專利名稱：用于凹陷溝道陣列晶體管的制造方法和對(duì)應(yīng)的凹陷溝道陣列晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于凹陷溝道陣列晶體管的制造方法和對(duì)應(yīng)的凹陷溝道陣列晶體管。
背景技術(shù)：
盡管原理上可以應(yīng)用到任何集成電路，下述的發(fā)明和下述的問題將參照硅技術(shù)中的集成存儲(chǔ)電路進(jìn)行說明。
美國(guó)專利出版物2005/0042833A1公開了一種制造包括凹陷溝道晶體管的集成電路裝置的方法。所述方法包括以下步驟通過在集成電路襯底上形成溝槽器件隔離區(qū)域而限定有源區(qū)；在暴露有源區(qū)的溝道子區(qū)域和與溝道子區(qū)域相鄰的溝槽器件隔離區(qū)域的集成襯底上形成掩模圖案；蝕刻溝槽器件隔離區(qū)域，所述溝槽器件隔離區(qū)域通過掩模圖案暴露以使用掩模圖案作為蝕刻掩模凹陷到第一深度；蝕刻溝道子區(qū)域，以使用掩模圖案作為蝕刻掩模形成比第一深度更深的第二深度的柵極溝槽；和形成填充柵極溝槽的凹陷柵極。
圖15顯示了作為本發(fā)明所要解決的潛在問題的示例的凹陷溝道陣列晶體管的幾何形狀布置的示意平面圖。
在圖15中，顯示了凹陷溝道陣列晶體管的有源區(qū)RT和隔離區(qū)的示意平面圖。圖15的平面圖的兩個(gè)截面分別用A-A’、B-B’指示。
圖15A、7B分別顯示了作為本發(fā)明所要解決的潛在問題的示例的用于凹陷溝道陣列晶體管的制造方法和對(duì)應(yīng)凹陷溝道陣列晶體管的沿著圖15的線A-A’、B-B’的兩個(gè)不同的示意截面。
圖15A顯示了平行于電流方向的截面，而圖15B顯示了垂直于電流方向的截面。
在圖15A中，參考符號(hào)1指示硅半導(dǎo)體襯底。填充有二氧化硅的隔離溝槽IT設(shè)置在硅半導(dǎo)體襯底1內(nèi)。在半導(dǎo)體單元中間具有溝槽5，所述溝槽5在流方向上填充有由多晶硅制造的柵極電極30。在溝槽壁上未示出的是由二氧化硅形成的柵極介電層20。源極區(qū)40和漏極區(qū)50設(shè)置在溝槽5的兩側(cè)上的表面區(qū)域內(nèi)。此外，參考符號(hào)60指示由鎢制造的柵極電極觸點(diǎn)，70指示在柵極電極30和柵極電極觸點(diǎn)60的兩側(cè)上的氮化物隔板。
在這樣的凹陷溝道陣列晶體管中的問題由于垂直柵極30與高摻雜源極區(qū)/漏極區(qū)40、50的重疊所導(dǎo)致。此重疊導(dǎo)致在晶體管的截止?fàn)顟B(tài)中產(chǎn)生漏電流的較高電場(chǎng)。如果平面柵極以及這樣隔板70可以在凹陷溝道器件之上充分對(duì)齊，當(dāng)用作源極/漏極植入掩模時(shí)，其可以防止直接在柵極邊處的高摻雜濃度。因此，凹陷溝道陣列晶體管的可擴(kuò)縮性受所述平面柵極的對(duì)齊的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的用于凹陷溝道陣列晶體管的制造方法和對(duì)應(yīng)的凹陷溝道陣列晶體管，所述制造方法和凹陷溝道陣列晶體管提供了良好的可擴(kuò)縮性。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明在襯底表面上使用了自調(diào)整隔板以在柵極和源極區(qū)/漏極區(qū)之間提供所需的距離。這樣，關(guān)于柵極觸點(diǎn)平面內(nèi)的平版印刷術(shù)的公差的要求減小。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，執(zhí)行在所述柵極電極和隔板之上沉積和形成柵極接觸層和的絕緣層的結(jié)構(gòu)的步驟。
根據(jù)另外的優(yōu)選實(shí)施例，執(zhí)行在柵極電極和所述隔離物之上的構(gòu)造的柵極接觸層和絕緣層上形成第二絕緣隔離物的步驟。
根據(jù)另外的優(yōu)選實(shí)施例，在提供所述柵極電極的步驟之后以及在形成隔板的步驟之前執(zhí)行將雜質(zhì)引入形成區(qū)中的襯底內(nèi)用于提供輕摻雜的源極區(qū)/漏極區(qū)的步驟。


