專利名稱：具兩控制區(qū)的集成場效應(yīng)晶體管及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種具有一基板區(qū)域、至少兩摻雜終端區(qū)域與一控制區(qū)域的集成場效應(yīng)晶體管，該等終端區(qū)域通常與源極與漏極有關(guān)，該控制區(qū)域則與柵極有關(guān)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明的目的為具體說明一種簡單建構(gòu)的場效應(yīng)晶體管，其所需面積較小，且適于切換高于5伏特或高于9伏特之電壓，并具有顯著的短信道性質(zhì)，特別是高漏極電流與良好的封鎖性質(zhì)；此外，本發(fā)明之內(nèi)涵亦說明了該晶體管之使用以及一種該晶體管的簡單制造方法。
關(guān)于該晶體管之相關(guān)目的可藉由一種具有如權(quán)利要求1所說明之特征的場效應(yīng)晶體管而實(shí)現(xiàn)，其發(fā)展則說明于權(quán)利要求附屬項中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明之場效應(yīng)晶體管包含一一般摻雜之基板區(qū)域，舉例而言，其完全或至少百分之七十五的范圍是由下述區(qū)域所包圍兩摻雜終端區(qū)域，兩電絕緣控制區(qū)域絕緣層，以及至少一電絕緣區(qū)域，于一配置中，其厚度至少是一控制區(qū)域絕緣層的絕緣厚度的兩倍、或至少是十倍。
此外，根據(jù)本發(fā)明之場效應(yīng)晶體管包含一電傳導(dǎo)連接區(qū)域于一終端區(qū)域與該基板區(qū)域之間、或是于一終端區(qū)域與一通到該基板區(qū)域、且具有與該基板區(qū)域相同傳導(dǎo)類型的區(qū)域之間。
兩控制區(qū)域之使用使得該晶體管所需面積較小且使其具有顯著的短信道性質(zhì)；包圍該控制區(qū)域的是至少一電絕緣區(qū)域，其將該基板區(qū)域自一含有該集成場效應(yīng)晶體管之集成電路排列的主要基板隔離。在該終端區(qū)域與該基板區(qū)域之間的電傳導(dǎo)連接可連接自該主要基板隔離的基板，而無須一基板終端之額外面積，因而可自該場效應(yīng)晶體管之該基板有效移除干擾電荷載子。
使用由至少一絕緣區(qū)域所隔絕之一基板以及該基板至一終端區(qū)域之連接可抑制寄生雙極效應(yīng)，而無須為該基板之終端增加一額外面積，因此其尤其可用以切換高于5伏特或高于9伏特之切換電壓。舉例而言，該基板區(qū)域與該源極終端區(qū)域是保持于相同的電位，而使用一列終端；在一配置中，硅化物與該基板之間的蕭特基阻障(Schottkybarrier)則維持的盡可能為低。
在根據(jù)本發(fā)明之場效應(yīng)晶體管的一項發(fā)展中，該傳導(dǎo)連接區(qū)域含一硅化物或包括一硅化物，在配置中可使用耐火性金屬硅化物或是含有稀土金屬之硅化物；使用硅化物即可藉由所謂的自對準(zhǔn)金屬硅化制程(Salicide；自對準(zhǔn)硅化物)來制造該等傳導(dǎo)連接區(qū)域，在此一技術(shù)中，該硅化物是選擇性地產(chǎn)生于硅或多晶硅表面，而不產(chǎn)生于二氧化硅表面或是由一不同材料所組成之表面，這表示在該傳導(dǎo)區(qū)域的制造過程中，不須再額外進(jìn)行其它的光微影方式；然亦可執(zhí)行一種光微影方式，其所產(chǎn)生之一罩幕僅含矩形區(qū)域，然而，由于在硅化物方法中的選擇性之故，該硅化區(qū)域具有的結(jié)構(gòu)則脫離了矩形形式。舉例而言，所使用的硅化物有硅化鈷(cobalt silicide)、硅化鉑(platinumsilicide)、硅化鉺(erbium silicide)或硅化鎳(nickel silicide)等。
若使用其它的材料來取代硅，例如鍺，則同樣使用該硅化物方法來選擇性地形成金屬-半導(dǎo)體化合物。
在其它的發(fā)展中，所使用之一傳導(dǎo)連接區(qū)域包含單晶硅、包含多晶硅或包含一金屬。
在一接續(xù)之發(fā)展中，該場效應(yīng)晶體管的個別組件具有的尺寸及/或結(jié)構(gòu)可切換高于5伏特、或甚至高于9伏特、或甚至是高于15伏特的電壓，但較佳者仍低于30伏特用于將該控制區(qū)域自該基板區(qū)域絕緣之絕緣層的絕緣層厚度至少為15奈米(nanometer)或至少為20奈米，該等終端區(qū)域之間的距離至少為0.3微米(micrometer)或至少為0.4微米，相較于平坦的場效應(yīng)晶體管之摻雜圖形而言，該等終端區(qū)域具有一淺摻雜圖形梯度(shallow doping profile gradient)。
上述所提及的方式具有的個別、以及特別是累積之結(jié)果為其可切換具有高于5伏特、或甚至是高于9伏特之值的電壓。
