專利名稱：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體元件，且尤其涉及一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Fin field-effect transistor; FinFET)結(jié)構(gòu)及其制法。
背景技術(shù)：
為了配合集成電路持續(xù)的微縮化，業(yè)界發(fā)展出所謂的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FinFET)以獲得更高的驅(qū)動(dòng)電流與更小的尺寸。圖1與圖2顯示傳統(tǒng)鰭式場(chǎng) 效應(yīng)晶體管的立體圖。鰭狀物4為從襯底2延伸而上的垂直硅鰭，用來形成 源極/漏極區(qū)6與兩者之間的溝道區(qū)(未顯示)。垂直柵極8與鰭狀物4的交叉 處具有溝道區(qū)。雖然圖1與圖2未顯示，但實(shí)際上在溝道區(qū)與垂直柵極8之 間尚包括一柵極介電層。鰭狀物4的兩端經(jīng)過源極/漏極摻雜后具有導(dǎo)電性。
圖1所示的結(jié)構(gòu)為絕緣層上覆硅(Silicon on Insulator, SOI)的鰭式場(chǎng)效 應(yīng)晶體管，所使用的SOI襯底包括半導(dǎo)體襯底2、氧化埋層IO、以及一覆硅 層。此覆硅層經(jīng)過圖案化后形成鰭狀物4，之后便在鰭狀物4上制作鰭式場(chǎng) 效應(yīng)晶體管。雖然SOI鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有優(yōu)異的電性，但制作成本較高。
圖1所示的結(jié)構(gòu)為塊材(bulk)鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所使用的襯底為硅襯 底塊材(bulk silicon substrate)。塊材鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作成本低于SOI 鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。然而擊穿電流(漏電流)可能出現(xiàn)在柵極8無法控制的區(qū) 域，如圖3的區(qū)域12所示，其中圖3為圖2中沿A-A'剖線所形成的剖面圖。 傳統(tǒng)上，為了降低擊穿電流(punch through current),是以高能量對(duì)區(qū)域12進(jìn) 行高濃度的慘雜，例如1019/cm3，其中摻雜物的導(dǎo)電形態(tài)與源極/漏極區(qū)的導(dǎo) 電形態(tài)相反。上述摻雜步驟是在鰭狀物4形成后、柵極8形成前進(jìn)行，因此 整個(gè)鰭狀物4都會(huì)被摻雜。雖然該方法此用高摻雜濃度可以降低擊穿電流， 但卻導(dǎo)致載流子遷移率(carriermobility)的下降。此外，該結(jié)構(gòu)的鰭狀物高度 會(huì)受到STI上表面的位置影響，但此位置會(huì)隨著后續(xù)制造工藝的數(shù)次清洗步 驟而有各種差異。因此鰭狀物的高度差非常大，最后造成元件性能的差異。圖4~圖6顯示另一種公知的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。在圖4中，氮化條(nitride strip)18形成在硅襯底16上，用來凹蝕(recessing)硅襯底16以形成鰭狀物20。 在圖5中，形成氮化間隙壁24以覆蓋鰭狀物20的側(cè)壁。之后，進(jìn)行氧化以 形成場(chǎng)氧化物26，如圖6所示。鰭狀物20的頂部在氧化時(shí)被保護(hù)住，且借 助場(chǎng)氧化物26與硅襯底16電性隔離。形成在鰭狀物20上的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶 體管沒有擊穿電流的問題，這點(diǎn)與SOI鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管類似。此外，盡管 場(chǎng)氧化物26的上表面可能會(huì)因?yàn)楹罄m(xù)制造工藝而降低，鰭狀物20的高度并 不會(huì)受到后續(xù)制造工藝的影響。然而，形成在同一半導(dǎo)體芯片上的平面式晶 體管(planar tmnsistor)卻沒有良好的隔離性能。
