專利名稱：Soi形狀的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及場(chǎng)效應(yīng)晶體管，尤其涉及具有絕緣體上硅(SOI)結(jié)構(gòu)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
背景技術(shù)：
隨著時(shí)間的推移，SOI已經(jīng)成為場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)技術(shù)中的流行設(shè)計(jì)。在前幾年，F(xiàn)ET大的結(jié)電容阻礙了其性能。例如，在摻雜N的區(qū)嵌入在P型硅襯底內(nèi)的NMOS晶體管中，在襯底內(nèi)形成耗盡區(qū)。這些耗盡區(qū)位于P型和N型區(qū)之間的各個(gè)區(qū)域(稱為PN結(jié))，其特征為多數(shù)載流子的數(shù)目耗盡。因此，在該NMOS可正常工作之前必須對(duì)耗盡區(qū)注入多數(shù)載流子。重新向耗盡區(qū)注入多數(shù)載流子可能需要長(zhǎng)的時(shí)間，使得向耗盡區(qū)注入電荷的時(shí)間超過將NMOS切換到所需電壓的時(shí)間。SOI可糾正該問題，因?yàn)槠湓赑型和N型區(qū)之間放置了絕緣片，因此消除了大的耗盡區(qū)和結(jié)電容。和常規(guī)的體晶體管相比，SOI的優(yōu)點(diǎn)為其結(jié)漏電、結(jié)電容、及功耗小。
然而，SOI同樣具有缺點(diǎn)。SOI的一個(gè)缺點(diǎn)為浮體效應(yīng)(floatingbody effect)，該效應(yīng)會(huì)使電流退化。當(dāng)NMOS工作時(shí)，源端的內(nèi)的電子被抽取到漏端內(nèi)的強(qiáng)電場(chǎng)中并經(jīng)歷碰撞電離，此時(shí)出現(xiàn)浮體效應(yīng)。當(dāng)高速載流子(諸如電子)和半導(dǎo)體晶格內(nèi)的原子(例如漏極中的原子)碰撞時(shí)產(chǎn)生碰撞電離。該碰撞電離在漏區(qū)內(nèi)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。低電勢(shì)的有源Si底部區(qū)域?qū)⑦@些產(chǎn)生的空穴朝其底部區(qū)域吸引。在體晶體管中，集中在Si底部區(qū)域的空穴通過低電勢(shì)的體接觸而流出。但在SOI結(jié)構(gòu)中，絕緣體將有源Si區(qū)域和本體隔離。因此，沒有任何體接觸，所產(chǎn)生的空穴集中在有源Si底部并增加了該有源Si底部的電勢(shì)。這在源極和有源硅底部之間形成正向偏置。由于該正向偏置，發(fā)生從源極到該有源Si底部的電子注入。這形成了寄生NPN雙極晶體管結(jié)，其降低了NMOS的閾值電壓以及漏極擊穿電壓。
因此存在這樣未實(shí)現(xiàn)的需求在SOI結(jié)構(gòu)內(nèi)形成可用作所產(chǎn)生空穴的出口的體接觸。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)通過將SOI結(jié)構(gòu)和體接觸相結(jié)合而提供了上述問題的解決方法，其中該體接觸能夠沖走所產(chǎn)生的、集中在Si底部區(qū)域的空穴。
在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供了在集成電路中的晶片上制作SOI有源結(jié)構(gòu)的方法，其中在絕緣體內(nèi)形成中斷，并在該中斷內(nèi)沉積硅。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供了一種集成電路中的晶片上的SOI有源結(jié)構(gòu)，其中在絕緣體內(nèi)形成中斷，體接觸耦合到該絕緣體且和該中斷相連通。
在根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，集成電路中的晶片上的SOI有源結(jié)構(gòu)具有SOI T形結(jié)構(gòu)。還提供了一種裝置，其用于產(chǎn)生在該SOI T形結(jié)構(gòu)內(nèi)形成的反向偏壓，在該T形結(jié)構(gòu)中額外產(chǎn)生的空穴可離開晶體管。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例提供了集成電路中的晶體管，其具有含有柵極、源極、和漏極的SOI結(jié)構(gòu)。漏極通過溝道和源極相連通。絕緣體具有鄰接溝道的中斷，多余的電荷通過該中斷被引導(dǎo)離開溝道。


