專利名稱：形成有掩埋氧化物圖形的半導(dǎo)體器件的方法及其相關(guān)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造集成電路器件的方法以及相關(guān)的器件，且更為具體地，涉及隔離集成電路器件的有源區(qū)的方法以及相關(guān)器件。
背景技術(shù)：
近些年來，已經(jīng)將半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)成高度集成且以低驅(qū)動(dòng)電壓來高速工作。例如，在常規(guī)金屬氧化物硅場效應(yīng)晶體管(MOSFET)中，半導(dǎo)體器件的高速工作需要減小MOSFET的溝道長度。由于MOSFET的溝道長度減小，所以由漏電壓產(chǎn)生的電場會(huì)負(fù)面地影響MOSFET中的溝道區(qū)并由于短溝道效應(yīng)而導(dǎo)致柵控的可靠性降低。此外，溝道長度的減小會(huì)導(dǎo)致溝道區(qū)中的離子濃度增加，且可能會(huì)導(dǎo)致溝道區(qū)中的載流子遷移率減小，由此降低MOSFET的驅(qū)動(dòng)電流。由于MOSFET的源極區(qū)與漏極區(qū)之間的結(jié)深降低，還會(huì)增加漏電流。
為了解決關(guān)于上述MOSFET的問題，已經(jīng)利用絕緣體上硅(SOI)襯底來用于制造半導(dǎo)體器件。將器件的有源區(qū)與SOI襯底隔離。SOI襯底通常包括體(bulk)硅。在襯底上依序疊置絕緣層和上部硅層。形成在SOI襯底上的半導(dǎo)體器件可以提供減小的結(jié)電容，且可以增加驅(qū)動(dòng)電流。然而，由于上部硅層的不均勻性、由于來自襯底下部的絕緣引起的自熱效應(yīng)而導(dǎo)致的驅(qū)動(dòng)電流下降和/或浮溝道效應(yīng)，形成在SOI襯底上的半導(dǎo)體器件還會(huì)展示出閾值電壓的頻繁變化。
為了解決形成在SOI襯底上的半導(dǎo)體器件的問題，可以在襯底表面下形成掩埋氧化物圖形。例如，在美國專利No.6,403,482(’482)中公開了這種技術(shù)，該專利公開了一種含有選擇地形成于源極和漏極接觸區(qū)下方的掩埋氧化物圖形的晶體管。然而，由于源極和漏極區(qū)的接觸表面減小，在’482專利中公開的該工藝展示出高的接觸電阻。此外，由于源極和漏極區(qū)接觸阱區(qū)，所以不能有效地防止結(jié)漏電流。
因此，已經(jīng)提議出解決上述關(guān)于形成于SOI襯底上的半導(dǎo)體器件的問題的方法。特別地，在被蝕刻的鍺層上形成掩埋氧化物圖形。例如，可以利用外延生長工藝在襯底上形成硅層和硅鍺層，并將硅鍺層部分蝕刻掉。沿著硅鍺層的蝕刻部分形成掩埋氧化物圖形。然而，利用外延生長工藝的工藝通常需要在隨后的工藝中改變處理方法。而且，外延生長工藝成本高，如果要大規(guī)模生產(chǎn)半導(dǎo)體器件，則這會(huì)成為財(cái)政負(fù)擔(dān)。因此，期望一種改善的半導(dǎo)體器件，其以有競爭力的制造成本提供減小的結(jié)漏電流和結(jié)電容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一些實(shí)施例提供形成半導(dǎo)體器件的方法。如此蝕刻半導(dǎo)體襯底，以便于半導(dǎo)體襯底限定出溝槽和初步有源圖形。溝槽具有底面和側(cè)壁。在溝槽的底面和側(cè)壁上提供絕緣層，并在絕緣層上如此形成隔離物，以便于該隔離物在溝槽側(cè)壁上以及溝槽的一部分底面上。如此除去溝槽底面上和隔離物下方的絕緣層，以便于至少部分暴露溝槽的一部分底面，將隔離物與溝槽底面間隔開且部分暴露初步有源圖形的一部分。部分除去初步有源圖形的暴露部分的一部分，以提供在隔離物下方限定出凹陷部分的有源圖形。在有源圖形的凹陷部分中形成掩埋絕緣層。還提供相關(guān)的器件。
在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中，初步有源圖形的上表面具有至少兩個(gè)不同的寬度。蝕刻半導(dǎo)體襯底還可以限定出在溝槽下方的襯底的主體部分和有源圖形。有源圖形可以包括具有第一寬度的第一區(qū)和具有大于第一寬度的第二寬度的第二區(qū)。掩埋氧化物層會(huì)將有源圖形的第一區(qū)與襯底的主體部分隔離開并將有源圖形的第二區(qū)電耦合于襯底的主體部分。
在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中，初步有源圖形可以具有第一區(qū)和第二區(qū)。第二區(qū)的寬度與第一區(qū)的不同?？梢愿飨虍愋晕g刻初步有源圖形的第一區(qū)的下部?？梢岳脽嵫趸に嚮蚧瘜W(xué)氣相沉積(CVD)工藝來形成掩埋絕緣層。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可以通過在半導(dǎo)體襯底上形成緩沖絕緣層來蝕刻半導(dǎo)體襯底。可以在緩沖絕緣層上形成氮化硅層。通過構(gòu)圖該氮化硅層可以形成暴露場區(qū)的氮化硅圖形?？梢岳迷摰鑸D形作為蝕刻掩模來蝕刻緩沖絕緣層和半導(dǎo)體襯底，以提供溝槽和初步有源區(qū)。
在本發(fā)明另外的實(shí)施例中，可以通過利用隔離物作為蝕刻掩模來各向異性蝕刻絕緣層，以除去絕緣層，由此暴露出溝槽底面的至少一部分表面?？梢酝ㄟ^熱氧化包括初步有源圖形的襯底來形成絕緣層。絕緣層可以包括氧化硅。隔離物可以包括氮化硅或其蝕刻速率低于絕緣層蝕刻速率的材料。在本發(fā)明特定的實(shí)施例中，可以利用化學(xué)干蝕刻工藝來部分除去初步有源圖形。
雖然上面參考方法初步地描述了本發(fā)明，但是本文中還提供器件。


圖1A至1I是示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的有源區(qū)制造中的處理步驟的透視圖。
圖2A至2I是示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的有源區(qū)制造中的處理步驟的橫截面圖。
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的有源區(qū)的平面圖。
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明另外實(shí)施例的有源區(qū)的平面圖。
圖5A至5G是示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的單元晶體管的制造中的處理步驟的橫截面圖。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的單元晶體管的有源區(qū)的平面圖。
圖7是示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)的單元晶體管的橫截面圖。
圖8A至8D是示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的平面型晶體管的制造中的處理步驟的橫截面圖。
圖9是示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的平面型晶體管的平面圖。
圖10A至10F是示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的單元晶體管的制造中的處理步驟的橫截面圖。
圖11A至11D是示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的單元晶體管的制造中的處理步驟的橫截面圖。
圖12A至12D是示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的單元晶體管的制造中的處理步驟的橫截面圖。
圖13A至13G是示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的鰭型金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管的制造中的處理步驟的透視圖。
具體實(shí)施例方式
