專利名稱：具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有頸狀信道(necking channel)的場(chǎng)效晶體管(Field Effect Transistor；FET)和其制造方法。特別是涉及一種具有頸狀信道的垂直雙柵極(vertical double gate)金氧半場(chǎng)效晶體管(MOSFET)和其制造方法。
請(qǐng)參照?qǐng)D1，圖1為繪示現(xiàn)有的FINFET的信道結(jié)構(gòu)的仰視示意圖。其中由硅材料制成的源極20、信道80和漏極30形成于障礙氧化層(barrier oxide)15上，而障礙氧化層15形成于基材(未繪示)上。信道80為一長(zhǎng)方體，即從一端至另一端的寬度均相同。如信道80的寬度愈窄，則柵極電壓(Vg)對(duì)漏極電流(Id)的控制能力愈靈敏，亦愈能夠防止短信道效應(yīng)發(fā)生，且可改善次臨界擺動(dòng)(subthreshold swing)。然而，為達(dá)成前述的效果，往往需要使用相當(dāng)狹窄的信道，如數(shù)十納米，而如此狹窄的信道80會(huì)帶來(lái)串聯(lián)信道電阻值(series channelresistance)太大的問題，在設(shè)計(jì)和使用上均造成極大的困難。另外，在制作FINFET的過(guò)程中，當(dāng)在進(jìn)行金屬硅化(silicidation)的步驟時(shí)，狹窄的信道特別是連接源極(source)和漏極(drain)的位置非常容易受到損壞。
因此，非常迫切需要發(fā)展出一種信道結(jié)構(gòu)，不但可以有效地抑制短信道效應(yīng)的發(fā)生，增加?xùn)艠O電壓對(duì)漏極電流的控制靈敏度，改善次臨界擺動(dòng)，而且有較小的串聯(lián)信道電阻值，以減少設(shè)計(jì)和使用上的困難度。此外，更可在進(jìn)行金屬硅化的步驟時(shí)，避免使FINFET的結(jié)構(gòu)特別是狹窄的信道受到損壞。
因此，本發(fā)明的一目的為提供一種具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管，藉以在達(dá)到增加?xùn)艠O電壓對(duì)漏極電流的控制靈敏度，防止短信道效應(yīng)發(fā)生，以及改善次臨界擺動(dòng)的目標(biāo)時(shí)，同時(shí)可減少串聯(lián)信道電阻值。
本發(fā)明的再一目的為提供一種具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管，其中在進(jìn)行金屬硅化的步驟之前形成包裹間隙壁(wrap up spacer)，藉以在進(jìn)行金屬硅化的步驟時(shí)，避免使FINFET的結(jié)構(gòu)特別是狹窄的信道受到損壞。
本發(fā)明的又一目的為提供一種具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管的制造方法，用以有效地形成源極、漏極和頸狀信道，以及后續(xù)的柵極和包裹間隙壁等。
依據(jù)本發(fā)明的上述目的，因此本發(fā)明提供一種具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管及其制造方法。本發(fā)明的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管至少包括SOI(Silicon On Insulator)基板或類似的基板結(jié)構(gòu)，其中此基板包括硅基材、形成于硅基材上的障礙氧化層(barrier oxide)，和形成于障礙氧化層上的硅材料層；由硅材料層所制成的源極、漏極和連接源極和漏極的頸狀信道，其中此頸狀信道的最大寬度位于信道的兩端，而最小寬度位于信道的中間位置；形成于頸狀信道的中間位置的柵極；以及包裹間隙壁，其中包裹間隙壁覆蓋住信道，和源極與漏極的主動(dòng)區(qū)域。
換言之，本發(fā)明的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管，至少包括一基板，其中該基板包括一基材；一障礙氧化層形成于該基材上；以及一硅材料層形成于該障礙氧化層上；一源極；一漏極；一頸狀信道，其中該頸狀信道連接于該源極和該漏極之間，且該源極、該漏極和該頸狀信道是由該硅材料層所制成，而該頸狀信道具有一第一寬度和小于該第一寬度的一第二寬度，該第一寬度約位于該頸狀信道的一端和另一端，該第二寬度約位于該頸狀信道的一中間位置，該頸狀信道的形狀為由該端逐漸縮小至該中間位置，再由該中間位置逐漸擴(kuò)張至該另一端；以及一柵極層，其中該柵極層形成于該頸狀信道的該中間位置，該柵極層至少包括一柵極氧化層形成于該頸狀信道的該中間位置的周圍側(cè)面；以及一柵極材料層沉積于該柵極氧化層上。