因此，業(yè)界急需一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)與制作方法，其除了具有 高驅(qū)動(dòng)電流的優(yōu)點(diǎn)外，同時(shí)又能克服公知技術(shù)的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法，以改善公知技術(shù) 的缺點(diǎn)。
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括 一半導(dǎo)體襯底； 一平面晶體管，位
于該半導(dǎo)體襯底的第一部分，其中該半導(dǎo)體襯底的第一部分具有第一上表
面； 一多柵晶體管，位于該半導(dǎo)體襯底的第二部分，其中該半導(dǎo)體襯底的第 二部分從該第一上表面凹入，以形成該多柵晶體管的鰭狀物，且該鰭狀物借 助一絕緣物與該半導(dǎo)體襯底電性隔離。
本發(fā)明又提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括 一半導(dǎo)體襯底，其包含一塊材部 分； 一半導(dǎo)體鰭狀物位于該塊材部分上。該半導(dǎo)體鰭狀物具有第一寬度，且 與該半導(dǎo)體襯底為相同材料。該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括一絕緣物將該半導(dǎo)體鰭狀 物分成電性隔離的頂部與底部，其中該底部與該半導(dǎo)體襯底實(shí)體連接。
本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括 一半導(dǎo)體襯底； 一隔離區(qū)，位于 該半導(dǎo)體襯底上且具有一下表面，其中該隔離區(qū)包括第一部分與第二部分， 其中第二部分的第二上表面低于第一部分的第一上表面； 一第一有源區(qū)，鄰 接該隔離區(qū)的第一部分，其中該第一有源區(qū)的上表面大抵與該第一上表面齊 平； 一第二有源區(qū)，鄰接該隔離區(qū)的第二部分，其中該第二有源區(qū)的上表面 高于該第二上表面； 一絕緣物，將該第二有源區(qū)隔成電性隔離的頂部與底部；一平面晶體管，位于該第一有源區(qū)；以及一多柵晶體管，以該第二有源區(qū)的
頂部作為源極/漏極區(qū)與溝道區(qū)。
本發(fā)明也提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供一半導(dǎo)體襯底； 形成一隔離區(qū)于該半導(dǎo)體襯底中，其中該隔離區(qū)圍繞一有源區(qū)；凹蝕該隔離 區(qū)的頂部以露出該有源區(qū)的側(cè)壁；于該有源區(qū)的上表面與該隔離區(qū)的下表面 之間，氧化該有源區(qū)的中間區(qū)域以形成一絕緣物，將該有源區(qū)分成頂部與底 部。
本發(fā)明又提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供一半導(dǎo)體襯底； 形成多個(gè)具有第一高度的絕緣區(qū)，上述絕緣區(qū)定義一有源區(qū)；凹蝕上述絕緣 區(qū)以露出該有源區(qū)的側(cè)壁；形成一硬掩模以覆蓋該有源區(qū)，其中該硬掩模露 出部分絕緣區(qū)；凹蝕絕緣區(qū)露出的部分以露出該有源區(qū)的側(cè)壁；以及，氧化 該有源區(qū)露出的側(cè)壁以形成一絕緣物，將該有源區(qū)的頂部與半導(dǎo)體襯底完全 隔離。
本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供一半導(dǎo)體襯底， 其包含一平面元件區(qū)與一鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管區(qū)；形成多個(gè)絕緣區(qū)以在該平面
