專利名稱：晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有SOI(絕緣體基外延硅(Silicon-On-Insu-lator))結(jié)構(gòu)的晶體管及其制造方法。
帶有SOI結(jié)構(gòu)的晶體管一般包括在一塊襯底上形成氧化層的步驟以及在其下已形成氧化層的硅襯底上形成晶體管的步驟。帶有SOI結(jié)構(gòu)的晶體管改善了器件的特性，在于使源、漏結(jié)層的電容減至最小。
另一方面，因其尺寸按比例縮小的晶體管使短溝道效應(yīng)和熱載流子效應(yīng)增加，為了改善這些效應(yīng)就要按晶體管規(guī)模和LDD(輕摻雜漏)結(jié)構(gòu)理論來設(shè)計該晶體管。
在深亞微米晶體管中，盡管對晶體管開發(fā)了一些改進，但由于短溝道效應(yīng)，例如穿通使晶體管的工作特性變壞。
本發(fā)明的目的在于，提供一種能防止產(chǎn)生短溝道效應(yīng)(尤其是，PMOS晶體管的穿通)并能改善其工作特性的晶體管及其制造方法。
根據(jù)本發(fā)明，形成一種晶體管的方法包含以下各步驟在一塊襯底上形成一深槽；將絕緣層填入除該深槽上部以外的該深槽的下部；將導(dǎo)電層填入所說的深槽的上部暨所說的絕緣層之上，作為所說的晶體管的溝道；在所得結(jié)構(gòu)上形成柵氧化層；在所說的柵氧化層上形成柵電極；以及使雜質(zhì)離子注入到所說襯底內(nèi)形成源、漏區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明，形成一種晶體管的方法包含以下各步驟在一塊襯底上形成輕摻雜層；在所說的輕摻雜層上形成第一絕緣層并使所說的第一絕緣層構(gòu)圖；用所說的已構(gòu)圖的第一絕緣層作腐蝕掩模來腐蝕所說的輕摻雜層和所說的襯底，在所說的襯底內(nèi)形成深槽；將第二絕緣層填入所說深槽除上部以外的下部內(nèi)，其中的所說的第二絕緣層的選擇腐蝕速率遠低于所說的第一絕緣層的選擇腐蝕速率；將導(dǎo)電層填入所說的深槽的上部之內(nèi)暨所說的第二絕緣層之上，作為所說的晶體管的溝道；去掉所說的第一絕緣層；在所得結(jié)構(gòu)上形成柵氧化層；在所說的柵氧化層上形成柵電極；以及使雜質(zhì)離子注入到所說的襯底內(nèi)形成源、漏區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明，形成一種晶體管的方法包含以下各步驟在一塊襯底上依次形成第一和第二絕緣層；使所說的第一和第二絕緣層構(gòu)圖，露出所說的襯底；用所說的已構(gòu)圖的第二絕緣層作腐蝕掩模在所說的襯底內(nèi)形成深槽；通過氧化所說的裸露的襯底使氧化層充滿所說的深槽；去掉所說的第二絕緣層；深腐蝕所說的氧化層，在所說的深槽的下部留下剩余部；將導(dǎo)電層填入所說的深槽的上部暨所說的氧化層之上，作為所說的晶體管的溝道；去掉所說的第一絕緣層；在所得結(jié)構(gòu)上形成柵氧化層；在所說的柵氧化層上形成柵電極；以及使雜質(zhì)離子注入到所說襯底形成源、漏區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明，一種具有在襯底上的柵絕緣層，柵電極和源、漏區(qū)的晶體管包含在所說的源區(qū)和所說的漏區(qū)之間的所說的襯底之內(nèi)所形成的深槽；填入所說的深槽下部的絕緣層；填在所說的深槽的上部暨所說的絕緣層之上的用以形成所說晶體管溝道的硅層；因而所說的絕緣層是形成在所說的晶體管的溝道之下，改善了其穿通特性。
參照如下的附圖，可使本領(lǐng)域的技術(shù)人員對本發(fā)明有更好的理解，其目的和優(yōu)點將變得更加明顯。


圖1A～1J是表明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例形成晶體管的方法的剖面圖。
圖2A～2I是表明根據(jù)本發(fā)明的另一實施例形成晶體管的方法的剖面圖。
圖3A～3H是表明根據(jù)本發(fā)明的又一實施例形成晶體管的方法的剖面圖。
以下，參照附圖將描述本發(fā)明。
首先，參照附圖1A～1J描述本發(fā)明的一實施例。
如圖1A所示，在一塊硅襯底101上淀積氧化層102，再經(jīng)掩模工藝腐蝕掉氧化層102的一部分，在該硅襯底101內(nèi)進行形成深槽的腐蝕工藝。