另外，本發(fā)明的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管的制造方法至少包括提供一基板，例如SOI基板，其中此基板包括硅基材、障礙氧化層形成于硅基材上、和硅材料層形成于障礙氧化層上；以O(shè)D掩膜(mask)對(duì)硅材料層進(jìn)行光刻和蝕刻工藝來(lái)形成頸狀信道、源極和漏極；以及形成柵極氧化層于頸狀信道的中間位置的周圍，其中亦可形成硬掩膜層(例如氧化物或氮化物)于信道的中間位置的上方后，再沉積柵極材料，例如多晶硅或金屬材料；進(jìn)行沉積和蝕刻制程來(lái)形成包裹間隙壁，例如氧化物或氮化物，以覆蓋信道，和源極與漏極的主動(dòng)區(qū)域。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)為提供一種具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管，在達(dá)到增加?xùn)艠O電壓對(duì)漏極電流的控制靈敏度，防止短信道效應(yīng)發(fā)生，以及改善次臨界擺動(dòng)的目標(biāo)時(shí)，同時(shí)可減少串聯(lián)信道電阻。而且本發(fā)明的信道的兩端較寬，故不易為金屬硅化步驟所損壞。
本發(fā)明的再一優(yōu)點(diǎn)為提供一種具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管，本發(fā)明在進(jìn)行金屬硅化步驟之前形成包裹間隙壁，故在進(jìn)行金屬硅化的步驟時(shí)，可以避免使FINFET的結(jié)構(gòu)特別是狹窄的信道受到損壞。
本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)為提供一種具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管的制造方法，可以有效地形成源極、漏極和頸狀信道，以及后續(xù)的柵極和包裹間隙壁等。


本發(fā)明的較佳實(shí)施例將于往后的說(shuō)明文字中輔以下列附圖做更詳細(xì)的闡述，其中圖1為繪示現(xiàn)有的FINFET的信道結(jié)構(gòu)的仰視示意圖；圖2為繪示本發(fā)明的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管的信道結(jié)構(gòu)的仰視示意圖；圖3為繪示本發(fā)明的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管的仰視示意圖，其中間隙壁尚未形成；圖4為繪示本發(fā)明的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管的剖面示意圖(由圖3的A-A的方向觀的)；圖5為繪示本發(fā)明的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管的仰視示意圖，其中間隙壁已形成；以及圖6A至圖6D為繪示本發(fā)明的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管的制造方法的流程的剖面示意圖(由圖3的B-B的方向觀的)。
圖中符號(hào)說(shuō)明12 基材15 障礙氧化層18 硅材料層20 源極30 漏極80、100 信道102 最小寬度104 最大寬度200 柵極層220 柵極氧化層230 硬掩膜層240 柵極材料層320、330、340、350包裹間隙壁請(qǐng)參照?qǐng)D2，圖2為繪示本發(fā)明的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管的信道結(jié)構(gòu)的仰視示意圖。本發(fā)明的主要特征的一在于提供一頸狀信道100，此頸狀信道100的中間位置約為最小寬度102，兩端則分別約為最大寬度104。頸狀信道100的形狀為由具有最大寬度104的一端逐漸縮小至具有最小寬度102的中間位置，再由此具有最小寬度102的中間位置逐漸擴(kuò)張至具有最大寬度104的另一端。最小寬度102可為例如約10納米至約50納米，藉以充分達(dá)到增加?xùn)艠O電壓對(duì)漏極電流的控制靈敏度，改善次臨界擺動(dòng)，以及防止短信道效應(yīng)發(fā)生的目標(biāo)。同時(shí)，由于兩端有最大寬度104，其寬度遠(yuǎn)大于最小寬度102，故與如圖1所示的現(xiàn)有FINFET的細(xì)長(zhǎng)方形的信道80相較，本發(fā)明的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管的信道100可大幅地減少串聯(lián)信道電阻值。另外，當(dāng)進(jìn)行金屬硅化的步驟以降低金氧半場(chǎng)效晶體管的電阻值時(shí)，由于本發(fā)明的信道100的兩端遠(yuǎn)比現(xiàn)有的信道80的兩端來(lái)得寬，故信道100耐損害的能力亦較現(xiàn)有的信道80高出許多。