元件區(qū)定義出第一有源區(qū)，且在該鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管區(qū)定義出第二有源區(qū)； 對(duì)上述絕緣區(qū)進(jìn)行第一凹蝕以露出第二有源區(qū)的側(cè)壁，其中第一有源區(qū)的側(cè) 壁保持未露出；形成一硬掩模以覆蓋第二有源區(qū)的露出側(cè)壁；對(duì)上述絕緣區(qū) 露出的部分進(jìn)行第二凹蝕以露出硬掩模下第二有源區(qū)的側(cè)壁；以及，氧化第 二有源區(qū)露出的側(cè)壁以形成一絕緣物，將第二有源區(qū)的頂部與半導(dǎo)體襯底隔 離。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括降低鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的擊穿電流、改善鰭式場(chǎng)效應(yīng) 晶體管的載流子遷移率、以及低制作成本。
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉 出優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下


圖1顯示一形成在SOI襯底上的傳統(tǒng)鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。 圖2顯示一形成在塊材襯底上的傳統(tǒng)鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。 圖3為圖2所示的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的剖面示意圖。圖4 圖6為一系列剖面圖，用以說明公知鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作流程。 圖7 圖21為一系列剖面圖，用以說明本發(fā)明第一實(shí)施例的制作流程，
其包括平面晶體管與鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
圖22為第一實(shí)施例所形成的平面晶體管與鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的立體圖。 圖23 圖33為一系列剖面圖，用以說明本發(fā)明第二實(shí)施例的制作流程，
其包括平面晶體管與鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
圖34為第二實(shí)施例所形成的平面晶體管與鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的立體圖。 圖35 圖38為一系列剖面圖，用以說明擊穿停止區(qū)的制作流程。 圖39~圖41為一系列剖面圖，用以說明擊穿停止區(qū)的另一種制作流程。 圖42為一剖面圖，其顯示因圖案密度不同而造成擊穿停止區(qū)具有不同
的位置。
其中，附圖標(biāo)記說明如下
2~襯底4~鰭狀物
6~源極/漏極區(qū)8 垂直柵極
10 氧化埋層12~區(qū)域
16 硅襯底18 氮化條
20 鰭狀物26 場(chǎng)氧化物
30 半導(dǎo)體襯底32~墊層
34~掩模層36 光致抗蝕劑
38 開口39 介電材料
40 淺溝槽隔離(STI)區(qū)42 光致抗蝕劑
46-緩沖氧化物48~硬掩模
50 凹孔52 擊穿停止區(qū)
52' 底切氧化區(qū)53 擊穿停止區(qū)的頂部
56 氧化物57 硬掩模的剩余部分
58-光致抗蝕劑60 交接處
62 開口64~區(qū)域
100~有源區(qū)110 平面式晶體管
112 柵極堆疊200~鰭狀物
210 鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管212~柵極堆疊300、 400、 500 區(qū)域
具體實(shí)施例方式
以下提供平面式晶體管與鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(也稱為多柵晶體管或三柵 晶體管)的集成電路制造工藝，并說明本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例與變化例的中間步 驟。在各圖示與實(shí)施例中，類似的元件將以類似的符號(hào)標(biāo)示。
請(qǐng)參照?qǐng)D7，提供一半導(dǎo)體襯底30。在優(yōu)選實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底30 為塊材(bulk)硅襯底。半導(dǎo)體襯底30中也可包含其他常用的材料，例如碳、 鍺、鎵、砷、氮、銦、磷等。半導(dǎo)體襯底30可為單晶或化合物材料，且可 包括一外延層。
