一种晶体管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种利用热膨胀系数不向于基底的插塞构成的双轴应变的晶体管和单轴应变的晶体管及其制造方法，若插塞的热膨胀系数比基底大，则于主动区可形成双轴拉伸应变通道的晶体管；若插塞的热膨胀系数比基底小，则于主动区可形成双轴压缩应变通道的晶体管；若于主动区的一相对边形成热膨胀系数较大的绝缘插塞，另一相对边形成势膨胀系数较小的绝缘插塞，则于主动区可形成单轴应变的晶体管。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电子元器件及其制造方法，尤指一种利用热膨胀系数不同于基底的绝缘插塞构成的双轴应变的晶体管和单轴应变的晶体管及其制造方法。
技术介绍
浅沟槽隔离结构(shallow trench isolation，STI)是0.25微米以下CMOS制程中最常使用的隔离元件。然而，随着浅沟槽隔离结构的尺寸继续缩小至0.15微米以下，来自于相邻源极/漏极接合区偏压的电场会容易穿透通道区。因此，会导致例如Vt扰动等的负面效应。为了消除场穿透效应，有人提出金属屏蔽的浅沟槽隔离结构，是在隔离沟槽的衬氧化层形成后，填入一层导电材质，例如掺杂的复晶硅。将上述沟槽中的导电材质接地，可以提供良好的屏蔽效果，因此可以消除晶体管的窄宽效应(narrow width effect)和Vt扰动的问题。然而此种制程较为复杂。因此，有必要提出更好的隔离结构和制程。另外，随着栅极元件尺寸的缩小化，要使金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)元件能在低操作电压下，具有高驱动电流和高速的效能是相当困难的。因此，许多人在努力寻求改善金属氧化物半导体场效应晶体管元件的效能的方法。利用应力引发的能带结构变型来增加电子的迁移率，以增加场效晶体管的驱动电流，可改善场效晶体管元件的效能，且此种方法已被应用于各种元件中。这些元件的硅通道是处于双轴拉伸或压缩应变的情况。传统上，是借助在松弛的(relaxed)硅锗(SiGe)层或基底上磊晶成长硅通道层，以制备拉伸应变的硅层。然而，在成长拉伸应变的硅通道层之前，通常需在硅基上成长晶格逐渐变形的Si1-xGex层，其中锗的比例x是自0逐渐增加至0.2，以作为缓冲层，再接着于Si1-xGex缓冲层上成长一层松弛的SiGe层。此种方法有很多缺点，要成长不同莫耳比例的Si1-xGex层的制程相当难控制，相当费时，且成本相对提高。而且当Ge的莫耳比要增加时，所磊晶的Si1-xGex层的总厚度会随之增加，因而产生许多的穿透性差排(threading dislocation)。因此，有人提出将碳原子合并至硅锗层中，以利用碳原子来减少硅锗的晶格常数，使得硅锗的晶格常数更接近硅，借此来减少应变，并允许成长较厚的硅锗层，以及降低硼的扩散。但此种方法，更增加了硅锗缓冲层的制程困难度。已有研究指出利用硅通道处于双轴拉伸应变的情况中来增加电子的迁移率，及利用硅锗通道处于双轴压缩应变的情况中来增加电洞的迁移率。然而，结合具有双轴拉伸应变的硅通道的NMOS晶体管及具有双轴压缩应变的硅锗通道的PMOS晶体管的CMOS制程技术是难以实现的。在晶体管的制造上有利用如上述厚的缓冲层或其他复杂多层结构等许多应变层制造方法，此些方法并不易于整合到传统的CMOS制程中。因此，为了制造具有高驱动电流和高速的效能的金属氧化物半导体场效晶体管元件，亟待针对上述问题谋求改善之道。