TW200816481A - Integrated transistor device and corresponding manufacturing method - Google Patents

Description

200816481 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本赉明與一種集成電晶體裝置以及對應的製造方法有 關。 [先前技術】 集成MOSFET電晶體對基板的接面漏電流（細比如 leakage)是裝置開發中的一個重要問題。例如，在dram 應用中，不得不只為一個接觸（c〇ntact)，比如不對稱裝置， 而最佳化這些參數。所有這些用於DRAM應用的裝置均需 要體接觸。 近來，已經為DRAM應用提出了諸如FINCUT和edu 和雙閘極裝置的不對稱平面裝置、不對稱三維裝置。然而， 匕們均具有從卽點接面（nodejUnction)到基板的非閘控的 直接迫路。 ’、、、:而’至今遲沒有找到容$實現的令人滿意、的解決方 法。 、 【發明内容】 、如申5月專利範圍第1項所要求的本發明的第-方面， 集成電晶體裝置包括：半導體基板；柱，形成在該半導體 基板中；閘極溝槽，圍繞雜；第-源極/汲極區，形成在 該柱的上部區域中；閘極介電層，形成在閘極溝槽的底部 下部區域；閘極，形成在該閘極溝槽 、二f ^ ;丨私層上，並圍繞該柱的下部區域；以及至少 個第一源極/没極區，形成在該半導體基板的上部區域 200816481 中’並與該閘極溝槽鄰接。 如申請專職_ 1G項所要求物㈣的第二方面， =電=細製造方法包括以下步驟:使用厚度為χ

第1^=罩條在轉縣板中形成第—絕緣溝槽和 溝槽’ m緣材料填充該第—和第二絕緣溝槽 一與麵轉的上表面職的辦；形成厚度為&的該^ -材料的遮罩，該遮罩具有部分地暴露出—和炉 ^^及_罩條的視窗，_在該視窗中形成厚度為二 =!料的另—麵罩條，其具有與㈣視窗按比例減小 的視自相對應的尺寸；以厚度χ侧該遮罩條、遮罩、以 2一!料條，跡在第—和第二《找出該基板， 弟和第_視窗配置在該視窗中並由該遮罩條的—部分 分隔；使用_罩條、遮罩、以及另—個遮罩條，藉由至 少一偏辭驟形繞該_該_溝槽；形辆第— 源極/汲極區，·形成該雜介電層；形成該閘極；以及 忒至少一個第二源極/汲極區。 如申請專利範圍第19項的本發明的第三方面，積體 路已括^Bg體’電晶體包括第—和第二源極級極部以及設 置在與第-#第二源極/没極部之間的基板部相鄰的第一閑 ，極更包括第二閘電極，其與第一閘電極接觸，其中， 第和第一㈣極配置在相關於第一源極/汲極部的相對侧 如申請專利II圍第2〇項所要求的本發明的第四方面， 積體電路包括電晶體，雷s辦a 哲士… 电日日篮，罨日日體包括弟一和第二源極/汲極 200816481 部；通道，設置在第_ —一 極，與通道相鄰，並/二一原極/汲極部之間，·以及間電 極與通道的兩個相對侧相鄰沿逍道方向的截面圖中，閑電 弟一'電晶體，每一個雷曰勺杯·楚 第二源«及第—f二個::二包括#;一和 極/汲極部之間；第一間雷：：一置在弟-和弟二源 , 弟—閘電極，其設置在第一電晶體的第— 及極#第二電晶體的第二源極鈒極部之間，立中， 弟一閘電極和第二閘電極彼此接觸。 尽發明基於， 万面’即ρη接面和體區（body regi〇n ) 中_是閘控的。另—方面是，在沿通道方向的截 面圖中，閑電極與保持在相同電孜上的通道的兩個相 相鄰。 孕父佳貫施例在各個獨立申請專利範圍中列出。 ”根據-個實施㈣’在該柱的械侧處形成填充有介雷 材料的第-和第二絕緣溝槽，該閘極溝槽和閘極延雜 第一和第二絕緣溝槽中。 ^ 根據另-個實施例，在每一個該第—和第二源極級極 區亡形成導電層，並延伸到與該第—和第二絕緣溝槽 的局度位準，制極溝槽填訪延侧該冑度鱗的絕緣 層。 ' 根據另-個實施例，在該絕緣層上形成間極 繞線(route)穿過該絕緣層。 亚 根據另一個實施例，在該導電層上形成第一和第一原 200816481 ♦ 極/；；及極接觸。 /根據另一個實施例，在閘極介電層下方的半導體基板 中形成通道’閘極介電層在垂直於電流方向的方向上具有 彎曲的上表面。 根據另一個實施例，該柱具有彎曲的侧壁。 /根據另一個實施例，在閘極介電層下方的半導體基板