圖1的圖示示出了本發(fā)明實(shí)施例中，沉積在晶片上以形成中間結(jié)構(gòu)的氮化物和氧化物層。
圖2的圖示示出了在本發(fā)明實(shí)施例中，在圖1的中間結(jié)構(gòu)上沉積的光致抗蝕劑，還示出了該光致抗蝕劑已被刻蝕形成進(jìn)一步的中間結(jié)構(gòu)。
圖3的圖示示出了在本發(fā)明實(shí)施例中，圖2的中間結(jié)構(gòu)已被進(jìn)一步刻蝕以產(chǎn)生另一個(gè)中間結(jié)構(gòu)。
圖4的圖示示出了在本發(fā)明實(shí)施例中，沉積在圖3的中間結(jié)構(gòu)上的光致抗蝕劑、對(duì)所沉積的光致抗蝕劑的進(jìn)一步刻蝕、以及進(jìn)一步的中間結(jié)構(gòu)。
圖5的圖示示出了在本發(fā)明實(shí)施例中，圖4的中間結(jié)構(gòu)被進(jìn)一步刻蝕以產(chǎn)生另一個(gè)中間結(jié)構(gòu)。
圖6示出了在本發(fā)明實(shí)施例中，圖5中的中間結(jié)構(gòu)上的氧化以及進(jìn)一步的中間結(jié)構(gòu)。
圖7示出了在本發(fā)明實(shí)施例中，圖6的中間結(jié)構(gòu)上的Si生長(zhǎng)以及另進(jìn)一步的中間結(jié)構(gòu)。
圖8的圖示示出了在本發(fā)明實(shí)施例中，圖7的中間結(jié)構(gòu)的平滑，圖7的中間結(jié)構(gòu)的氧化，以及進(jìn)一步的中間結(jié)構(gòu)。
圖9的圖示示出了在本發(fā)明實(shí)施例中，在圖8的中間結(jié)構(gòu)內(nèi)的阱注入，以及進(jìn)一步的中間結(jié)構(gòu)。
圖10示出了在本發(fā)明實(shí)施例中，圖9的中間結(jié)構(gòu)上柵極的形成，以及進(jìn)一步的中間結(jié)構(gòu)。
圖11示出了在本發(fā)明實(shí)施例中，圖10的中間結(jié)構(gòu)內(nèi)的源極或漏極的注入，以及進(jìn)一步的中間結(jié)構(gòu)。
圖12的圖示示出了在本發(fā)明實(shí)施例中，圖11的中間結(jié)構(gòu)中柵隔層和電介質(zhì)的形成、柵結(jié)構(gòu)上氧化物的沉積、以及體接觸的形成，以及進(jìn)一步的中間結(jié)構(gòu)。
圖13的圖示示出了在本發(fā)明實(shí)施例中，圖12的中間結(jié)構(gòu)內(nèi)接觸栓的注入，以及進(jìn)一步的中間結(jié)構(gòu)。
圖14的圖示示出了在本發(fā)明實(shí)施例中，圖13的中間結(jié)構(gòu)內(nèi)沉積金屬?gòu)亩a(chǎn)生反向偏壓。
圖15示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。
圖16的圖示示出了本發(fā)明的備選實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例中的第一步驟以及中間IC結(jié)構(gòu)。該步驟以及后續(xù)相關(guān)步驟描述根據(jù)本發(fā)明的用于制造SOI形狀結(jié)構(gòu)的方法的一個(gè)實(shí)施例。在Si襯底105上沉積第一層氧化物100。在本示例中，該氧化物層100的厚度為1000(埃)，但該厚度沒有限制。在設(shè)置了第一氧化物層之后，在氧化物層100上沉積氮化物層(“SiN”)110，在本示例中該氮化物層的寬度為100，但其寬度不限于此。作為阻斷襯墊，SiN層110阻斷氧化物刻蝕過程并防止其到達(dá)SiN 110下方的材料。SiN 100在本實(shí)施例中允許形成垂直的T形SOI結(jié)構(gòu)。在圖1的最終步驟中，在該氮化物層上沉積在本實(shí)施例中寬度為1000的第二層氧化物115。
圖2示出了圖1的中間結(jié)構(gòu)，其中該中間結(jié)構(gòu)已經(jīng)被刻蝕。光致抗蝕劑200沉積于氧化物層115之上，之后使用本領(lǐng)域中已知的主動(dòng)(active)光刻在光致抗蝕劑200內(nèi)刻蝕孔。使用本領(lǐng)域中已知的光刻在該光致抗蝕劑內(nèi)產(chǎn)生開口，該開口最終用于例如Si外延生長(zhǎng)。隨后執(zhí)行氧化物刻蝕以刻蝕掉不在光致抗蝕劑下方的任何氧化物。如前所述，該氧化物刻蝕不會(huì)穿透SiN層110，因此只有氧化物層115被刻蝕。位于氮化物層110下方的氧化物層100保持不受影響。
圖3為示出了進(jìn)行了進(jìn)一步刻蝕之后的圖2的中間結(jié)構(gòu)的圖示。光致抗蝕劑層200已經(jīng)被完全刻蝕掉，留下圖形化的氧化物層115?？梢允褂盟^的灰化工藝除去光致抗蝕劑。