下面參考附圖更加全面地描述本發(fā)明，在附圖中展示出本發(fā)明的實(shí)施例。然而，可以以許多不同的方式來體現(xiàn)本發(fā)明，且不應(yīng)解釋為本發(fā)明受限于本文中所闡述的實(shí)施例。更確切地，提供這些實(shí)施例，以便于該公開物會(huì)詳盡和完整，且會(huì)將本發(fā)明的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清晰，將層和區(qū)的尺寸和相對(duì)尺寸放大。會(huì)理解，當(dāng)稱元件或?qū)釉诹硪辉驅(qū)印爸稀?、“連接于”另一元件或?qū)印⒒颉榜詈嫌凇绷硪辉驅(qū)訒r(shí)，其可以是直接在另一元件或?qū)印爸稀薄⒅苯印斑B接于”另一元件或?qū)?、或直接“耦合于”另一元件或?qū)樱蛘呖梢源嬖谥虚g元件或?qū)?。相反，?dāng)稱元件直接在另一元件或?qū)印爸稀?、“直接連接于”另一元件或?qū)踊颉爸苯玉詈嫌凇绷硪辉驅(qū)?，則不存在中間元件或?qū)印Ｗ鳛檫@里使用的術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)列舉項(xiàng)目的任意和所有結(jié)合。貫穿全文，相同的數(shù)字參考相同的元件。
可以理解，雖然本文中使用術(shù)語第一和第二來描述各種區(qū)、層和/或部分，但是這些區(qū)、層和/或部分不應(yīng)該受限于這些術(shù)語。這些術(shù)語僅用來將一個(gè)區(qū)、層或部分與另一個(gè)區(qū)、層或部分相區(qū)分。因此，在不脫離本發(fā)明的教導(dǎo)下，下面討論的第一區(qū)、層或部分可以被稱為第二區(qū)、層或部分，且相似地，第二區(qū)、層或部分可以被稱為第一區(qū)、層或部分。
此外，本文中使用諸如“下”或“底部”和“上”或“頂部”的相對(duì)術(shù)語來描述一個(gè)元件相對(duì)于另一元件的關(guān)系，如附圖中所示。會(huì)理解，相對(duì)術(shù)語旨在包含除附圖中所描繪的取向之外的器件的不同取向。例如，如果附圖中的器件翻轉(zhuǎn)，則被描述為在另一元件的“下”側(cè)上的元件會(huì)在另一元件的“上”側(cè)上取向。因此，取決于附圖的具體取向，示例性的術(shù)語“下”可以包含“下”和“上”兩種取向。相似地，如果在一個(gè)附圖中的器件翻轉(zhuǎn)，則被描述為在另一元件“之下”或“下方”的元件會(huì)在另一元件“之上”取向。因此，示例性的術(shù)語“之下”或“下方”包含之上和之下兩種取向。
本文中，參考橫截面圖來描述本發(fā)明的實(shí)施例，這些橫截面圖是本發(fā)明理想實(shí)施例的示意圖。因此，應(yīng)該預(yù)料到例如制造技術(shù)和/或公差引起的圖的形狀變化。因此，本發(fā)明的實(shí)施例不應(yīng)該受限于這里所示出的具體的區(qū)形狀，而應(yīng)該包括例如由于制造引起的形狀偏移。例如，示為矩形的注入?yún)^(qū)通常會(huì)具有圓形或彎曲特征和/或在其邊緣的注入濃度梯度不是從注入到非注入?yún)^(qū)的二元變化。同樣，通過注入形成的掩埋區(qū)會(huì)導(dǎo)致在掩埋區(qū)與貫穿其進(jìn)行注入的表面之間的區(qū)中的一些注入。因此，在附圖中示出的區(qū)實(shí)質(zhì)上為示意性的，且它們的形狀并非旨在示出器件的精確區(qū)形狀，且并非旨在限制本發(fā)明的范圍。
本文中使用的術(shù)語僅用于描述具體實(shí)施例的目的，而非旨在限制本發(fā)明。如本文中所使用的單數(shù)性是“a”、“an”和“the”也旨在包括多個(gè)術(shù)語，除非文中清楚地表明其它。還會(huì)理解，術(shù)語“包括”和/或“包含”，當(dāng)在該說明書中使用時(shí)，是確定所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除一個(gè)或多個(gè)其它特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其團(tuán)組的存在或添加。
除非另外限定，本文中所使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)具有相同的涵義，如本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所共同理解的那樣。還會(huì)理解，諸如那些在共同使用的詞典中限定的術(shù)語應(yīng)該被認(rèn)為具有與它們?cè)谙嚓P(guān)技術(shù)情形下的含義相一致的含義，且不應(yīng)該被認(rèn)為是理想化的或非常正式的意義，除非本文中清楚地這樣限定。
現(xiàn)在參考圖1A至1I和圖2A至2I。圖1A至1I是示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的器件的制造中的處理步驟的透視圖。圖2A至2I是進(jìn)一步示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的集成電路器件的制造中的處理步驟的橫截面圖。在圖2A至2I的每一幅中，橫截面圖的左部示出沿圖1A的線I-I’的橫截面圖，而橫截面圖的右部示出沿圖1A的線I-I”的橫截面圖。
如圖1A和2A中所示，在半導(dǎo)體襯底10上形成緩沖絕緣層，例如，氧化物層。襯底10可以為體硅襯底。在緩沖絕緣層上形成氮化硅層。緩沖絕緣層可以減小在氮化硅層形成期間產(chǎn)生的應(yīng)力的量。例如，利用常規(guī)光刻工藝中的干蝕刻工藝來部分除去氮化硅層，由此形成氮化物圖形14。利用氮化物圖形作為蝕刻掩模，繼續(xù)蝕刻緩沖絕緣層，以暴露襯底10的表面，并在襯底10上形成緩沖絕緣圖形12。利用氮化物圖形作為蝕刻掩模來蝕刻暴露的襯底10，以便于襯底10限定出溝槽16。在氮化硅層上形成抗反射層(ARL)(未示出)，以提供改善的光刻工藝的處理邊緣。
在經(jīng)歷形成溝槽16的光刻工藝之后，襯底10具有凸面部分和凹面部分。下文中將襯底10的凸面部分稱為“初步有源圖形”20，而凹面部分相應(yīng)于溝槽16。此外，將溝槽16下方的襯底10的那一部分稱之為襯底10的主體。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，初步有源圖形20的上表面是平面且在其中央部分膨脹。換句話說，將初步有源圖形20的頂表面形成凸起形狀，如圖3中所示。
現(xiàn)在參考圖1B和2B，在氧化氣氛中在溝槽16的內(nèi)部表面(溝槽底面和側(cè)表面)上執(zhí)行熱處理，以消除在溝槽16形成期間出現(xiàn)的任何損傷。包含于溝槽16的暴露的內(nèi)部表面中的硅與氧化劑反應(yīng)，并在溝槽16的內(nèi)部表面上形成內(nèi)部氧化物(絕緣)層22。
現(xiàn)在參考圖1C和2C，例如，利用化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝，在溝槽的內(nèi)側(cè)表面上和氮化硅圖形14的側(cè)表面和上表面上形成例如包括氮化硅的襯里24。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，襯里24可以減小在隨后的氧化工藝中滲透溝槽16內(nèi)部表面的氧氣(O2)的量。因此，在隨后的工藝中在溝槽16的內(nèi)部表面上不再產(chǎn)生或產(chǎn)生非常少的氧。
現(xiàn)在參考圖1D和2D，各向異性蝕刻襯里24，直到溝槽16底面上的內(nèi)部氧化物層22的至少一部分暴露，在氮化硅圖形14的側(cè)壁、緩沖絕緣圖形12和溝槽16的側(cè)壁上形成氮化物隔離物26。因此，在初步有源圖形20的外部表面上形成氮化物基層。換句話說，在初步有源圖形20的上表面上提供氮化硅層14，并在初步有源圖形的側(cè)表面上提供氮化物隔離物26。
現(xiàn)在參考圖1E和2E，例如，利用各向異性蝕刻工藝除去溝槽16底面上的內(nèi)部氧化物層22。如所示出的，蝕刻工藝的各向異性特性除去氮化物隔離物26下方的內(nèi)部氧化物層22，因此，氮化物隔離物26與溝槽16的底面隔開相應(yīng)于內(nèi)部氧化層22厚度的距離。因此，將襯底10的表面暴露在溝槽16中且還暴露初步有源圖形20的側(cè)表面的下部。
現(xiàn)在參考圖1F和2F，在溝槽16中執(zhí)行各向異性蝕刻，以相同的速率蝕刻襯底10的表面的部分和初步有源圖形20的被暴露的側(cè)表面，以便于初步有源圖形20在其下部被部分除去。在各向異性蝕刻工藝完成時(shí)，將初步有源圖形20形成為在其下部具有凹陷部分的有源圖形20a。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，各向異性蝕刻工藝可以為化學(xué)干蝕刻(CDE)工藝。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，當(dāng)在先前的工藝中充分地暴露有源圖形20a的下側(cè)表面時(shí)，可以省略各向異性蝕刻工藝。
