專利名稱：以鑲嵌工藝形成柵極的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種半導(dǎo)體制造工藝，特別是有關(guān)形成一種以鑲嵌法形成一選通晶體管的方法。
集成電路的制造中，半導(dǎo)體元件是含有導(dǎo)電柵極的金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管。而傳統(tǒng)形成柵極的方法多分為非鑲嵌式柵極制作工藝或鑲嵌式柵極制作工藝。
傳統(tǒng)的非鑲嵌式柵極制作工藝是以微影蝕刻工藝來形成所需的柵極結(jié)構(gòu)，因此柵極的線寬受到微影技術(shù)能力的限制。柵極蝕刻制作工藝空間是較窄的，因?yàn)闁艠O側(cè)壁輪廓無柵極殘留物，以及閘介電層高蝕刻選擇比的要求。
傳統(tǒng)的鑲嵌式柵極制作工藝是在一襯底上淀積一層介電層，之后在此介電層上以蝕刻方法形成一貫穿介電層的開口。在形成此開口后，在此開口內(nèi)再淀積一傳導(dǎo)層，接著以化學(xué)機(jī)械研磨法去除此開口范圍外不需要的傳導(dǎo)層。然而，傳統(tǒng)的鑲嵌式柵極制作工藝的柵極線寬仍受到微影技術(shù)能力的限制，而且在進(jìn)行除去介電層以形成貫穿介電層的開口時(shí)，容易殘留介電質(zhì)或損傷襯底，導(dǎo)致元件性能不佳。另一缺點(diǎn)是傳統(tǒng)鑲嵌式柵極制作工藝的源極及漏極區(qū)是在柵極介電層之前形成，而柵極介電層常以高溫氧化形成，所以在形成柵極介電層時(shí)會(huì)促進(jìn)電子短通道效應(yīng)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是，使用一鑲嵌制作工藝來容易地控制元件中柵極的線寬。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是，在進(jìn)行鑲嵌制作工藝之前，在柵極介電層上提供一薄的柵極層，在其后進(jìn)行鑲嵌制作工藝除去介電層以形成一貫穿介電層的開口步驟時(shí)，用以保護(hù)襯底和減少介電層殘留。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是，在形成柵極介電層后才進(jìn)行源極及漏極的形成，可有效避免短通道效應(yīng)。
根據(jù)以上所述的目的，本發(fā)明提供了一種以鑲嵌工藝形成一選通晶體管的方法。此方法至少包括在一襯底上提供一柵極介電層。然后，依次在此柵極介電層上形成一第一柵極層和一第一氧化硅層。接著，蝕刻第一氧化硅層至暴露出部分第一柵極層以形成一開口。下一步，在此開口內(nèi)的第一氧化硅層的側(cè)壁上形成一第一間隙壁并在此開口內(nèi)填入一第二柵極層。接下來，除去第一氧化硅層和第一間隙壁以形成一柵極結(jié)構(gòu)。之后，除去未被第二柵極層覆蓋的第一柵極層和柵極介電層。最后，依次在選通晶體管內(nèi)形成一輕摻雜漏極、一第二間隙壁以及一源極和漏極區(qū)。
本發(fā)明的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)可被廣泛地應(yīng)用到許多半導(dǎo)體設(shè)計(jì)中，并且可利用許多不同的半導(dǎo)體材料制作，當(dāng)本發(fā)明以一較佳實(shí)施例來說明本發(fā)明的方法時(shí)，本領(lǐng)域內(nèi)的熟練人士應(yīng)知道許多步驟可以改變，材料及雜質(zhì)也可替換，這些一般的替換無疑也不背離本發(fā)明的精神及范圍。
其次，本發(fā)明用示意圖詳細(xì)描述如下，在詳述本發(fā)明的實(shí)施例時(shí)，表示半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖在半導(dǎo)體制作工藝中會(huì)不依一般比例而作局部放大以便于說明，然而不應(yīng)以此作為限定。此外，在實(shí)際的制作中，應(yīng)包含長度寬度及深度的三維空間尺寸。


圖1是根據(jù)本發(fā)明所揭露的技術(shù)形成選通晶體管的剖面示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明所揭露的技術(shù)形成選通晶體管的剖面示意圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明所揭露的技術(shù)形成選通晶體管的剖面流程示意圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明所揭露的技術(shù)形成選通晶體管的剖面流程示意圖。