本發(fā)明參照附圖和典型實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
在附圖中圖1顯示了作為本發(fā)明的第一實(shí)施例的凹陷溝道陣列晶體管的幾何布置的示意平面圖。
圖1A、B-7A、B顯示了作為本發(fā)明的第一實(shí)施例的用于凹陷溝道陣列晶體管的制造方法和對(duì)應(yīng)的凹陷溝道陣列晶體管的圖1的分別沿著線A-A’、B-B’的兩個(gè)不同示意截面。
圖8顯示了作為本發(fā)明的第二實(shí)施例的凹陷溝道陣列晶體管的幾何形狀布置的示意平面圖。
圖8A、B-14A、B顯示了作為本發(fā)明的第二實(shí)施例的用于凹陷溝道陣列晶體管的制造方法和對(duì)應(yīng)的凹陷溝道陣列晶體管的圖1的分別沿著線A-A’、B-B’的兩個(gè)不同示意截面。
圖15顯示了本發(fā)明所要解決的潛在問題的示例的凹陷溝道陣列晶體管的幾何布置的示意平面圖。
圖15A、15B顯示了作為本發(fā)明所要解決的潛在問題的示例的用于凹陷溝道陣列晶體管的制造方法和對(duì)應(yīng)的凹陷溝道陣列晶體管的圖1的分別沿著線A-A’、B-B’的兩個(gè)不同示意截面。
在附圖中，相同的參考符號(hào)指示等同或者功能上等同的部件。
RT形成區(qū)域凹陷溝道陣列晶體管1硅半導(dǎo)體襯底IT、IT’、IT”絕緣溝槽20柵極介電層30、30’柵極電極60柵極觸點(diǎn)40、50源極、漏極70氮化物隔板5溝槽U溝槽5的底部
5a、5a’鉆蝕區(qū)域4輕微摻雜漏極區(qū)/源極區(qū)(LDD)I1LDD植入70’氮化物隔板60’柵極觸點(diǎn)80氮化物蓋90氮化物隔板I2S/D植入3氮化物犧牲層3a犧牲層開口具體實(shí)施方式
圖1顯示了作為本發(fā)明的第一實(shí)施例的凹陷溝道陣列晶體管的幾何布置的示意平面圖。圖1A、B顯示了圖1分別沿著線A-A’、B-B’的兩個(gè)不同示意截面。
在圖1中，參考符號(hào)1指示在其表面上具有氮犧牲層3和與用于所述凹陷溝道陣列晶體管的形成區(qū)域RT相鄰的絕緣溝槽IT’的半導(dǎo)體襯底，所述絕緣溝槽IT’填充有SiO2作為絕緣材料，所述絕緣材料延伸到與所述襯底1相同的上表面。特別地，這樣的布置可以通過CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)工藝獲得。
此后，犧牲層開口3a形成在所述犧牲層3內(nèi)，所述犧牲層開口3a在B-B’的方向上延伸，并在所述形成區(qū)域RT的中間部分內(nèi)暴露所述襯底1。開口3a限定將在下述步驟中蝕刻在襯底1中的溝槽5的位置。
圖2A、2B至圖7A、7B顯示了從圖1A、B開始、作為本發(fā)明的第一實(shí)施例的用于凹陷溝道陣列晶體管的制造方法和對(duì)應(yīng)的凹陷溝道陣列晶體管的圖1的分別沿著線A-A’、B-B’的兩個(gè)不同示意截面。
在圖2A、2B中描述的下述工藝步驟中，凹陷溝道陣列晶體管的溝槽5通過干蝕刻工藝設(shè)置。參考符號(hào)U指示溝槽5的底部。干蝕刻工藝是可選蝕刻工藝，所述蝕刻工藝相對(duì)在此步驟中作為硬掩模的犧牲層3蝕刻具有高選擇性的硅。
在圖3A、3B中所描述的下一個(gè)工藝步驟中，濕蝕刻被執(zhí)行用于移除在方向B-B’上與溝槽5相鄰的絕緣溝槽IT’的二氧化硅的一部分，這可以從圖3B清楚地獲得。此濕蝕刻步驟蝕刻相對(duì)于硅襯底1的硅具有高選擇性的二氧化硅。在此濕蝕刻步驟中，溝槽5在B-B’方向上變寬，鉆蝕區(qū)域5a沿著B-B’方向形成，所述鉆蝕區(qū)域5a設(shè)置在溝槽5的底部U之下并與溝槽5相鄰。通過提供這些鉆蝕區(qū)域5a，在溝道區(qū)域之上的柵極的控制通過三個(gè)柵極布置改進(jìn)，因?yàn)闁艠O在底部U處可以延伸到拐角之下。
接著，如圖4A、4B中所示，二氧化硅柵極介電層20在溝槽5內(nèi)沿著襯底1形成。然后，絕緣溝槽IT內(nèi)的溝槽5和相鄰的鉆蝕區(qū)域5a填充由多晶硅制造的柵極電極30’，優(yōu)選地通過沉積和下述的CMP工藝步驟。然后，由多晶硅形成的柵極電極30’延伸到犧牲層3的表面。