請(qǐng)參照?qǐng)D3和圖4，圖3為繪示本發(fā)明的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管的仰視示意圖，其中間隙壁尚未形成；而圖4為繪示本發(fā)明的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管的剖面示意圖(由圖3的A-A的方向觀的)。本發(fā)明的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管至少包括一基板，此基板可為SOI基板或其它類似結(jié)構(gòu)的基板，其中此基板包括有基材12如硅基材、形成于基材12上的障礙氧化層15，和形成于障礙氧化層15上的硅材料層18。本發(fā)明還至少包括在硅材料層18上所制成的源極20、漏極30和連接源極20和漏極30的頸狀信道100，其中此頸狀信道100的約最大寬度位于頸狀信道100的兩端，而其約最小寬度位于頸狀信道100的中間位置。頸狀信道100的形狀為由具有約最大寬度的一端逐漸縮小至具有約最小寬度的中間位置，再由此具有約最小寬度的中間位置逐漸擴(kuò)張至具有約最大寬度的另一端。本發(fā)明又至少包括柵極層200形成于頸狀信道100的中間位置，其中此柵極層200至少包括柵極氧化層220形成于頸狀信道100的中間位置的周圍側(cè)面，其中亦可有硬掩膜層230(例如氧化物或氮化物)形成于頸狀信道100的中間位置的上方；以與柵極材料層240(例如多晶硅或金屬材料)沉積于柵極氧化層220和硬掩膜層230(非必須的)上。
請(qǐng)參照?qǐng)D5，圖5為繪示本發(fā)明的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管的仰視示意圖，其中間隙壁已形成。本發(fā)明的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管還至少包括包裹間隙壁320、330、340和350，其中包裹間隙壁340和350覆蓋住頸狀信道100，包裹間隙壁320和330覆蓋住源極20與漏極30的主動(dòng)區(qū)域，而包裹間隙壁320、330、340和350可為例如氧化硅或氮化硅所制成。當(dāng)進(jìn)行金屬硅化的步驟以降低金氧半場(chǎng)效晶體管的電阻值時(shí)，包裹間隙壁340和350可以保護(hù)信道100，包裹間隙壁320和330可以保護(hù)源極20與漏極30的主動(dòng)區(qū)域，藉以避免信道100，和源極20與漏極30的主動(dòng)區(qū)域受到損害。
另外，請(qǐng)參照?qǐng)D6A至圖6D，圖6A至圖6D為繪示本發(fā)明的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管的制造方法的流程的剖面示意圖(由圖3的B-B的方向觀的)。本發(fā)明的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管的制造方法至少包括下列步驟。首先，如圖6A所示，提供一基板，例如SOI基板，其中此基板的形成方法包括提供一基材12如硅基材；形成障礙氧化層15于基材12上；以及形成硅材料層18于障礙氧化層15上。接著，如圖6B所示，以O(shè)D掩膜(mask)對(duì)硅材料層進(jìn)行光刻和蝕刻工藝來(lái)形成頸狀信道100、源極20和漏極30。然后，如圖6C所示，形成柵極氧化層220于頸狀信道的中間位置的周圍側(cè)面，其中亦可形成硬掩膜層230(例如氧化物或氮化物)于信道的中間位置的上方后。然后，如圖6D所示，再沉積柵極材料層240(例如多晶硅或金屬材料)于柵極氧化層220和硬掩膜層230(非必須的)上，接著進(jìn)行沉積和蝕刻工藝，形成包裹間隙壁340和350覆蓋住信道100，和包裹間隙壁320和330覆蓋住源極20與漏極30的主動(dòng)區(qū)域，包裹間隙壁320、330、340和350可為例如氧化物或氮化物。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用以限定本發(fā)明的申請(qǐng)專利范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管，至少包括一基板，其中該基板包括一基材；一障礙氧化層形成于該基材上；以及一硅材料層形成于該障礙氧化層上；一源極；一漏極；一頸狀信道，其中該頸狀信道連接于該源極和該漏極之間，且該源極、該漏極和該頸狀信道是由該硅材料層所制成，而該頸狀信道具有一第一寬度和小于該第一寬度的一第二寬度，該第一寬度約位于該頸狀信道的一端和另一端，該第二寬度約位于該頸狀信道的一中間位置，該頸狀信道的形狀為由該端逐漸縮小至該中間位置，再由該中間位置逐漸擴(kuò)張至該另一端；以及一柵極層，其中該柵極層形成于該頸狀信道的該中間位置，該柵極層至少包括一柵極氧化層形成于該頸狀信道的該中間位置的周圍側(cè)面；以及一柵極材料層沉積于該柵極氧化層上。