士成〔道閘極；丨龟層包括由該閘極介電層和閘極所覆 蓋的上拐角。 、根據另一個實施例，在該半導體基板的上部區域中形 成另一第二源極/汲極區，其在該至少一第二源極/汲極區相 對的位置處與該閘極溝槽鄰接。 【實施方式】 ，1 a)姐i〇 a)個顯示出根據本發明第-實施例的 木成轉體結構的製造方法的示意性佈局圖。 右諸Γa) -f)圖顯示出石夕半導體基板1，其中，形成填充 π 氧化矽的介電絕緣材料的絕緣溝槽汀1和IT2。藉 在5玄基板1上表面〇F上的氮化石夕遮罩條5執行該絕 始^1T1 IT2的形成。在用於形成絕緣溝槽rn、IT2 光牛驟2之後’絕緣填充材料被沉積並透過化學機械抛 ==來處理，財，氮切遮罩條5被作為拋光停止部 ΙΤ2严於^口此^石夕遮罩條5的上表面和絕緣溝槽1X1、 目同的问度位準L。應該注意，氮切遮罩條$的 /子度為X，其中，又在25〜2〇〇聰的範圍内。 儘管這裏沒有示出，但很明顯，絕緣溝槽還可以設置 8 200816481 在第⑷_佈局圖的其餘兩個侧面處。 、第-)f)圖所示的隨後處理步驟中，厚度為的 =軍15在第1 a) _f) _基板上形成，也就是說，其厚 :疋位於其下方的氮化_罩條5的厚度_倍。較佳地， 。亥硬遮罩I5的材料也減切。硬料 立 暴露出該氮切遮罩條5和_緣溝槽m、iT2_的一部 ’在形成該硬料視窗F的步_間，該絕 的底層氧化物可用於終點檢測__ 芦30? _f)圖所示的下-處理步驟中，氧化石夕襯墊 層30被沉積在第2a)_f)圖的任 ^ 隔離物侧步驟，用於僅在該視°fF的 =層中3〇’從而形成更小的視窗F，。此後，在該更小的 二^積另—個氮卿層2^將其賴刻到最 4度X，即，該氮化矽遮罩條5 度的—半。 九皁U邮度或麵鮮15的厚 此後，如第4 a) -f)圖中所示，在蝕 化石夕襯墊層30,該侧步驟停止在該硬遮罩氣 上。從第4a)圖中可以看出，由於呈 表面 於第2 a) -f)圖的處理狀態。 狀L不同 θ在下-處理步驟中，執行轉移钱刻（咖知_ 疋指露出晚化糾5、15、25減少厚度义，導 = -〇圖所示的處理狀態。該轉移_步驟相對於氧化石夕和 1 夕 9 200816481 2選擇性地侧氮切。因此，絲出絲板！的兩個視 _ W2在H緣溝槽ITl、ΙΤ2之間形成，該視窗W1、 W2被該氮化石夕遮罩條5的—部分分隔。 士第6 _f)目中所示，現在執行用於形成閘極溝槽 的組合氧化;鄉綱步驟。雜溝槽在基板〗中和在 相獅邑緣溝槽IT1、m中具有—個深度。因此，必須在 乳化石夕中更快速地蝕刻。 ( 者2可以百先執行氧切網步驟，紐，執行非 廷擇性的氧化砂/石夕钱刻步驟。 可*第6 f)圖具體的得到，用於該閘極溝槽GW的钱 =理在雜板丨巾形成完全由該閘極溝槽GW所環繞的 的電溝槽GW底部下方的基板1中具有即將形成 的冤日日體|置的通道。 +曰t該閑極溝槽GW的該蝴處理完成之後，為了調整 W1、W2。 、4寸U，可以任選地將通道植入該視窗 或它V)圖，透過熱氧化或透過高让材料沉積 法m Γ 口，在該閉極溝槽GW中露出的石夕基板1上形 1 D由魏矽所製成的閘極介電層4〇 ::積在該，溝槽GW中並在其中形成凹槽，；;;【 p/ 50形成待形成的電晶體裝置的間極。應該注意，用於 不僅限於多轉，還可以使用其他導電材料， 此後，另-個氧化石夕層60沉積在整個結構上，並以化 10 200816481 输戒拋粉馳絲的硬縣的上絲。 弟7 a)彳）圖所示的處理狀態。 、 在第8 a)彳）圖所不的另一個處理步驟中，執 石夕/氮化賴刻步驟，這從第7a) _f)目的結構中去险: 化石夕層6G的厚度X以及該硬遮罩15的剩餘厚度x。^…乳 照第9判圖，透過選擇侧步·除該 鼠化‘罩條）的露出部分，之後，執行到基板 ::子植入，以在柱la中形成第—獅汲極區s :及 ^基板1的表面0F處形成第二和第三源極級極區切、 細、m上表娜準目鄰的絕緣溝 應該注意，儘管源極/汲極區D1、D2 =電，上邊緣的上方，但這⑽ /、D2的下邊緣也可以與閘極導電材料％ 背平或在其下方。 取後，如第l〇a) 〇圖中所示，例如由氧化石夕所第成 的另-個絕緣層⑽被沉積在整個 : =—⑽、源— 觸CG，以用於接觸該第一及第二源極/没極區w 源極/汲極區S、以及該閘極區5〇。 ^ 如第1 〇 e )圖所示，根據本實施例裝置的通道c 直於電流方向的方向上具有平坦的上表面。 這裏應該注意，源極級極接觸⑽以及源極/沒極區 D2 -樣都是任選的並且不是必要的。特別地，如果根據本 200816481 實施例的電晶體被對稱使用，則該源她極區叻以 極/汲極接觸CD2是有用的。 “、 w第i] a) _f)至13a) _f)圖顯示出根據本發明第一實 細例的集成半導體結構的製造方法的示意性佈局圖。弟一貝 開Γ第5a) r5f)圖所示的處理狀態。 7: a _ ) ® ’用於第二實施例的間極溝槽GW,