對(duì)于圖5A、5B，氮化硅的犧牲層3然后在選擇蝕刻步驟中移除。此外，第一植入I1以自對(duì)齊的方式被執(zhí)行，以在溝槽5的兩側(cè)上提供輕微摻雜的漏極區(qū)/源極區(qū)4，這可以從圖4A獲得。
在如圖6A、6B所描述的下述工藝步驟中，在后續(xù)的氮化物沉積之后，隔板70’相鄰于多晶硅柵極電極30’形成，所述隔板沿著A-A’和B-B’方向延伸。這些由氮化硅形成的自調(diào)整隔板70’防止在凹陷溝道陣列晶體管的截止?fàn)顟B(tài)中的不利電場(chǎng)效應(yīng)，并在后面的柵極觸點(diǎn)形成步驟中提供對(duì)齊公差的可能性。
根據(jù)圖7A、7B，柵極接觸層60’和蓋氮化物層80被沉積并在柵極電極30’和自調(diào)整氮化物隔板70’之上形成結(jié)構(gòu)。此工藝步驟對(duì)于用于構(gòu)造層60’、80的犧牲層的稍微未對(duì)準(zhǔn)不敏感。在下一個(gè)工藝步驟中，第二氮化硅隔板90形成在層60’、80的側(cè)面和第一隔板70’上。
當(dāng)將所述柵極接觸層60’的沉積與存儲(chǔ)器應(yīng)用中的平面支撐器件的柵極接觸層的形成組合時(shí)，在所述柵極觸點(diǎn)層的沉積之前形成的柵極介電層必須從柵極電極30移除以保證柵極接觸層60’和柵極電極30之間的電接觸。
最后，第二植入I2被執(zhí)行用于提供源極區(qū)/漏極區(qū)4’。同樣，此植入I2通過絕緣溝槽IT和隔板70’自調(diào)整。由于輕微摻雜的源極區(qū)/漏極區(qū)4的存在，其可以保證源極區(qū)/漏極區(qū)4’適于沿著溝槽5周圍適當(dāng)連接到溝道區(qū)。為了擴(kuò)大植入的源極區(qū)/漏極區(qū)4’，就可以執(zhí)行額外的熱擴(kuò)散步驟。
這樣，通過本發(fā)明的該第一實(shí)施例的方法，可以形成具有優(yōu)良伸縮特征的凹陷溝道陣列晶體管。
圖8顯示了作為本發(fā)明的第二實(shí)施例的凹陷溝道陣列晶體管的幾何形狀布置的示意平面圖，圖8A、B顯示了圖8的分別沿著線A-A’和B-B’的兩個(gè)不同示意截面。
與上述的第一實(shí)施例相反，此處犧牲層開口3a形成在所述犧牲層3內(nèi)，所述犧牲層開口3a在方向B-B’上延伸并不僅在所述形成區(qū)域RT的中間部分內(nèi)暴露所述襯底1，而且在此方向上暴露相鄰的隔離溝槽IT’。在下述步驟中，開口3a限定將在襯底1內(nèi)和隔離溝槽IT’內(nèi)蝕刻的溝槽5的位置。
圖9A、B-15A、B從圖8A、B開始、作為本發(fā)明的第一實(shí)施例的用于凹陷溝道陣列晶體管的制造方法和對(duì)應(yīng)的凹陷溝道陣列晶體管的圖8的分別沿著線A-A’、B-B’的兩個(gè)不同示意截面。
在圖9A、9B中描述的下述工藝步驟中，凹陷溝道陣列晶體管的溝槽5通過干蝕刻工藝設(shè)置。參考符號(hào)U指示溝槽5的底部。干蝕刻工藝是相對(duì)在此步驟中作為硬掩模的犧牲層3用高選擇性蝕刻硅和二氧化硅的選擇性蝕刻工藝。從圖9B可見，B-B’方向上的絕緣溝槽IT’向下蝕刻到與溝槽的底部U相同的水平。
在參照?qǐng)D10A、10B描述的下一工藝步驟中，濕蝕刻被執(zhí)行，用于在方向B-B’上移除與溝槽5相鄰的絕緣溝槽IT’的二氧化硅的一部分，這可以從圖10B清楚獲得。相對(duì)于硅襯底1的硅，該濕蝕刻步驟以較高的選擇性蝕刻二氧化硅。在此濕蝕刻步驟中，鉆蝕區(qū)域5a’沿著B-B’方向形成，所述鉆蝕區(qū)域5a’安置在溝槽5的底部U之下并與溝槽5相鄰。通過提供這些鉆蝕區(qū)域5a，在溝道區(qū)域之上的柵極的控制通過三個(gè)柵極布置改進(jìn)，因?yàn)闁艠O在底部U處可以延伸到拐角之下。
接著，如圖11A、11B中所示，二氧化硅柵極介電層20在溝槽5內(nèi)沿著襯底1形成。然后，絕緣溝槽IT’內(nèi)的溝槽5和相鄰的鉆蝕區(qū)域5a’填充由多晶硅制造的柵極電極30’，優(yōu)選地通過沉積和下述的CMP工藝步驟。然后，由多晶硅形成的柵極電極30’延伸到犧牲層3的表面。
對(duì)于圖12A、12B，氮化硅的犧牲層3然后在選擇蝕刻步驟中移除。此外，第一植入I1以自對(duì)齊的方式被執(zhí)行，以在溝槽5的兩側(cè)上提供輕微摻雜的漏極區(qū)/源極區(qū)4，這可以從圖12A獲得。
