半导体元件结构制造技术

一种具有中空封闭式栅极结构的金氧半导体。其中中空封闭式栅极位于半导体基底上，且中空封闭式栅极具有一中空封闭空间，栅极介电层位于中空封闭式栅极与基底之间。漏极区位于半导体基底中，并位于中空封闭空间内。源极区位于该半导体基底中而环绕着中空封闭式栅极。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种半导体元件，且特别是有关于一种具有较低接面电容(Junction Capacitance)的金氧半晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors，MOSFET)元件结构。附图说明图1为公知一种金氧半晶体管元件18结构的俯视图，其中具有一直式栅极11与形成于一主动区17中对称的源极/漏极区12和13。复数个接触窗14与15分别形成于源极/漏极区12与13上。请继续参照图1，在栅极11中显示的虚线16代表栅极11下的信道宽度(channel width)，而源极/漏极12与13的距离则是所谓的信道长度(channel length)(未显示)。在此情况下，信道宽度决定了在源极/漏极区12与13间产生的信道电流的流量。也就是说，如果信道宽度随元件缩小而变得较小，则操作期间源极/漏极12与13间的信道电流将减少，因而使元件效能变差。本专利技术的另一目的在提供一种具有较大信道宽度的半导体元件结构，使得在操作期间的信道电流增加，以增进元件效能。本专利技术的又一目的在提供一种具有较小的源极/漏极区的半导体元件结构，使元件集成度可有效地增加。依据上述目的，本专利技术提供一种金氧半晶体管结构，其中包括有一中空封闭式栅极、较小的源极/漏极区以及较长的信道宽度。本专利技术提供一种金氧半晶体管结构，其中包括有一中空封闭式栅极位于半导体基底上，且中空封闭式栅极具有一中空封闭空间。漏极区位于半导体基底中，并位于中空封闭空间内。源极区位于半导体基底中并环绕P形栅极。并且，还可以于源极/漏极区上设置金属硅化物结构以降低片电阻。本专利技术提供一种具有中空封闭式栅极结构的金氧半晶体管元件。由于本专利技术具有中空封闭式栅极结构，使源极区环绕着漏极区，因此形成面积较小且不对称的源极/漏极区。这将可进一步降低接面电容，并可缩减金氧半晶体管元件的尺寸，因此增进集成电路元件的集成度。在另外一方面，因为源极/漏极区的面积较小，所以元件所需的接触窗可比公知金氧半晶体管少。结果，这将使得位于金氧半晶体管上而与接触窗电连接的导体层，其面积将可比公知小，因而增加集成电路元件的集成度。此外，因为本专利技术的中空封闭式栅极，可有效地增加信道宽度。因为信道宽度增加，所以信道电流也增大。因此金氧半晶体管元件的效能可被大幅提升。附图标记说明11栅极12、70源极区13、80漏极区14、15、76、86接触窗16、26虚线、信道宽度17、31主动区18、30金氧半晶体管元件56栅介电层60中空封闭式栅极62间隙壁100半导体基底101浅沟渠隔离结构110、120金属硅化物层结构请继续参照图2，一源极区70位于环绕中空封闭式栅极60的半导体基底100中。接触窗76位于源极区70上，并与源极区70接触。一漏极区80位于中空封闭式栅极60的头部60a的中空封闭空间内的半导体基底100中。与源极区70相较，漏极区80明显较小。接触窗86位于漏极区80上，并与漏极区80接触。图3为依据图2中的I-I线的一金氧半晶体管结构的剖面图，于图3中显示中空封闭式栅极60、位于中空封闭式栅极60侧壁的间隙壁62、位于中空封闭式栅极60与基底100表面之间的栅介电层56、源极区70以及较小的漏极区80。浅沟渠隔离结构101位于元件的两侧以界定出一主动区。传统上，源极/漏极区70和80是利用氟化硼、砷或磷离子的植入而形成，其植入能量约在5到200KeV，剂量约在1×1014/cm2到1×1016/cm2之间。然后以加热活化源极/漏极区70与80，加热温度约在摄氏800度到1100度，时间约在10秒(快速热回火，较高温)到60分钟(较低温)。本专利技术由一中空封闭式栅极的设计，进一步缩小金氧半晶体管结构的尺寸。在中空封闭式栅极60中显示的虚线26代表中空封闭式栅极60下的信道宽度，而源极/漏极70与80间的距离则是所谓的信道长度(未标示)。如图1、2所示，本专利技术的金氧半晶体管信道宽度26比公知金氧半晶体管结构的信道宽度16更长。而元件尺寸的缩减将可获得一更高集成度的电路元件。此外，经由实际的计算，本专利技术中源极/漏极区70与80的面积确实比公知的元件小。源极/漏极面积的减少将降低接面电容，因此可增进元件效能。根据本专利技术实施例，如图3所示，还包括分别在中空封闭式栅极60与源极/漏极区70和80上配置一金属硅化物层(Metal Silicide)结构110与120。