現(xiàn)在參考圖1G和2G，熱氧化在溝槽16的底表面和有源圖形20a的下部的襯底10，在溝槽16的底表面和有源圖形20a的下部形成掩埋絕緣層30，例如，掩埋氧化物層30。有源圖形20a具有至少兩個(gè)寬度，至少兩個(gè)寬度中的第一個(gè)與至少兩個(gè)寬度中的第二個(gè)不同。例如，有源圖形20a包括具有第一寬度的第一區(qū)和具有大于第一寬度的第二寬度的第二區(qū)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，有源圖形20a的上表面具有上述凸起形狀，以至于有源圖形20a的凸起部分的寬度大于端部的寬度。換句話說，第一區(qū)具有相對(duì)較小的寬度，其相應(yīng)于有源圖形20a的端部E，而第二區(qū)具有相對(duì)較大的寬度，其相應(yīng)于有源圖形20a的凸起部分B。
第一區(qū)E的下部被完全氧化，且在第一區(qū)E下方充分地形成掩埋絕緣圖形30，以便于在第一區(qū)E處將有源圖形20a完全與襯底10的主體部分21隔離開。第二區(qū)B被部分氧化，且在第二區(qū)B下方不完全形成掩埋絕緣圖形30，以便于有源圖形20a在第二區(qū)B下方與襯底10的主體部分21接觸。熱氧化工藝的條件變化導(dǎo)致掩埋氧化物圖形30在有源圖形20a的邊緣部分與襯底10的主體部分21部分地接觸。
在本發(fā)明第一些實(shí)施例中，例如，可以利用化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝形成掩埋絕緣圖形30。當(dāng)對(duì)掩埋氧化物圖形采用CVD工藝時(shí)，必須在襯底10上執(zhí)行各向異性蝕刻工藝，且有源圖形20a在其下部具有凹陷部分。將有源圖形的第一區(qū)與襯底10的主體部分隔離物開預(yù)定距離，并使有源圖形的第二部分與襯底10的主體部分接觸。
現(xiàn)在參考圖1H和2H，例如，利用CVD工藝在溝槽16的襯底10上沉積具有優(yōu)良間隙填充特性的氧化物，以便于在襯底10上形成溝槽氧化物層32。例如，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，溝槽氧化物層可以包括未摻雜的硅酸鹽玻璃(USG)層、臭氧-四乙基正硅酸酯USG(O3-TEOS USG)層或通過高密度等離子體CVD(HDPCVD)形成的氧化物層。
例如，利用CMP工藝或者回蝕刻工藝除去并平坦化溝槽氧化物層32，直到暴露出氮化物圖形14的上表面的至少一部分，以便于溝槽氧化物層32保留在溝槽16中。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可以采用CMP來用于平坦化溝槽氧化物層32。
現(xiàn)在參考圖1I和2I，利用諸如含水磷酸溶液的氮化物基蝕刻劑來執(zhí)行第一濕蝕刻工藝，以除去氮化物圖形14。利用諸如含水氫氟酸溶液的氧化物基蝕刻劑來執(zhí)行第二濕蝕刻工藝，以除去緩沖絕緣圖形12。因此，將場區(qū)和有源區(qū)在襯底10上彼此分離開。
現(xiàn)在參考圖3，將討論示出根據(jù)上述關(guān)于圖1A至2I的本發(fā)明實(shí)施例的器件的平面圖。如圖3中所示，利用上述關(guān)于圖1A至2I的處理步驟形成的有源區(qū)包括有源圖形20a、氮化物隔離物26和其下部的掩埋氧化物層30。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，有源區(qū)的上表面具有凸起形狀，且因此有源圖形20a包括具有第一寬度的第一區(qū)E和具有大于第一寬度的第二寬度的第二區(qū)B。換句話說，第一區(qū)E在有源圖形20a的端部周圍，而第二區(qū)B在有源圖形20a的中央部分的凸起部分的周圍。
在第一區(qū)E的下部上提供掩埋絕緣圖形，以便于將有源圖形20a與襯底的主體部分充分隔離開。掩埋絕緣圖形30不延伸至有源圖形20a的中央部分，且第二區(qū)B的下部不被掩埋絕緣圖形30覆蓋。因此，有源圖形20a在第二區(qū)B處與襯底的主體部分接觸。
因此，將在上述有源圖形上設(shè)置的半導(dǎo)體器件與其端部下方的襯底的主體部分隔離開，因此形成在這種有源區(qū)上的器件可以具有優(yōu)于常規(guī)器件的優(yōu)點(diǎn)。例如，根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的器件可以具有減小的結(jié)電容和結(jié)漏電流以及增加的驅(qū)動(dòng)電流。此外，有源圖形上的半導(dǎo)體器件還可以在其中央部分與襯底的主體部分接觸，因此可以顯著地減小自熱效應(yīng)。
現(xiàn)在參考圖4，將討論示出根據(jù)本發(fā)明另外實(shí)施例的有源區(qū)的平面圖。除其成形不同之外，圖4中示出的有源區(qū)4與上述關(guān)于圖1A至3的有源區(qū)相似。因此，除用于形成圖4中的有源圖形的形狀的掩模步驟之外，用于形成圖4中的有源區(qū)的處理步驟與上述關(guān)于圖1A至3的處理步驟相同。因此，圖4中相同的參考數(shù)字表示圖1A至3中的相同元件，且因此在本文中的進(jìn)一步詳述中不再討論這些元件的詳細(xì)描述。
如圖4中所示，根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的有源區(qū)包括變形的有源圖形20b、氮化物隔離物26和其下部的掩埋絕緣層30。在圖4中示出的本發(fā)明的實(shí)施例中，有源區(qū)的上表面在其中央部分具有凸起形狀而在其其它橫向部分具有平坦形狀。因此，圖4的有源區(qū)20b還包括具有第一寬度的第一區(qū)E和具有大于第一寬度的第二寬度的第二區(qū)B。第一區(qū)E在變形的有源圖形20b的端部周圍，而第二區(qū)B在變形的有源圖形20b的中央部分的凸起部分周圍。
在第一區(qū)E的下部上提供掩埋絕緣圖形30，以便于有源圖形20b充分地與襯底10的主體部分21隔離開。掩埋絕緣圖形30不延伸至有源圖形20b的中央部分，且掩埋絕緣圖形30不設(shè)置在第二區(qū)B的下部上。因此，有源圖形20b在第二區(qū)B與襯底10的主體部分21接觸。
可以理解，雖然上面討論的本發(fā)明的實(shí)施例含有具有第一和第二不同寬度的有源圖形，但是本發(fā)明的實(shí)施例不限于該結(jié)構(gòu)。例如，在不脫離本發(fā)明的范圍下，可以在有源圖形上形成兩個(gè)以上的不同寬度。
現(xiàn)在參考圖5A至5G，將討論示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造中的處理步驟的橫截面圖。如圖5A中所示，在襯底10上，例如，體硅襯底，形成緩沖絕緣層，并在緩沖絕緣層上形成氮化硅層。緩沖絕緣層可以減小在氮化硅層形成期間產(chǎn)生的應(yīng)力的量。
例如，利用光刻工藝干蝕刻氮化物層，由此形成氮化物圖形14，且利用氮化物圖形14作為蝕刻掩模，干蝕刻緩沖絕緣層，由此形成緩沖絕緣圖形12，通過該緩沖絕緣圖形12，部分地暴露出襯底10的表面。利用氮化物圖形14作為蝕刻掩模來蝕刻襯底10的暴露部分，由此形成溝槽16。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，形成的溝槽16比在隨后工藝中形成的晶體管的源極和漏極區(qū)深，下面將會(huì)對(duì)其討論。在本發(fā)明的這些實(shí)施例中，溝槽比常規(guī)器件的隔離溝槽結(jié)構(gòu)淺。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，可以在氮化物層上形成抗反射層(ARL)(未示出)，這會(huì)改善光刻工藝的處理邊緣。
在用于形成溝槽16的光刻工藝完成之后，在襯底10上形成凸面部分和凹面部分。如上所述，下面，將襯底10的凸面部分稱為初步有源圖形，而凹面部分相應(yīng)于溝槽16。將襯底10在溝槽16下方的部分稱為襯底10的主體。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，例如，晶體管可以為動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)。在本發(fā)明的這些實(shí)施例中，位線和電容器分別電耦合于晶體管的源極和漏極區(qū)。位線和電容器應(yīng)該不彼此重疊地被連接。