2.如權(quán)利要求1所述的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管，其特征在于該具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管還至少包括多個(gè)包裹間隙壁，其中該些包裹間隙壁覆蓋住該頸狀信道和該源極與該漏極的主動(dòng)區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1所述的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管，其特征在于該基材為硅基材。
4.如權(quán)利要求1所述的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管，其特征在于該基板為SOI基板。
5.如權(quán)利要求1所述的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管，其特征在于該柵極材料層的材質(zhì)為多晶硅。
6.如權(quán)利要求1所述的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管，其特征在于該柵極材料層的材質(zhì)為金屬材料。
7.如權(quán)利要求2所述的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管，其特征在于該些包裹間隙壁的材質(zhì)為氧化硅。
8.如權(quán)利要求2所述的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管，其特征在于該些包裹間隙壁的材質(zhì)為氮化硅。
9.一種具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管的制造方法至少包括提供一基板，其中該基板的形成方法包括提供一基材；形成一障礙氧化層于該基材上；以及形成一硅材料層于該障礙氧化層上；以O(shè)D掩膜對(duì)該硅材料層進(jìn)行光刻和蝕刻工藝來(lái)形成一頸狀信道、一源極和一漏極；形成一柵極氧化層于該頸狀信道的一中間位置的周圍側(cè)面；以及沉積一柵極材料層于該柵極氧化層上。
10.如權(quán)利要求9所述的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管的制造方法，其特征在于該具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管的制造方法還至少包括進(jìn)行沉積和蝕刻工藝以形成多個(gè)包裹間隙壁來(lái)覆蓋住該頸狀信道和該源極與該漏極的主動(dòng)區(qū)域。
全文摘要
一種具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管及其制造方法。本發(fā)明的具有頸狀信道的場(chǎng)效晶體管是一雙柵極金氧半場(chǎng)效晶體管，本發(fā)明的場(chǎng)效晶體管至少包括源極和漏極間的信道，其中此信道為中間細(xì)兩端寬的頸狀結(jié)構(gòu)，藉以避免發(fā)生短信道效應(yīng)，且同時(shí)可減少串聯(lián)信道電阻值；以及包裹間隙壁，其中包裹間隙壁覆蓋住信道，和源極與漏極的主動(dòng)區(qū)域，藉以避免這些區(qū)域被金屬硅化。本發(fā)明的制造方法至少包括在SOI基板或類似結(jié)構(gòu)上，以O(shè)D掩膜進(jìn)行光刻和蝕刻工藝來(lái)形成頸狀信道、源極、漏極；以及于沉積柵極材料層之后，形成包裹間隙壁。
文檔編號(hào)H01L21/335GK1466226SQ0212234
公開日2004年1月7日 申請(qǐng)日期2002年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月14日
發(fā)明者陳豪育, 陳方正, 詹宜陵, 楊國(guó)男, 楊富量, 胡正明 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司