如圖1B所示，為了形成其寬度比經(jīng)圖1A的掩模工藝的氧化層圖形的寬度還窄的深槽，在氧化層102的側(cè)壁上形成氧化調(diào)寬層103，并用氧化層102所氧化調(diào)寬層103作腐蝕掩模，通過裸露的硅襯底101的腐蝕形成深槽104。因為氧化調(diào)寬層103是用來減小深槽104的寬度的，所以根據(jù)制作條件可以省略形成該氧化調(diào)寬層103的步驟。
如圖1C所示，去掉硅襯底101上剩余的氧化層102和103，再在所得結(jié)構(gòu)上形成氧化層105(即第三氧化層)，以此填入深槽104中。
接著，如圖1D所示，深腐蝕氧化層105，只留下深槽104內(nèi)的氧化層105′。另外，必須控制腐蝕速率，以便能在深槽104內(nèi)形成自硅襯底101的表面至氧化層105′的表面的深度“d”。該深度“d”是為形成MOS晶體管的溝道所需要的，這一點將在以下工藝中給以描述。
參照圖1E，在所得結(jié)構(gòu)上形成多晶硅層106，填入尚未被氧化層105′填充的深槽104內(nèi)。該多晶硅層106也可用硅層替代。
如圖1F所示，用常規(guī)半導(dǎo)體工藝中所用的氧化工藝來氧化硅襯底101表面上的多晶硅106。經(jīng)該氧化工藝就形成了氧化層107，而留下在深槽104內(nèi)的自硅襯底101的表面至氧化層105′表面的多晶硅層106′。此時的多晶硅106′起著襯底的作用。
去掉氧化層107，再進行離子注入，以調(diào)節(jié)晶體管的閾值電壓，如圖1G所示。
圖1H表明依次形成氧化層108和作為柵電極的多晶硅層109的步驟。
圖1I表明使氧化層108和多晶硅層109按預(yù)定的尺寸構(gòu)圖，而形成柵氧化層108′和柵電極109′的步驟。
最后，如圖1J所示，經(jīng)離子注入形成源、漏區(qū)110。
如上所述，為了改善晶體管的穿通特性，根據(jù)本發(fā)明一實施例，該晶體管有硅襯底101內(nèi)形成氧化層105′和多晶硅106′是有別于常規(guī)晶體管。
現(xiàn)在，參照圖2A～2I描述本發(fā)明的另一實施例。
如圖2A所示，使低濃度離子(n-或p-)，其雜質(zhì)類型不同于襯底201的導(dǎo)電類型，注入到硅襯底201中，于是在硅襯底201上就形成了摻雜區(qū)202。
如圖2B所示，在摻雜區(qū)202上形成氮化層203，再用掩模工藝和腐蝕工藝使氮化層203構(gòu)圖，以便露出硅襯底201的一部分。
如圖2C所示，用氮化層203作腐蝕掩模，通過對摻雜層202和被暴露的硅襯底201的腐蝕形成深槽204。當然，可以使用圖1B所示的氧化調(diào)寬層來減小深槽204的寬度。在形成深槽204之后，在所得結(jié)構(gòu)上形成氧化層205，以此填入深槽204。
接著，如圖2D所示，深腐蝕氧化層205，只留下深槽204內(nèi)的氧化層205′。另外，必須控制腐蝕速率，以便能在深槽204內(nèi)形成自硅襯底201的表面至氧化層205′的表面的深度“d”。該深度“d”是為形成MOS晶體管的溝道所需要的，這點將在下面的工藝中加以描述。
現(xiàn)在參照圖2E，在所得結(jié)構(gòu)上形成多晶硅206，填入尚未被氧化層205′填充的深槽204內(nèi)。
如圖2F所示，深腐蝕多晶硅層206，以使僅在深槽204內(nèi)形成起襯底作用的多晶硅層206′，再進行離子注入，以調(diào)節(jié)晶體管的閾值電壓。
圖2G表明依次形成氧化層207和作為柵電極的多晶硅層208的步驟，圖2H表明按預(yù)定尺寸構(gòu)成柵氧化層207′和柵電極208′圖形的步驟。
最后，如圖2I所示，經(jīng)離子注入形成重摻雜的源、漏區(qū)209。
如上所述，此實施例表明，由摻雜區(qū)202完成了在圖1J的SOI結(jié)構(gòu)上具有LDD結(jié)構(gòu)的晶體管。
此外，參照圖3A～3H，描述本發(fā)明的又一實施例。
如圖3A所示，在一塊硅襯底301上依次淀積氧化層302和氮化層303，然后經(jīng)掩模工藝和腐蝕工藝腐蝕掉氧化層302和氮化層303的一部分，以便在硅襯底301內(nèi)形成一深槽。
如圖3B所示，為了形成其寬度比經(jīng)圖3A的掩模工藝構(gòu)成的氧化層和氮化層圖形的寬度還窄的深槽，在氧化層302和氮化層303的側(cè)壁上形成氮化調(diào)寬層304。
如圖3C所示，用氮化層303和氮化調(diào)寬層304作腐蝕掩模，經(jīng)對裸露的硅襯底的腐蝕而形成一深槽305。當然，因為氮化調(diào)寬層304是用來減小深槽305的寬度的，因而可以根據(jù)制造條件，如圖1B所示，而省略形成該氮化調(diào)寬層304的步驟。
