專利名稱：消除隔離溝槽拐角晶體管器件的間隔層工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及消除在半導體器件的有源區(qū)拐角處形成的寄生拐角器件的方法，更具體地說，涉及形成間隔層以提高寄生拐角器件閾值電壓的方法。
2.有關技術說明半導體器件的場效應晶體管(FET)通常包括摻雜的有源區(qū)10，在這里FET的源極8和漏極12之間形成溝道14，如

圖1A和1B所示。當柵極12在適當條件下被激活時，通過柵極12下方的溝道14(以虛線表示)發(fā)生源極和漏極之間的電流導通。許多晶體管結構包括這樣的有源區(qū)10，后者處在相對于鄰近該有源區(qū)10的隔離區(qū)16的不同的高度。由于加工的控制緣故，這些隔離區(qū)16可以高于或低于有源區(qū)10。
由于有源區(qū)10和隔離區(qū)16之間的高度差的緣故，在有源區(qū)的拐角和在鄰近該拐角的小區(qū)(divot)20中形成的柵極導體的一部分之間形成了寄生拐角器件18。小區(qū)20是在把鄰近有源區(qū)10的淺溝槽中形成的氮化硅襯層22去除掉時造成的。形成柵極氧化物時，小區(qū)20依然存在并充填了柵極12的多晶硅。由拐角器件造成的這種寄生漏電降低了FET的性能，并導致數(shù)據(jù)錯誤或FET的誤動作。
因此，需要有一種間隔層來充填所述小區(qū)，以防止柵極導體進入小區(qū)。還需要這種間隔層是在注入有源區(qū)而進一步降低了寄生拐角器件的閾值電壓之后形成的。
根據(jù)本發(fā)明，一種用于形成防止晶體管中形成寄生拐角器件的間隔層的方法包括在半導體襯底中蝕刻一些溝槽形成有源區(qū)；在溝槽和有源區(qū)襯以第一介質材料，并通過在溝槽中填充第二介質材料而形成鄰近所述有源區(qū)的淺溝槽隔離區(qū)。從有源區(qū)去除第一介質材料，在有源區(qū)和淺溝槽隔離區(qū)之間形成小區(qū)的有源區(qū)上方形成柵極氧化物。把摻雜物注入有源區(qū)以形成晶體管的源極和漏極。在注入工序之后，在柵極氧化物上用第三種介質材料形成間隔層以充填小區(qū)，然后各向異性地蝕刻所述間隔層以形成小區(qū)中的間隔層，以便防止柵極導體材料進入小區(qū)，并且靠這些間隔層把柵極導體材料與有源區(qū)的拐角隔離，以防止形成寄生拐角器件。
用于形成防止在場效應晶體管中形成寄生拐角器件的間隔層的方法包括以下各步驟在硅襯底中蝕刻一些溝槽形成有源區(qū)；在溝槽和有源區(qū)襯以氮化硅，通過在溝槽中填充二氧化硅形成鄰近有源區(qū)的淺溝槽隔離區(qū)；以及從有源區(qū)去除氮化硅。在有源區(qū)和淺溝槽隔離區(qū)之間形成小區(qū)的有源區(qū)上方形成柵極氧化物。把摻雜物注入有源區(qū)以形成場效應晶體管的源極和漏極。在注入工序之后，在柵極氧化物上用第三種介質材料形成間隔層以充填小區(qū)，然后各向異性地蝕刻所述間隔層以形成小區(qū)中的間隔層，以便防止柵極導體材料進入小區(qū)，并且靠這些間隔層把柵極導體材料與有源區(qū)的拐角隔離，以防止形成寄生拐角器件。
在另一方法中，可以相對于柵極氧化物對第三種介質材料作選擇性的蝕刻。第三種介質材料可以包括氮化物或氧化物。第三種介質材料可以用化學汽相淀積工藝淀積。所述第一種介質材料可以包括氮化硅。所述第二種介質材料可以包括氧化硅。通過在溝槽中填充第二種介質材料形成鄰近有源區(qū)的淺溝槽隔離區(qū)的步驟可以包括以下步驟這樣形成鄰近有源區(qū)的淺溝槽隔離區(qū)、使得有源區(qū)配置在第二種介質材料的上表面上。在溝槽中填充第二種介質材料形成鄰近有源區(qū)的淺溝槽隔離區(qū)的步驟可以包括這樣形成鄰近有源區(qū)的淺溝槽隔離區(qū)、使得所述有源區(qū)配置在所述第二種介質材料的上表面之下的步驟。所述溝槽中可以填充以二氧化硅。所述間隔層的厚度大約為所述有源區(qū)寬度的1-3％。