在半導(dǎo)體襯底30上形成墊層32與掩模層34。墊層32優(yōu)選為一熱工藝 所形成的薄膜，因此包含氧化硅。墊層32可用來緩沖半導(dǎo)體襯底30與掩模 層34之間的應(yīng)力，并可作為蝕刻掩模層34時(shí)的蝕刻停止層。在優(yōu)選實(shí)施例 中，掩模層34為低壓化學(xué)氣相沉積法(LPCVD; Low Pressure Chemical Vapor Deposition)所形成的氮化硅。在其他實(shí)施例中，掩模層34可由硅的熱氮化工 藝、等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD; Plasma Enhanced CVD)、或使用 氮?dú)?氫氣的等離子體陽極氮化所形成。掩模層34的厚度約60nm 120nm。 應(yīng)注意的是，本說明書所提到的尺寸僅為舉例說明，實(shí)際尺寸可隨著所使用 的工藝技術(shù)而改變。
請(qǐng)參照?qǐng)D8，在掩模層34上形成光致抗蝕劑36，并經(jīng)過圖案化在光致 抗蝕劑36中形成開口 38。沿著開口 38對(duì)掩模層34與墊層32進(jìn)行蝕刻以露 出下方的半導(dǎo)體襯底30。接著，蝕刻半導(dǎo)體襯底30因而使開口 38延伸進(jìn)入 半導(dǎo)體襯底30中。在一實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底30凹蝕的深度Dl約 100證 300nm。
在優(yōu)選實(shí)施例中，如圖9所示，將介電材料39填入開口 38中。介電材 料39優(yōu)選是次壓化學(xué)氣相沉積法(SACVD; Sub-Atmosphere CVD)所形成的 氧化硅。在其他實(shí)施例中，介電材料39是由高密度等離子體化學(xué)氣相沉積 法(HDPCVD; High Density Plasma CVD)或旋涂式玻璃(SOG)所形成。接著， 以化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)對(duì)晶片表面進(jìn)行平坦化以形成淺溝槽隔離(STI)區(qū)40， 如圖10所示。掩模層34可作為CMP停止層。淺溝槽隔離區(qū)40定義出用來形成平面式晶體管的有源區(qū)100以及用來形成鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的有源區(qū)
200。在一實(shí)施例中，有源區(qū)100的寬度W，與有源區(qū)200的寬度W1的比值 大于l。
請(qǐng)參照?qǐng)Dll，在有源區(qū)100與其周圍的STI區(qū)40上形成光致抗蝕劑42， 但露出有源區(qū)200與其周圍的STI區(qū)40。之后，對(duì)露出的淺溝槽隔離區(qū)40 進(jìn)行凹蝕，使得部分的有源區(qū)200高出周圍的STI區(qū)40，而此部分的有源區(qū) 200又稱為鰭狀物200。凹蝕的距離D2例如是介于約30~90nm。去除光致抗 蝕劑42后，在氫氣環(huán)境下進(jìn)行回火，其溫度例如是約850~1050。C。氫氣回 火步驟會(huì)造成硅原子的遷移，使鰭狀物200露出的側(cè)壁平滑化。
請(qǐng)參照?qǐng)D12，進(jìn)行氧化步驟以在鰭狀物200的側(cè)壁形成緩沖氧化物46， 其厚度約2 6nm，形成溫度約650 1050°C 。接著如圖13所示，形成硬掩模 48，其材料也可為氮化硅，其厚度例如約10 50nm。形成硬掩模48可包括 LPCVD、 PECVD等，形成例如約400~900°C 。
請(qǐng)參照?qǐng)D14，進(jìn)行干蝕刻以去除硬掩模48的水平部分，留下垂直的部 分并露出STI區(qū)40。接著，進(jìn)行一濕蝕刻(或其他的各向同性蝕刻)，如圖15 所示。在一實(shí)施例中，濕蝕刻是使用HF與NH4F的混合溶液，其具有約20: 1的Si02/SiN選擇比。因此，硬掩模48的剩余部分實(shí)質(zhì)上仍保持未蝕刻。 由于濕蝕刻為各向同性，因此凹孔50會(huì)延伸到硬掩模48剩余部分的下方， 并露出鰭狀物200的側(cè)壁。