在一接續(xù)之發(fā)展中，該場效應(yīng)晶體管的一絕緣區(qū)域是一絕緣層的一部份，其承載了多種場效應(yīng)晶體管。在一配置中，該絕緣層包含了二氧化硅；若使用硅來作為基板材料，其制造技術(shù)則與SOI(絕緣層上覆硅)技術(shù)有關(guān)。
在另一發(fā)展例中，該基板區(qū)域是單晶且根據(jù)一種傳導(dǎo)類型而摻雜；而該等終端區(qū)域同樣為單晶，但卻根據(jù)另一種摻雜類型而摻雜。該基板區(qū)域是同質(zhì)摻雜或是異質(zhì)摻雜。
在該場效應(yīng)晶體管的一接續(xù)發(fā)展中，該等控制區(qū)域彼此之間是電傳導(dǎo)連接，藉以產(chǎn)生一所謂的雙重柵極晶體管，其具有顯著的短信道性質(zhì)。
在該場效應(yīng)晶體管的一接續(xù)發(fā)展中，該基板區(qū)域具有六個側(cè)面，其排列為一平行六面體之形式，或是彼此為一截角之角錐；該等終端區(qū)域、關(guān)于該等控制區(qū)域之該等絕緣層、以及該等絕緣區(qū)域各位于該基板區(qū)域的相對側(cè)。
在一配置中，包含該等終端區(qū)域與該等控制區(qū)域之一平面與該載體基板平行，該等絕緣層位于此一平面兩側(cè)，在此例中，絕緣區(qū)域是一SOI基板的一部份。
相較之下，若將包含該等終端區(qū)域與該等控制區(qū)域之平面橫向配置，亦即與一載體基板平面呈90°，接著利用例如場效應(yīng)氧化物技術(shù)或是STI(淺溝渠絕緣)技術(shù)來制造該等絕緣區(qū)域。該等終端區(qū)域與該等控制區(qū)域所在平面的不同排列方式使得該場效應(yīng)晶體管的信道相對于該載體基板呈橫向(鉛直)配置或平行(水平)配置。
此外，本發(fā)明亦與根據(jù)本發(fā)明之場效應(yīng)晶體管的使用有關(guān)，或是與其用于切換高于5伏特、或高于9伏特、甚至是高于15伏特但小于30伏特之發(fā)展例有關(guān)，特別是其可作為一內(nèi)存單元數(shù)組之字符線或位線的驅(qū)動晶體管。在一配置中，該內(nèi)存單元即所謂之快閃內(nèi)存體或一EEPROM(電抹除式可編程只讀內(nèi)存體)；在快閃內(nèi)存體的例子中，僅有個別之內(nèi)存區(qū)域可以被選擇性地抹除，而非個別之內(nèi)存單元或是個別之內(nèi)存字符。
在本發(fā)明中，關(guān)于該場效應(yīng)晶體管之使用的構(gòu)想是基于許多理由的考量，其與先前所說明的內(nèi)存單元數(shù)組驅(qū)動晶體管之制造有所區(qū)隔，以制造較小的內(nèi)存模塊用于切換高于5伏特或甚至高于9伏特的電壓之平面場效應(yīng)晶體管可不須再基于物理限制而加以減小，即使在使用所謂之分壓(split-voltage)技術(shù)時，亦需要切換高于5伏特或高于9伏特之編程電壓，欲切換之電壓值的降低與穿隧氧化物厚度的減少有關(guān)，然而，此厚度之減少會導(dǎo)致可靠性的問題，使得此途徑具有許多困難度。
因此，本發(fā)明中用于驅(qū)動該內(nèi)存單元數(shù)組之構(gòu)想是利用一種具有上述架構(gòu)之場效應(yīng)晶體管達(dá)成，因此其同樣具有上述之效應(yīng)，特別是可切換高于5伏特或甚至高于9伏特之電壓，其所需面積小、具有顯著的短信道性質(zhì)，且易于制造。
另外，本發(fā)明亦關(guān)于一種場效應(yīng)晶體管的制造方法，特別是用于制造根據(jù)本發(fā)明之場效應(yīng)晶體管或是其一發(fā)展例。本發(fā)明之方法中包含下述所說明之方法步驟，然其不須以次序限制之形成一基板區(qū)域，形成兩摻雜終端區(qū)域于該基板區(qū)域，形成與兩控制區(qū)域有關(guān)之兩互相相對的絕緣層，于一終端區(qū)域與該基板區(qū)域之間、或于一終端區(qū)域與一通達(dá)該基板區(qū)域、具有與該基板區(qū)域相同的傳導(dǎo)類型之一區(qū)域之間形成一電傳導(dǎo)連接區(qū)域。
由于此一程序，上述之技術(shù)效應(yīng)亦同樣可應(yīng)用至該方法。在一發(fā)展例中，若利用一種用以選擇性應(yīng)用一硅化物之方法來制造該連接區(qū)域，則該方法更是特別簡單。


本發(fā)明之具體實(shí)施例系參考伴隨之下列圖式而加以說明，其中圖1表示一種具有兩控制區(qū)域之集成場效應(yīng)晶體管，圖2表示該場效應(yīng)晶體管之一平面圖，圖3表示該場效應(yīng)晶體管之一截面圖，其系沿與該信道方向之橫向截面，且包含一基板區(qū)域，圖4表示該場效應(yīng)晶體管之一截面圖，其系沿與該信道方向之橫向截面，且包含一源極區(qū)域，圖5表示該場效應(yīng)晶體管之一截面圖，其系沿與該信道方向之縱向截面，且包含該基板區(qū)域，圖6表示該場效應(yīng)晶體管之一截面圖，其系沿與該信道方向之縱向截面，且包含一控制區(qū)域，圖7A至圖12B表示該場效應(yīng)晶體管之制造的制造階段，圖13表示該場效應(yīng)晶體管之一實(shí)施例，其具有一部份摻雜之連接區(qū)域，圖14為該場效應(yīng)晶體管之該基板區(qū)域中的電場圖形示意圖，圖15表示具有兩個平行連接的場效應(yīng)晶體管與一自對準(zhǔn)接觸孔洞之一實(shí)施例，圖16表示具有三個平行連接的場效應(yīng)晶體管與一多晶連接線之一實(shí)施例，圖17表示使用該場效應(yīng)晶體管于一EEPROM中的內(nèi)存單元數(shù)組之驅(qū)動電路中。