接著，如圖3D所示，用氮化層303和氮化調(diào)寬層304作氧化掩模，使裸露的襯底301氧化，以便在深槽305內(nèi)形成氧化層306。
在去掉氮化層303和氮化調(diào)寬層304之后，深腐蝕氧化層306，只留下深槽305內(nèi)的氧化層306′，如圖3E所示。此時，應(yīng)控制腐蝕速率，以便在深槽內(nèi)形成自硅襯底301表面至氧化層306′表面的深度“d”。該深度“d”是形成MOS晶體管的溝道所需要的，這點將通過下述工藝來描述。
參照圖3F，對裸露的硅襯底301實施外延工藝，以使硅層307填入尚未被氧化層306′填充的深槽305內(nèi)。在形成硅層307之后，用氧化層302作離子注入掩模，使控制閾值電壓的雜質(zhì)離子注入到硅層307內(nèi)。
如圖3G所示，在經(jīng)外延工藝生長的多晶硅層307上形成柵氧化層308，再在所得結(jié)構(gòu)上形成作為柵電極的多晶硅層309。
參照圖3H，按預(yù)定尺寸構(gòu)成多晶硅層309′和氧化層302的圖形，再經(jīng)離子注入形成源、漏區(qū)310。
如上所述，本發(fā)明可有效地形成帶有SOI結(jié)構(gòu)的晶體管，更具體地講，改善了具有短溝道、在該溝道下形成有絕緣層，因而對晶體管工作的穩(wěn)定性有作用的PMOS晶體管的穿通特性。
按照法則，已對本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上和方法上的特點用文字在不同程度上作了具體地描述。但應(yīng)予理解，雖然本文所公開的措施包括使發(fā)明付諸實踐的優(yōu)選形式，但本發(fā)明不限于圖示和描述的具體特點。所以請求本發(fā)明以根據(jù)等同原則在適當解釋所附權(quán)利要求的固有范疇內(nèi)的任何形式或任何改型都得以保護。
權(quán)利要求
1.一種形成晶體管的方法，包含以下各步驟在一塊襯底內(nèi)形成一深槽；使絕緣層填入除上部以外的所述深槽的下部中；使導(dǎo)電層填入所述深槽上部中暨在絕緣層之上，作為所述晶體管的溝道；在所得的結(jié)構(gòu)上形成柵氧化層；在所述柵氧化層上形成柵電極；以及使雜質(zhì)離子注入到所述襯底中，形成源、漏區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中使導(dǎo)電層填入所述深槽上部中暨在所述絕緣層之上的步驟還包含使雜質(zhì)離子注入到所述導(dǎo)電層中來調(diào)節(jié)閾值電壓的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中形成所述深槽的步驟包含以下步驟在所述襯底上形成第一氧化層；使所述第一氧化層構(gòu)成圖形；在所得結(jié)構(gòu)上形成第二氧化層；對所述第二氧化層施實均厚腐蝕工藝，以便形成調(diào)寬氧化層；以及用所述第一氧化層和所述調(diào)寬氧化層作腐蝕掩模，腐蝕所述襯底。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中使所述絕緣層填入所述深槽的下部的步驟包含以下各步驟在帶有所述深槽的所述襯底上形成第三氧化層；以及深腐蝕所述第三氧化層，使其剩余部分留在所述深槽下部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中使所述導(dǎo)電層填入所述深槽上部的步驟包含在所得結(jié)構(gòu)上形成硅層，填入所述深槽的上部暨所述絕緣層之上；氧化所述襯底上面的所述硅層；以及去掉所述已氧化的硅層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述的硅層是由多晶制成的。
7.一種形成晶體管的方法，包含以下各步驟在一塊襯底上形成輕摻雜層；在所述輕摻雜層上形成第一絕緣層，再使所述第一絕緣層構(gòu)成圖形；用所述已構(gòu)圖的第一絕緣層作腐蝕掩模，經(jīng)對所述輕摻雜層和所述襯底進行腐蝕，在襯底內(nèi)形成深槽；使第二絕緣層填入除深槽上部以外的所述深槽的下部中，其中所述第二絕緣層的選擇腐蝕速率遠遠小于所述第一絕緣層的選擇腐蝕速率；使導(dǎo)電層填入所述深槽的上部中暨所述第二絕緣層上，作為所述晶體管的溝道；去掉所述第一絕緣層；在所得結(jié)構(gòu)上形成柵氧化層；在所述柵氧化層上形成柵電極；以及使雜質(zhì)離子注入到所述襯底，形成源、漏區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中使導(dǎo)電層填入所述深槽的上部中暨所述第二絕緣層之上的步驟還包含使雜質(zhì)離子注入到所述導(dǎo)電層中以調(diào)節(jié)閾值電壓的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述的第一絕緣層是氮化層。