請(qǐng)參照?qǐng)D16，進(jìn)行氧化步驟將鰭狀物200露出的側(cè)壁進(jìn)一步氧化而形成 氧化區(qū)52。優(yōu)選地，形成在鰭狀物200相對(duì)側(cè)壁的氧化區(qū)52相互連結(jié)而使 得鰭狀物200的頂部與襯底30完全隔離。此外，氧化區(qū)52也可以是實(shí)質(zhì)上 (雖然不是完全)隔離鰭狀物200頂部與襯底30。由于氧化造成體積增加，氧 化區(qū)52的寬度W2約為鰭狀物200寬度Wl的兩倍到三倍。應(yīng)注意的是，寬 度W2大小取決于氧化區(qū)52的含氧量以及工藝條件。STI區(qū)40的高度Dl 與氧化區(qū)52的高度H比約1.4 30。氧化區(qū)52可用來阻止擊穿電流，因此也 可稱為擊穿停止區(qū)。如圖16所示，鰭狀物200的底部可能位于氧化區(qū)52的 下方，且仍未氧化。有利的是，即使鰭狀物200周圍的STI區(qū)40的上表面 高度因?yàn)楹罄m(xù)的清潔步驟而降低，鰭狀物200的高度仍維持固定(其獨(dú)立于 STI區(qū)40的上表面高度)，因此可使得鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管有更穩(wěn)定的性能。
10在一實(shí)施例中，鰭狀物200的高度約30 90nm。
請(qǐng)參照?qǐng)D17，以氧化物56填入凹孔50，直到氧化物56的上表面超過 掩模層34的上表面。在優(yōu)選實(shí)施例中，氧化物56可使用旋涂式玻璃(SOG)， 因?yàn)槠渚哂辛己玫奶顪夏芰Α３酥?，也可使用其他具有良好填溝能力?方法，例如SACVD或HDPCVD來形成氧化物56。之后以CMP去除多余的 氧化物56直到露出掩模層34，其中掩模層34作為CMP停止層。最后所得 的結(jié)構(gòu)如圖18所示。
請(qǐng)參照?qǐng)D19，在有源區(qū)上形成光致抗蝕劑58，凹蝕鰭狀物200周圍的 氧化物56。蝕刻優(yōu)選停在鰭狀物200的底部，或位于鰭狀物200底部上方不 超過約20nm的任何位置。在圖20與圖21中，去除殘余的硬掩模34、 48， 并去除緩沖氧化物46，所得的結(jié)構(gòu)如圖21所示，其中有源區(qū)100可用來形 成平面式晶體管，鰭狀物200可用來形成鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。有利的是，鰭 狀物200完全與襯底30電性隔離。
之后，如圖22所示，形成平面式晶體管與鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極堆 疊。柵極堆疊可用公知的柵極優(yōu)先(gate-first)或柵極最后(gate-last)方式形成。 所形成的平面式晶體管110與鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管210如圖22所示。以下將 簡(jiǎn)要說明形成柵極堆疊的工藝。應(yīng)注意的是，在后續(xù)步驟中，擊穿停止區(qū)52 的頂部53(圖21中虛線部分)可能會(huì)被清洗步驟所使用的酸去除，使得鰭式 場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極有一部分位于鰭狀物200的邊緣下方，而形成一奧米加 (Omega)晶體管。
在柵極優(yōu)先的工藝中，形成圖21的結(jié)構(gòu)之后，進(jìn)行阱區(qū)注入以摻雜有 源區(qū)100與鰭狀物200，其中所用的慘雜物與源極/漏極的導(dǎo)電形態(tài)相反。接 著形成柵介電層與柵極層(未顯示)，其中柵介電層例如是高介電常數(shù)材料， 而柵極層可為金屬、金屬硅化物、多晶硅、金屬氮化物等。將柵介電層與柵 極層圖案化后形成柵極堆疊112與柵極堆疊212。之后，形成輕摻雜源極/漏 極(LDD)區(qū)，并形成柵極間隔物(未顯示)。對(duì)露出的有源區(qū)100與鰭狀物200 進(jìn)行注入與回火以形成源極/漏極區(qū)。形成硅化物(未顯示)后，依序形成接觸 蝕刻停止層、內(nèi)層介電層、與接觸插塞(也未顯示)，其制造工藝皆為公知技 術(shù)，在此不予贅述。
在柵極最后的工藝中，形成圖21的結(jié)構(gòu)之后，進(jìn)行阱區(qū)注入以摻雜有源區(qū)100與鰭狀物200，其中所用的摻雜物與源極/漏極的導(dǎo)電形態(tài)相反。接 著形成閑置柵極(dummygate)，優(yōu)選為多晶硅。之后，形成輕摻雜源極/漏極 (LDD)區(qū)與柵極間隔物(未顯示)。對(duì)露出的有源區(qū)100與鰭狀物200進(jìn)行注入 與回火以形成源極/漏極區(qū)。形成源極/漏極硅化物(未顯示)后，依序形成接觸 蝕刻停止層、內(nèi)層介電層。研磨內(nèi)層介電層露出閑置柵極后，蝕刻閑置柵極， 并以具有適當(dāng)功函數(shù)的含金屬柵極取代閑置柵極。之后，形成接觸插塞。