具體實(shí)施例方式
圖1表示位于一絕緣層12上之一集成場效應(yīng)晶體管10，舉例而言，該絕緣層12包含二氧化硅，且為一集成電路中之一承載有多個集成場效應(yīng)晶體管10的一主要基板的一部份。
該場效應(yīng)晶體管10含有一平行體六面體基板區(qū)域14，在該較佳實(shí)施例中，其為p型摻雜；在另一較佳實(shí)施例中，該基板區(qū)域14則為n型摻雜，藉以產(chǎn)生一p型信道增強(qiáng)模式之晶體管。
該平行六面體基板區(qū)域14的高度為該場效應(yīng)晶體管10的信道寬度W之半，該平行六面體基板區(qū)域14的長度L則對應(yīng)于一信道長度；該平行六面體基板區(qū)域14的厚度D則為該長度L的1/3。
一源極區(qū)域16與一漏極區(qū)域18皆為n型摻雜，且排列再該平行六面體基板區(qū)域14的長窄邊。柵極區(qū)域20與22則位于該基板區(qū)域14之彼此相對的寬側(cè)面，所述之柵極區(qū)域包含摻雜之多晶硅，且藉由一厚度為15奈米之柵極氧化物層(未示于圖1中)而與該基板區(qū)域14絕緣。該柵極區(qū)域20與22分別與多晶區(qū)域24與26相鄰，其同樣包含摻雜之多晶硅。
在該平行六面體基板區(qū)域14之底面的情形中，該基板區(qū)域14的短窄側(cè)與該絕緣層12相鄰；而在該基板區(qū)域14之覆蓋面積的情形中，該基板區(qū)域14的該等短窄側(cè)則與一絕緣層(未示)相鄰。該覆蓋面積的一部份系由一連接區(qū)域28所覆蓋，其更延伸至該源極區(qū)域16的覆蓋面積上，因而在該基板區(qū)域14與該源極區(qū)域16之間形成一電傳導(dǎo)連接；該連接區(qū)域18包含一硅化物。
接著，該基板區(qū)域14完全由該源極區(qū)域16、該漏極區(qū)域18、該柵極區(qū)域20、該柵極區(qū)域22、該絕緣層12與上絕緣層(圖中未示)所包圍，亦同樣由該連接區(qū)域28部分包圍；該場效應(yīng)晶體管10是由一填充之氧化物30所包圍，例如二氧化硅。
圖2表示該場效應(yīng)晶體管10之一平面圖；除了在圖1中已經(jīng)說明的區(qū)域之外，圖2更說明了一金屬內(nèi)連接50，其縱軸與由一箭號52所示之一信道方向之間呈一直角；延伸的連接部分54與56則經(jīng)由該填充氧化物30而自該金屬內(nèi)連接50分別通至該等多晶區(qū)域24與26。為了更清楚展現(xiàn)上述組件，于圖2中則未針對該填充氧化物30加以描述。
圖2亦說明了截面III、IV、I與II的部分，對應(yīng)的截面圖則分別于下述之圖3、圖4、圖5與圖6中加以描述。圖2更說明了包圍該T形源極區(qū)域16之一矩形罩幕窗58，該罩幕窗58用以在該連接區(qū)域28中以及該源極區(qū)域16覆蓋面積的剩余部分上選擇性形成自對準(zhǔn)金屬硅化物。
在另一較佳實(shí)施例中，則將至少兩個場效應(yīng)晶體管10平行連接，針對此一情形，可將圖2所示之結(jié)構(gòu)沿一虛線60而向左鏡射；這尤其表示該源極區(qū)域16與該漏極區(qū)域18則連續(xù)向左形成至該場效應(yīng)晶體管的下一數(shù)組。在此一較佳實(shí)施例中，該罩幕窗58延伸于該延伸之源極區(qū)域16上。
圖3表示該場效應(yīng)晶體管10沿截面III之截面圖；包含二氧化硅之區(qū)域是圖式中以直斜線所繪制之陰影區(qū)域，其與圖3中之絕緣層12、填充氧化物30以及柵極氧化物區(qū)域100與102有關(guān)。
包含單晶硅的區(qū)域則為圖式中的白色部分，例如參見圖3中的基板區(qū)域14；多晶硅區(qū)域則以交叉符號覆蓋，例如參見圖3中的柵極區(qū)域20與22以及多晶區(qū)域24與26；包含金屬的區(qū)域則為以垂直線所繪制之陰影區(qū)域，例如參見該金屬內(nèi)連接50，舉例而言，其包含了銅或鋁。
由水平與垂直直線所形成的網(wǎng)狀陰影區(qū)域是表示含有耐火性金屬的區(qū)域，例如參見該等連接部分54與56；而傾斜運(yùn)行之網(wǎng)狀陰影區(qū)域則表示含有硅化物的區(qū)域，在圖3中，其表示該連接區(qū)域28以及自對準(zhǔn)金屬硅化區(qū)域104與106，其位于接近該源極區(qū)域16的該柵極區(qū)域20與22之區(qū)域。
最后，在此一較佳實(shí)施例中，硼磷硅玻璃(BPSG)是位于圖式中以虛線所繪制之陰影區(qū)域，例如在該金屬內(nèi)連接50與該填充區(qū)域30之間的一絕緣區(qū)域110。
