專利名稱：具有橢圓柱狀鰭的凹入式晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種凹入式柵極晶體管，特別是涉及一種具有橢圓柱狀鰭的凹入式晶體管。
背景技術(shù)：
隨著器件設(shè)計(jì)的尺寸不斷縮小，晶體管柵極通道長(zhǎng)度縮短所引發(fā)的短溝道效應(yīng)已成為半導(dǎo)體器件進(jìn)一步提升集成度的障礙。過去已有人提出方法，以避免發(fā)生短溝道效應(yīng)，例如，減少柵極氧化層的厚度或是增加摻雜濃度等，然而，這些方法卻可能同時(shí)造成器可靠度的下降或是數(shù)據(jù)傳送速度變慢等問題，并不適合實(shí)際應(yīng)用在工藝上。
為解決這些問題，目前所述領(lǐng)域現(xiàn)已發(fā)展出并逐漸采用一種所謂的凹入式柵極的晶體管器件設(shè)計(jì)，藉以提升如動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器等集成電路集成度的作法。相較于傳統(tǒng)水平式晶體管的源極、柵極與漏極，所謂的凹入式柵極晶體管將部分柵極設(shè)置在位在基底內(nèi)的一溝槽中。然而，前述的凹入式柵極晶體管器件仍有諸多缺點(diǎn)，例如，高柵極對(duì)漏極(或柵極對(duì)源極)電容與柵極引發(fā)漏極漏電流(gate induceddrain leakage,簡(jiǎn)稱為GIDL)、驅(qū)動(dòng)電流(driving current)不足，以及較差的亞閾值擺幅(subthreshold swing或SS)特性,這些都是導(dǎo)致器件操作效能下降的原因，因此需要進(jìn)一步改善及改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在提供一種具有橢圓柱狀鰭的凹入式晶體管，可以改善晶體管器件的操作效能，并解決習(xí)用技術(shù)的不足與缺點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明提供一種具有橢圓柱狀鰭的凹入式晶體管，包含一半導(dǎo)體基底、一第一絶緣區(qū)和一第二絶緣區(qū)同時(shí)設(shè)置在半導(dǎo)體基底中，并在第一絶緣區(qū)和第二絶緣區(qū)之間定義出一有源區(qū)域、一柵極結(jié)構(gòu)設(shè)置在半導(dǎo)體基底中，其中柵極結(jié)構(gòu)分為一上部分和一下部分，柵極結(jié)構(gòu)的上部分設(shè)置在有源區(qū)域中，柵極結(jié)構(gòu)的下部分包含一前方鰭、至少一中間鰭和一后方鰭，前方鰭設(shè)置在第一絶緣區(qū)，中間鰭設(shè)置在有源區(qū)域中，后方鰭設(shè)置在第二絶緣區(qū)，前方鰭和后方鰭都是橢圓柱形、一源極摻雜區(qū)設(shè)置在有源區(qū)域中并且位在柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)以及一漏極摻雜區(qū)設(shè)置在有源區(qū)域中并且位在柵極結(jié)構(gòu)的另一側(cè)。前述的前方鰭、中間鰭和后方鰭系設(shè)置在半導(dǎo)體基底中，前方鰭、中間鰭和后方鰭的底部會(huì)使柵極結(jié)構(gòu)底部呈現(xiàn)凹凸?fàn)?，進(jìn)而增加溝道的數(shù)量，可以使得晶體管有更好的效倉(cāng)泛。


圖I為依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所繪示的凹入式柵極晶體管以及溝槽式電容動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器陣列的部分版圖示意圖。
圖2則分別顯示圖I中的1-1’橫斷面、11-11’橫斷面、III-III’橫斷面和IV-IV’
橫斷面。圖3至圖7分別為以第I圖中的I-r橫斷面、11-11’橫斷面和III-III’橫斷面所繪示的具有橢圓柱狀鰭的凹入式晶體管的制作方法。其中，附圖標(biāo)記說明如下I 半導(dǎo)體基底 10 具有橢圓柱狀鰭的凹入式晶體管