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的提供一种可以消除场穿透效应的问题的浅沟槽隔离结构的制程，并同时制造可加强场穿透效应的浅沟槽隔离结构(以下称为绝缘插塞)，以应用于一些需要耦合(coupling)效应的元件，例如电容、晶体管等。此外，本专利技术的另一目的是提供一种较简单的方法来形成具有双轴拉伸或压缩应变的通道的晶体管，以及具有单轴应变的通道的晶体管。本专利技术的再一目的是提供一种利用不同介电常数的绝缘插塞构成的电容器和晶体管及其制造方法，其中低介电常数的绝缘插塞是作为元件隔离之用，高介电常数的绝缘插塞是作为耦合之用，例如电容器介电层或栅极绝缘层。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种利用不同介电常数的绝缘插塞构成的电容器，其结构包括将第一低介电常数绝缘插塞和第二高介电常数绝缘插塞设置于基底中，其中第一低介电常数绝缘插塞至少定义出一电容区，第二高介电常数绝缘插塞位于电容区中，并将电容区分隔为第一电极区和第二电极区。并将第一电极板和第二电极板分别设于基底中的第一电极区和第二电极区、其中第一低介电常数绝缘插塞的深度以及第二高介电常数绝缘插塞的深度比第一和第二电极板的深度深。上述的电容器若为n+对n+电容器，则第一和第二电极板是为n+接合区；若为p+对p+电容器，则第一和第二电极板是为p+接合区。本专利技术还提供一种利用上述不同介电常数的绝缘插塞构成的电容器的制造方法，其制造方法简述如下在基底中形成第一沟槽和第二沟槽，其中第一沟槽至少定义出电容区，第二沟槽位于电容区中，并将电容区分隔为第一电极区和第二电极区。在该第一沟槽和第二沟槽中分别形成第一低介电常数绝缘插塞和第二高介电常数绝缘插塞。同时在基底中的第一电极区和第二电极区中分别形成第一电极板和第二电极板，其中介于第一电极板和第二电极板之间的第二高介电常数绝缘插塞的深度比第一和第二电极板的深度深。依据本专利技术的实施例，上述电容器的第一低介电常数绝缘插塞的材质可为含氟化学气相沉积氧化物(Dk≈3-3.5)或旋涂式低介电常数介电材质(Dk≈2-3)。上述电容器的第二高介电常数绝缘插塞的材质可为Al2O5、Ta2O5(Dk≈25)或HfO2(Dk≈30)。此外，本专利技术还提供一种利用不同介电常数的绝缘插塞构成的晶体管，其结构为将第一低介电常数绝缘插塞和第二高介电常数绝缘插塞设置于基底中，其中第一低介电常数绝缘插塞定义出一主动区，第二高介电常数绝缘插塞位于主动区中，并将主动区分隔为一栅极区和一源极/漏极区。将栅极电极设于基底的栅极区，其中第一低介电常数绝缘插塞和第二高介电常数绝缘插塞的深度比栅极电极的深度深。并将第一导电性的漏极、第二导电性的井区、和第一导电性的共用源极，叠堆设置于基底的源极/漏极区，其中一通道区位于第二导电性井区的第二高介电常数绝缘插塞的侧壁。上述的晶体管中，栅极电极为具有第一导电性的接合区，且在栅极电极下方具有第二导电性的掺杂区。本专利技术同样提供了一种利用上述不同介电常数的绝缘插塞构成的晶体管的制造方法，其制造方法简述如下在基底中形成第一沟槽和第二沟槽，其中第一沟槽定义出一主动区，第二沟槽位于主动区中，并将主动区分隔为栅极区和源极/漏极区。于第一沟槽和第二沟槽中分别形成第一低介电常数绝缘插塞和第二高介电常数绝缘插塞。于栅极区形成栅极电极，其中第一低介电常数绝缘插塞和第二高介电常数绝缘插塞的深度比栅极电极的深度深。并于源极/漏极区形成第一导电性的共用源极和第一导电性的漏极，并于共用源极和漏极之间形成第二导电性的井区，第一导电性的漏极、第二导电性的井区和第一导电性的共用源极是叠置于源极/漏极区，且一通道区位于第二导电性的井区的第二高介电常数绝缘插塞的侧壁。