圖4表示該場效應(yīng)晶體管10沿截面IV之截面圖；如圖4所示，該等柵極氧化物區(qū)域100與102的氧化物亦分別沿該源極區(qū)域16延伸。在該截面IV中，該硅玻璃層110上涂布了一內(nèi)金屬介電質(zhì)150，于此一較佳實(shí)施例中，其包含二氧化硅。在該截面IV中，在該連接區(qū)域28旁邊的區(qū)域則未被硅化物覆蓋，這是因?yàn)樵撎畛鋮^(qū)域30的二氧化硅分別與該柵極氧化物100與102相鄰于該截面IV中該連接區(qū)域28的平面。
圖5表示該場效應(yīng)晶體管10沿截面I之截面圖；圖5亦描述了在該基板區(qū)域14中的電場x分量170與電場y分量172。該x分量170自該漏極區(qū)域18指向該源極區(qū)域16，該y分量則自該柵極區(qū)域20至該柵極區(qū)域22而指入此圖式之平面。
圖6表示該場效應(yīng)晶體管10沿截面II之截面圖；其可輕易辨識出該連接區(qū)域28亦位于該源極區(qū)域16上方之區(qū)域，其并不直接通至該基板區(qū)域14。
圖7A與圖7B說明了該場效應(yīng)晶體管10之制造的第一制造階段；該制造是在一SOI(絕緣層上覆硅)基板上開始進(jìn)行，其中，在此較佳實(shí)施例中，位于該絕緣層12上之一硅層的厚度約為100奈米，且經(jīng)p型摻雜。在該硅層上形成一含有氮化硅200之所謂的硬罩幕，為此，該氮化硅200是在整體面積上形成。接著，含有氮化硅200之該膜層系藉由一光微影方式而圖樣化，并于接下來該填充區(qū)域30的所在位置上形成開口。接著執(zhí)行一反應(yīng)離子蝕刻，且終止于該絕緣層12，在該絕緣層12上存在剩余之基板區(qū)域14(見截面III)、該源極區(qū)域(見截面IV)以及該漏極區(qū)域18。
如圖8A與圖8B分別表示之截面III與截面IV所示，接著形成該柵極氧化物區(qū)域100與102，例如藉由一熱氧化處理之輔助。該等柵極氧化物區(qū)域100與102之氧化物不只沿著該基板區(qū)域14而延伸，更分別延伸于該源極區(qū)域16與該漏極區(qū)域18。
接著，沉積一含有多晶硅之膜層并藉由一光微影方法的輔助而將其圖樣化；該等柵極區(qū)域20與22以及該等多晶區(qū)域24與26則于圖樣化(pattering)期間形成，見截面III。相形之下，在截面IV的區(qū)域中，該多晶硅則于圖樣化期間再次移除。
在圖樣化該多晶硅之后，則執(zhí)行LDD(少量摻雜漏極)區(qū)域之一斜向布植；之后則藉由離子布植方式而對該源極區(qū)域16與該漏極區(qū)域18進(jìn)行摻雜，例如濃密n型摻雜(亦即n+型摻雜)，該等多晶硅柵極區(qū)域20與22以及該等多晶區(qū)域24與26則同時被摻雜。
如圖9A與圖9B所示，在布植之后便沉積二氧化硅于該填充區(qū)域30中，因此可填充在不同的基板區(qū)域14與不同的源極區(qū)域16或漏極區(qū)域18之間的內(nèi)間隔。在填充了該等填充區(qū)域30后，則執(zhí)行一化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)處理，并終止于該氮化硅200。該CMP處理再次產(chǎn)生一平坦表面。
之后，藉由一干式蝕刻制程的輔助來回蝕(etched back)該多晶硅，直到其與該基板區(qū)域14具有相同的高度。由于此一回蝕步驟之故，便能夠在接下來的應(yīng)用中，讓位于該基板區(qū)域14之區(qū)域中的硅化物層具有一致的高度。
如圖10A與圖10B所示，接著移除該源極區(qū)域16上方與該基板區(qū)域14上所欲形成連接區(qū)域28處上方之氮化硅200；為此，使用光阻層并藉由光微影方式的輔助而圖樣化，因而可在該源極區(qū)域16上方以及源極側(cè)之多晶區(qū)域20至26上方形成如圖2所示之罩幕窗58。接著移除該罩幕窗58中的氮化硅200，然后移除含有該罩幕窗58之光阻層。
之后，于整體面積上施加一層例如鎳，并在一例如為500℃的熱處理步驟中形成一硅化物化合物于含硅區(qū)域的上方，亦即在該基板區(qū)域14、該源極區(qū)域16、該柵極區(qū)域20與該柵極區(qū)域22的上方。該連接區(qū)域28是形成在該基板區(qū)域14的未覆蓋部分，而該等硅化物區(qū)域104與106則是分別形成在該等柵極區(qū)域20與22上。
接著移除未形成硅化物的區(qū)域中的鎳，舉例而言，可藉由濕式蝕刻處理的方式來移除鎳。如圖11A與圖11B所示，接著施加硅玻璃110于整體面積上，舉例而言，該硅玻璃110是旋涂而成。
如圖12A與圖12B所示，接著形成該等連接區(qū)域54與56；為此，施行一光微影方式以于該硅玻璃110中形成該等連接區(qū)域54與56之接觸孔洞；接著，以例如鎢填充該等接觸孔洞以形成該等連接區(qū)域54與56。如圖12A所示，該等接觸孔洞之產(chǎn)生系使得該填充材料30可保留在該連接部分54與該柵極區(qū)域20之間。填充材料30亦可保留在該連接部分56與該柵極區(qū)域22之間。