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述的第二絕緣層是氧化層。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中在所述襯底中形成所述深槽的步驟還包含在所述已構(gòu)圖的第一絕緣層的側(cè)壁上形成調(diào)寬氮化層的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中使所述絕緣層填入所述深槽的下部的步驟包含以下各步驟在所得結(jié)構(gòu)上形成氧化層；以及深腐蝕所述第一氧化層，使剩余部分留在所述深槽的下部。
13.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中使所述導(dǎo)電層填入所述深槽的上部的步驟包含以下各步驟在所得結(jié)構(gòu)上形成硅層，填入所述深槽的上部；氧化在所述襯底上面的所述硅層；以及去掉所述已氧化的硅層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述的硅層是由多晶制成的。
15.一種形成晶體管的方法，包含以下各步驟在一塊襯底上依次形成第一和第二絕緣層；使所述第一和第二絕緣層構(gòu)成圖形，露出所述襯底；用所述已構(gòu)圖的第二絕緣層作掩模，在所述襯底內(nèi)形成深槽；經(jīng)使所述裸露的襯底氧化，使氧化層填充于所述深槽內(nèi)；去掉所述第二絕緣層；深腐蝕所述氧化層，使剩余部分留在所述深槽的下部；使導(dǎo)電層填入所述深槽上部暨所述氧化層之上，用作所述晶體管的溝道；去掉所述第一絕緣層；在所得結(jié)構(gòu)上形成柵氧化層；在所述柵氧化層上形成柵電極；以及使雜質(zhì)離子注入到所述襯底中，形成源、漏區(qū)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中使導(dǎo)電層填入所述深槽上部暨所述絕緣層之上的步驟還包含使雜質(zhì)離子注入到導(dǎo)電層中以調(diào)節(jié)閾值電壓的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述的導(dǎo)電層是外延層。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述的第一絕緣層是氧化層。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述的第一絕緣層是氮化層。
20.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中使所述第一和第二絕緣層構(gòu)成圖形露出所述襯底的步驟還包含在所述第一和第二絕緣層的側(cè)壁上形成調(diào)寬氮化層的步驟。
21.一種具有在襯底上的柵絕緣層、柵電極及源、漏區(qū)的晶體管，包括在介于所述源區(qū)和漏區(qū)之間的所述襯底中所形成的深槽；填入所述深槽的下部的絕緣層；以及填充到所述深槽上部暨所述絕緣層之上的用來形成所述晶體管的溝道的硅層；因而使所述絕緣層形成在所述晶體管溝道的下方，改善了其穿通特性。
全文摘要
一種形成晶體管的方法，包含以下各步驟在一塊襯底內(nèi)形成深槽；使絕緣層填入除上部外的所述深槽的下部中；使導(dǎo)電層填入所述深槽上部暨所述絕緣層之上，作為所述晶體管的溝道；在所得結(jié)構(gòu)上形成柵氧化層；以及在所述柵氧化層上形成柵電極；以及使雜質(zhì)離子注入到所述襯底中，形成源、漏區(qū)。
文檔編號H01L29/78GK1131344SQ95120590
公開日1996年9月18日 申請日期1995年12月8日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月26日
發(fā)明者徐禎源, 盧光明, 黃圣敏 申請人:現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)株式會社