從以下結合附圖對說明性的實施例的詳細描述可以明白本發(fā)明的這些和其他目的、特征和優(yōu)點。
優(yōu)選實施例的詳細說明本發(fā)明涉及防止場效應晶體管中由寄生拐角器件引起的寄生漏電。通過填充在FET的有源區(qū)附近形成的小區(qū)，避免柵極導電材料進入小區(qū)。這導致FET寄生拐角器件的閾值電壓急劇增加。按本發(fā)明通過在形成充填小區(qū)的間隔層之前進行有源區(qū)的注入還可以實現(xiàn)進一步的改善。這可進一步提高寄生拐角器件的閾值電壓。
現(xiàn)詳細參考附圖，圖中同樣的標號在這幾個圖中代表類似或同一元件，先參閱圖2，這是部分制造的半導體器件100的截面圖。襯底102最好用單晶硅制成，當然也可采用其他襯底材料。在襯底102上形成掩模層104。掩模層104可包括光致抗蝕劑或介質掩模層。
參閱圖3和4，將掩模層104構成圖案，以便在襯底102上確定有源區(qū)106。在有源區(qū)106的相對兩側形成溝槽108。最好用諸如反應離子蝕刻等各向異性蝕刻法蝕刻溝槽。參閱圖5，去除掩模層104的余留部分，淀積襯層110以便給溝槽108和有源區(qū)106加襯面。襯層110最好包括氮化硅材料。
參閱圖6A，溝槽108充填以隔離材料112。隔離材料112最好包括二氧化硅，當然也可用其他介質材料。圖6A示出與有源區(qū)106大約同等高度的隔離材料112。但隔離材料112也可以低于或高于有源區(qū)106，如分別在圖6B和6C中示出的。有利的是，本發(fā)明可應用于任一種情況。隔離材料112形成淺溝槽隔離區(qū)113。
參閱圖7A和7B，從有源區(qū)106剝去襯層110。于是在有源區(qū)106和淺溝槽隔離區(qū)113之間形成小區(qū)114。
參閱圖8A和8B，在有源區(qū)106和淺溝槽隔離區(qū)113上熱生長柵極氧化物層116。這一層填充進了小區(qū)114的一部分，但小區(qū)118仍留在柵極氧化物層中。傳統(tǒng)上，小區(qū)116填充有柵極導體材料，形成了寄生拐角器件。
參閱圖9A和9B，進行有源區(qū)106的注入。有利的是，在引入間隔層(圖10A和10B中的120)之前注入摻雜物，這在以后的步驟中作說明。摻雜物注入最好采用本專業(yè)的技術人員熟悉的離子注入技術進行。進行注入形成晶體管器件的源極和漏極，還要在溝道區(qū)中進行注入(見圖1B)。注入摻雜物后形成包括源極124和漏極126的有源區(qū)122(圖13)。源極和漏極區(qū)摻雜物的注入最好在柵極結構形成之后進行以便使源極區(qū)和漏極區(qū)自對準。
參閱圖10A和10B，在淺溝槽隔離區(qū)113上的柵極氧化物層上淀積間隔層120。間隔層120可包括氮化物或氧化物。在優(yōu)選的實施例中，通過化學汽相淀積(CVD)過程淀積間隔層120，當然也可采用其他工藝過程。間隔層120最好是氮化物，例如氮化硅，因為該隔離層可相對于下面的柵極氧化物層116作選擇性的蝕刻。如果用氧化物作間隔層120，形成氧化物層的過程(例如CVD)對于相對于柵極氧化物層116蝕刻間隔層120提供了一定的選擇性。雖然如果采用氮化物“柵極氧化物”，則二氧化硅作隔離層還是比較好些。間隔層120最好一致地加在柵極氧化物層116上。在優(yōu)選實施例中，間隔層120的淀積厚度是有源區(qū)寬度的大約1％到3％之間以便對小區(qū)118有足夠的填充。有利的是，在注入有源區(qū)106之后淀積間隔層120。這樣，間隔層120基本上沒有摻雜物，后者會因降低拐角器件的閾值電壓而助長寄生拐角器件的形成。