因此，由选择不同厚度与材质的金属硅化物层结构110与120，中空封闭式栅极60与源极/漏极区70和80的片电阻可被有效地调整，以符合特殊元件功能的需求。换句话说，金属硅化物层结构110与120将可使元件效能最佳化。在实施例中，中空封闭式栅极60与源极/漏极区70和80上的金属硅化物层结构110与120，其材质实质相同。在另一实施例中，中空封闭式栅极60与源极/漏极区70和80上的金属硅化物层结构110与120可由不同材质构成。上述金属硅化物层110与120可利用不同的金属形成，包括钛、钴、镍、铂与钯。目前硅化钛(Titanium Silicide)是最被广泛使用的材质，但是硅化钴和硅化镍被认为是具有降低线宽的特性，并且，也可以考虑使用硅化钯。下列叙述是就硅化钛工艺而言，但是其它金属硅化物也可以用于这个工艺中。先以稀释的氟化氢溶液去除基底表面的原生氧化层(Native Oxide)，再利用物理气相沉积法(例如溅镀法)沉积一薄金属层于元件上。金属沉积的厚度分别考虑形成一均匀且导电性佳的钛化硅层所需足够的钛金属以及考虑在硅化物结构下留下足够的硅。在金属硅化过程中过度的消耗硅基底，会使源极/漏极区70与80的接面发生不可预期的漏电流。硅化钛可由一快速热回火工艺，在摄氏750度下施行约20秒形成。随后蚀刻去除未反应的钛。然后以氢氧化铵(NH4OH)、过氧化氢(H2O2)与水(H2O)的溶液(比例例如为1∶1∶5)蚀刻去除元件表面的氮化钛(Titanium Nitride)、富含钛(Titanium-rich)的硅化钛、氧化钛与未反应的钛，而留下栅极与重掺杂源极/漏极区上的硅化钛层。然后进行另一个快速热回火工艺，其温度约在摄氏700度到900度，时间约在10秒到60秒，以使上层的金属硅化结构转变成具有较低的电阻值。后面这个快速热回火工艺较佳的温度是约在摄氏850度，时间约20秒。因此，本专利技术提供一种尺寸较小的金氧半晶体管结构，并具有较低寄生接面电容，因此金氧半电金体可具有较高操作频率以及较高的集成度。由于本专利技术的中空封闭式栅极60的设计，源极区70环绕着漏极区80，因此本专利技术的漏极区80的面积可以比公知金氧半晶体管结构小，换句话说，可形成具有较小面积的不对称源极/漏极区。这将使接面电容进一步的降低，并使得金氧半晶体管元件的尺寸可以更进一步缩减，从而增加集成电路元件的集成度。根据本专利技术的中空封闭式栅极结构，因为位于源极/漏极区域上的接触窗比公知元件少。因此，位于金氧半晶体管上而与接触窗电连接的导体层所需的面积，也比公知小，如此将可增加集成电路元件的集成度。因为本专利技术的栅极结构为中空封闭式的形状，因此信道宽度可被有效地增加。因为信道宽度增加，所以信道电流也增大，因此金氧半晶体管元件的效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体元件结构，其特征为：包括：一基底；一中空封闭式栅极，位于该基底上，其中该中空封闭式栅极具有一中空封闭空间；一漏极区，位于该基底中，且该漏极区位于该中空封闭空间内；一源极区，位于该基底中，其中该源极区环绕着该中空封闭 式栅极；以及一栅极介电层，位于该中空封闭式栅极与该基底之间。

【技术特征摘要】
1.一种半导体元件结构，其特征为包括一基底；一中空封闭式栅极，位于该基底上，其中该中空封闭式栅极具有一中空封闭空间；一漏极区，位于该基底中，且该漏极区位于该中空封闭空间内；一源极区，位于该基底中，其中该源极区环绕着该中空封闭式栅极；以及一栅极介电层，位于该中空封闭式栅极与该基底之间。2.如权利要求1所述的半导体元件结构，其特征为其中该漏极区的面积小于该源极区的面积。3.如权利要求1所述的半导体元件结构，其特征为其中该中空封闭式栅极包括一头部以及一与该头部连接的尾部，且该中空封闭空间位于该头部。4.如权利要求3所述的半导体元件结构，其特征为其中该头部包括一空心的正方形。5.如权利要求3所述的半导体元件结构，其特征为其中该头部包括一空心的长方形。6.如权利要求3所述的半导体元件结构，其特征为其中该头部包括一空心的圆形。7.如权利要求3所述的半导体元件结构，其特征为其中该头部包括一空心的六角形。8.如权利要求3所述的半导体元件结构，其特征为其中该头部包括一空心的八角形。9.如权利要求1所述的半导体元件结构，其特征为其中该中空封闭式栅极的材质包括掺杂多晶硅。10.如权利要求1所述的半导体元件结构，其特征为还包括在该源极/漏极区以及该中空封闭式栅极上配置一金属硅化物层。11.一种半导体元...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢宗轩，张耀文，卢道政，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]