜。柵極導體層22的圖案化的方法可以通過微影與蝕刻エ藝。上述實施例所形成的包角電晶體100A，包括襯底10、柵介電層20、柵極導體層22、源極區24以及漏極區26。襯底10中具有兩個隔離結構12，定義出有源區14。柵介電層20、柵極導體層22、源極區24以及漏極區26皆位於有源區14上。在有源區14中，源極區24以及漏極區26之間的襯底10表面10b，其低於源極區24以及漏極區26的襯底10表面10e，因此，源極區24、漏極區26及其之間的襯底10形成溝渠28，其中襯底10的表面IOb為溝渠28的底部。但，另一方面，源極區24以及漏極區26之間的襯底10表面IOb又高於隔離結構12的上表面12a而且表面IOb的兩邊具有尖角16。亦即源極區24以及漏極區26 之間的襯底10表面IOb以及上述尖角16均會凸出於上述隔離結構12的表面12a。柵介電層20覆蓋於有源區14的襯底10的表面IOb以及尖角16上。柵極導體層22位於柵介電層20以及隔離結構12上，而包覆尖角16。源極區24以及漏極區26分別位於柵極導體層22兩側的襯底10中，源極區24以及漏極區26之間，沿著溝渠28的側壁與底部為通道區。另外，在上述處理工藝進行之前不以罩幕層覆蓋預定形成源極區24及漏極區26的襯底區域亦可，如此則在上述處理工藝中，預定形成源極區24及漏極區26的襯底區域也會與其間的襯底區域一起被氧化，使後續形成的包角電晶體100A』中源極區24與漏極區26的表面10e』和兩者間襯底10的表面10b』齊平,如圖IG所示。圖2A至2C為沿著圖IA的1_1剖面所示的本發明第二實施例的另ー種包角電晶體的製造方法的剖面示意圖。圖2D為沿著圖IA的II-II剖面所示的本發明第二實施例的包角電晶體的另ー個剖面示意圖。請參照圖2A至2B，依照上述實施例的方法，在襯底10中形成兩個隔離結構12，定義出有源區14 (圖2A)之後，以罩幕層覆蓋預定形成源極區24及漏極區26的襯底區域(未示出)，再進行處理工藝。處理工藝是用來形成尖角，其僅包括ー個階段。此單ー階段的處理工藝是ー第一蝕刻エ藝(圖2B)，其將有源區14的部分襯底10移除，至有源區14的襯底10表面低於隔離結構12的表面,而形成溝渠30。第一蝕刻エ藝包括非等向性蝕刻エ藝。非等向性蝕刻エ藝例如是乾式蝕刻エ藝。請參照圖1A、2C、2D，依照上述實施例的方法於溝渠30底部的襯底10上形成柵介電層20。然後，於柵介電層20以及隔離結構12上形成圖案化的柵極導體層22。之後，於圖案化的柵極導體層22兩側的襯底10中形成源極區24以及漏極區26。上述實施例所形成的包角電晶體100B，同樣包括襯底10、柵介電層20、柵極導體層22、源極區24以及漏極區26。但是，源極區24以及漏極區26之間的襯底10表面IOd不僅低於源極區24以及漏極區26的襯底10表面IOe,且低於隔離結構12的表面12a,形成溝渠30，裸露出有源區14的襯底10表面10d。在另ー個實施例中，處理工藝包括三個階段。更詳細地說，先依照上述第一實施例對應圖IB至ID所述的方法，在襯底10中形成兩個隔離結構12，定義出有源區14之後，先進行處理工藝的第一階段以及第ニ階段，使有源區14的襯底10的表面IOb以及尖角16凸出於隔離結構12的表面。接著，再進行處理工藝的第三階段。第三階段的エ藝則是上述的第一蝕刻エ藝，於此不再贅述。圖3A至3D為沿著圖IA的1_1剖面所示的本發明第二實施例又一種包角電晶體的製造方法的剖面示意圖。圖3E為沿著圖IA的II-II剖面所示的本發明第二實施例的包角電晶體另ー個剖面示意圖。請參照圖3A與3B，依照上述實施例的方法在襯底10中形成兩個隔離結構12，定義出有源區14(圖3A)，再以罩幕層覆蓋預定形成源極區24及漏極區26的襯底區域(未示出)，然後進行上述處理工藝的第一蝕刻エ藝，將兩個隔離結構12之間的襯底10部分移除，形成上述的溝渠30。請參照圖3C，進行處理工藝的第二蝕刻エ藝，移除上述溝渠30側壁周圍的隔離結構12，形成尺寸較大的溝渠40，使有源區14的襯底10上表面IOd以及尖角16凸出於溝渠40底部40a。第二蝕刻エ藝包括等向性蝕刻エ藝。等向性蝕刻エ藝例如是溼式蝕刻エ藝。請參照圖1A、3D、3E，依照上述實施例的方法形成柵介電層20，覆蓋溝渠40底部所裸露的襯底10表面IOd以及尖角16。然後，於柵介電層20以及隔離結構12上形成圖案化的柵極導體層22。之後，於圖案化的柵極導體層22兩側的襯底10中形成源極區24以及漏極區26。