近环绕栅极及制造具有该栅极的硅半导体器件的方法技术

本发明专利技术揭示一种制造具有近环绕（ｑｕａｓｉ－ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ）闸极的绝缘层上有矽（ＳＯＩ）的半导体装置的方法；根据本发明专利技术的方法，可得到一种ＭＯＳＦＥＴ半导体装置，其闸极电极几乎包围整个通道区域，而达到体积反转（Ｖｏｌｕｍｅ－ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）的效果，可大幅增加该半导体装置的单位电流亦可控制短通道效应（ＳＣＥ）的发生，而减少次临限漏电（ｓｕｂ－ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｌｅａｋａｇｅ）；此外，本发明专利技术的方法可以传统方式制造不同闸极长度的装置。（*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绝缘层上有矽(SOI)半导体装置的结构以及其制造方法，特别有关于一种具有近环绕闸极的SOI半导体装置的结构以及其制造方法。上述MOSMT的操作是经由在源极与汲极之间的通道区域通过电流。该通道区域的导电性是借由施加电压于位于通道表面上方的导电闸极而控制。为了增加MOSFET的性能，许多研究皆朝向改良SOI MOSFET的驱动电流速度发展，以谋求半导体装置的稳定性，同时减低电力消耗。目前一般MOS电晶体的驱动电流是如附图说明图1所示的表面反转层(surface-inversion layer)14。其中，当一电压施加于闸极13时，形成于通道尾端的源极11与汲极12之间的表面反转层14是做为驱动电流的路径。然而，在该表面反转层仅能提供有限的电流的情形下，必须制造出能够预防短通道效应、汲极导致表面电位降低(drain-induced barrierlowering；DIBL)以及次门槛斜率的降低的SOI MOSFET。此外，本专利技术的新颖的近环绕闸极结构SOI半导体装置可使用现有的晶片以及制程。而本专利技术的具有近环绕闸极结构的MOSFET可结合传统MOS制程与已广为接受的SOI技术而制造。因此本专利技术的具有近环绕闸极的半导体装置可以现有的整体(bulk)或SOI MOSFET技术，而不需额外或复杂的制程。根据本专利技术的制造具有近环绕闸极结构的半导体结构的方法，其包括下列步骤(a)在一半导体基底上经由第一绝缘层形成一半导体层；(b)在该半导体层上形成第一氧化层；(c)在该第一氧化层上形成第一牺牲氮化物层；(d)以微影技术将该第一牺牲氮化物层、第一氧化层、以及该半导体层图案化而形成岛状或长条状；(e)在该岛状或长条状的半导体层周围形成第二氧化层；(f)剥离该第一牺牲氮化物层；(g)沉积第二牺牲氮化物层；(h)以该第二牺牲氮化物层为罩幕，以一既定距离蚀刻至该第一绝缘层，并蚀刻该第二氧化层；(i)在该半导体层周围形成绝缘材料；(j)以该第二牺牲氮化物层为罩幕，而沉积多晶矽；(k)移除该第二牺牲氮化物层而形成一闸极；以及(l)以该闸极为罩幕在该半导体层植入与该半导体基底相反导电性的掺杂离子而形成源/汲极区。根据本专利技术，该近环绕的闸极结构，如图2所示主要具有第一绝缘层21，位于该第一绝缘层21上的微米厚度的半导体层22，该半导体层22具有通常是内部的主体通道区域(bulk channel region)，闸极绝缘层23环绕该半导体层，以及闸极24几乎整个围绕该绝缘层21。根据本专利技术的制造具有近环绕闸极结构的半导体结构的方法，该方法可以一个SOI结构或一个半导体基底开始，于该半导体基底上经由第一绝缘层形成半导体层，再依序形成第一氧化层以及第一牺牲氮化物层。接着，借由微影技术将上述半导体层、第一氧化层以及第一牺牲氮化物层形成岛状或长条状。接着，在该半导体层周围形成第二氧化层而使该半导体层的角落圆滑，借此可改善闸极绝缘崩溃特性(gate insulator breakdowncharacteristics)，并可避免经由闸极绝缘的电场强化通道(field-enhanced tunneling through the gate dielectric)。上述形成氧化层的步骤可以一般方法进行，例如沉积或者热氧化。然后，剥离该第一牺牲氮化层，再形成一第二牺牲氮化层并图案化成图7所示，以该第二牺牲氮化物层为罩幕以既定距离蚀刻第一绝缘层。该既定距离并无特别限制，亦可为零，也就是说如图3所示，蚀刻至第一绝缘层之上，较佳的范围为10-100nm。此时，上述用来圆滑半导体层角落的氧化层亦被蚀刻移除。同样的，本专利技术的剥离或蚀刻方法并无特别限制，可使用一般剥离/蚀刻方法。接着，在该半导体周围形成绝缘材料层，该绝缘材料为选自二氧化矽、氮化矽、氧氮化矽以及高介电常数(dielectric constant；K)的绝缘材料等。然后沉积闸极材料，例如多晶矽，该闸极材料并不限于多晶矽，任何传统制程中所使用的闸极材料皆可。