"的、^=始魏化石夕/雜刻步驟，該步職刻氧化石夕 ^度比麵㈣速度快得多，從_達絕緣溝槽m、m 中:極溝槽GW，的最終深度，_餘】

::軸度還沒有達到。明顯地，該侧步驟相S 用作遮早的氮化矽是高選擇性的。 是二==_咖，其相對於氧崎氮辦 包刻，這導致第: 反被各向同性地 -）0圖中所示的處理狀態。 具體地，可以從垂直於第12 泣

該石夕侃咖使縣柱la，#向變·，二2=‘出， 卷以π 权门又溥，攸叩仵到其彎曲的側 「从及閘極溝槽GW，下方的通道區ch，的彎 b。透過該矽薄化步驟，可以在办 ' 成的電晶體的電特性。.在更見的域内改變即將形 ~f) ΓΙ^120·011的處理狀態的處理步驟對應於第7 a) 在第mf)圖的處理步驟，因此在此不再贅述。僅 示出對應於第iQa) _f)圖所示的處理 狀恕的乘終處理狀態。 第a)f)至16 a)彳）圖顯示出根據本發明第三實 12 200816481 施例的集成半導體結構的製造方法的示意性佈局圖。 〜始於第5 a) _f)目所示的處理狀態。在 ，一”n域中如第14 a) 圖所示，用於形成閘極溝槽 W”的兹刻步驟從具有超過氧化石夕和氣化石夕的高選 2刻步·始，並細絲]t形成__極溝槽

此後，執行氧化石夕/石夕钱刻步驟，刻步驟钱刻氧 石夕的迷度比韻刻石夕的速度快得多，這導致第15 a) -f)圖所 不的處理狀態，具體可從第15 e) 極_”下方的通道區CH，，具有曲“’其二： 一貫施例的便面lb，的曲率相反。 ’、 根據第15 a) _f)圖的處理步驟對應於在上面已經表考 和15 〇 _f)圖說明的處理步驟，因此在這裏 ㈣僅在第l6a)_f)圖中示出對應於第仞 "所不的處理狀態的最後的處理狀態。