圖5是流程示意圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明所揭露之技術(shù)形成選通晶體管的剖面流程示意圖。
主要部分的代表符號(hào)10襯底12輕摻雜漏極14源極及漏極區(qū)20柵極介電層22第一氧化硅層24第二氧化硅層，第一間隙壁26第三氧化硅層，第二間隙壁40第一柵極層42第二柵極層44柵極結(jié)構(gòu)60第一氧化硅層的開口70選通晶體管如下詳細(xì)地描述本發(fā)明的一些實(shí)施例。然而，除了詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可廣泛地以其他實(shí)施例來實(shí)施，且發(fā)明范圍不受限定，以其后的權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
本發(fā)明主要是在進(jìn)行鑲嵌制作工藝前先在柵極介電層上淀積一薄的第一柵極層，接下來才繼續(xù)進(jìn)行鑲嵌制作工藝以形成一柵極結(jié)構(gòu)。此第一柵極層會(huì)成為最后形成選通晶體管中柵極結(jié)構(gòu)的一部份。其中，將在接下來的圖1到圖6中詳細(xì)地介紹上述所提及的工藝及以適當(dāng)狀態(tài)執(zhí)行的步驟。
參照?qǐng)D1，在一襯底10上依次包含一柵極介電層20、一第一柵極層40以及一第一氧化硅層22。其中，第一柵極介電層20為氧化硅，它以熱氧化法在襯底10上形成且其厚度范圍約為100到900埃。第一柵極層40是以淀積法形成的且其厚度范圍約為200到500埃，而第一柵極層40是一多晶硅物質(zhì)。另外，第一氧化硅層22常以化學(xué)氣相淀積法形成，而第一氧化硅層在鑲嵌制作工藝中用作仿柵極結(jié)構(gòu)的溝槽，故第一氧化硅層22的厚度取決于一選通晶體管70所需柵極的厚度。
參照?qǐng)D2，一貫穿第一氧化硅層22的開口60被限定在選通晶體管70的有源區(qū)上。此開口60是經(jīng)過一微影工藝除去第一氧化硅層22使第一柵極層40部分暴露出來，以形成貫穿第一氧化硅層22的開口60。此開口60的范圍相當(dāng)于此選通晶體管70的有源區(qū)。
參照?qǐng)D3，在開口60內(nèi)的第一氧化硅層22的側(cè)壁上形成一第一間隙壁24，此第一間隙壁24是一氧化硅物質(zhì)，下面是其詳細(xì)形成步驟。首先，以化學(xué)氣相淀積法在開口60及襯底10上形成一第二氧化硅層24。然后，進(jìn)行一回蝕刻(蝕刻)工藝在開口60內(nèi)的第一氧化硅層22的側(cè)壁上形成第一間隙壁24，此回蝕刻(蝕刻)工藝為非等向(各向異性)蝕刻且在第一柵極層40上停止。
參照?qǐng)D4，接著在開口60內(nèi)填入一第二柵極層42，且此第二柵極層42的厚度小于或等于開口60的厚度。此第二柵極層42以化學(xué)氣相淀積法淀積在開口60內(nèi)及襯底10上。然后，以化學(xué)機(jī)械研磨法研磨第二柵極層42，使第一柵極層42的范圍僅限于開口60。此第一柵極層42是多晶硅物質(zhì)，且此第二柵極層42的厚度小于或等于開口60的深度。
參照?qǐng)D5，除去第一氧化硅層22、第一間隙壁24以及第一柵極層40，在襯底10上形成一柵極結(jié)構(gòu)44。第一氧化硅層22和第一間隙壁24使用濕式蝕刻法或干式蝕刻法來除去。第一柵極層40以非等向(各向異性)蝕刻工藝除去，此蝕刻工藝并無使用掩模(遮罩)。因?yàn)榈谝粬艠O層40的厚度遠(yuǎn)小于第二柵極層42的厚度，所以以蝕刻工藝除去第一柵極層40并不影響第二柵極層42。
參照?qǐng)D6，在除去柵極結(jié)構(gòu)44旁未被第二柵極層42覆蓋的柵極介電層20后，在此選通晶體管70內(nèi)依次形成一輕摻雜漏極12、一第二間隙壁26以及一源極和漏極區(qū)14。首先，使用濕式蝕刻法或干式蝕刻法來除去襯底10上的柵極介電層20。然后，以離子注入法在柵極結(jié)構(gòu)44旁的襯底10內(nèi)形成一輕摻雜漏極12，再進(jìn)行一退火工藝。接著形成第二間隙壁26，第二間隙壁26是一氧化硅物質(zhì)，下面是其詳細(xì)形成步驟。首先，以化學(xué)氣相淀積法在柵極結(jié)構(gòu)44及襯底10上形成一第三氧化硅層26。然后，進(jìn)行一回蝕刻(蝕刻)工藝在柵極結(jié)構(gòu)44的側(cè)壁上形成第二間隙壁26，此回蝕刻(蝕刻)工藝為非等向(各向異性)蝕刻且在襯底10上停止。最后，以離子注入法在第二間隙壁26旁的襯底10內(nèi)形成源極及漏極區(qū)14。
