專利名稱：凹槽平面雙柵結(jié)構(gòu)mos器件及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種新型凹槽平面雙柵結(jié)構(gòu)MOS(金屬—氧化物—半導(dǎo)體)器件及制造方法。
為此，本發(fā)明研究引進一些新興的工藝技術(shù)來實現(xiàn)凹槽-平面雙柵結(jié)構(gòu)，同時保證與傳統(tǒng)工藝有最大的兼容性，并且盡量減小對刻印技術(shù)的依賴。這樣在納米級器件的結(jié)構(gòu)研究中，提出一種新的方案，為以后在納米領(lǐng)域中更深入的研究打下基礎(chǔ)；本發(fā)明的成功是今后超大規(guī)模集成電路(ULSI)的硅工藝技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的很有希望的器件結(jié)構(gòu)之一，具有廣闊的應(yīng)用前景；使我國微電子技術(shù)達到國際前沿水平，對我國微電子技術(shù)的自我創(chuàng)新、自我發(fā)展有著重要意義本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
本發(fā)明一種凹槽平面雙柵結(jié)構(gòu)MOS器件的制作方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1首先在襯底上進行場氧化，然后分別淀積多層介質(zhì)；步驟2光刻第一層版，刻掉最上面三層，露出氮化硅層；步驟3再淀積一層氮化硅，與下層氮化硅相連，以保證對以后掏空層的支持；步驟4然后進行第二次光刻，采用電子束曝光；步驟5薄層氧化層的淀積，5-6nm的氧化層將氮化硅線條全部包上；步驟6進行第三次光刻形成籽晶窗口；步驟7淀積非晶硅層，穿過假柵線條中的掏空層，形成薄層溝道形狀；步驟8進行金屬誘導(dǎo)橫向再結(jié)晶制備大晶粒多晶硅，以使器件完全制作在一個晶粒上；步驟9對多晶硅層進行平坦化，露出氮化硅假柵；步驟10進行第五次光刻，刻出源漏區(qū)以使器件隔離，可以將場區(qū)上的多晶硅全部去除；步驟11氧化15nm，進行阱注入并推進，煮掉氮化硅并漂去氧化硅，使溝道硅橋懸空；步驟12閾值調(diào)整，柵氧化，淀積多晶硅并進行第六次光刻，刻蝕形成多晶硅柵電極；步驟13做一次側(cè)墻，注入形成N-源漏區(qū)，再作第二次側(cè)墻注入形成N+源漏區(qū)；步驟14低溫氧化，刻孔，濺射四層金屬，完成器件制備。
其中濺射四層金屬依次為鈦氮/鋁/鈦氮/鈦。
其中從最上一層氮化硅開始，一直刻到襯底上的場氧化層露出，形成假柵，共刻去5層介質(zhì)。
其中進行金屬誘導(dǎo)橫向再結(jié)晶制備大晶粒多晶硅，首先在非晶硅層上淀積一層低溫氧化層，進行第四次光刻并對低溫氧化層進行刻蝕，形成金屬圖形窗口；然后濺射金屬鎳，在金屬圖形窗口中與非晶硅層直接相連，再結(jié)晶的過程包括兩個高溫退火過程第一次560℃的60小時退火后，去除掉剩余未反應(yīng)的鎳，再進行第二次900℃的一個小時退火，以使形成的多晶硅尺寸進一步增大，退后完成后去除表面的低溫氧化層。
本發(fā)明一種凹槽平面雙柵結(jié)構(gòu)MOS器件，其特征在于，包括一襯底；一氧化硅層，該氧化硅層淀積在襯底上，使得整個器件與襯底相隔離；兩個柵電極形成在氧化硅層，該兩個柵電極之間形成有一溝道；源電極、漏電極形成在上面的一柵電極兩側(cè)，并且高出溝道的表面。
其中所示的襯底是硅襯底。
其中源區(qū)、漏區(qū)的結(jié)高出溝道的表面，形成負結(jié)深結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的創(chuàng)新處是，提出的自對準雙柵結(jié)構(gòu)，相比國際最新的納米級MOS器件結(jié)構(gòu)具備以下優(yōu)勢自對準形成對稱的雙柵電極；工藝實現(xiàn)簡單，與常規(guī)的ULSI工藝兼容；形成了具有負結(jié)深的器件，更好地抑制了短溝道效應(yīng)和電力線穿通；利用體硅材料形成準硅在絕緣體上(SOI)特性的器件結(jié)構(gòu)，并且形成的器件是自隔離的。