在DRAM的有源圖形上形成單元晶體管對(duì)，且將電容器連接于相應(yīng)于有源圖形的兩個(gè)橫向部分的第一摻雜區(qū)。將位線連接于相應(yīng)于有源圖形中央部分的第二摻雜區(qū)。第二摻雜區(qū)與單元晶體管對(duì)連接在一起。下面將進(jìn)一步描述第一和第二摻雜區(qū)。
初步有源圖形20的上表面具有至少兩個(gè)寬度，第一寬度與第二寬度不同，這會(huì)減小位線與電容彼此重疊的可能性。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，初步有源圖形20在其中央部分具有增加的寬度，該中央部分相應(yīng)于有源圖形的第二摻雜區(qū)。初步有源圖形20具有平坦的頂表面和在本發(fā)明第一實(shí)施例中描述的凸起形狀，因此初步有源圖形20的寬度在凸起部分相對(duì)較大。
現(xiàn)在參考圖5B，例用與參考圖1B至1F所描述的處理步驟相似的處理步驟除去初步有源圖形20的下邊緣部分。因此，蝕刻初步有源圖形20以形成在其下部具有凹陷部分的有源圖形20a。在該除去工藝期間，進(jìn)一步均勻地蝕刻通過溝槽16暴露出的襯底10，以便于即使溝槽16的深度比常規(guī)器件隔離溝槽結(jié)構(gòu)的深度淺，溝槽16也可以具有相應(yīng)于常規(guī)器件隔離溝槽結(jié)構(gòu)的充足深度。
現(xiàn)在參考圖5C，熱氧化通過有源圖形20a和溝槽16暴露出的襯底部分，且在有源圖形20a的下部朝向有源圖形20a的內(nèi)側(cè)形成掩埋絕緣層50，例如掩埋氧化物圖形。掩埋絕緣圖形50延伸到有源圖形20a的第一區(qū)和有源圖形20a下邊緣部分的溝道區(qū)，將電容器連接于該第一區(qū)。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，有源圖形20a在位線連接于其的第二區(qū)中具有相對(duì)較大的寬度，而在電容器連接于其的第一區(qū)中具有相對(duì)較小的寬度。因此，在第一區(qū)的下部襯底10被完全氧化，從而將有源圖形20a的第一區(qū)與襯底10的主體部分21隔離開。而且，在第一區(qū)與第二區(qū)之間的溝道區(qū)的下部，襯底被完全氧化，從而還將溝道區(qū)與襯底10的主體部分21隔離開。在第二區(qū)的下部，襯底被部分氧化，從而有源圖形20a的第二區(qū)電連接于襯底10的主體部分21。用于實(shí)現(xiàn)包含有源圖形和形成于有源圖形下側(cè)表面上的掩埋絕緣圖形的有源結(jié)構(gòu)的處理步驟與上面描述的那些相似。
現(xiàn)在參考圖5D，例如，利用CVD方法在溝槽16中的襯底10上沉積具有優(yōu)良間隙填充特性的氧化物，以便于在襯底10上形成溝槽氧化物層32。例如，利用CMP工藝或回蝕刻工藝除去并平坦化溝槽氧化物層32，直到至少部分暴露出氮化物圖形14的頂表面，以便于溝槽氧化物層32保留在溝槽16中。利用氮化物基蝕刻劑執(zhí)行第一濕蝕刻工藝，由此除去氮化物圖形14。利用氧化物基蝕刻劑執(zhí)行第二濕蝕刻工藝，由此除去緩沖氧化物圖形12。因此，將場區(qū)和有源區(qū)在襯底10上彼此相分離。
現(xiàn)在參考圖5E，在包括有源區(qū)和場區(qū)的襯底10上形成防損傷氧化物層(未示出)，以減小在隨后的注入工藝中損傷襯底的可能性。將雜質(zhì)注入到襯底上，用于控制晶體管的閾值電壓。當(dāng)DRAM的單元晶體管為N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)晶體管時(shí)，可以將P型摻雜劑注入到襯底上。
在有源圖形20a的第一區(qū)和溝道區(qū)的下部形成掩埋絕緣圖形50，以便于將有源圖形20a與襯底10的主體部分21隔離開。因此，在根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的單元晶體管中，可以減小結(jié)漏電流。當(dāng)在襯底10中注入摻雜劑來用于控制閾值電壓時(shí)，可以較重地注入P型摻雜劑。例如，P型摻雜劑包括硼(B)或二氟化硼(BF2)，且可以在至少大約1013/cm2或更高的濃度下注入該P(yáng)型摻雜劑。如上所述，當(dāng)溝道區(qū)被重注入，則會(huì)提高單元晶體管的短溝道效應(yīng)。在將摻雜劑注入到襯底10中之后除去防損傷氧化物層。
現(xiàn)在參考圖5F，在包括溝道區(qū)的襯底10上形成柵極絕緣層。在柵極絕緣層上順序地形成柵電極層和硬掩模層。例如，利用常規(guī)的光刻工藝部分地除去硬掩模層，由此形成硬掩模66，并利用該硬掩模作為蝕刻掩模順序地蝕刻?hào)烹姌O層和柵極絕緣層。因此，形成包括柵極絕緣圖形62、柵電極圖形64和硬掩模66的柵極結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在參考圖5和6，(圖6是示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的單元晶體管的有源區(qū)的平面圖)，在襯底10上形成氮化硅層，并在氮化硅層上進(jìn)行各向異性蝕刻工藝。在柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)表面上形成柵極隔離物68。利用柵極結(jié)構(gòu)作為注入掩模將摻雜劑注入到襯底的表面部分上，由此形成晶體管的源極和漏極區(qū)70。晶體管的源極和漏極區(qū)70包括將電容器連接于其的第一摻雜區(qū)70a和將位線連接于其的第二摻雜區(qū)70b。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，第一摻雜區(qū)70a延伸至掩埋絕緣圖形50的上表面上，以便于可以減小源極和漏極區(qū)70與襯底10之間的結(jié)電容?？梢岳蒙鲜鰠⒖紙D5A至5G的處理步驟，來實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的DRAM的有效晶體管對(duì)。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，在第二摻雜區(qū)70b中的有源圖形上形成有效晶體管對(duì)。在有源圖形20a的中央部分處形成第二摻雜區(qū)70b，且該第二摻雜區(qū)70b共同電連接于有效晶體管對(duì)，其中位線連接于該第二摻雜區(qū)70b。在有源圖形20a的兩橫向部分處形成第一摻雜區(qū)70a，其中電容器連接于該第一摻雜區(qū)70a。有源圖形20a的第二摻雜區(qū)70b電連接于襯底10，因此通過襯底10的主體部分21施加偏壓。因此，利用反向偏壓來改變晶體管的閾值電壓。有源圖形20a的溝道區(qū)和第一摻雜區(qū)70a與襯底10的主體部分21電隔離開，以便于可以降低結(jié)漏電流，且還可以減少短溝道效應(yīng)。因此，可以增加DRAM器件的數(shù)據(jù)保持時(shí)間。
此外，利用常規(guī)工藝形成與襯底10的主體部分21部分隔離開的上述有源圖形，且，因此，可以不必改變工藝來形成根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的器件。因此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法比常規(guī)方法更加成本有效。
現(xiàn)在參考圖7，將討論示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的DRAM的單元晶體管的橫截面圖。除掩埋絕緣圖形僅延伸至第一摻雜區(qū)的下部之外，其中電容器連接于該第一摻雜區(qū)，圖7中示出的單元晶體管與上面關(guān)于圖5A至5G的單元晶體管相似。因此，用于形成圖7中示出的單元晶體管的處理步驟與參考圖5A至5G所述的處理步驟非常相似。因此，相同的參考數(shù)字表示與上面有關(guān)圖5A至6所描述的元件相同的元件，且因此，這里不再詳細(xì)地討論這些元件的細(xì)節(jié)。
相對(duì)于有關(guān)圖5A至6描述的掩埋絕緣圖形50，掩埋絕緣圖形52的尺寸減小。因此，溝槽16的深度減小，以至于電容器連接于其的第一摻雜區(qū)直接形成在掩埋絕緣圖形52之上。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，溝槽15的深度小于常規(guī)器件隔離溝槽結(jié)構(gòu)的深度。特別地，溝槽16的深度相應(yīng)于常規(guī)器件隔離溝槽結(jié)構(gòu)與掩埋絕緣圖形之間的厚度差。