接著形成通至該等連接部分54與56之金屬內(nèi)連接50；舉例而言，該金屬內(nèi)連接50含有鋁作為主要成分；在此例中，鋁是施加在整體面積上并接著藉由光微影方法的輔助而圖樣化。在此例中，再次移除該金屬層，尤其是沿截面IV之硅玻璃110上方的金屬層。
圖13表示該場效應(yīng)晶體管沿一截面Ia之一實(shí)施例，其位置與截面I之位置彼此對應(yīng)。與該場效應(yīng)晶體管10相同，該場效應(yīng)晶體管10a含有一絕緣層12a、一基板區(qū)域14a、一源極區(qū)域16a、一漏極區(qū)域18a與一連接區(qū)域28a；該場效應(yīng)晶體管10a上覆蓋了一硅玻璃110a，例如一硼磷硅玻璃(BPSG)，其用以絕緣金屬內(nèi)連接50a。
相較于該場效應(yīng)晶體管10，該連接區(qū)域28a相對于該場效應(yīng)晶體管10a之操作期間所形成的一信道呈橫向配置；該源極區(qū)域16a之深度僅為該源極區(qū)域16深度之半，且該絕緣區(qū)域12a是一p型摻雜區(qū)域230，亦即與該基板區(qū)域14a具有相同傳導(dǎo)類型之一區(qū)域。該連接區(qū)域28a連接了該源極區(qū)域16a與區(qū)域230。該基板區(qū)域14a因此可經(jīng)由區(qū)域230而連接至該連接區(qū)域28a。
利用自對準(zhǔn)金屬硅化處理技術(shù)之硅化物可依次形成該連接區(qū)域28a，然而，在另一較佳實(shí)施例中，是利用金屬來制造該連接區(qū)域28a。
在另一較佳實(shí)施例中，該源極區(qū)域16a與區(qū)域230可彼此交換，在此例中僅該區(qū)域230與一接觸接觸連接。
在如圖13所示之晶體管的另一較佳實(shí)施例中，不移除該基板區(qū)域16a上方之多晶硅，使得對應(yīng)至該等柵極區(qū)域20、22之柵極區(qū)域可經(jīng)由該摻雜多晶硅而彼此電傳導(dǎo)連接。
圖14為該該基板區(qū)域14與基板區(qū)域14a中的電場圖形示意圖，其須假設(shè)該源極區(qū)域16、該柵極區(qū)域20與該柵極區(qū)域22是連接至零伏特之電位，該漏極區(qū)域18是連接至10伏特之電位；圖14中所描述之場線240則形成此一電位分布。
SOI技術(shù)的使用與基板14的連接表示所謂GIDL(柵極引發(fā)漏極泄漏電流)的下述條件在不使用兩柵極區(qū)域20、22時，幾乎所有的場線都終止于一柵極側(cè)。藉由兩柵極區(qū)域20與22之使用，可產(chǎn)生較低的場線密度，增加該場效應(yīng)晶體管10之崩潰強(qiáng)度。
此外，在x方向上的電場分量170的減少亦可增加其崩潰電壓。
與分量170方向垂直之y分量可分別將電荷載子轉(zhuǎn)向至該柵極氧化物區(qū)域100與102，因此，大部分的電荷載子會在產(chǎn)生崩陷沖擊離子化(avalanche-like impact ionization)之前，就先沖擊該柵極區(qū)域20、22，經(jīng)由沖擊離子化而減少電子/電洞之產(chǎn)生，因而降低了柵極控制之崩潰。由于彎曲場線之故，因此在其獲取一沖擊離子化之能量之前，大部分的電荷載子即會分別被反射至該柵極氧化物100與102；換言之，這表示達(dá)一沖擊離子化之平均自由路徑分別比該柵極氧化物100與102更大，相較之下，對于某些路徑距離長達(dá)該柵極氧化物100與102之電荷載子而言，該等電荷載子系經(jīng)由聲子散射而發(fā)射能量，同樣無法獲取一沖擊離子化所需之能量。由于這些長路徑距離的電荷載子的原因，該基板可在未發(fā)生沖擊離子化時即獲得由聲子散射所產(chǎn)生的能量；因此，其可切換高于5伏特以及甚至高于9伏特之電壓。
在基板區(qū)域14或14a與連接部分28或區(qū)域230之間的最長距離可選擇進(jìn)可能短，以使得所產(chǎn)生之該等電荷載子能夠非?？焖俚钠浦猎撨B接部分28或至區(qū)域230，因而避免電荷載子涌入該基板14或14a。相較于習(xí)知之場效應(yīng)晶體管而言，藉由所提及的方法所制得之該場效應(yīng)晶體管10或10a的高電壓性質(zhì)可因而獲得提升。
圖15表示具有兩個平行連接的場效應(yīng)晶體管250與252之一實(shí)施例，其中該等晶體管本質(zhì)上各建構(gòu)為與該場效應(yīng)晶體管10相同的結(jié)構(gòu)。圖15是沿一截面IIIa而說明該等場效應(yīng)晶體管250與252，其位置是對應(yīng)于截面III的位置。
然而，連接部分254、256與258之接觸孔洞則以與該等柵極區(qū)域之多晶硅以及該多晶區(qū)域有關(guān)之自對準(zhǔn)方式所形成，這表示在該等連接區(qū)域254、256與258以及該多晶硅之間并沒有殘留填充材料30。