上述實施例所形成的包角電晶體100C，同樣包括襯底10、柵介電層20、柵極導體層22、源極區24以及漏極區26，且源極區24以及漏極區26之間的襯底10表面IOb不僅低於源極區24以及漏極區26的的襯底10表面IOe,且也低於隔離結構12的上表面12a,但是，所形成的溝渠40，使得有源區14的襯底10表面IOd以及尖角16凸出於溝渠40底部。綜上所述，本發明可以利用簡單的製造方法來製造包角電晶體。包角電晶體的柵極為溝渠式，可以縮減元件的尺寸，而且在源極區與漏極區之間的襯底具有尖角，使得所形 成的柵極可以包覆此尖角，藉以提升元件效能。雖然本發明已以實施例掲示如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域的普通技術人員，當可作些許更動與潤飾，而不脫離本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種包角電晶體的製造方法，包括 在一村底中形成ー隔離結構，以定義出一有源區； 進行ー處理工藝，使該有源區的該襯底兩邊具有尖角； 於該有源區的該襯底的表面覆蓋ー柵介電層； 於該柵介電層上形成ー柵極導體層；以及。
於該柵極導體層兩側的該襯底中形成一源極區以及ー漏極區。
2.根據權利要求I所述的包角電晶體的製造方法，其中該處理工藝使該有源區的該襯底的表面呈弧狀。
3.根據權利要求I所述的包角電晶體的製造方法，其中該處理工藝包括 進行ー熱氧化工藝，使該有源區的該襯底表面氧化，形成一圓弧狀的氧化層；以及移除該圓弧狀的氧化層以及部分的該隔離結構，使該有源區的該襯底的表面以及該些尖角凸出於該隔離結構的表面。
4.根據權利要求3所述的包角電晶體的製造方法，其中該柵介電層還覆蓋該尖角。
5.根據權利要求3所述的包角電晶體的製造方法，其中該處理工藝還包括 進行ー第一蝕刻エ藝，移除該有源區的部分該襯底，至該有源區的該襯底表面低於該隔離結構的表面，而形成一溝渠。
6.根據權利要求5所述的包角電晶體的製造方法，其中該第一蝕刻エ藝包括非等向性蝕刻エ藝。
7.根據權利要求5所述的包角電晶體的製造方法，其中該處理工藝還包括 進行ー第二蝕刻エ藝，移除該溝渠側壁周圍的該隔離結構，使該有源區的該襯底表面以及該些尖角凸出於該溝渠底部表面。
8.根據權利要求7所述的包角電晶體的製造方法，其中該第二蝕刻エ藝包括等向性蝕刻エ藝。
9.根據權利要求7所述的包角電晶體的製造方法，其中該柵介電層還覆蓋該些尖角。
10.根據權利要求I所述的包角電晶體的製造方法，其中該處理工藝包括 進行ー第一蝕刻エ藝，移除該有源區的部分該襯底，使該有源區的該襯底表面低於該隔離結構的表面，而形成一溝渠。
11.根據權利要求10所述的包角電晶體的製造方法，其中該第一蝕刻エ藝包括非等向性蝕刻エ藝。
12.根據權利要求10所述的包角電晶體的製造方法，其中該處理工藝還包括 進行ー第二蝕刻エ藝，以移除該溝渠側壁周圍的該隔離結構，使該有源區的該襯底表面以及該些尖角凸出於該溝渠底部。
13.根據權利要求12所述的包角電晶體的製造方法，其中該第二蝕刻エ藝包括等向性蝕刻エ藝。
14.根據權利要求12所述的包角電晶體的製造方法，其中該柵介電層還覆蓋該些尖角。
15.—種包角電晶體,包括 一村底，該襯底中具有兩個隔離結構，定義出一有源區，該有源區的該襯底兩邊具有尖角；ー柵介電層，覆蓋於該有源區的該襯底的表面上； ー柵極導體層，位於該柵介電層上；以及。
一源極區以及ー漏極區，分別位於該柵極導體層兩側的該襯底中。
16.根據權利要求15所述的包角電晶體，其中該有源區的該襯底表面以及該些尖角凸出於該隔離結構的表面。
17.根據權利要求15所述的包角電晶體，其中該有源區的該襯底表面低於該隔離結構的表面，形成ー溝渠，裸露出該有源區的該襯底表面。
18.根據權利要求15所述的包角電晶體，其中該有源區的該襯底表面低於該隔離結構的表面，構成ー溝渠，使該有源區的該襯底表面以及該些尖角凸出於該溝渠底部。
19.根據權利要求18所述的包角電晶體，其中該柵介電層還覆蓋該些尖角。
20.根據權利要求15所述的包角電晶體，其中該有源區的該襯底的表面呈弧狀。
全文摘要
一種包角電晶體及其製造方法，該製造方法包括在襯底中形成隔離結構，定義出有源區。之後，進行處理工藝，使有源區的襯底兩邊具有尖角。接著，於有源區的襯底的表面上覆蓋柵介電層。然後，於柵介電層上形成柵極導體層。於柵極導體層兩側的襯底中形成源極區以及漏極區。
文檔編號H01L29/06GK102856378SQ20111023253
公開日2013年1月2日 申請日期2011年8月15日 優先權日2011年7月1日
發明者吳鐵將, 江昱德, 丁裕偉 申請人:南亞科技股份有限公司