參閱圖11A和11B，選擇性地蝕刻間隔層120，從柵極氧化物層116上去除材料。蝕刻過程最好是一種各向異性的蝕刻工藝，例如反應離子蝕刻工藝等。按照本發(fā)明，通過各向異性地蝕刻間隔層120，在小區(qū)118中形成間隔層128。
參閱圖12A和12B，在有源區(qū)106上淀積與柵極氧化物116和間隔層128接觸的一個(一些)柵極導體層130。柵極導體材料最好包括多晶硅。有利的是，本發(fā)明不使柵極導體材料層130的任何柵極導體材料進入小區(qū)118，而且，增加了有源區(qū)106拐角處有源區(qū)106和柵極導體層130之間的距離。這樣由于柵極導體層130和有源區(qū)間的距離增加，寄生拐角器件的生成就會受阻。由于間隔層128是在摻雜物注入之后形成的，所以間隔層128基本上沒有摻雜物，這進一步提高拐角器件閾值電壓。而且，在間隔層128形成之前注入摻雜物，有源區(qū)106就可摻雜得更為均勻，而使有源區(qū)的拐角和中間部分之間具有均一的摻雜密度。這種均一性進一步降低了拐角器件的閾值電壓。
參閱圖13，其中示出場效應晶體管(FET)的俯視圖。有源區(qū)106包括源極124和漏極126。襯層110將有源區(qū)106和淺溝槽隔離區(qū)113分隔開。柵極導體層形成FET的柵極。形成寄生器件的拐角以132表示。圖2-12B的截面圖都是在圖13的截面線13-13處截取的。
以上描述了消除拐角晶體管器件的一種新的間隔層工藝的優(yōu)選實施例(用以說明，而不是限制)，應當指出，本專業(yè)的技術人員可以根據(jù)上述說明作各種修改和變化。因此，顯然，在本發(fā)明所附的權利要求書的范圍和精神之內可對本發(fā)明的實施例進行改變?，F(xiàn)已按照專利法要求的細節(jié)對本發(fā)明作了說明，所要求的和希望通過專利證書保護的權利列于所附的權利要求書中。
權利要求
1.一種用于形成防止在晶體管中形成寄生拐角器件的間隔層的方法，所述方法包括以下步驟在半導體襯底中蝕刻一些溝槽以便形成有源區(qū)；用第一介質材料給所述溝槽和所述有源區(qū)加襯面；通過用第二介質材料填充所述溝槽而形成鄰近所述有源區(qū)的淺溝槽隔離區(qū)；從所述有源區(qū)去除所述第一介質材料；在所述有源區(qū)和所述淺溝槽隔離區(qū)之間形成有小區(qū)的所述有源區(qū)上形成柵極氧化物層；向所述有源區(qū)注入摻雜物以便形成所述晶體管的源極和漏極；所述注入工序之后，在所述柵極氧化物層上淀積由第三介質材料形成的間隔層以便填充所述小區(qū)；各向異性蝕刻所述間隔層以便在小區(qū)中形成間隔層，從而防止柵極導體材料進入所述小區(qū)，通過所述間隔層把所述柵極導體材料與所述有源區(qū)的拐角分隔開，從而防止形成寄生拐角器件。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于相對于所述柵極氧化物選擇性地蝕刻所述第三介質材料。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述第三介質材料包括氮化物和氧化物中的一種。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于用化學汽相淀積工藝淀積所述第三介質材料。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述第一介質材料包括氮化硅。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述第二介質材料包括氧化硅。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于通過在所述溝槽中填充第二種介質材料而形成鄰近所述有源區(qū)的淺溝槽隔離區(qū)的所述步驟包括在所述有源區(qū)附近這樣形成淺溝槽隔離區(qū)、使得所述有源區(qū)配置在所述第二介質材料的上表面上方的步驟。