當(dāng)將初步有源圖形的下邊緣部分除去以提供在其下部具有凹陷部分的有源圖形時(shí)，蝕刻執(zhí)行量相對(duì)小于上面有關(guān)圖5A至6描述的執(zhí)行量。相對(duì)于有關(guān)圖5A至6所描述的單元晶體管的處理時(shí)間，還減小了用于掩埋絕緣層的熱氧化工藝的處理時(shí)間。
如果有源圖形中的每一區(qū)的寬度彼此相似，則會(huì)出現(xiàn)很難將第二摻雜區(qū)電耦合于襯底的主體部分的問題，其中將位線連接于第二摻雜區(qū)。襯底上的各向異性蝕刻工藝和氧化工藝朝向初步有源圖形的內(nèi)側(cè)形成掩埋絕緣圖形，且因此，可以在有源圖形的中央部分處的第二摻雜區(qū)上提供掩埋絕緣圖形。這會(huì)導(dǎo)致第二摻雜區(qū)與襯底的主體部分隔離開，且因此，將有源圖形與襯底的主體部分完全隔離開。
為了解決該問題，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，掩埋絕緣圖形僅延伸至第一摻雜區(qū)的下部，其中將電容器連接于該第一摻雜區(qū)，因此會(huì)減小第二摻雜區(qū)被掩埋絕緣圖形覆蓋的可能性。因此，即使有源圖形中的區(qū)的寬度彼此相似，第一摻雜區(qū)也會(huì)充分地與襯底隔離開，由此減小了結(jié)漏電流，且第二摻雜區(qū)也會(huì)充分地連接于襯底，由此確保晶體管的穩(wěn)定工作。
現(xiàn)在參考圖8A至9。圖8A至8D是示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的平面型晶體管的制造中的處理步驟的橫截面圖。圖9是示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的平面型晶體管的平面圖。如圖8A中所示，通過利用與上面參考圖1A至2F描述的處理步驟相似的處理步驟形成溝槽17，來將初步有源圖形集成地形成在半導(dǎo)體襯底10上。
如上面參考圖1A至2F所述，初步有源圖形具有平坦的頂表面和在其中央部分相對(duì)于其兩端部膨脹的凸起形狀。因此初步有源圖形的寬度在凸起部分處相對(duì)比在非凸起部分處大。各向異性蝕刻初步有源圖形底部的襯底10，以形成在其下部具有凹陷部分的有源圖形41。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，例如，圖8A至9中示出的實(shí)施例，在具有相對(duì)較大寬度的凸起部分上形成晶體管的柵極，并在具有相對(duì)較小寬度的端部上形成晶體管的源極和漏極區(qū)。
現(xiàn)在參考圖8B，熱氧化相應(yīng)于溝槽17的底面和有源圖形41下部的襯底10，以在溝槽17的底表面和有源圖形41的下部上形成掩埋絕緣層53。
掩埋絕緣圖形53至少部分延伸至有源圖形41的源極和漏極區(qū)下。特別地，掩埋絕緣圖形53可以延伸至有源圖形41的源極和漏極區(qū)下方的部分，由此在其下部取得與源極和漏極區(qū)的接觸。
具有相對(duì)較大寬度的有源圖形53的溝道區(qū)的下部被部分氧化，并被電耦合于襯底的主體部分21。具有相對(duì)較小寬度的有源圖形53的源極和漏極區(qū)的下部被完全氧化，并充分地與襯底的主體部分21隔離開。
現(xiàn)在參考圖8C，例如，利用CVD工藝在溝槽17中的襯底10上沉積具有優(yōu)良間隙填充特性的氧化物，以便于在襯底10上形成溝槽氧化物層32。例如，利用CMP工藝或回蝕刻工藝除去并平坦化溝槽氧化物層32，直到暴露出氮化物圖形14的上表面。因此，溝槽氧化物層32保留在溝槽17中。利用氮化物基蝕刻劑執(zhí)行第一濕蝕刻工藝，由此除去氮化物圖形14。利用氧化物基蝕刻劑執(zhí)行第二濕蝕刻工藝，由此除去緩沖氧化物圖形12。因此，將場區(qū)和有源區(qū)在襯底10上彼此相分離。
現(xiàn)在參考圖8D和9，在包括有源區(qū)和場區(qū)的襯底10上形成防損傷氧化物層(未示出)，以減小在隨后的注入工藝中損傷襯底的可能性。將雜質(zhì)注入到襯底上，用于晶體管的閾值電壓控制和溝道區(qū)。在將摻雜劑注入到襯底10中之后，除去防損傷氧化物層。
在包括溝道區(qū)的襯底10上形成柵極絕緣層。在柵極絕緣層上順序地形成柵電極層和硬掩模層。例如，利用光刻工藝部分地除去硬掩模層，由此形成硬掩模86，并利用該硬掩模86作為蝕刻掩模順序地蝕刻?hào)烹姌O層和柵極絕緣層。因此，完成柵極結(jié)構(gòu)，且該柵極結(jié)構(gòu)包括柵極絕緣圖形82、柵電極圖形84和硬掩模86。
在其上形成柵極結(jié)構(gòu)的襯底10上形成氮化硅層，并在氮化硅層上進(jìn)行各向異性蝕刻工藝。在柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)表面上形成柵極隔離物88。利用柵極結(jié)構(gòu)作為注入掩模將摻雜劑注入到襯底的表面部分上，由此形成晶體管的源極和漏極區(qū)90。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，例如圖8A至8D中示出的實(shí)施例，晶體管的源極和漏極區(qū)90延伸至掩埋氧化物圖形53的上表面，以便于可以最小化源極和漏極區(qū)90與襯底10之間的結(jié)電容。
現(xiàn)在參考圖10A至10F，將討論示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的晶體管的制造中的處理步驟的橫截面圖。如圖10A中所示，通過利用與上面有關(guān)圖1A至2F所描述的處理步驟相似的處理步驟形成溝槽16，來將初步有源圖形42集成地形成在半導(dǎo)體襯底10上。通常，位線和電容器在DRAM的單元晶體管中互連，且不必彼此重疊。在將會(huì)遠(yuǎn)離初步有源圖形形成的有源圖形上形成DRAM的單元晶體管。在有源圖形的端部處的摻雜區(qū)上形成DRAM的電容器，而在有源圖形的中央部分處的摻雜區(qū)上形成DRAM的位線。
初步有源圖形42具有至少兩個(gè)寬度，用于分別將電容器和位線連接于有源圖形的摻雜區(qū)而彼此不重疊。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，例如，如圖10A至10F中示出的實(shí)施例，初步有源圖形42具有平坦的頂表面和在中央部分相對(duì)于兩端部膨脹的凸起形狀，如上面有關(guān)圖3的描述。因此，相鄰初步有源圖形端部的第一區(qū)的寬度大于相鄰初步有源圖形的中央部分的第二區(qū)的寬度。換句話說，初步有源圖形42的寬度在相應(yīng)于凸起部分的第二區(qū)比在相應(yīng)于非凸起部分的第一區(qū)大。
部分除去初步有源圖形42底部的襯底10，以形成在其底部具有凹陷部分的有源圖形42。當(dāng)將摻雜劑注入到襯底的表面部分中時(shí)，有源圖形42的第一和第二區(qū)被分別稱之為有源圖形的第一和第二摻雜區(qū)。
現(xiàn)在參考圖10B，熱氧化溝槽16的底面和有源圖形底部處的凹陷部分上的襯底10，以在溝槽16的底面上和有源圖形底部處的凹陷部分中提供掩埋絕緣圖形54。掩埋絕緣圖形54形成在有源圖形的第一摻雜區(qū)的下面，而不形成在有源圖形的溝道區(qū)下面，其中電容器電連接于第一摻雜區(qū)。
位線電連接于其的第二摻雜區(qū)具有相對(duì)較大的寬度，而第一摻雜區(qū)具有相對(duì)較小的寬度。將有源圖形的第一摻雜區(qū)下面的硅襯底完全氧化，由此在有源圖形與襯底10之間形成掩埋絕緣圖形54。因此，將有源圖形與襯底10的主體部分21充分地隔離開。將有源圖形的第二摻雜區(qū)下面的硅襯底部分氧化，由此在有源圖形與襯底10之間不完全形成掩埋氧化物圖形。因此，有源圖形部分地連接于襯底10的主體部分21。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，例如圖10A至10F中示出的本發(fā)明的實(shí)施例，還部分地氧化有源圖形的溝道區(qū)下面的硅襯底，以便于有源圖形的溝道區(qū)連接于襯底10的主體部分21。
現(xiàn)在參考圖10C，例如，利用CVD工藝在溝槽16中的襯底10上沉積具有優(yōu)良間隙填充特性的氧化物，以便于在襯底10上形成溝槽氧化物層32。例如，利用CMP工藝或回蝕刻工藝除去并平坦化溝槽氧化物層32，直到暴露出氮化物圖形14的頂表面。因此，溝槽氧化物層32保留在溝槽16中。利用氮化物基蝕刻劑執(zhí)行第一濕蝕刻工藝，由此除去氮化物圖形14。利用氧化物基蝕刻劑執(zhí)行第二濕蝕刻工藝，由此除去緩沖氧化物圖形12。因此，將場區(qū)和有源區(qū)在襯底10上彼此相分離。