其次，可使用一平坦化技术，例如但不限于化学机械研磨(CMP)或有机材料沉积或是反应离子蚀刻(RIE)，来平坦化闸极材料表面。此时，因为整个装置的微小尺寸，从该闸极的电场线将结束于该装置的后部，因而可做为一个实质上的后闸极(back gate)。接着再移除第二牺牲氮化层。最后，以一般制作MOSFET的方法形成源/汲极区而成。在本专利技术的近环绕闸极结构中，该半导体层的厚度较佳为＜200nm，该整体结构如图2所示。本专利技术的近环绕闸极是形成于一SOI结构上，较佳是在一埋藏有氧化层的整体(bulk)半导体基底上。根据本专利技术所得的MOSFET可避免短通道效应并可提供比已知MOSFET更佳的驱动电流。图1显示传统的表面反转的SOI MOSFET；图2显示本专利技术实施例的近环绕闸极的结构；图3显示根据本专利技术实施例的另一近环绕闸极结构；图4至图10显示本专利技术的实施例中，制作具有近环绕闸极结构的SOIMOSFET的剖面图。图号说明 45-半导体基底；41-台缘层；42-半导体层； 43-第一氧化层；43a-第一氧化层； 44-第一牺牲氮化层；71、72-第二牺牲氮化层；73-既定距离；81-绝缘材料； 91-多晶矽。首先，如图4所示，在一P型半导体基底45上经由第一绝缘层41(SiO2)形成半导体层42，在该半导体层42上再依序形成第一氧化层43以及第一牺牲氮化层44(Si2N4)。之后以微影技术将该半导体层42、该第一氧化层43及该第一牺牲氮化层44，如图5所示，形成长条状。接着，请参阅图6，在该半导体层42周围形成第二氧化层43a，使得该半导体层的角落圆滑。然后剥离该第一牺牲氮化层44并形成第二牺牲氮化层71、72，而如图7所示将其图案化。使用该第二牺牲氮化层为罩幕，以既定距离110nm蚀刻至该第一绝缘层41。此时，第二氧化层43a亦被蚀刻移除，而使该半导体层42的角落圆滑。其次，请参阅图8，在该半导体周围以一绝缘材料氧化矽形成绝缘材料81之后，再沉积多晶矽91做为闸极材料，如图9所示，并以CMP将多晶矽91表面平坦化。请参照图10，此时，使用适当的蚀刻技术将第二牺牲氮化层71、72移除，再以开极电极为罩幕，于半导体层形成源/汲极区后，使用例如但不限于离子植入的技术导入例如但不限定于砷的掺杂杂质原子而成。图2所示的本专利技术的近环绕闸极结构，其中闸极电极23几乎整个围绕通道区域，而该通道区域明显地大于在半导体表面具有表面反转的已知电晶体，因此本专利技术的半导体装置可提供的驱动电流的确大幅增加许多。借由本专利技术的近环绕闸极结构，可避免从闸极电极发出的电场在通道区域下方终止，而能减少短通道效应。虽然本专利技术已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本专利技术，任何熟习此技艺者，在不脱离本专利技术的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本专利技术的保护范围当以专利要求范围所界定的为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造具有近环绕闸极的矽半导体装置的方法，该方法包括下列步骤： （ａ）、在一半导体基底上经由第一绝缘层形成一半导体层； （ｂ）、在该半导体层上形成第一氧化层； （ｃ）、在该第一氧化层上形成第一牺牲氮化物层； （ｄ）、以微影技术将该第一牺牲氮化物层、第一氧化层以及该半导体层图案化而形成岛状或长条状； （ｅ）、在该岛状或长条状的半导体层周围形成第二氧化层； （ｆ）、剥离该第一牺牲氮化物层； （ｇ）、沉积第二牺牲氮化物层； （ｈ）、以该第二牺牲氮化物层为罩幕，以一既定距离蚀刻至该第一绝缘层，并蚀刻该第二氧化层； （ｉ）、在该半导体层周围形成绝缘材料； （ｊ）、以该第二牺牲氮化物层为罩幕，而沉积多晶矽； （ｋ）、移除该第二牺牲氮化物层而形成一闸极；以及 （ｌ）、以该闸极为罩幕在该半导体层植入与该半导体基底相反导电性的掺杂离子而形成源／汲极区。

【技术特征摘要】
US 2001-1-17 09/761,8891.一种制造具有近环绕闸极的矽半导体装置的方法，该方法包括下列步骤(a)、在一半导体基底上经由第一绝缘层形成一半导体层；(b)、在该半导体层上形成第一氧化层；(c)、在该第一氧化层上形成第一牺牲氮化物层；(d)、以微影技术将该第一牺牲氮化物层、第一氧化层以及该半导体层图案化而形成岛状或长条状；(e)、在该岛状或长条状的半导体层周围形成第二氧化层；(f)、剥离该第一牺牲氮化物层；(g)、沉积第二牺牲氮化物层；(h)、以该第二牺牲氮化物层为罩幕，以一既定距离蚀刻至该第一绝缘层，并蚀刻该第二氧化层；(i)、在该半导体层周围形成绝缘材料；...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡罗斯，金皮尔柯林吉，
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]