在如圖13A、13B所描述的下述工藝步驟中，在后續(xù)的氮化物沉積之后，隔板70’相鄰于多晶硅柵極電極30’形成，所述隔板沿著B-B’方向延伸。這些由氮化硅形成的自對(duì)齊隔板70’防止在凹陷溝道陣列晶體管的截止?fàn)顟B(tài)中的不利電場(chǎng)效應(yīng)，并在后面的柵極觸點(diǎn)形成步驟中提供對(duì)齊公差的可能性。
根據(jù)圖15A、15B，柵極接觸層60’和蓋氮化物層80被沉積并在柵極電極30’和自調(diào)整氮化物隔板70’之上形成結(jié)構(gòu)。此工藝步驟對(duì)于用于構(gòu)造層60’、80的犧牲層的稍微未對(duì)準(zhǔn)不敏感。在下一個(gè)工藝步驟中，第二氮化硅隔板90形成在層60’、80的側(cè)面和第一隔板70’上。
當(dāng)將所述柵極接觸層60’的沉積與存儲(chǔ)器應(yīng)用中的平面支撐器件的柵極接觸層的形成組合時(shí)，在所述柵極觸點(diǎn)層的沉積之前形成的柵極介電層必須從柵極電極30移除以保證柵極接觸層60’和柵極電極30之間的電接觸。
最后，第二植入I2被執(zhí)行用于提供源極區(qū)/漏極區(qū)4’。同樣，此植入I2通過絕緣溝槽IT和隔板70’自調(diào)整。由于輕微摻雜的源極區(qū)/漏極區(qū)4的存在，其可以保證源極區(qū)/漏極區(qū)4’適于沿著溝槽5周圍適當(dāng)連接到溝道區(qū)。為了擴(kuò)大植入的源極區(qū)/漏極區(qū)4’，可以執(zhí)行額外的熱擴(kuò)散步驟。
這樣，通過本發(fā)明的該第二實(shí)施例的方法，可以形成具有優(yōu)良伸縮特征的凹陷溝道陣列晶體管。
盡管本發(fā)明用優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明不限于此，可以用不同的方式進(jìn)行修改，這對(duì)于普通技術(shù)人員而言是顯然的。
特別地，材料的選擇只是示例，并可以不同地變化。
權(quán)利要求
1.一種用于凹陷溝道陣列晶體管的制造方法，包括提供第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底，至少在垂直于凹陷溝道陣列晶體管的電流方向上具有與用于凹陷溝道陣列晶體管的形成區(qū)域相鄰的絕緣溝槽，所述絕緣溝槽填充有絕緣材料；在半導(dǎo)體襯底的表面上形成犧牲層；提供在第一方向上延伸并在形成區(qū)域的一部分內(nèi)暴露至少所述襯底的犧牲層開口；使用犧牲層開口作為掩模開口在襯底中蝕刻溝槽，所述溝槽在至少第二絕緣溝槽之間在第一方向上延伸；可選地蝕刻絕緣溝槽，用于在第一方向上使得溝槽變寬，并用于在絕緣溝槽內(nèi)提供與所述襯底相鄰并在溝槽的底部之下延伸的鉆蝕區(qū)域；在溝槽內(nèi)的襯底上形成柵極介電層；在柵極介電層上、溝槽內(nèi)提供柵極電極，所述柵極電極延伸到與犧牲層相同的上表面；移除犧牲層；沿著襯底上的柵極電極形成自調(diào)整第一絕緣隔板；和通過將第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)使用第一隔板作為掩模引入至形成區(qū)域內(nèi)的襯底的被暴露的部分而形成源極區(qū)和漏極區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中，在第一方向上延伸的犧牲層開口暴露至少一部分絕緣溝槽，并且所述絕緣溝槽與溝槽同時(shí)蝕刻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中，與用于凹陷溝道陣列晶體管的形成區(qū)域相鄰的填充絕緣溝槽也設(shè)置在平行于凹陷溝道陣列晶體管的電流方向的第二方向上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中，溝槽的蝕刻和絕緣溝槽的蝕刻相對(duì)彼此可選地執(zhí)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中，額外的硬掩模被用于將犧牲層開口和溝槽蝕刻到襯底中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造方法，其中，犧牲層在形成絕緣溝槽之前沉積。