圖16表示具有三個平行連接的場效應(yīng)晶體管270、272與274之一實(shí)施例，其中該等晶體管本質(zhì)上各建構(gòu)為與該場效應(yīng)晶體管10相同的結(jié)構(gòu)。圖16是沿一截面IIIb而說明該等場效應(yīng)晶體管270至274，其位置是對應(yīng)于截面III的位置。
在該等場效應(yīng)晶體管270、272與274的個別柵極區(qū)域之間僅存在多晶硅，而沒有填充材料30與連接部分；然而，包含二氧化硅之填充區(qū)域280、282、284則各位于該等場效應(yīng)晶體管270至274的基板區(qū)域上；該等填充區(qū)域280至284系加以圖樣化以使得重疊的多晶系290能夠連接該等場效應(yīng)晶體管270至274之間的多晶硅區(qū)域以及該等場效應(yīng)晶體管270至274的邊緣處。
圖17表示具有四個平行連接的場效應(yīng)晶體管320至326之一實(shí)施例，其中該等晶體管本質(zhì)上各建構(gòu)為與該場效應(yīng)晶體管10相同的結(jié)構(gòu)，其用以作為一EEPROM中一內(nèi)存單元數(shù)組330的驅(qū)動晶體管。該等場效應(yīng)晶體管320至326是一驅(qū)動單元332的一部份，其獨(dú)立于該內(nèi)存單元數(shù)組330，且于圖17中以一虛線334加以表示；舉例而言，該驅(qū)動單元332是根據(jù)所謂的NOR方式或根據(jù)NAND方式而驅(qū)動該內(nèi)存單元數(shù)組330。
該等場效應(yīng)晶體管320至326是藉由上述圖7A至12B所示之方法制造；該等場效應(yīng)晶體管320、322、324與326的終端340、342、344與346分別依次連接至10伏特正電位、16伏特正電位、10伏特負(fù)電位與10伏特正電位；該等場效應(yīng)晶體管320至326的柵極終端350至356則是藉由一控制單元(圖中未示)而驅(qū)動，以驅(qū)動該內(nèi)存單元數(shù)組330的內(nèi)存單元，特別是根據(jù)一編程方式或根據(jù)一抹除方式。然而，該等驅(qū)動方式并非本發(fā)明之主要目的，因此不在此處進(jìn)一步說明。
圖17亦說明了該內(nèi)存單元數(shù)組330的一內(nèi)存單元360之一基本電路；一內(nèi)存體矩陣的其它內(nèi)存單元362是由箭號表示，該內(nèi)存單元數(shù)組330的其它內(nèi)存單元是如該內(nèi)存單元360的方式建構(gòu)。
該內(nèi)存單元360包含一內(nèi)存體晶體管364與一選擇晶體管366，該內(nèi)存體晶體管364是一種在一柵極終端370與一信道區(qū)域之間具有一電荷儲存中間層368的場效應(yīng)晶體管；該柵極終端370是連接至一字符線372，其通達(dá)晶體管324之一終端374與該晶體管326之一終端376。在編程期間對該字符線372施加10伏特之負(fù)電位，而在抹除期間對其施以10伏特之正電位。該晶體管364之一終端378通至一輔助線380，其電位并不影響該內(nèi)存單元360之編程與抹除；該晶體管364之一終端382是連接至晶體管366之一終端384，該選擇晶體管366之一柵極終端386是通至另一字符線388，其連接至晶體管320之一終端390與晶體管322之一終端392；在編程期間對該字符線388施加10伏特之正電位，而在抹除期間對其施以16伏特之正電位。
該場效應(yīng)晶體管366之一終端394是連接至一位線396，且在該內(nèi)存單元360之編程期間，該驅(qū)動單元332對其施加一6伏特之電壓，而在抹除期間則施加0伏特之電壓。
圖17所說明之內(nèi)存單元是一EEPROM之內(nèi)存單元，在所謂的快閃內(nèi)存模塊的例子中，一內(nèi)存單元360中僅存在一內(nèi)存體晶體管，而不需要選擇晶體管360。在另一實(shí)施例中，該內(nèi)存體晶體管364與該驅(qū)動晶體管366是實(shí)現(xiàn)于同一晶體管中，亦即在一所謂的分閘晶體管(split-gate transistor)中。
然而，對上述所有內(nèi)存單元結(jié)構(gòu)而言相同的是，其皆需要相對較高的編程電壓與抹除電壓，該等電壓可藉由本發(fā)明之該等場效應(yīng)晶體管320至326而產(chǎn)生；該等場效應(yīng)晶體管320至326之使用表示當(dāng)集成程度增加時，該驅(qū)動單元332能夠與該內(nèi)存單元數(shù)組330以同樣方式減小。
本發(fā)明可用以制造n型信道之場效應(yīng)晶體管以及p型信道之場效應(yīng)晶體管，此外，正如許多場效應(yīng)晶體管所設(shè)計者，其各具有的兩控制區(qū)域能夠平行連接，而所產(chǎn)生之電流亦隨平行連接的晶體管數(shù)目而增加；在傳統(tǒng)晶體管的例子中，這是藉由較大的信道寬度而達(dá)成。