圖23~圖33顯示本發(fā)明另一實(shí)施例的制造工藝剖面圖。除非特別說明， 否則本實(shí)施例的材料與元件的形成方法基本上與圖7 圖21所示的實(shí)施例相 同。本實(shí)施例的起始步驟基本上與圖7 圖IO相同。請(qǐng)參照?qǐng)D23，凹蝕STI 區(qū)40，其凹蝕的深度基本上同圖11所示。此凹蝕步驟并未使用光致抗蝕劑 或其他掩模。另外，也可形成光致抗蝕劑(未顯示)以覆蓋用來形成平面式晶 體管及鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管以外的所有區(qū)域。如此一來，露出有源區(qū)100、 200 的側(cè)壁。在圖24中，優(yōu)選借助熱氧化法形成緩沖氧化物46。接著，如圖25、 圖26所示，形成硬掩模48，并以干蝕刻去除其水平部分，剩余的硬掩模48 覆蓋有源區(qū)100、200的側(cè)壁(其中緩沖氧化物46介于硬掩模48與有源區(qū)100、 200之間)。
接著，如圖27所示，進(jìn)行各向同性蝕刻，優(yōu)選為濕蝕刻，去除STI區(qū) 40的頂部，以露出有源區(qū)100、 200的側(cè)壁。在圖28中，進(jìn)行氧化步驟以形 成擊穿停止區(qū)52與底切氧化區(qū)52'。同樣的，擊穿停止區(qū)52最好完全使鰭 狀物200與襯底30電性隔離。另一方面，由于有源區(qū)100比鰭狀物200更 寬，因此有源區(qū)100相對(duì)側(cè)壁的底切氧化區(qū)52，并未互相連結(jié)。
請(qǐng)參照?qǐng)D29，形成氧化物56覆蓋于襯底30上，并將之平坦化直到露出 硬掩模48的上表面，如圖30所示。在圖31中，以如同圖19的方式，凹蝕 氧化物56。接著去除硬掩模34、 48，如圖32所示。去除墊層32后，得到 圖33所示的結(jié)構(gòu)。形成柵極堆疊與源極/漏極區(qū)后，所得的結(jié)構(gòu)立體圖如圖 34所示。應(yīng)注意的是，此實(shí)施例在氧化物56中留下硬掩模48的剩余部分 57(也稱為應(yīng)力源57，也參照?qǐng)D33)。應(yīng)力源57圍繞有源區(qū)100而形成一環(huán) 形，如圖34所示。應(yīng)力源57與有源區(qū)100之間以緩沖氧化物46隔開。
圖35~圖38顯示形成擊穿停止區(qū)52的另一實(shí)施例。本實(shí)施例的起始步 驟基本上與圖7 圖13相同。圖35顯示圖13中右側(cè)的結(jié)構(gòu)。 一般而言，由于工藝上的因素，硬掩模48的垂直部分與水平部分的交接處60比起其他部 分有更多的孔隙，因此可利用各向同性蝕刻來去除。如圖36所示，在硬掩 模48的垂直部分與水平部分被完全蝕刻之前會(huì)先形成開口 62而露出緩沖氧 化物46。之后進(jìn)行氧化步驟，例如干式氧化，以形成圖37的結(jié)構(gòu)，其中擊 穿停止區(qū)52靠近開口 62。之后如圖38所示，去除硬掩模48。剩余的工藝 步驟基本上同圖21所示。
圖39 圖41顯示形成擊穿停止區(qū)52的再一實(shí)施例。本實(shí)施例的起始步 驟基本上與圖7 圖13及圖35、圖36相同。接著，如圖39所示，將氧離子 注入開口62中。此離子注入最好具有一傾斜角，使得氧離子穿過開口62與 緩沖氧化物46，注入到有源區(qū)200。圖40顯示區(qū)域64中具有集中的氧離子， 且硬掩模48已被去除。接著，如圖41所示，進(jìn)行干式氧化(或回火)，可在 無氧或有氧的環(huán)境下進(jìn)行。在干式氧化(或回火)期間，區(qū)域64中的氧離子與 有源區(qū)200中的硅反應(yīng)，形成擊穿停止區(qū)52。