圖13是測試所得的器件特性圖。
2)光刻第一層版(圖3的版圖(a)，流程卡中第10步)，刻掉最上面三層，露出氧化硅層3(流程卡中第11-13步)。
3)如圖3(b)所示，再淀積一層氮化硅7，與下層氮化硅3相連，以保證對以后掏空層8的支持(流程卡中第15步)。
4)然后進行第二次光刻(如圖4的版圖(a)，流程卡中第22步)，采用電子束曝光，然后刻蝕(RIE)刻蝕出假柵線條，從最上一層氮化硅開始，一直刻到襯底上的場氧化層2露出，形成假柵，共刻去5層介質(zhì)。在刻蝕多層介質(zhì)的同時使假柵線條中的非晶硅層5被掏空(在刻蝕最后一層氮化硅時改變反應(yīng)氣體組分，使得其中的六氟化硫?qū)Χ嗑Ч鑼舆M行各項同性刻蝕。)，上下兩層氮化硅相連形成橋狀以支撐掏空層8，如圖4b、c所示。圖5是掃描電鏡顯示的刻蝕完成后的照片，可以看出，由于用一次刻蝕形成了上下雙柵的假柵形狀，因此制作出的雙柵結(jié)構(gòu)是自對準的(流程卡中第23-27步)。
5)圖4-圖6所示，薄層氧化層的淀積，5-6nm的氧化層將氮化硅線條全部包上。這層氧化層的作用有三點一是在氮化硅和以后要淀積的非晶硅之間作緩沖層，以免應(yīng)力太大；二是后來平坦化時作為一層阻擋層，由于我們使用的平坦化條件對氮化硅的刻蝕速率較快，而對氧化層的刻蝕速率較慢，因此這層氧化層能剛好的起到阻擋層的作用；三是以后在濕法腐蝕氮化硅時作為阻擋層，以免有源區(qū)的多晶硅被磷酸腐蝕。由此可見，這層氧化層在工藝過程中還是有很大作用的(流程卡中第29步)。
6)進行第三次光刻形成籽晶窗口(版圖如圖12(a)，流程卡中第30步)。我們設(shè)計的源區(qū)面積比漏區(qū)要大，是為了在源區(qū)中開出籽晶窗口，以完成高質(zhì)量的金屬誘導(dǎo)橫向再結(jié)晶(MILC)。
7)如圖6所示，淀積非晶硅層9，穿過假柵線條中的掏空層，形成薄層溝道形狀。
8)進行金屬誘導(dǎo)橫向再結(jié)晶(MILC)制備大晶粒多晶硅，以使器件完全制作在一個晶粒上。首先在非晶硅層9上淀積一層低溫氧化層10，進行第四次光刻并對(版圖如圖12b)并對層低溫氧化層10進行RIE，形成金屬圖形窗口。然后濺射金屬鎳，在金屬圖形窗口中與非晶硅層9直接相連，如圖7所示。再結(jié)晶的過程包括兩個高溫退火過程第一次560℃的60小時退火后，去除掉剩余未反應(yīng)的鎳，再進行第二次900℃的一個小時退火，以使形成的多晶硅尺寸進一步增大。退后完成后去除表面的層低溫氧化層(流程卡中第24-44步)。
9)如圖8所示，對多晶硅層進行平坦化，露出氮化硅假柵7(流程卡中第45-46步)。
10)進行第五次光刻(版圖如圖12c)，刻出源漏區(qū)以使器件隔離，可以將場區(qū)上的多晶硅全部去除。由于我們的結(jié)構(gòu)是一種準S0I結(jié)構(gòu)，因此器件可以形成自隔離。這也是我們結(jié)構(gòu)的優(yōu)點之一(流程卡中第48-50步)。
11)如圖9所示，氧化15nm，進行阱注入并推進，煮掉氮化硅并漂去氧化硅，使溝道硅橋懸空(流程卡中第51-56步)。
12)閾值調(diào)整，柵氧化，LPCVD多晶硅并進行第六次光刻(版圖如圖12d)，刻蝕形成多晶硅柵電極。鳥瞰圖如圖10(流程卡中第58-68步)。
13)如圖11所示，做一次側(cè)墻，注入形成N-源漏區(qū)，再作第二次側(cè)墻注入形成N+源漏區(qū)，快速退火(RTA)后形成負結(jié)深結(jié)構(gòu)(流程卡中第69-78步)。
14)低溫氧化(LTO)，刻孔，濺射四層金屬鈦氮/鋁/鈦氮/鈦(TiN/Al/TiN/Ti)，完成器件制備(流程卡中第8p一93步)。