該等場效應(yīng)晶體管的臨界電壓Vt可經(jīng)由信道中的摻雜以及經(jīng)由兩柵極區(qū)域之間的硅厚度D而加以設(shè)定；在上述之晶體管的例子中，由于臨界電壓Vt不須藉由柵極氧化物厚度、柵極材料的工作函數(shù)、或是該SOI氧化物厚度而預(yù)先設(shè)定，因此沒有臨界電壓設(shè)定之問題。
所述之晶體管之電流產(chǎn)出(current yield)亦可藉由硅層高度而加以說明；單純就計算而言，一晶體管的信道寬度W是等于該硅高度的兩倍，然而由于雙重柵極晶體管具有明顯較佳的電流產(chǎn)出，亦即高于平面晶體管的兩倍，因而需要平行連接的晶體管數(shù)量明顯少于就幾何條件上所得到的數(shù)量。因此，在大部分的應(yīng)用中，使用單獨(dú)晶體管則已足夠。
在另一較佳實(shí)施例中，除了罩幕窗58之外，仍存在有用于該漏極區(qū)域18之硅化的一罩幕窗；該源極區(qū)域16與該漏極區(qū)域18是盡可能完全由硅化物所覆蓋于其覆蓋面積，以減少接觸電阻與薄片電阻。
當(dāng)然，在上述說明的所有實(shí)施例中，該等源極區(qū)域16與該等漏極區(qū)域18亦可接觸連接，例如藉由延伸經(jīng)該硅化物玻璃110之鎢接觸，并電傳導(dǎo)連接至金屬化層中的內(nèi)連接。
組件代表符號10，10a 場效應(yīng)晶體管12，12a 絕緣層14，14a 基板區(qū)域W 信道寬度L 信道長度D 厚度16 源極區(qū)域18 漏極區(qū)域20，22 柵極區(qū)域24，26 多晶區(qū)域28 連接區(qū)域30 填充氧化物I至IV 截面50 金屬內(nèi)連接52 箭號方向x 信道方向54，56 連接部分58 罩幕窗60 鏡射面100，102柵極氧化物區(qū)域104，106自對準(zhǔn)金屬硅化區(qū)域110 硅玻璃150 內(nèi)金屬介電質(zhì)170 x分量172 y分量200 氮化硅230 p型摻雜區(qū)域240 場線250，252場效應(yīng)晶體管254至258連接部分270至274場效應(yīng)晶體管
280至284填充區(qū)域320至326場效應(yīng)晶體管330 內(nèi)存單元數(shù)組332 驅(qū)動單元334 虛線340至346柵極終端
權(quán)利要求
1.一種集成場效應(yīng)晶體管(10)，具有由下述區(qū)域所包圍的一基板區(qū)域(14)兩終端區(qū)域(16，18)，兩電絕緣絕緣層(100，102)，排列于該基板區(qū)域(14)彼此相對的側(cè)面，并緊鄰控制區(qū)域(20，22)，至少一電絕緣區(qū)域(12，110)，以及一電傳導(dǎo)連接區(qū)域(28)、或是一終端區(qū)域(16)與該基板區(qū)域(14)間的一電傳導(dǎo)連接區(qū)域的一部份(230)。
2.如權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管(10)，其中該傳導(dǎo)連接區(qū)域(28)含有一金屬-半導(dǎo)體化合物、或包含一金屬-半導(dǎo)體化合物，其較佳為熔點(diǎn)高于4000℃的一金屬硅化物及/或一耐火性金屬硅化物或一稀土金屬硅化物，及/或其中該傳導(dǎo)連接區(qū)域(230)含有單晶硅、或包含單晶硅，該硅較佳為經(jīng)摻雜的，及/或其中該傳導(dǎo)連接區(qū)域(230)含有多晶硅、或包含多晶硅，該多晶硅較佳為經(jīng)摻雜的，及/或其中該傳導(dǎo)連接區(qū)域(28)含有一金屬、或包含一金屬。
3.如權(quán)利要求1或2所述的場效應(yīng)晶體管(10)，其中用于將該等控制區(qū)域(20，22)自該基板區(qū)域(14)絕緣的該等絕緣層(100，102)具有至少為15奈米或至少為20奈米的絕緣強(qiáng)度，及/或其中該等終端區(qū)域(16，18)間的距離至少為0.3微米或至少為0.4微米，及/或其中一終端區(qū)域(16)或該等終端區(qū)域(16，18)皆具有一淺摻雜圖形梯度，其容許一高于5伏特、或高于9伏特、或高于15伏特但較佳為低于30伏特或低于20伏特的一切換電壓。
4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的場效應(yīng)晶體管(10)，其中一絕緣區(qū)域(12)是承載多個場效應(yīng)晶體管(10)的一絕緣層的一部份，及/或其中該絕緣層含有二氧化硅或包含二氧化硅，及/或其中該另一絕緣區(qū)域(100)是一絕緣層(110)的一部份，其絕緣多個基板區(qū)域(14)，較佳為一硅玻璃層。
5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的場效應(yīng)晶體管(10)，其中該基板區(qū)域(14)較佳為含有一單晶半導(dǎo)體材料及/或以一傳導(dǎo)類型加以摻雜，且其中該終端等區(qū)域(16，18)以另一傳導(dǎo)類型加以摻雜。