四奋0圖和第18 θ A圖顯示出根據本發明第 #:、▲成半導體結構的製造方法的^意性佈局圖。 :二，恤第6 a) _f)圖所示的處理狀態，也 ”疋况’在部分形成閘極溝槽GW，，，之後開始。 能之後^ Θ 〇圖所7^，在第6 W _〇圖所示的處理狀 ;=;;ΤΓ刻步驟’其暴露出溝槽Gw，，，下方的通 77角C。為了更好地理解，在第17 〇、17 e)和 圖中的虛線顯示出第6a) _f)圖的處理狀態，也就^ ° 氧化石夕餘刻步驟之前的處理狀態。 ' 13 200816481 隨後的處理步驟對應於上面參照第7 a>f)圖至第10 a) -f)圖描述的處理步驟，因此這裏不再贅述。 僅在第18 a) -f)圖中顯示出對應於第10 a) -f)圖中 的處理狀態的最終處理狀態。 可以從第18 e)圖得到，被氧化物層60’覆蓋的閘極區 50’覆蓋了閘極溝槽GW”’下方的通道CH”’的該露出的拐角 C，也就是說，該電晶體顯示出拐角裝置效應（corner device effect) 〇 儘管已經參照較佳實施例描述了本發明，但本發明不 限於此，而是可以以對本領域技術人員來說明顯的方式進 行修改。因此，本發明僅由所附申請專利範圍的範圍進行 限定。 14 200816481 【圖式簡單說明】 在圖式中： 第1 a)-f)至10 a)-f)圖顯示出根據本發明第一實施例的集 成半導體結構的製造方法的不意性佈局圖， 第11 a)-f)至13 a)-f)圖顯示出根據本發明第二實施例的集 成半導體結構的製造方法的示意性佈局圖； 第14 a)-f)至16 a)-f)圖顯示出根據本發明第三實施例的集 成半導體結構的製造方法的示意性佈局圖；以及 第17 a)-f)和18 a)-f)圖顯示出根據本發明第四實施例的集 成半導體結構的製造方法的不意性佈局圖。 在圖式中，相同的元件符號表示相同的或功能上相同的 元件。 在第1至18圖的每一個圖中，a)表示平面圖，b)表示沿 平面圖a)的線A-A的剖面圖，c)表示沿平面圖a)的線B-B 的剖面圖，d)表示沿平面圖a)的線I-Ι的剖面圖，E表示 沿平面圖a)的線II-II的剖面圖，以及F表示沿平面圖A的 線III-III的剖面圖。 【主要元件符號說明】 表面 閘極溝槽 柱 電晶體通道 閘極接觸 基板 OF GW la CH CG 1 15 200816481 5 氮化破遮罩條 L 高度位準 15 硬遮罩 30 氧化；5夕概墊層 40 閘極介電層 70 多晶矽層 100 絕緣層 1C 曲面 c 拐角 25、60 氮化矽層 X、2X 厚度 F、Wl、W2 視窗 IT1、IT2 絕緣溝槽 D1、D2、S 源極、>及極區 CS、CD1、CD2 源極、汲極接觸 50 導電材料、閘極區、多晶带層 16

Claims (1)