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中，還包括在柵極電極和隔板之上沉積和構(gòu)造柵極接觸層和絕緣層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中，還包括在柵極電極和隔板之上的被構(gòu)造柵極接觸層和絕緣層上形成第二絕緣隔板。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中，還包括將第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)引入形成區(qū)域內(nèi)的襯底中，用于在提供柵極電極之后和移除犧牲層之后以及在形成隔板之前提供輕微摻雜源極區(qū)/漏極區(qū)。
10.一種凹陷溝道陣列晶體管，包括第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底，至少在垂直于凹陷溝道陣列晶體管的電流方向上具有與用于凹陷溝道陣列晶體管的形成區(qū)域相鄰的絕緣溝槽，所述絕緣溝道填充有絕緣材料；襯底內(nèi)的溝槽，所述溝槽至少在第二絕緣溝槽之間在第一方向上延伸；絕緣溝槽內(nèi)的可選鉆蝕區(qū)域，所述可選鉆蝕區(qū)域與襯底相鄰并在溝槽的底部之下延伸；柵極介電層，所述柵極介電層位于溝槽內(nèi)的襯底上；柵極電極，所述柵極電極位于柵極介電層上的溝槽內(nèi)，其延伸到與犧牲層相同的上表面上；第一絕緣隔板，所述第一絕緣隔板沿著襯底上的柵極電極；和源極區(qū)和漏極區(qū)，通過使用第一隔板作為犧牲層將第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)引入形成區(qū)域內(nèi)的襯底的被暴露的部分形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的晶體管，其中，與用于凹陷溝道陣列晶體管的形成區(qū)域相鄰的被填充絕緣溝槽也設(shè)置在第二方向上，所述第二方向平行于凹陷溝道陣列晶體管的電流方向。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的晶體管，其中，還包括在柵極電極和隔板之上構(gòu)造的柵極接觸層和絕緣層。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的晶體管，其中，還包括在柵極電極和隔板之上被構(gòu)造的柵極接觸層和隔離層上的第二絕緣隔板。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的晶體管，其中，還包括引入所述形成區(qū)域內(nèi)的襯底中雜質(zhì)，用于提供輕微摻雜源極區(qū)/漏極區(qū)，所述源極區(qū)/漏極區(qū)延伸到第一隔板之下。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于凹陷溝道陣列晶體管的制造方法和對(duì)應(yīng)的凹陷溝道陣列晶體管。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明在襯底表面上使用自調(diào)整隔板以在柵極和源極區(qū)/漏極區(qū)之間提供所需的距離。這樣，關(guān)于柵極觸點(diǎn)平面內(nèi)的平版印刷術(shù)的公差的要求減小。
文檔編號(hào)H01L29/78GK1855429SQ20061007360
公開日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2006年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月14日
發(fā)明者里夏德·約翰內(nèi)森·盧伊肯, 漢斯-彼德·莫爾, 馬丁·波普, 帝爾·施洛瑟, 亞歷山大·塞克, 斯蒂芬·斯萊斯塞克, 馬克·斯查瑟, 羅爾夫·韋茲 申請(qǐng)人:印芬龍科技股份有限公司