在圖4中，已經(jīng)在圖3的中間結(jié)構(gòu)上沉積一層光致抗蝕劑400。已經(jīng)通過光刻步驟在光致抗蝕劑400內(nèi)形成開口，暴露出SiN層110的區(qū)域。
圖5示出了圖4的中間結(jié)構(gòu)，其中該中間結(jié)構(gòu)已經(jīng)被刻蝕。在被圖4的過程所暴露的氮化物層110上執(zhí)行氮化物刻蝕，使氧化物層100的部分暴露。隨后執(zhí)行氧化物刻蝕，以刻蝕氧化物層100被暴露的部分。其它層不受影響，因?yàn)楣庵驴刮g劑400阻止氧化物刻蝕到達(dá)位于光致抗蝕劑400下方的材料。隨后對(duì)光致抗蝕劑400執(zhí)行灰化工藝，從而除去殘余的光致抗蝕劑。在該灰化工藝之后，執(zhí)行氮化物刻蝕以除去在清除光致抗蝕劑400之后氮化物層110被暴露的任何部分。氮化物刻蝕之后，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，干凈的有源T形區(qū)域500和502保持在該晶片中。
參考圖6，根據(jù)已知方法執(zhí)行熱氧化(而非沉積)步驟。T形孔或中斷500、502最終將被充滿Si外延；然而對(duì)于Si的外延生長(zhǎng)，優(yōu)選清潔和無(wú)損傷的表面。在刻蝕氧化物層100時(shí)，有可能該氧化物刻蝕損傷T形中斷500、502底部的表面。為了恰當(dāng)?shù)匮a(bǔ)救氧化物層100底部的Si表面，可對(duì)該表面進(jìn)行熱氧化，之后除去所形成的薄的熱氧化物600。薄的熱氧化物600在本示例中的寬度約為100，但其寬度不限于此。
圖7示出了在圖6的T形中斷500、502上生長(zhǎng)的Si外延區(qū)域從而形成T形晶體管結(jié)構(gòu)700、702。
使用Si外延制成的結(jié)構(gòu)可能以不平整的方式生長(zhǎng)。因此在圖8中，可以使用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)或其它適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ箞D7所示并參考圖7進(jìn)行描述的中間結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)700、702的任何不平整部分變得平坦。CMP處理確保了平滑均勻的Si表面。結(jié)構(gòu)700、702被平滑和平整之后，在該Si外延上進(jìn)行熱氧化步驟。該熱氧化形成氧化物層800、802，在本示例中該氧化物層的厚度約為100，但其厚度不限于此。采用該氧化補(bǔ)救在CMP處理過程中可能發(fā)生的Si表面損傷。
參考圖9，在圖8所示的CMP和氧化物處理之后，向襯底105(未示出)內(nèi)注入阱900。阱900用于CMOS工藝，例如用于實(shí)現(xiàn)NFET和PFET隔離。對(duì)于PFET，使用N型阱，而對(duì)于NFET則使用P型阱。
為了形成晶體管，在該T形結(jié)構(gòu)上放置柵極。因此，在所示實(shí)施例中，如圖10所示，根據(jù)已知方法在T形結(jié)構(gòu)700、702上形成柵極902、904。
轉(zhuǎn)到圖11，根據(jù)已知方法，例如使用注入，在毗鄰柵極902、904的兩側(cè)上形成源極和漏極910、912(反之亦然)。源極和漏極(例如910、912)的注入之后，根據(jù)本發(fā)明形成了T形晶體管結(jié)構(gòu)700、702。
圖12示出了所示實(shí)施例中柵隔離層915和介電層的制備。在許多晶體管中使用輕摻雜漏極(LDD)，因?yàn)長(zhǎng)DD降低了晶體管的短溝道效應(yīng)。然而，分開的晶體管的LDD必須互相電隔離。柵隔離層915將LDD互相電隔離。隨后在具有柵隔離層和介電層的該晶體管上沉積第三層氧化物920。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，形成反向偏壓以便除去集中在T形結(jié)構(gòu)500、502底部的額外空穴。因此，如圖12所示，形成延伸到Si襯底105(在圖1中示出)的體接觸925。為了形成體接觸925，首先在氧化物層920上沉積光致抗蝕劑層。隨后使用本領(lǐng)域中已知的光刻在光致抗蝕劑內(nèi)打開孔。對(duì)氧化物層920實(shí)施干法氧化物刻蝕，刻蝕掉不在光致抗蝕劑下方的氧化物層920和氧化物層115的任何部分。隨后刻蝕氮化物阻擋層110，之后對(duì)氧化物層100進(jìn)行氧化物刻蝕，由此形成到達(dá)Si襯底105(如圖1所示)的體接觸925。