現(xiàn)在參考圖10D，在包括有源區(qū)和場區(qū)的襯底10上形成防損傷氧化物層(未示出)，以減小在隨后的注入工藝中損傷襯底的可能性。將諸如摻雜劑的雜質(zhì)注入到襯底上，用于晶體管的閾值電壓控制和溝道。當(dāng)DRAM的單元晶體管例如是NMOS晶體管時(shí)，則將P型摻雜劑注入到襯底10中。在將摻雜劑注入到襯底10上之后，除去防損傷氧化物層。
選擇地除去要在其上形成柵極結(jié)構(gòu)的有源圖形的柵極區(qū)，以在有源圖形的柵極區(qū)上提供至少一個(gè)柵極凹陷部分100。
現(xiàn)在參考圖10E，在襯底10的表面上和柵極凹陷部分100的內(nèi)部表面上形成柵極絕緣層(未示出)。在柵極凹陷部分100中的柵極絕緣層上形成柵電極層(未示出)。在柵電極層上形成硬掩模層(未示出)。例如，利用常規(guī)的光刻工藝部分地除去硬掩模層，以提供硬掩模106，并利用該硬掩模106作為蝕刻掩模順序地除去柵電極層和柵極絕緣層，以完成柵極結(jié)構(gòu)108。該柵極結(jié)構(gòu)包括柵極絕緣圖形102、柵電極圖形104和硬掩模106。
現(xiàn)在參考圖10F，在其上形成柵極結(jié)構(gòu)108的襯底10上形成氮化硅層(未示出)，并在氮化硅層上進(jìn)行各向異性蝕刻工藝。在柵極結(jié)構(gòu)108的側(cè)表面上形成柵極隔離物110。利用柵極結(jié)構(gòu)108作為注入掩模將摻雜劑注入到襯底的表面部分中，由此在有源圖形上形成晶體管的源極和漏極區(qū)112。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，例如圖10A至10F中示出的實(shí)施例，第一摻雜區(qū)112a與掩埋絕緣圖形54的上表面接觸，以便于可以減小源極和漏極區(qū)與襯底10之間的結(jié)電容。圖10F中示出的DRAM的單元晶體管包括凹陷溝槽，且因此溝槽長度可以被延長，由此最小化DRAM中的短溝道效應(yīng)。
現(xiàn)在參考圖11A至11D，將討論示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的單元晶體管的制造中的處理步驟的橫截面圖。如圖11A中所示，通過利用與上面有關(guān)圖1A至2F所描述的處理步驟相似的處理步驟形成溝槽16，來將初步有源圖形集成地形成在半導(dǎo)體襯底10上。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，溝槽16的深度比在隨后工藝中將要形成的柵極凹陷部分深。
通常，位線和電容器在DRAM的單元晶體管中彼此互連，而不必彼此重疊。在將會(huì)遠(yuǎn)離初步有源圖形形成的有源圖形上形成DRAM的單元晶體管。在有源圖形的端部處的摻雜區(qū)上形成DRAM的電容器，而在有源圖形的中央部分處的摻雜區(qū)上形成DRAM的位線。
因此，初步有源圖形需要至少兩個(gè)寬度，用于分別將電容器和位線連接于有源圖形的摻雜區(qū)而彼此不重疊。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，初步有源圖形具有平坦的頂表面和在中央部分相對(duì)于兩端部膨脹的凸起形狀，如上面有關(guān)圖3的描述。因此，相鄰初步有源圖形端部的第一區(qū)的寬度大于相鄰初步有源圖形的中央部分的第二區(qū)的寬度。換句話說，初步有源圖形的寬度在相應(yīng)于凸起部分的第二區(qū)比在相應(yīng)于非凸起部分的第一區(qū)大。
部分除去初步有源圖形底部的襯底10，以提供在其底部具有凹陷部分的有源圖形43。當(dāng)在隨后的工藝中將摻雜劑注入到襯底10的表面部分中時(shí)，初步有源圖形的第一和第二區(qū)被分別稱之為有源圖形的第一和第二摻雜區(qū)。
熱氧化溝槽16的底面和有源圖形43底部的凹陷部分上的襯底10，以在溝槽16的底表面上和有源圖形43的底部處的凹陷部分中提供掩埋絕緣圖形55。掩埋絕緣圖形55形成在有源圖形的第一摻雜區(qū)的下面，且還形成在有源圖形的溝道區(qū)下面，其中電容器電連接于第一摻雜區(qū)。溝道區(qū)形成在第一與第二摻雜區(qū)之間。即，與上面關(guān)于圖10A至10F描述的掩埋絕緣圖形相比，掩埋絕緣圖形55進(jìn)一步延伸進(jìn)有源圖形43中。
現(xiàn)在參考圖11B，例如，利用CVD工藝在溝槽16中的襯底10上沉積具有優(yōu)良間隙填充特性的氧化物，以便于在襯底10上形成溝槽氧化物層32。例如，利用CMP工藝或回蝕刻工藝除去并平坦化溝槽氧化物層32，直到暴露出氮化物圖形14的頂表面。因此，溝槽氧化物層32保留在溝槽16中。利用氮化物基蝕刻劑執(zhí)行第一濕蝕刻工藝，由此除去氮化物圖形14。利用氧化物基蝕刻劑執(zhí)行第二濕蝕刻工藝，由此除去緩沖氧化物圖形12。因此，將場區(qū)和有源區(qū)在襯底10上彼此相分離。
現(xiàn)在參考圖11C，在包括有源區(qū)和場區(qū)的襯底10上形成防損傷氧化物層(未示出)，以減小在隨后的注入工藝中損傷襯底的可能性。將諸如摻雜劑的雜質(zhì)注入到襯底上，用于晶體管的閾值電壓控制和溝道。當(dāng)DRAM的單元晶體管例如是NMOS晶體管時(shí)，則將P型摻雜劑注入到襯底10中。在將摻雜劑注入到襯底10上之后，除去防損傷氧化物層。
選擇地蝕刻掉在隨后的工藝中將要在其上形成柵極結(jié)構(gòu)的有源圖形的柵極區(qū)，以在有源圖形43的柵極區(qū)上提供至少一個(gè)柵極凹陷部分120。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，柵極凹陷部分120具有如此深度，以便于不暴露掩埋絕緣圖形55的上表面。因此，柵極凹陷部分120不與掩埋氧化物圖形55接觸。
現(xiàn)在參考圖11D，在襯底10的表面上和柵極凹陷部分120的內(nèi)部表面上形成柵極絕緣層(未示出)。在柵極凹陷部分120中的柵極絕緣層上形成柵電極層(未示出)。在柵電極層上形成硬掩模層(未示出)。例如，利用常規(guī)的光刻工藝部分地除去硬掩模層，以提供硬掩模126，并利用該硬掩模126作為蝕刻掩模順序地除去柵電極層和柵極絕緣層，以提供柵極結(jié)構(gòu)128。柵極結(jié)構(gòu)128包括柵極絕緣圖形122、柵電極圖形124和硬掩模126。
在其上形成柵極結(jié)構(gòu)128的襯底10上形成氮化硅層(未示出)，并在氮化硅層上進(jìn)行各向異性蝕刻工藝。在柵極結(jié)構(gòu)108的側(cè)表面上形成柵極隔離物130。利用柵極結(jié)構(gòu)128作為注入掩模將摻雜劑注入到襯底的表面部分上，由此在有源圖形55上形成晶體管的源極和漏極區(qū)132。晶體管的源極和漏極區(qū)132包括將電容器連接于其的第一摻雜區(qū)132a和將位線連接于其的第二摻雜區(qū)132b。第一摻雜區(qū)132a與掩埋絕緣圖形55的頂表面接觸，以便于可以減小源極和漏極區(qū)與襯底10之間的結(jié)電容。
現(xiàn)在參考圖12A和12D，將討論示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的晶體管的制造中的處理步驟的橫截面圖。如圖12A中所示，通過利用與上面有關(guān)圖1A至2F所描述的處理步驟相似的處理步驟形成溝槽16，來將初步有源圖形集成地形成在半導(dǎo)體襯底10上。
初步有源圖形包括至少兩個(gè)寬度，用于分別將電容器和位線連接于有源圖形的摻雜區(qū)而彼此不重疊。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，初步有源圖形具有平坦的頂表面和在中央部分相對(duì)于兩端部膨脹的凸起形狀，如上面有關(guān)圖3的描述。因此，相鄰初步有源圖形端部的第一區(qū)的寬度大于相鄰初步有源圖形的中央部分的第二區(qū)的寬度。換句話說，初步有源圖形的寬度在相應(yīng)于凸起部分的第二區(qū)比在相應(yīng)于非凸起部分的第一區(qū)大。
部分除去初步有源圖形底部的襯底，以提供在其底部具有凹陷部分的有源圖形44。當(dāng)將摻雜劑注入到襯底10的表面部分中時(shí)，初步有源圖形的第一和第二區(qū)被分別稱之為有源圖形的第一和第二摻雜區(qū)。
在具有相對(duì)較大寬度的有源圖形的凸起部分上形成晶體管的柵極，而在具有相對(duì)較小寬度的有源圖形的非凸起部分上形成源極和漏極區(qū)。熱氧化溝槽16的底面和有源圖形44底部處的凹陷部分上的襯底10，并由此在溝槽16的底表面上和有源圖形底部處的凹陷部分中形成掩埋絕緣圖形55。掩埋絕緣圖形55形成在有源圖形的源極和漏極區(qū)的下面。