12 有源區(qū)域14 第一淺溝絕緣結(jié)構(gòu)16 深溝槽電容結(jié)構(gòu)18 柵極結(jié)構(gòu)20 源極摻雜區(qū) 22 漏極摻雜區(qū)24 柵極氧化層 26 柵極電極28 上部分30 下部分32 垂直側(cè)壁34 前方鰭36 中間鰭38 后方鰭40 結(jié)合組件42 第一凹入?yún)^(qū)域44 第二凹入?yún)^(qū)域 46 第一突出部48 第二突出部50、54溝槽51 側(cè)壁子53 小溝槽56 掩膜層58、59凹陷60 字符線62 絶緣層114 第二淺溝絕緣結(jié)構(gòu)136 垂直側(cè)壁236 方形底部
具體實(shí)施例方式雖然本發(fā)明以實(shí)施例揭露如下，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以后附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)，且為了不致使本發(fā)明的精神晦澀難懂，一些習(xí)知結(jié)構(gòu)與工藝步驟的細(xì)節(jié)將不再于此揭露。同樣地，圖示所表示為實(shí)施例中的裝置示意圖但并非用以限定裝置的尺寸，特別是，為使本發(fā)明可更清晰地呈現(xiàn)，部分組件的尺寸可能放大呈現(xiàn)在圖中。再者，多個(gè)實(shí)施例中所揭示相同的組件將標(biāo)示相同或相似的符號(hào)以使說明更容易且清晰。請(qǐng)參閱圖I和圖2，其中圖I為依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所繪示的凹入式柵極晶體管以及溝槽式電容動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器陣列的部分版圖示意圖，第2圖則分別顯示圖I中的1-1’橫斷面、ii-ii’橫斷面、Iii-Iir橫斷面和iv-iv’橫斷面。如圖I和圖2所不，一具有捕圓柱狀轄的凹入式晶體管10設(shè)置在一半導(dǎo)體基底I中，一有源區(qū)域12位在一第一淺溝絕緣結(jié)構(gòu)14和一第二淺溝絕緣結(jié)構(gòu)114之間，而每一個(gè)具有橢圓柱狀鰭的凹入式晶體管10與一設(shè)置在其鄰近位置的深溝槽電容結(jié)構(gòu)16，共同組成一個(gè)存儲(chǔ)單元。請(qǐng)參閱圖I和圖2,前述具有橢圓柱狀鰭的凹入式晶體管10包含有一柵極結(jié)構(gòu)18、一源極摻雜區(qū)20、一漏極摻雜區(qū)22。柵極結(jié)構(gòu)18包含一柵極氧化層24和一柵極電極26,柵極電極26可以是多晶娃、金屬或者其組合。柵極結(jié)構(gòu)18可分為二個(gè)部分,一上部分28和一下部分30，柵極結(jié)構(gòu)18的上部分28設(shè)置在半導(dǎo)體基底I的有源區(qū)域12內(nèi)，另外，柵極結(jié)構(gòu)18的上部分28包含一垂直側(cè)壁32。柵極結(jié)構(gòu)18的下部分30包含至少三個(gè)鰭狀元件，例如一前方鰭34、至少一中間鰭36和一后方鰭38，前方鰭34設(shè)置在第一淺溝絕緣結(jié)構(gòu)14中，并且后方鰭38設(shè)置在第二淺溝絕緣結(jié)構(gòu)114中，至少一中間鰭36設(shè)置在半導(dǎo)體基底I的有源區(qū)域12內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，中間鰭36的數(shù)目較佳為1，但不限于此，中間鰭36亦可以多于I。值得注意的是前方鰭34和后方鰭38為對(duì)稱，并且前方鰭34和后方鰭38都為橢圓柱形，另外中間鰭36另包含一垂直側(cè)壁136和一方形底部236。前述的至少三個(gè)鰭狀元件，前方鰭34、中間鰭36和后方鰭38，使得柵極結(jié)構(gòu)18形成一凹凸?fàn)畹撞?。一源極摻雜區(qū)20設(shè)置在半導(dǎo)體基底I的有源區(qū)域12內(nèi)并且位在柵極結(jié)構(gòu)18的 一側(cè)，一漏極摻雜區(qū)22設(shè)置在半導(dǎo)體基底I的有源區(qū)域12中并且位在柵極結(jié)構(gòu)18的另一側(cè)。