在圖13中，如圖所示地注入接觸栓930。注入接觸栓930時(shí)，對(duì)于N型阱采用N+摻雜劑，對(duì)于P型阱則使用P+摻雜劑。漏極(910或912)中的熱產(chǎn)生空穴通過接觸栓930離開，因此解決并優(yōu)選地緩解了浮體效應(yīng)。
圖14示出了本發(fā)明實(shí)施例中完成體接觸925的工藝，其中沉積諸如金屬線935的導(dǎo)體以完成該體接觸925。此外，可在氧化物層920上沉積金屬線935。在本實(shí)施例中，形成體接觸925和接觸栓930的金屬線935位于N+或P+區(qū)內(nèi)，從而降低了接觸漏電流。
在本發(fā)明這一方面的另一個(gè)實(shí)施例中，在圖15中示出了“容易的”體接觸的制備。在圖14中，接觸栓930在體接觸的深處，因此需要進(jìn)行接觸栓注入。但圖15所示的實(shí)施例具有淺的接觸栓。因此無(wú)需接觸栓注入，因?yàn)樵贜+或P+源/漏注入期間同時(shí)形成了N+或P+接觸栓注入。相反，在體接觸925’內(nèi)例如使用外延方法生長(zhǎng)Si。此外，在和圖2的步驟(其中最初形成T形結(jié)構(gòu))相似的前面制備步驟中，如圖15所示地形成另外的孔。執(zhí)行和圖3至圖9中所示工藝相似的工藝，如圖15所示地例如通過外延工藝，用Si形成體接觸925’的下部，而且使用和圖10至14所示工藝相似的工藝，也使用諸如金屬線935的導(dǎo)體形成體接觸925’的上部。對(duì)于接觸栓注入，在柵極工藝之后形成N+或P+源極/漏極注入時(shí)，使用N+或P+注入圖15中Si表面內(nèi)另外的孔。由于接觸孔淺，該另外的Si外延孔工藝減少了接觸栓注入步驟并使得接觸工藝變得容易。
圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，同時(shí)使用了容易的體接觸925’和溝槽電容器存儲(chǔ)多晶(storage poly)940。存儲(chǔ)多晶940具有溝槽存儲(chǔ)多晶絕緣體941和溝槽電容器氧化物943。存儲(chǔ)多晶940的頂部連接到晶體管源區(qū)或漏區(qū)910、912。為了獲得單元晶體管945、947的N型源極/漏極910、912和N+存儲(chǔ)多晶940之間的良好接觸連接，溝槽電容器存儲(chǔ)多晶940頂部具有高濃度的N型摻雜劑。該高濃度的N型摻雜劑使單元晶體管的短溝道效應(yīng)退化，由于N型摻雜劑，源/漏耗盡區(qū)通過N型摻雜劑從連接的高濃度N型摻雜劑溝槽存儲(chǔ)多晶區(qū)域965擴(kuò)散到溝道中心區(qū)域950而增加。在根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例中，N型摻雜劑擴(kuò)散降低，因?yàn)檠趸飬^(qū)域952、954阻擋了N型摻雜劑從連接的高濃度N型摻雜劑溝槽電容器區(qū)域965的擴(kuò)散。因此，短溝道效應(yīng)得到大幅改善。
盡管已經(jīng)參考本發(fā)明的示例實(shí)施例特別地示出和描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解到，在不離開由所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可以進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)上的修改。
權(quán)利要求
1.一種在集成電路中晶片上制造絕緣體上硅有源結(jié)構(gòu)的方法，該方法包含步驟在該絕緣體上形成中斷；以及在形成于該絕緣體內(nèi)的該中斷內(nèi)沉積硅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包含在該絕緣體內(nèi)形成第二中斷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，進(jìn)一步包含形成和該第二中斷連通的體接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中該體接觸和第二中斷包含金屬。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包含在該絕緣體內(nèi)沉積溝槽電容器，其中該溝槽電容器和所沉積的硅相連通；以及在該硅內(nèi)沉積至少一個(gè)氧化物區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，進(jìn)一步包含在該第二中斷內(nèi)沉積硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中該體接觸包含金屬。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)的方法，其中所沉積的硅包含T形。