其上形成溝道的第二摻雜區(qū)具有相對(duì)較大的寬度，而其上形成源極和漏極區(qū)的第一摻雜區(qū)具有相對(duì)較小的寬度。將有源圖形的第一摻雜區(qū)下面的硅襯底10完全氧化，由此在有源圖形與襯底10之間形成掩埋絕緣圖形55。因此，將有源圖形與襯底10的主體部分21充分地隔離開。將有源圖形的第二摻雜區(qū)下面的硅襯底10部分氧化，由此在有源圖形與襯底10之間不完全形成掩埋絕緣圖形55。因此，有源圖形部分地連接于襯底10的主體部分21。
現(xiàn)在參考圖12B，例如，利用CVD工藝在溝槽16中的襯底10上沉積具有優(yōu)良間隙填充特性的氧化物，以便于在襯底10上形成溝槽氧化物層32。例如，利用CMP工藝或回蝕刻工藝除去并平坦化溝槽氧化物層32，直到暴露出氮化物圖形14的頂表面。因此，溝槽氧化物層32保留在溝槽16中。利用氮化物基蝕刻劑執(zhí)行第一濕蝕刻工藝，由此除去氮化物圖形14。利用氧化物基蝕刻劑執(zhí)行第二濕蝕刻工藝，由此除去緩沖氧化物圖形12。因此，將場區(qū)和有源區(qū)在襯底10上彼此相分離。
現(xiàn)在參考圖12C，在包括有源區(qū)和場區(qū)的襯底10上形成防損傷氧化物層(未示出)，以減小在隨后的注入工藝中損傷襯底的可能性。將諸如摻雜劑的雜質(zhì)注入到襯底上，用于晶體管的閾值電壓控制和溝道。在將摻雜劑注入到襯底10上之后，除去防損傷氧化物層。
選擇地蝕刻將要在其上形成柵極結(jié)構(gòu)的有源圖形的柵極區(qū)，以在有源圖形的柵極區(qū)上提供至少一個(gè)柵極凹陷部分140。柵極凹陷部分140具有如此深度，以至于不暴露掩埋絕緣圖形55的上表面。
現(xiàn)在參考圖12D，在襯底10的表面上和柵極凹陷部分140的內(nèi)部表面上形成柵極絕緣層(未示出)。在柵極凹陷部分140中的柵極絕緣層上形成柵電極層(未示出)。在柵電極層上形成硬掩模層(未示出)。例如，利用常規(guī)的光刻工藝部分地除去硬掩模層，以提供硬掩模146，并利用該硬掩模146作為蝕刻掩模順序地除去柵電極層和柵極絕緣層，以提供柵極結(jié)構(gòu)148。因此，柵極結(jié)構(gòu)148包括柵極絕緣圖形142、柵電極圖形144和硬掩模146。
在其上形成柵極結(jié)構(gòu)148的襯底10上形成氮化硅層(未示出)，并在氮化硅層上進(jìn)行各向異性蝕刻工藝。在柵極結(jié)構(gòu)148的側(cè)表面上形成柵極隔離物150。利用柵極結(jié)構(gòu)148作為注入掩模將摻雜劑注入到襯底的表面部分中，由此在有源圖形上形成晶體管的源極和漏極區(qū)152。晶體管的源極和漏極區(qū)152包括將電容器連接于其的第一摻雜區(qū)和將位線連接于其的第二摻雜區(qū)。第一摻雜區(qū)與掩埋絕緣圖形55的頂表面接觸，以便于可以減小源極和漏極區(qū)與襯底10之間的結(jié)電容。
現(xiàn)在參考圖13A至13G，將討論示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的鰭型MOS晶體管的制造中的處理步驟的透視圖。如圖13A中所示，在體半導(dǎo)體襯底200上形成緩沖絕緣層(未示出)，例如，緩沖氧化物層，并在緩沖絕緣層上形成氮化硅層(未示出)。緩沖絕緣層可以減小在氮化硅層形成期間產(chǎn)生的應(yīng)力的量。
例如，利用常規(guī)光刻工藝來部分地干蝕刻氮化硅層，由此形成氮化物圖形204。利用氮化物圖形204作為蝕刻掩模，還干蝕刻緩沖絕緣層，由此形成緩沖氧化物圖形202，通過該緩沖氧化物圖形部分地暴露出襯底200的表面。利用氮化物圖形作為蝕刻掩模來蝕刻暴露的襯底200，由此形成溝槽206。因此，通過溝槽206將襯底200劃分成突起部分210和主體部分211。下文中，襯底200的突起部分210被稱之為初步有源鰭。溝槽206的深度大于初步有源鰭210的高度。在氮化硅層上進(jìn)一步形成抗反射層(ARL)，能夠增加用于溝槽206的光刻工藝的處理邊緣。如上面在本發(fā)明各實(shí)施例中所描述的那樣，初步有源圖形210具有至少兩個(gè)寬度。
現(xiàn)在參考圖13B，在包括初步有源鰭210的襯底200上進(jìn)行與上面關(guān)于圖1B至2F所描述的那些處理步驟相似的處理步驟。在溝槽206的底表面和側(cè)表面上形成內(nèi)部氧化層208，并沿著溝槽206的側(cè)表面形成氮化物隔離物220。將內(nèi)部氧化物層208從溝槽206的底表面上除去，并部分地除去在其底部的初步有源鰭210。因此，將初步有源圖形210形成為具有凹陷部分210b的有源鰭210a。另外，有源圖形210包含具有相對(duì)較小寬度的第一區(qū)和具有相對(duì)較大寬度的第二區(qū)。
現(xiàn)在參考圖13C，熱氧化溝槽206的底面和凹陷部分210b的硅襯底200的主體部分211，且因此在溝槽206的底表面上和有源鰭210a的底部處的凹陷部分210b中形成掩埋絕緣圖形222。將有源圖形210a的第一區(qū)下面的硅襯底200完全氧化，并在有源圖形210a與襯底200的主體部分211之間完全形成掩埋絕緣圖形222。因此，在第一區(qū)的下部，將有源鰭210a與襯底200的主體部分211充分隔離開。將有源鰭210a的第二區(qū)下面的硅襯底200部分氧化，并在有源鰭210a與襯底200的主體部分211之間部分地形成掩埋氧化物圖形222。因此，在第二區(qū)的下部處的主體中，將有源鰭210a連接于襯底200的主體部分211。
如圖13D中所示，例如，利用各向異性蝕刻工藝將氮化物隔離物220從有源鰭210a的側(cè)表面上除去。當(dāng)除去氮化物隔離物220時(shí)，還部分地蝕刻掉硬掩模。
現(xiàn)在參考圖13E，例如，利用CVD方法在溝槽206的襯底200上沉積具有優(yōu)良間隙填充特性的氧化物，以便于在襯底200上形成溝槽氧化物層230。例如，利用CMP工藝或者回蝕刻工藝除去并平坦化溝槽氧化物層230，直到暴露出氮化物圖形204的頂表面。因此，溝槽氧化物層230保留在溝槽206中。利用氮化物基蝕刻劑來執(zhí)行第一濕蝕刻工藝，由此除去氮化物圖形204。利用氧化物基蝕刻劑來執(zhí)行第二濕蝕刻工藝，由此除去緩沖絕緣圖形202。因此，將場區(qū)和有源區(qū)在襯底200上彼此分離開。
現(xiàn)在參考圖13F，除去溝槽氧化物層230和內(nèi)部氧化物層208，并因此有源鰭210a從掩埋氧化物圖形222中突起。在不暴露襯底200的主體部分211的條件下，在溝槽氧化物層230和內(nèi)部氧化物層208蝕刻的同時(shí)，將掩埋氧化物圖形222的一部分蝕刻掉。因此，有源鰭210a被掩埋氧化物圖形222充分地覆蓋，并與襯底200的主體部分211充分地隔離開，即使在掩埋氧化物圖形222的一部分被蝕刻掉的情況下。
不必將溝槽氧化物層230完全蝕刻掉，以至于蝕刻掉溝槽氧化物層230的一部分。根據(jù)有源鰭210a的有效厚度來確定溝槽氧化物230的蝕刻量。
現(xiàn)在參考圖13G，在掩埋氧化物層222上和有源鰭210a的表面上形成柵極絕緣層(未示出)。在柵極絕緣層上順序地形成柵電極層(未示出)和硬掩模。例如，利用常規(guī)的光刻工藝將硬掩模部分地除去，由此形成硬掩模246，并利用硬掩模246作為蝕刻掩模來順序蝕刻掉柵電極層和柵絕緣層。因此，完成包括柵極絕緣圖形242、柵電極圖形244和硬掩模246的柵極結(jié)構(gòu)240。
在包括柵極結(jié)構(gòu)240的襯底上進(jìn)行常規(guī)離子注入工藝，在襯底的表面部分關(guān)于柵極結(jié)構(gòu)240對(duì)稱地形成源極和漏極區(qū)。因此，可以使用熱氧化和氮化物形成工藝來在體硅襯底上形成鰭型晶體管，以便于與利用常規(guī)SOI襯底來用于形成鰭型晶體管時(shí)相比較，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，可以以相對(duì)較低的成本形成鰭型晶體管。
如上面關(guān)于圖1A至13G的簡單描述，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，利用熱氧化和氮化物形成工藝，來如此形成有源圖形，以至于將有源圖形的一部分與襯底的主體部分隔離開而將有源圖形的另一部分電耦合于襯底的主體部分。根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的方法可以減小用于制造包括有源圖形的半導(dǎo)體器件的制造成本。而且，包括根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的有源圖形的半導(dǎo)體器件可以提供低結(jié)電容、低漏電流和高驅(qū)動(dòng)電流。因此，當(dāng)DRAM的單元晶體管包括該有源圖形，則可以增加DRAM的數(shù)據(jù)保持時(shí)間。最后，將有源圖形的一部分電耦合于半導(dǎo)體襯底的主體部分，且因此，如果不加以阻止的話，可以顯著地減小由于半導(dǎo)體器件工作引起的自熱效應(yīng)?？梢詫⒎聪蚱珘菏┘拥桨ㄓ性磮D形的晶體管，以便于晶體管的閾值電壓會(huì)容易可控制。