請再參閱圖1本發(fā)明一種凹槽平面雙柵結(jié)構(gòu)MOS器件，包括一襯底1，該襯底1是硅襯底；一氧化硅層2，該氧化硅層2淀積在襯底1上，使得整個器件與襯底1相隔離；兩個柵電極12形成在氧化硅層2，該兩個柵電極12之間形成有一溝道11；源電極、漏電極13形成在上面的一柵電極12兩側(cè)，并且高出溝道11的表面；其中源區(qū)、漏區(qū)的結(jié)14高出溝道11的表面，形成負結(jié)深結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種凹槽平面雙柵結(jié)構(gòu)MOS器件的制作方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1首先在襯底上進行場氧化，然后分別淀積多層介質(zhì)；步驟2光刻第一層版，刻掉最上面三層，露出氮化硅層；步驟3再淀積一層氮化硅，與下層氮化硅相連，以保證對以后掏空層的支持；步驟4然后進行第二次光刻，采用電子束曝光；步驟5薄層氧化層的淀積，5-6nm的氧化層將氮化硅線條全部包上；步驟6進行第三次光刻形成籽晶窗口；步驟7淀積非晶硅層，穿過假柵線條中的掏空層，形成薄層溝道形狀；步驟8進行金屬誘導(dǎo)橫向再結(jié)晶制備大晶粒多晶硅，以使器件完全制作在一個晶粒上；步驟9對多晶硅層進行平坦化，露出氮化硅假柵；步驟10進行第五次光刻，刻出源漏區(qū)以使器件隔離，可以將場區(qū)上的多晶硅全部去除；步驟11氧化15nm，進行阱注入并推進，煮掉氮化硅并漂去氧化硅，使溝道硅橋懸空；步驟12閾值調(diào)整，柵氧化，淀積多晶硅并進行第六次光刻，刻蝕形成多晶硅柵電極；步驟13做一次側(cè)墻，注入形成N-源漏區(qū)，再作第二次側(cè)墻注入形成N+源漏區(qū)；步驟14低溫氧化，刻孔，濺射四層金屬，完成器件制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凹槽平面雙柵結(jié)構(gòu)MOS器件的制作方法，其特征在于，其中濺射四層金屬依次為鈦氮/鋁/鈦氮/鈦。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凹槽平面雙柵結(jié)構(gòu)MOS器件的制作方法，其特征在于，從最上一層氮化硅開始，一直刻到襯底上的場氧化層露出，形成假柵，共刻去5層介質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凹槽平面雙柵結(jié)構(gòu)MOS器件的制作方法，其特征在于，其中進行金屬誘導(dǎo)橫向再結(jié)晶制備大晶粒多晶硅，首先在非晶硅層上淀積一層低溫氧化層，進行第四次光刻并對低溫氧化層進行刻蝕，形成金屬圖形窗口；然后濺射金屬鎳，在金屬圖形窗口中與非晶硅層直接相連，再結(jié)晶的過程包括兩個高溫退火過程第一次560℃的60小時退火后，去除掉剩余未反應(yīng)的鎳，再進行第二次900℃的一個小時退火，以使形成的多晶硅尺寸進一步增大，退后完成后去除表面的低溫氧化層。
5.一種凹槽平面雙柵結(jié)構(gòu)MOS器件，其特征在于，包括一襯底；一氧化硅層，該氧化硅層淀積在襯底上，使得整個器件與襯底相隔離；兩個柵電極形成在氧化硅層，該兩個柵電極之間形成有一溝道；源電極、漏電極形成在上面的一柵電極兩側(cè)，并且高出溝道的表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的凹槽平面雙柵結(jié)構(gòu)MOS器件，其特征在于，其中所示的襯底是硅襯底。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的凹槽平面雙柵結(jié)構(gòu)MOS器件，其特征在于，其中源區(qū)、漏區(qū)的結(jié)高出溝道的表面，形成負結(jié)深結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明一種凹槽平面雙柵結(jié)構(gòu)MOS器件及制造方法，該器件包括一襯底；一氧化硅層，該氧化硅層淀積在襯底上，使得整個器件與襯底相隔離；兩個柵電極形成在氧化硅層，該兩個柵電極之間形成有一溝道；源電極、漏電極形成在上面的一柵電極兩側(cè)，并且高出溝道的表面。
文檔編號H01L21/02GK1479355SQ02142108
公開日2004年3月3日 申請日期2002年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月26日
發(fā)明者卓銘, 徐秋霞, 卓 銘 申請人:中國科學(xué)院微電子中心