依据本专利技术的实施例，上述晶体管的第一低介电常数绝缘插塞的材质可为含氟化学气相沉积氧化物(Dk≈3-3.5)或旋涂式低介电常数介电材质(Dk≈2-3)。上述晶体管的第二高介电常数绝缘插塞的材质可为Al2O5、Ta2O5(Dk≈25)或HfO2(Dk≈30)。再者，本专利技术还提供一种利用热膨胀系数不同于基底的绝缘插塞构成的双轴应变的晶体管和单轴应变的晶体管及其制造方法，若绝缘插塞的热膨胀系数比基底大，则于主动区可形成双轴拉伸应变通道的晶体管；若绝缘插塞的热膨胀系数比基底小，则于主动区可形成双轴压缩应变通道的晶体管；若在主动区的一相对边形成热膨胀系数较大的绝缘插塞，另一相对边形成热膨胀系数较小的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用热膨胀系数不同于基底的插塞构成具有双轴应变的晶体管的制造方法，其特征在于，包括：提供一基底；在该基底中形成一沟槽借以定义出一主动区；在该沟槽中形成一热膨胀系数不同于该基底的插塞；以及在该主动区形成一晶 体管。

【技术特征摘要】
1.一种利用热膨胀系数不同于基底的插塞构成具有双轴应变的晶体管的制造方法，其特征在于，包括提供一基底；在该基底中形成一沟槽借以定义出一主动区；在该沟槽中形成一热膨胀系数不同于该基底的插塞；以及在该主动区形成一晶体管。2.如权利要求1所述的利用热膨胀系数不同于基底的插塞构成具有双轴应变的晶体管的制造方法，其特征在于，所述的基底为硅基底，该插塞的膨胀系数比硅大，且该晶体管为NMOS晶体管。3.如权利要求1所述的利用热膨胀系数不同于基底的插塞构成具有双轴应变的晶体管的制造方法，其特征在于，所述的形成该插塞的材质是选自由氧化锆(ZrO2)、块滑石(MgOSiO2)、氧化铝(Al2O3)、碳化硅(SiC)和氮化硅(SiN)所组成的族群中。4.如权利要求1所述的利用热膨胀系数不同于基底的插塞构成具有双轴应变的晶体管的制造方法，其特征在于，所述的基底为硅基底，该插塞的膨胀系数比硅小，且该晶体管为PMOS晶体管。5.如权利要求4所述的利用热膨胀系数不同于基底的插塞构成具有双轴应变的晶体管的制造方法，其特征在于，所述的形成该插塞的材质为氧化硅(SiO2)。6.一种利用热膨胀系数不同于基底的插塞构成具有单轴应变的晶体管的制造方法，其特征在于，包括提供一基底；在该基底中形成一对第一沟槽和一对第二沟槽，其中该对第一沟槽和该对第二沟槽定义出一主动区，该对第一沟槽位于该主动区的相对边，该对第二沟槽位于该主动区的另一相对边；在该对第一沟槽中形成一对具有第一膨胀系数的第一插塞；在该对第二沟槽中形成一对具有第二膨胀系数的第二插塞；以及在该主动区形成一晶体管。7.如权利要求6所述的利用热膨胀系数不同于基底的插塞构成具有单轴应变的晶体管的制造方法，其特征在于，所述的基底为硅基底，第一热膨胀系数比硅大，第二热膨胀系数比硅小。8.如权利要求7所述的利用热膨胀系数不同于基底的插塞构成具有单轴应变的晶体管的制造方法，其特征在于，所述的形成该对第一插塞的材质是选自由氧化锆(ZrO2)、块滑石(MgOSiO2)、氧化铝(Al2O3)、碳化硅(SiC)和氮化硅(SiN)所组成的族群中，形成该对第二插塞的材质为氧化硅(SiO2)。9.一种利用热膨胀系数不同于基底的插塞构成的双轴应变的晶体管，其特征在于，包括一基底；二热膨胀系数不同于该基底的插塞，设于该基底中，其中该插塞是借以定义出一主动区；以及一晶体管，设于该基底的该主动区。10.如权利要求9所述的利用热膨胀系数不同于基底的插塞...

【专利技术属性】
技术研发人员：季明华，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]