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于通過在所述溝槽中填充第二種介質材料而形成鄰近所述有源區(qū)的淺溝槽隔離區(qū)的所述步驟包括在所述有源區(qū)附近這樣形成淺溝槽隔離區(qū)、使得所述有源區(qū)配置在所述第二介質材料的上表面下方的步驟。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述淀積間隔層的步驟包括淀積厚度為所述有源區(qū)寬度的約1％至約3％之間的間隔層。
10.一種用于形成防止在場效應晶體管中形成寄生拐角器件的介質間隔層的方法，所述方法包括以下步驟在硅襯底中蝕刻一些溝槽以便形成有源區(qū)；用氮化硅給所述溝槽和所述有源區(qū)加襯面；通過用二氧化硅填充所述溝槽而形成鄰近所述有源區(qū)的淺溝槽隔離區(qū)；從所述有源區(qū)去除所述氮化硅；在所述有源區(qū)和所述淺溝槽隔離區(qū)之間形成有小區(qū)的所述有源區(qū)上形成柵極氧化物；向所述有源區(qū)注入摻雜物以便形成所述晶體管的源極和漏極；在所述注入工序之后，在所述柵極氧化物層上淀積由第三介質材料形成的間隔層、以便填充所述小區(qū)；以及各向異性地蝕刻所述間隔層以便在所述小區(qū)中形成間隔層，從而防止柵極導體材料進入所述小區(qū)，并且通過所述間隔層將所述柵極導體材料與所述有源區(qū)的拐角分隔開，從而防止形成寄生拐角器件。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于相對于所述柵極氧化物選擇性地蝕刻所述第三介質材料。
12.如權利要求10所述的方法，其特征在于所述第三介質材料包括氮化物和氧化物中的一種。
13.如權利要求10所述的方法，其特征在于用化學汽相淀積工藝淀積所述第三介質材料。
14.如權利要求10所述的方法，其特征在于通過在所述溝槽中填充二氧化硅而形成鄰近所述有源區(qū)的淺溝槽隔離區(qū)的所述步驟包括在所述有源區(qū)附近這樣形成淺溝槽隔離區(qū)、使得所述有源區(qū)配置在所述二氧化硅的上表面上方的步驟。
15.如權利要求10所述的方法，其特征在于通過在所述溝槽中填充二氧化硅而形成鄰近所述有源區(qū)的淺溝槽隔離區(qū)的所述步驟包括在所述有源區(qū)附近這樣形成淺溝槽隔離區(qū)、使得所述有源區(qū)配置在所述二氧化硅的上表面下方的步驟。
16.如權利要求10所述的方法，其特征在于所述淀積間隔層的步驟包括淀積厚度為所述有源區(qū)寬度的約1％至約3％之間的間隔層。
全文摘要
一種用于形成防止在晶體管中形成寄生拐角器件的間隔層的方法，所述方法包括在半導體襯底中蝕刻一些溝槽以便形成有源區(qū)；用第一介質材料給所述溝槽和有源區(qū)加襯面；用第二介質材料填充所述溝槽以便形成鄰近有源區(qū)的淺溝槽隔離區(qū)。從有源區(qū)上去除第一介質材料，并且在有源區(qū)和淺溝槽隔離區(qū)之間形成有小區(qū)的有源區(qū)上形成柵極氧化物層。向有源區(qū)注入摻雜物形成晶體管的源極和漏極。在注入工序之后，在柵極氧化物層上淀積由第三介質材料形成的間隔層以便填入小區(qū)。各向異性地蝕刻間隔層以便在小區(qū)中形成間隔層，從而防止柵極導體材料進入小區(qū)，并且通過間隔層將柵極導體材料與有源區(qū)的拐角分隔開，從而防止形成寄生拐角器件。
文檔編號H01L21/28GK1415116SQ00818082
公開日2003年4月30日 申請日期2000年11月1日 優(yōu)先權日1999年11月2日
發(fā)明者J·沃爾拉斯 申請人:因芬尼昂技術北美公司