9.一種集成電路，包含晶片上的絕緣體上硅有源結(jié)構(gòu)，該絕緣體具有形成于其中的中斷；以及耦合到該絕緣體并和該中斷連通的體接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的電路，進(jìn)一步包含該晶片內(nèi)的接觸栓。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的電路，其中該體接觸包含導(dǎo)體。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的電路，其中該導(dǎo)體包含金屬層。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的電路，進(jìn)一步包含殘留在該中斷內(nèi)的硅。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的電路，其中該體接觸包含導(dǎo)體。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的電路，其中該導(dǎo)體包含金屬層。
16.根據(jù)權(quán)利要求9至15任一項(xiàng)的電路，其中該中斷包含具有T形的截面。
17.根據(jù)權(quán)利要求9至16任一項(xiàng)的電路，進(jìn)一步包含和該中斷連通的溝槽電容器。
18.根據(jù)權(quán)利要求10的電路，其中該接觸栓包含含有N+和P+摻雜的組中的一個(gè)。
19.一種集成電路中晶片上的絕緣體上硅有源結(jié)構(gòu)，包含絕緣體上硅T形結(jié)構(gòu)；以及用于產(chǎn)生在該絕緣體上硅T形結(jié)構(gòu)內(nèi)形成的反向偏壓的裝置，其中額外產(chǎn)生的空穴可以離開晶體管。
20.一種具有絕緣體上硅有源結(jié)構(gòu)的集成電路中的晶體管，包含柵極；源極；通過溝道和源極連通的漏極；該絕緣體具有毗鄰該溝道的中斷，過量的電荷可以通過該中斷被引導(dǎo)離開該溝道。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的晶體管，進(jìn)一步包含和該絕緣體內(nèi)的中斷電連通、用于將過量的電荷引導(dǎo)離開溝道的體接觸。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21的晶體管，進(jìn)一步包含該絕緣體內(nèi)的第二中斷，過量的電荷通過該第二中斷逃逸。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的晶體管，進(jìn)一步包含形成該體接觸和第二中斷的金屬線。
24.根據(jù)權(quán)利要求20至23任一項(xiàng)的晶體管，進(jìn)一步包含溝槽電容器，其中該溝槽電容器與源極和漏極中的至少一個(gè)連通；以及氧化物，其中該氧化物分散于源極和漏極中的至少一個(gè)。
25.根據(jù)權(quán)利要求22的晶體管，進(jìn)一步包含殘留在該第二中斷內(nèi)的硅。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的晶體管，進(jìn)一步包含殘留在體接觸內(nèi)的金屬線。
27.根據(jù)權(quán)利要求20至26任一項(xiàng)的晶體管，其中硅絕緣體上硅結(jié)構(gòu)包含T形。
全文摘要
形成的降低浮體效應(yīng)的絕緣體上硅形狀的結(jié)構(gòu)，包含T形有源結(jié)構(gòu)和用于反向偏壓的體接觸?？涛g穿過兩個(gè)氧化物層的T形將形成T形有源區(qū)域。當(dāng)金屬線穿過SOI結(jié)構(gòu)下落并到達(dá)接觸栓時(shí)，形成反向偏壓。該接觸栓摻入N+或P+摻雜劑，并嵌在Si襯底內(nèi)。該T形有源結(jié)構(gòu)用于降低通常阻礙體晶體管效率的短溝道效應(yīng)及結(jié)電容。該反向偏壓用作所產(chǎn)生的空穴離開SOI晶體管區(qū)域的渠道，因此大幅減小了通常和SOI結(jié)構(gòu)相關(guān)的浮體效應(yīng)。
文檔編號(hào)H01L21/336GK1809920SQ200480016968
公開日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2004年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月16日
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