請(qǐng)參閱圖2的1-1’橫斷面，柵極結(jié)構(gòu)18的下部分30另包含一結(jié)合組件40用來(lái)連接前方鰭34和中間鰭36以及連接后方鰭38和中間鰭36，其中，中間鰭36與前方鰭34以及后方鰭38相鄰。另外，前方鰭34和與前方鰭34相鄰的中間鰭36定義出一第一凹入?yún)^(qū)域42，并且后方鰭38和與后方鰭38相鄰的中間鰭36定義出一第二凹入?yún)^(qū)域44。此外，半導(dǎo)體基底I的有源區(qū)域12中包含一第一突出部46和一第二突出部48。第一突出部46嵌入在第一凹入?yún)^(qū)域42，第二突出部48嵌入第二凹入?yún)^(qū)域44。換句話說，第一突出部46位在前方鰭34和與前方鰭34相鄰的中間鰭36之間，且第二突出部48位在后方鰭38和與后方鰭38相鄰的中間鰭36之間。此外，本發(fā)明的其中一特征在于由源極摻雜區(qū)20向漏極摻雜區(qū)22觀看，柵極結(jié)構(gòu)18的下部分30為M形，再者，一字符線60可以放置在柵極結(jié)構(gòu)18上并且一絶緣層62可以覆蓋字符線60、第一淺溝絕緣結(jié)構(gòu)14和一第二淺溝絕緣結(jié)構(gòu)114。圖3至圖7其分別為以圖I中的1-1’橫斷面、11-11’橫斷面和III-III’橫斷面所繪示的具有橢圓柱狀鰭的凹入式晶體管的制作方法，其中，仍沿用相同的符號(hào)來(lái)表示相同的組件部位。另外，由于IV-IV’橫斷面和III-III’橫斷面為對(duì)稱，IV-IV’橫斷面變化請(qǐng)參閱III-III’橫斷面。如圖3所示，首先提供一半導(dǎo)體基底I，其包含一第一淺溝絕緣結(jié)構(gòu)14和一第二淺溝絕緣結(jié)構(gòu)114，一有源區(qū)域12定義在半導(dǎo)體基底I上的第一淺溝絕緣結(jié)構(gòu)14和第二淺溝絕緣結(jié)構(gòu)114之間。接著，形成一溝槽50在有源區(qū)域12內(nèi)的半導(dǎo)體基底I中，之后形成一側(cè)壁子51在溝槽50的兩側(cè)壁上。如圖4所示，以側(cè)壁子51當(dāng)掩膜，蝕刻溝槽50底部的半導(dǎo)體基底I以形成一溝槽54，溝槽54是由原來(lái)的溝槽50和以側(cè)壁子51當(dāng)掩膜，所蝕刻出在溝槽50下方的小溝槽53所組合而成。然后移除側(cè)壁子51。如圖5所示，然后等向蝕刻前述溝槽54使得溝槽54加深。如圖6所示，形成一掩膜層56在溝槽54的上部分，接著如圖7所示，以掩膜層56為掩膜，進(jìn)行另一蝕刻工藝，以蝕刻部分的第一淺溝絕緣結(jié)構(gòu)14和部分的第二淺溝絕緣結(jié)構(gòu)114，以在分別在第一淺溝絕緣結(jié)構(gòu)14和部分的第二淺溝絕緣結(jié)構(gòu)114中形成橢圓柱狀的凹陷58、59，然后移除掩膜層56。
之后接續(xù)形成一柵極氧化層和一柵極電極在溝槽54和凹陷58、59中，接著形成一源極摻雜區(qū)和一漏極摻雜區(qū)在有源區(qū)域中，以完成本發(fā)明的具有橢圓柱狀鰭的凹入式晶體管。由于本發(fā)明的柵極結(jié)構(gòu)具有凹凸?fàn)畹撞?，因此?dāng)晶體管開啟時(shí)，可以在凹凸?fàn)畹撞恐車纬筛嗟臏系?，另外，前文所述的前方鰭和后方鰭，因?yàn)槠錇闄E圓柱狀鰭，可以避免柵極弓I發(fā)漏極漏電流的問題。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.具有橢圓柱狀鰭的凹入式晶體管，其特征在于，包含 半導(dǎo)體基底，包含一有源區(qū)域； 第一絶緣區(qū)和第二絶緣區(qū)同時(shí)設(shè)置在所述半導(dǎo)體基底中，所述有源區(qū)域位在第一絶緣區(qū)和第二絶緣區(qū)之間； 柵極結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述半導(dǎo)體基底中，其中柵極結(jié)構(gòu)包含 上部分，設(shè)置在所述有源區(qū)域中；以及 下部分，包含前方鰭、至少一個(gè)中間鰭和一個(gè)后方鰭，前方鰭設(shè)置在所述第一絶緣區(qū)，中間鰭設(shè)置在所述有源區(qū)域，后方鰭設(shè)置在所述第二絶緣區(qū)，其中，前方鰭和后方鰭都是橢圓柱形； 源極摻雜區(qū)，設(shè)置在所述有源區(qū)域中并且位在所述柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)；以及 一漏極摻雜區(qū)，設(shè)置在所述有源區(qū)域中并且位有源所述柵極結(jié)構(gòu)的另一側(cè)。