應(yīng)注意的是，前述實(shí)施例與STI區(qū)40的制造工藝相關(guān)。如本領(lǐng)域所熟 知，STI區(qū)40的密度會(huì)影響凹蝕步驟的效率，如圖11的步驟。此外，各種 清洗程序也可能影響到STI區(qū)40的去除速率，進(jìn)而影響鰭狀物200的高度。 因此，在圖案密集區(qū)與圖案疏離區(qū)中，STI區(qū)40的上表面并非等高。圖42 顯示三個(gè)區(qū)域300、 400、 500，相對(duì)于區(qū)域300，區(qū)域400具有較高的圖案 密度，因此其間隔(pitch)P2小于區(qū)域300的間隔Pl。另一方面，相對(duì)于區(qū)域 300，區(qū)域500具有較低的圖案密度，因此其間隔(pitch)P3大于區(qū)域300的 間隔P1。不同的圖案密度會(huì)造成STI區(qū)40的上表面有不同程度的差異，并 導(dǎo)致?lián)舸┩Ｖ箙^(qū)52的位置有所差別。區(qū)域400的STI區(qū)40的上表面與擊穿 停止區(qū)52的位置相對(duì)于區(qū)域300較低，而區(qū)域500的STI區(qū)40的上表面與 擊穿停止區(qū)52的位置相對(duì)于區(qū)域300較高。由于擊穿停止區(qū)52的位置會(huì)影 響鰭狀物200的高度，因此鰭狀物200的高度差在設(shè)計(jì)時(shí)需納入考慮。
本發(fā)明的實(shí)施例具有許多優(yōu)點(diǎn)，由于形成了擊穿停止區(qū)52，其將源極/ 漏極區(qū)與可能的擊穿電流路徑完全隔離，因此本發(fā)明實(shí)施例所形成的鰭式場(chǎng) 效應(yīng)晶體管可減少，甚至完全消除擊穿電流的問題，而且其制造工藝并不需 要使用昂貴的SOI襯底。此外，其溝道區(qū)并不需要高摻雜(阱區(qū))濃度，且鰭 狀物的高度不會(huì)隨著STI區(qū)的上表面高度而變化，這使得鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能差異性較小。再者，鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造工藝完全與平面式晶體 管的制造工藝相容。
雖然本發(fā)明已以數(shù)個(gè)優(yōu)選實(shí)施例揭示如上，然而其并非用以限定本發(fā) 明，任何本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作任 意的更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求書所界定的范 圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括一半導(dǎo)體襯底；一平面晶體管，位于該半導(dǎo)體襯底的第一部分，其中該半導(dǎo)體襯底的第一部分具有第一上表面；以及一多柵晶體管，位于該半導(dǎo)體襯底的第二部分，其中該半導(dǎo)體襯底的第二部分從該第一上表面凹入，以形成該多柵晶體管的鰭狀物，且該鰭狀物借助一絕緣物與該半導(dǎo)體襯底電性隔離。
2. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該絕緣物將該鰭狀物與其下方 的一額外鰭狀物電性隔離，且其中該鰭狀物與該額外的鰭狀物為同一鰭狀物 的不同部分。
3. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該多柵晶體管為一鰭式場(chǎng)效應(yīng) 晶體管。
4. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該多柵晶體管為一奧米加場(chǎng)效 應(yīng)晶體管。
5. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括一底切氧化區(qū)，位于該平面 晶體管的一有源區(qū)的上表面下方，其中該底切氧化區(qū)延伸至該有源區(qū)的側(cè) 壁，且該底切氧化區(qū)并未隔離該有源區(qū)與該半導(dǎo)體襯底。
6. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該鰭狀物具有一第二上表面大 抵與該第一上表面齊平。
7. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括第一組多柵晶體管，其具有 第一間隔，以及第二組多柵晶體管，其具有大于第一間隔的第二間隔，且第 一組多柵晶體管的鰭狀物高度大于第二組多柵晶體管的鰭狀物高度。
8. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括 一應(yīng)力源區(qū)，其圍繞該平面晶體管的一有源區(qū)而形成一環(huán)形； 一緩沖氧化物，介于該應(yīng)力源區(qū)與該平面晶體管的有源區(qū)之間；以及 一隔離區(qū)，圍繞該應(yīng)力源區(qū)，其中該隔離區(qū)與該應(yīng)力源區(qū)由不同材料形成。
9. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該絕緣物具有不均勻的厚度。
10. —種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括一半導(dǎo)體襯底；一隔離區(qū)，位于該半導(dǎo)體襯底上且具有一下表面，其中該隔離區(qū)包括第 一部分與第二部分，其中第二部分的第二上表面低于第一部分的第一上表面；一第一有源區(qū)，鄰接該隔離區(qū)的第一部分，其中該第一有源區(qū)的上表面 大抵與該第一上表面齊平；一第二有源區(qū)，鄰接該隔離區(qū)的第二部分，其中該第二有源區(qū)的上表面 高于該第二上表面；一絕緣物，將該第二有源區(qū)隔成電性隔離的頂部與底部；一平面晶體管，位于該第一有源區(qū)；以及一多柵晶體管，以該第二有源區(qū)的頂部作為源極/漏極區(qū)與溝道區(qū)。
11. 如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括一底切氧化區(qū)，低于該第 一有源區(qū)的上表面，其中該底切氧化區(qū)延伸至該第一有源區(qū)的側(cè)壁，且該底 切氧化區(qū)并未隔離該第一有源區(qū)與該半導(dǎo)體襯底。
12. 如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括一氮化硅環(huán)，圍繞該第一有源區(qū)，且該氮化硅環(huán)鄰接該隔離區(qū)的第一部 分；以及一緩沖氧化物，介于該氮化硅環(huán)與第一有源區(qū)之間。
13. —種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括 提供一半導(dǎo)體襯底；形成一隔離區(qū)于該半導(dǎo)體襯底中，其中該隔離區(qū)圍繞一有源區(qū)； 凹蝕該隔離區(qū)的頂部以露出該有源區(qū)的側(cè)壁；以及于該有源區(qū)的上表面與該隔離區(qū)的下表面之間，氧化該有源區(qū)的中間區(qū) 域以形成一絕緣物，將該有源區(qū)分成頂部與底部。
14. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其中氧化該有源區(qū)的 步驟包括形成一掩模層覆蓋該有源區(qū)的頂部側(cè)壁；蝕刻該隔離區(qū)的頂部以露出該有源區(qū)未被該掩模層覆蓋的側(cè)壁；以及 氧化該有源區(qū)露出的側(cè)壁以形成該絕緣物。
15. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其中在氧化該有源區(qū)之前還包括毯覆性地沉積一掩模層；去除該掩模層的垂直部分與水平部分的交接處，以形成一開口，其中該 垂直部分位于該有源區(qū)的側(cè)壁；以及經(jīng)由該開口注入氧離子至該有源區(qū)的中間區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法，該結(jié)構(gòu)包括一半導(dǎo)體襯底，一平面晶體管，位于半導(dǎo)體襯底的第一部分，其中半導(dǎo)體襯底的第一部分具有第一上表面。一多柵晶體管，位于半導(dǎo)體襯底的第二部分。半導(dǎo)體襯底的第二部分從第一上表面凹入，以形成多柵晶體管的鰭狀物，且鰭狀物借助一絕緣物與半導(dǎo)體襯底電性隔離。本發(fā)明降低了鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的擊穿電流、改善了鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的載流子遷移率、以及降低了制作成本。
文檔編號(hào)H01L27/085GK101577278SQ200810175129
公開日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月6日
發(fā)明者余振華, 葉震南, 張正宏 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司