在本發(fā)明中，以鑲嵌制作工藝形成的柵極線寬取決于開口60內(nèi)第一間隙壁24的厚度，第一間隙壁24越厚則柵極線寬越小。然而，第一間隙壁24的厚度取決于淀積的技術(shù)，與微影技術(shù)的提升相比較，淀積技術(shù)較容易控制。因此，本發(fā)明使用鑲嵌制作工藝形成柵極可容易控制元件中柵極的線寬。另外，本發(fā)明在進(jìn)行鑲嵌制作工藝前在柵極介電層20上提供了一薄的第一柵極層40，在進(jìn)行鑲嵌制作工藝除去第一氧化硅層22以形成一貫穿第一氧化硅層22的開口60步驟時(shí)，可用來保護(hù)襯底10和減少第一氧化硅層22的殘留。再者，本發(fā)明是在形成柵極介電層20后才進(jìn)行源極/漏極的形成，所以可有效地避免因高溫制作工藝所產(chǎn)生的短通道效應(yīng)。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用以限定本發(fā)明的專利申請(qǐng)范圍；凡其它未背離本發(fā)明所揭示的精神而所完成的等效改變或修改，均應(yīng)包含在下述權(quán)利要求書內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種形成一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的方法，該方法至少包括在一襯底上提供一柵極介電層；在所述柵極介電層上形成一第一柵極層；在所述第一柵極層上淀積一第一氧化硅層；蝕刻所述第一氧化硅層至暴露出所述第一柵極層的部分以形成一開口；在所述開口內(nèi)在所述第一氧化硅層的側(cè)壁上形成一第一間隙壁；在所述開口內(nèi)填入一第二柵極層；除去所述第一氧化硅層和所述第一間隙壁以形成一柵極結(jié)構(gòu)；除去未被所述第二柵極層覆蓋的所述第一柵極層和所述柵極介電層；以及在所述金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管內(nèi)依次形成一輕摻雜漏極、一第二間隙壁以及一源極和漏極區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述第一柵極介電層是以熱氧化法形成的氧化硅物質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述第一柵極層是以化學(xué)氣相淀積法形成的多晶硅物質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述第一柵極層的厚度范圍約為200到500埃。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述開口的范圍相當(dāng)于所述半導(dǎo)體晶體管的一有源區(qū)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述第一間隙壁的所述方法至少包括在該襯底上淀積一正形(conformal)第二氧化硅層；以及對(duì)所述第二氧化硅層進(jìn)行回蝕刻(蝕刻)并在所述第一柵極層上停止以形成所述第一間隙壁。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述第二柵極層是為以化學(xué)氣相淀積法形成的多晶硅物質(zhì)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述第二柵極層還包含一化學(xué)機(jī)械研磨工藝。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述第二柵極層還包含一回蝕刻(蝕刻)工藝。
全文摘要
揭示了一種以鑲嵌工藝形成選通晶體管的方法。至少包括在襯底上提供柵極介電層;在柵極介電層上依次形成第一柵極層和第一氧化硅層;蝕刻第一氧化硅層至暴露出第一柵極層的部分以形成開口;在開口內(nèi)在第一氧化硅層的側(cè)壁上形成第一間隙壁,并在開口內(nèi)填入第二柵極層;除去第一氧化硅層和第一間隙壁以形成柵極結(jié)構(gòu);除去未被第二柵極層覆蓋的第一柵極層和柵極介電層;在選通晶體管內(nèi)依次形成輕摻雜漏極、第二間隙壁以及源極及漏極區(qū)。
文檔編號(hào)H01L21/336GK1349250SQ0013176
公開日2002年5月15日 申請(qǐng)日期2000年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月16日
發(fā)明者陳錦揚(yáng) 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司