2.如權(quán)利要求I所述的具有橢圓柱狀鰭的凹入式晶體管，其特征在于，所述前方鰭和所述後方鰭對(duì)稱。
3.如權(quán)利要求I所述的具有橢圓柱狀鰭的凹入式晶體管，其特征在于，所述柵極結(jié)構(gòu)的所述下部分另包含一結(jié)合組件，所述結(jié)合組件連接所述前方鰭和所述中間鰭，所述中間鰭與所述前方鰭相鄰。
4.如權(quán)利要求I所述的具有橢圓柱狀鰭的凹入式晶體管，其特征在于，所述柵極結(jié)構(gòu)的所述下部分還包含一結(jié)合組件，所述結(jié)合組件連接所述后方鰭和所述中間鰭，所述中間鰭與所述后方鰭相鄰。
5.如權(quán)利要求I所述的具有橢圓柱狀鰭的凹入式晶體管，其特征在于，所述前方鰭和與所述前方鰭相鄰的所述中間鰭定義出第一凹入?yún)^(qū)域，所述后方鰭和與所述后方鰭相鄰的所述中間鰭定義出第二凹入?yún)^(qū)域。
6.如權(quán)利要求5所述的具有橢圓柱狀鰭的凹入式晶體管，其特征在于，所述半導(dǎo)體基底的所述有源區(qū)域中包含第一突出部和第二突出部。
7.如權(quán)利要求6所述的具有橢圓柱狀鰭的凹入式晶體管，其特征在于，所述第一突出部嵌入所述第一凹入?yún)^(qū)域，所述第二突出部嵌入所述第二凹入?yún)^(qū)域。
8.如權(quán)利要求6所述的具有橢圓柱狀鰭的凹入式晶體管，其特征在于，所述第一突出部位於所述前方鰭和與所述前方鰭相鄰的所述中間鰭之間。
9.如權(quán)利要求6所述的具有橢圓柱狀鰭的凹入式晶體管，其特征在于，所述第二突出部位在所述后方鰭和與所述后方鰭相鄰的所述中間鰭之間。
10.如權(quán)利要求I所述的具有橢圓柱狀鰭的凹入式晶體管，其特征在于，所述柵極結(jié)構(gòu)的所述上部分包含垂直側(cè)壁。
11.如權(quán)利要求I所述的具有橢圓柱狀鰭的凹入式晶體管，其特征在于，所述柵極結(jié)構(gòu)的所述下部分包含凹凸?fàn)畹撞俊?br> 12.如權(quán)利要求I所述的具有橢圓柱狀鰭的凹入式晶體管，其特征在于，由所述源極摻雜區(qū)向所述漏極摻雜區(qū)觀看，所述柵極結(jié)構(gòu)的所述下部分為M形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有橢圓柱狀鰭的凹入式晶體管，其特征在于，包含一半導(dǎo)體基底包含一有源區(qū)域，一第一絕緣區(qū)和一第二絕緣區(qū)同時(shí)設(shè)置在半導(dǎo)體基底中，并且有源區(qū)域位在第一絕緣區(qū)和第二絕緣區(qū)之間，一柵極結(jié)構(gòu)設(shè)置在半導(dǎo)體基底中，其中柵極結(jié)構(gòu)包含一上部分設(shè)置在有源區(qū)域中及一下部分包含一前方鰭、至少一中間鰭和一后方鰭，前方鰭設(shè)置在第一絶緣區(qū)，中間鰭設(shè)置在有源區(qū)域中，后方鰭設(shè)置在第二絶緣區(qū)，前方鰭和后方鰭都是橢圓柱形，一源極摻雜區(qū)設(shè)置在有源區(qū)域中并且位在柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)以及一漏極摻雜區(qū)設(shè)置在有源區(qū)域中并且位在柵極結(jié)構(gòu)的另一側(cè)。
文檔編號(hào)H01L29/78GK102738223SQ20111045251
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者劉獻(xiàn)文, 吳鐵將, 陳逸男 申請(qǐng)人:南亞科技股份有限公司