在附圖和說明書中，已經(jīng)公開了本發(fā)明典型的優(yōu)選實(shí)施例，雖然采用了特定的術(shù)語，但是它們僅用于普通的和說明的意義，并非限制目的，將在下述權(quán)利要求中闡述本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種形成半導(dǎo)體器件的方法，包括如此蝕刻半導(dǎo)體襯底，以便于半導(dǎo)體襯底限定出溝槽和初步有源圖形，溝槽具有底面和側(cè)壁；在溝槽的底面和側(cè)壁上形成絕緣層；在絕緣層上如此形成隔離物，以便于隔離物在溝槽的側(cè)壁上和溝槽的一部分底面上；如此除去溝槽底面上和隔離物下方的絕緣層，以便于至少部分暴露溝槽的一部分底面，將隔離物與溝槽的底面間隔開，并部分地暴露初步有源圖形的一部分；部分地除去初步有源圖形的暴露部分的一部分，以提供在隔離物下方限定出凹陷部分的有源圖形；和在有源圖形的凹陷部分中形成掩埋絕緣層。
2.權(quán)利要求1的方法，其中初步有源圖形的上表面具有至少兩個(gè)不同的寬度。
3.權(quán)利要求2的方法，其中蝕刻半導(dǎo)體襯底還限定出在溝槽下方的襯底的主體部分和有源圖形；其中有源圖形包括具有第一寬度的第一區(qū)和具有大于第一寬度的第二寬度的第二區(qū)；和其中掩埋氧化物層將有源圖形的第一區(qū)與襯底的主體部分隔離開，并將有源圖形的第二區(qū)電耦合于襯底的主體部分。
4.權(quán)利要求2的方法，其中初步有源圖形具有第一區(qū)和第二區(qū)，第二區(qū)的寬度與第一區(qū)的不同，且其中部分地除去初步有源圖形的暴露部分包括各向異性蝕刻初步有源圖形的第一區(qū)的下部。
5.權(quán)利要求1的方法，其中形成掩埋絕緣層包括利用熱氧化工藝或化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝來形成掩埋絕緣層。
6.權(quán)利要求1的方法，其中蝕刻半導(dǎo)體襯底還包括在半導(dǎo)體襯底上形成緩沖絕緣層；在緩沖絕緣層上形成氮化硅層；通過構(gòu)圖氮化硅層來形成暴露場區(qū)的氮化硅圖形；和利用氮化硅圖形作為蝕刻掩模蝕刻緩沖絕緣層和半導(dǎo)體襯底，以提供溝槽和初步有源區(qū)。
7.權(quán)利要求1的方法，其中除去絕緣層包括利用隔離物作為蝕刻掩模來各向異性蝕刻絕緣層，由此暴露溝槽底面的至少一部分表面。
8.權(quán)利要求1的方法，其中形成絕緣層包括熱氧化包括初步有源圖形的襯底。
9.權(quán)利要求1的方法，其中絕緣層包括氧化硅。
10.權(quán)利要求1的方法，其中隔離物包括氮化硅。
11.權(quán)利要求1的方法，其中隔離物包括其蝕刻速率低于絕緣層蝕刻速率的材料。
12.權(quán)利要求1的方法，其中部分除去初步有源圖形的暴露部分的一部分包括利用化學(xué)干蝕刻工藝除去初步有源圖形的暴露部分的一部分。
13.一種形成晶體管的方法，包括如此蝕刻集成電路襯底，以便于襯底限定出襯底中的溝槽、襯底的有源區(qū)和襯底的主體部分；形成在溝槽下方并在襯底的有源區(qū)與襯底的主體部分之間延伸的掩埋絕緣圖形；在集成電路襯底的有源區(qū)上形成柵極；和在柵極的第一側(cè)上的襯底的有源區(qū)上形成源極區(qū)，并在柵極的第二側(cè)上的襯底的有源區(qū)上形成漏極區(qū)，源極區(qū)和漏極區(qū)電耦合于掩埋絕緣圖形。
14.權(quán)利要求13的方法，其中有源區(qū)的上表面具有至少兩個(gè)寬度，至少兩個(gè)寬度中的第一個(gè)與至少兩個(gè)寬度中的第二個(gè)不同。
15.權(quán)利要求14的方法，其中有源區(qū)包括具有第一寬度的第一子區(qū)和具有大于第一寬度的第二寬度的第二子區(qū)；和其中掩埋絕緣圖形將有源區(qū)的第一子區(qū)與襯底的主體部分隔離開，并將有源區(qū)的第二子區(qū)電耦合于襯底的主體部分，第一子區(qū)位于晶體管的柵極下方，而第二子區(qū)位于晶體管的源極和漏極區(qū)下方。
16.權(quán)利要求13的方法，其中掩埋絕緣圖形延伸進(jìn)晶體管柵極下方的溝道區(qū)中。
17.權(quán)利要求13的方法，其中晶體管包括動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)或鰭型場效應(yīng)晶體管(FIN-FET)中的至少一種。
18.一種半導(dǎo)體器件，包括限定出溝槽和初步有源圖形的半導(dǎo)體襯底，溝槽具有底面和側(cè)壁；溝槽底面和側(cè)壁上的絕緣層；絕緣層上的隔離物，隔離物與溝槽底面間隔開；在隔離物下方限定出凹陷部分的有源圖形，和在有源圖形的凹陷部分中的掩埋絕緣層。
19.權(quán)利要求18的器件，其中初步有源圖形的上表面具有至少兩個(gè)不同的寬度。
20.權(quán)利要求19的器件，其中半導(dǎo)體襯底還限定出在溝槽下方的襯底的主體部分和有源圖形，其中有源圖形包括具有第一寬度的第一區(qū)和具有大于第一寬度的第二寬度的第二區(qū)，且其中掩埋絕緣層將有源圖形的第一區(qū)與襯底的主體部分隔離開，并將有源圖形的第二區(qū)電耦合于襯底的主體部分。
21.權(quán)利要求19的器件，其中初步有源圖形具有第一區(qū)和其寬度不同于第一區(qū)寬度的第二區(qū)。
22.權(quán)利要求18的器件，其中絕緣層包括氧化硅。
23.權(quán)利要求18的器件，其中隔離物包括氮化硅。
24.權(quán)利要求18的器件，其中隔離物包括其蝕刻速率低于絕緣層蝕刻速率的材料。
25.一種晶體管，包括限定出襯底中的溝槽、襯底的有源區(qū)和襯底的主體部分的集成電路襯底；在溝槽下方并在襯底的有源區(qū)與襯底的主體部分之間延伸的掩埋絕緣圖形；集成電路襯底的有源區(qū)上的柵極；和柵極第一側(cè)上的襯底的有源區(qū)上的源極區(qū)和柵極第二側(cè)上的襯底的有源區(qū)上的漏極區(qū)，源極區(qū)和漏極區(qū)電耦合于掩埋絕緣圖形。
26.權(quán)利要求25的器件，其中有源區(qū)的上表面具有至少兩個(gè)寬度，至少兩個(gè)寬度中的第一個(gè)與至少兩個(gè)寬度中的第二個(gè)不同。
27.權(quán)利要求26的器件，其中有源區(qū)包括具有第一寬度的第一子區(qū)和具有大于第一寬度的第二寬度的第二子區(qū)；且其中掩埋絕緣圖形將有源區(qū)的第一子區(qū)與襯底的主體部分隔離開，并將有源區(qū)的第二子區(qū)電耦合于襯底的主體部分，第一子區(qū)位于晶體管的柵極下方，而第二子區(qū)位于晶體管的源極和漏極區(qū)下方。
28.權(quán)利要求25的器件，其中掩埋絕緣圖形延伸進(jìn)晶體管柵極下方的溝道區(qū)中。
29.權(quán)利要求25的器件，其中晶體管包括動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)或鰭型場效應(yīng)晶體管(FIN-FET)中的至少一種。
全文摘要
提供形成半導(dǎo)體器件的方法。如此蝕刻半導(dǎo)體襯底，以便于半導(dǎo)體襯底限定出溝槽和初步有源圖形。溝槽具有底面和側(cè)壁。在溝槽的底面和側(cè)壁上提供絕緣層，并在絕緣層上如此形成隔離物，以便于隔離物在溝槽的側(cè)壁上和溝槽的一部分底面上。如此除去溝槽底面上和隔離物下方的絕緣層，以便于至少部分暴露溝槽的一部分底面，將隔離物與溝槽的底面間隔開，并部分地暴露初步有源圖形的一部分。部分地除去初步有源圖形的暴露部分的一部分，以提供在隔離物下方限定出凹陷部分的有源圖形。在有源圖形的凹陷部分中形成掩埋絕緣層。還提供相關(guān)的器件。
文檔編號(hào)H01L21/335GK1681103SQ200510053088
公開日2005年10月12日 申請(qǐng)日期2005年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月5日
發(fā)明者孫龍勛, 崔詩榮, 李炳讃, 李鐘昱, 丁仁洙, 李德炯 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社