1. 200816481 十、申請專利範圍： 1· 一種集成電晶體裝置，包括： 一半導體基板； 一柱，形成在該半導體基板中； 一閘極溝槽，圍繞該柱； 一第一源極/汲極區，形成在該柱的上部區域中； 一閘極介電層，形成在閘極溝槽的底部上，並圍鉍a 柱的一下部區域； ％读 一閘極，形成在該閘極溝槽中的該閘極介電層上，、 圍繞該柱的一下部區域；以及 日 教 至少一第二源極/汲極區，形成在該半導體基板的〜 部區域中，並與該閘極溝槽鄰接。 上 2·如申明專利视圍第丨工頁所述的集成電晶體裝置 括·· 尺包 一第一絕緣溝槽和一第二絕緣溝槽，填充有一介奮 料，形成在該柱的相對侧； 兔才 該閘極溝槽和閘極延伸到該第一絕緣溝槽和該第二# 緣溝槽中。 3.如申请專利範圍第2項所述的集成電晶體裝置，更包 括： V電層开ν成在该第一源極/沒極區和該第二源極/ =極區的每-個上，並延伸顺該第—絕緣溝槽和該 第一絕緣溝槽相同的一高度位準； 該閘極溝槽填充有延伸到該高度位準的一絕緣材料。 17 200816481 4. 如申請專利範圍第2項所述的集成電晶體裝置，更包 括： 一閘極接觸，形成在該絕緣層上並繞線穿過該絕緣層。 5. 如申請專利範圍第2項所述的集成電晶體裝置，更包 括： 一第一源極/汲極接觸和一第二源極/汲極接觸，形成在 該導電層上。 6. 如申請專利範圍第1項所述的集成電晶體裝置，其中， 在該閘極介電層下方的該半導體基板中形成的一通道 在垂直於一電流方向的方向上具有彎曲的上表面。 7. 如申請專利範圍第1項所述的集成電晶體裝置，其中， 該柱具有彎曲的侧壁。 8. 如申請專利範圍第1項所述的集成電晶體裝置，其中， 在該閘極介電層下方的該半導體基板中形成的一通道 包括被該閘極介電層和閘極所覆蓋的上拐角。 9. 如申請專利範圍第1項所述的集成電晶體裝置，更包 括： 另^一第二源極/>及極區5形成在該半導體基板的'一上部 區域中，在與該至少一第二源極/汲極區相對的位置處 與該閘極溝槽鄰接。 10. —種製造如申請專利範圍第1項所述的集成電晶體裝 置的方法，包括以下步驟： 使用具有一厚度為X的一第一材料的一遮罩條在一半 導體基板中形成一第一絕緣溝槽和一第二絕緣溝槽， 18 200816481 並以一絕緣材料填充該第一絕緣溝槽和該第二絕緣溝 槽到與該遮罩條的一上表面對應的一位準； 形成具有一厚度為2χ的該第一材料的一遮罩，該遮罩 具有部分地暴露出該第一絕緣溝槽和該第二絕緣溝槽 以及該遮罩條的一視窗； 在該視窗中形成具有一厚度為X的第一材料的另一遮 罩條，其具有與從該視窗按比例減小的一視窗相對應 的尺寸； 以一厚度X蝕刻該遮罩條、該遮罩、以及該另一遮罩 條，用於在一第一視窗和一第二視窗中露出該基板， 該第一視窗和第二視窗配置在該視窗中並由該遮罩條 的一部分所分隔； 使用該遮罩條、該遮罩、以及該另一遮罩條，透過至 少一钱刻步驟形成圍繞該柱的該閘極溝槽； 形成該第一源極/汲極區； 形成該閘極介電層； 形成該閘極；以及 形成該至少一第二源極及極區。 11.如申請專利範圍第10項所述的方法，其中，形成另一 遮罩條的該步驟包括以下步驟： 在該遮罩上沉積一襯墊層； 在該襯墊層上執行一隔離物蝕刻，用於暴露出在該視 窗中按比例減小的視窗；以及 沉積並回#刻該第一村料，以形成該另一遮罩條。 19 200816481 12·如申請專利範圍第ίο項所、成、、 極溝槽的該步驟包括以下^的方去，其中，形成該閘 將該絕緣溝才曹中的該絕緣2 m 面；以及 抖回蝕刻到該基板的一表 同時將該絕緣溝槽中的註的 該閘極溝槽的-深度/〜巴、，彖材料和該基板回钱刻到 13.如申請專利範圍第1〇項 極溝槽的該步驟包括以下步騍、.去，其中，形成該閘 物_，到該閘極溝槽的 f該基板回_到低於該閘極溝槽的該深度的另— 度。 7 14 如申請專利範圍第10項所述的方法，其中，形成該閑 極的該步驟包括以下步驟：沉積並回钱刻該間極溝样 中的一導電材料層。 9 15 如申請專利範圍第14項所述的方法，其中，在形成該 間極的該步驟之後，A —_材料填充綱極溝槽； 以及 9 此後，將該遮罩和該絕緣層回蝕刻到該位準。 16.如申請專利範圍第15項所述的方法，更包括以下步驟: 選擇性地去除該遮罩條； 在該基板中形成該源極/没極區； 沉積該導電層並將該導電層回触刻到該位準。 17·如申請專利範圍第1〇項所述的方法，其中，一閘極接 20 18. 觸形成在魏緣層上並繞線穿過該絕緣層。 2請專，第10項所述的方法，其中，在該導電 19. 日形成—第—和第二源極/汲極接觸。 一種包括電晶體的積體電路，包括·· 二f—源極及極部和-第二源極/汲極部，以及 =第-間電極，被設置相鄰於該第—源極級 =二源極級極部之間的—基板部，更包括一第二間電 —’5亥弟二閘電極與該第-閘電極接觸，其中，該第 閘電極和該第二閘電極 人 極部的一相對側上。 收 20. 一種包括電晶體的積體電路，包括·· 一第-源、極/没極部和—第二源極/汲極部； 二=’設置在該第—源極/汲極部和該第二源極 部之間；以及 一閘電極，與該通道相鄰， f中’在沿通迫方向的一截面圖中，該閘電極與該通 道的兩個相對側相鄰。 、 21.:種積體電路，包括一第一電晶體和第一二電晶體， 每一該電晶體均包括： 一第一源極/汲極部和一第二源極/汲極部，以及 、第閘電極，其设置在該第一源極/汲極部和該第〉 源極/>及極部之間； -第二閘電極，其設置在該第—電晶體的該第_源換/ 汲極部和該第二電晶體的該第二源極/汲極部之間，其 21 200816481 中，該第一閘電極和該第二閘電極彼此接觸。 22