6.如前述權(quán)利要求中任一項所述的場效應(yīng)晶體管(10)，其中該等控制區(qū)域(20，22)是電傳導(dǎo)連接至彼此。
7.如前述權(quán)利要求中任一項所述的場效應(yīng)晶體管(10)，其中該基板區(qū)域(14)包含六個側(cè)面，或其中該基板區(qū)域具有六個側(cè)面，及/或其中該等終端區(qū)域(16，18)是排列在該基板區(qū)域(14)的相對側(cè)，及/或其中該等控制區(qū)域(20，22)是排列在該基板區(qū)域(14)的相對側(cè)，及/或其中該等絕緣區(qū)域是排列在該基板區(qū)域(14)的相對側(cè)。
8.一種具有兩控制區(qū)域(20，22)的場效應(yīng)晶體管(10)的應(yīng)用，特別是一種如前述權(quán)利要求中任一項所述的場效應(yīng)晶體管(10)的應(yīng)用，用以切換一高于5伏特、或高于9伏特、或高于15伏特但較佳為低于30伏特電壓。
9.一種具有兩控制區(qū)域(20，22)之場效應(yīng)晶體管(10)的應(yīng)用，特別是一種如前述權(quán)利要求中任一項所述的場效應(yīng)晶體管(10)的應(yīng)用，作為一內(nèi)存單元數(shù)組(330)的一字符線(372，388)或一位線(396)的一驅(qū)動晶體管，特別是一快閃內(nèi)存體的內(nèi)存單元數(shù)組、或是一EEPROM內(nèi)存體的內(nèi)存單元數(shù)組，該驅(qū)動晶體管較佳為施加一控制電壓至該字符線(372，388)或至該位線(396)。
10.一種用以制造一場效應(yīng)晶體管的方法，特別是一種制造如前述權(quán)利要求中任一項所述的場效應(yīng)晶體管(10)的方法，其具有的方法步驟，不須以次序限制而實(shí)施形成一基板區(qū)域(14)，于該基板區(qū)域(14)上形成兩終端區(qū)域(16，18)，形成兩電絕緣的絕緣層(100，102)，其排列在該基板區(qū)域(14)的相對側(cè)，且與控制區(qū)域(20，22)相鄰，以及形成電傳導(dǎo)連接區(qū)域(28；28a，230)，其電傳導(dǎo)連接一終端區(qū)域(16)與該基板區(qū)域(14)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該等終端區(qū)域(16，18)及/或該基板區(qū)域(14)以硅為基礎(chǔ)而建構(gòu)，及/或其中該連接區(qū)域(28)含有一金屬-半導(dǎo)體化合物，特別是一硅化物，或包含一金屬-半導(dǎo)體化合物，特別是硅化物，及/或其中該等連接區(qū)域是藉由一自對準(zhǔn)方式而產(chǎn)生，其中沉積一金屬，特別是一具有高于1400℃之熔點(diǎn)之金屬及/或耐火性金屬，其于半導(dǎo)體區(qū)域上形成一金屬-半導(dǎo)體化合物，特別是在硅基礎(chǔ)區(qū)域上形成一硅化物，及/或其中移除在金屬-半導(dǎo)體化合物形成的區(qū)域中的金屬，特別是無硅化物。
12.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于下列步驟提供一SOI基板(12)，圖樣化該SOI基板的硅、以及該基板區(qū)域(14)與該等終端區(qū)域(16，18)乃在其中會被排列的剩下區(qū)域，在該圖樣化后形成該控制區(qū)域(20，22)，及/或填充一電絕緣材料(30)于剩余的該等區(qū)域間的空區(qū)域中。
13.如權(quán)利要求10至12中任一項所述的方法，其特征在于下列步驟在填充后及/或在形成該等控制區(qū)域(20，22)后，磨平該表面，較佳為藉由化學(xué)機(jī)械拋光處理。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于下列步驟在拋光后回蝕該等控制區(qū)域，及/或施行一自對準(zhǔn)方法以形成一金屬-半導(dǎo)體化合物，特別是一自對準(zhǔn)金屬硅化制程方法，一金屬-半導(dǎo)體化合物，特別是一硅化物層，則于該等回蝕區(qū)域中及/或該基板區(qū)域(14)上及/或一終端區(qū)域(16)上形成。
全文摘要
本發(fā)明特別說明了一種利用SOI技術(shù)與自對準(zhǔn)金屬硅化處理技術(shù)所制造的場效應(yīng)晶體管(10)，其即所謂的雙柵極晶體管(10)；該晶體管(10)適合用于切換高于5伏特或甚至高于9伏特之電壓，且僅需要非常小的芯片面積。
文檔編號H01L27/12GK1685522SQ03823107
公開日2005年10月19日 申請日期2003年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月27日
發(fā)明者R·卡克索斯奇克 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司