專利名稱：半導(dǎo)體器件的晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的晶體管及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前，由于根據(jù)半導(dǎo)體器件的高度集成而最小化的趨勢(shì)使得晶體管的寬度持續(xù)變窄。
因此在晶體管內(nèi)部會(huì)發(fā)生熱載流子效應(yīng)。相對(duì)于外部施加的電壓而言當(dāng)溝道長(zhǎng)度變得更短時(shí)，水平電場(chǎng)會(huì)高度集中于漏極區(qū)從而使漏極區(qū)的電學(xué)特性退化并產(chǎn)生空穴，且這里，熱載流子效應(yīng)表明空穴朝向襯底移動(dòng)。
另一方面，電子在柵極氧化物膜或間隔件下方被截留，從而影響閾值電壓。
當(dāng)高電場(chǎng)施加到半導(dǎo)體襯底的溝道上時(shí)，熱載流子效應(yīng)變得更嚴(yán)重，這是因?yàn)楸M管溝道長(zhǎng)度變得更短，但是對(duì)于特定的應(yīng)用而言，電源電壓相對(duì)恒定。
特別是，作為源極區(qū)和漏極區(qū)之間的輸送路徑的溝道長(zhǎng)度越短，所發(fā)生的熱載流子效應(yīng)越嚴(yán)重。
為了克服熱載流子效應(yīng)，大部分晶體管制造工藝采用LDD(輕摻雜漏極)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有緩變結(jié)，在該處源極/漏極區(qū)內(nèi)的離子注入密度在柵電極的邊緣低，在柵電極的中心高，由此降低了電場(chǎng)突變。
然而，由于半導(dǎo)體器件的高度集成使得溝道長(zhǎng)度持續(xù)變得更短，因此具有LDD結(jié)構(gòu)的晶體管將導(dǎo)致短溝道效應(yīng)。于是，LDD區(qū)內(nèi)的摻雜劑將擴(kuò)散到溝道，且將高電場(chǎng)施加在漏極之間的溝道邊緣，這將導(dǎo)致使晶體管性能退化的熱載流子效應(yīng)。
此外，在晶體管的操作過程中，源極區(qū)和漏極區(qū)內(nèi)的雜質(zhì)橫向擴(kuò)散，且晶體管容易遭受擊穿效應(yīng)，從而使得難以進(jìn)行用于防止擊穿效應(yīng)的離子注入工藝。而且，當(dāng)溝道長(zhǎng)度和密度控制不精確時(shí)，將難以控制閾值電壓。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的晶體管及其制造方法，其基本上消除了由于現(xiàn)有技術(shù)的局限和缺陷而引起的一個(gè)或多個(gè)問題。
本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體器件的晶體管及其制造方法，其通過制造縱向晶體管(vertical transistor)可有效地控制短溝道效應(yīng)，并可以防止由于熱載流子效應(yīng)的產(chǎn)生而引起的晶體管性能的退化。
本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目的和特征將部分地在以下的說明書中描述，其部分內(nèi)容對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說可通過下述描述而清楚或者從本發(fā)明的實(shí)踐中獲得。通過所撰寫的說明書及其權(quán)利要求書以及附圖中具體指出的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)和獲得本發(fā)明的目的及其他優(yōu)點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)這些目的及其他優(yōu)點(diǎn)并根據(jù)本發(fā)明的目的，如在此具體實(shí)施和廣泛描述的，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件的晶體管，其包括源極區(qū)，其通過在半導(dǎo)體襯底的上側(cè)注入雜質(zhì)離子而形成；溝道區(qū)，其位于該源極區(qū)上并形成為圓柱形；漏極區(qū)，其形成于該溝道區(qū)上；柵極絕緣層，其圍繞形成于該半導(dǎo)體襯底的上側(cè)的源極區(qū)、該溝道區(qū)的側(cè)面以及形成于該溝道區(qū)的上側(cè)的該漏極區(qū)；柵極導(dǎo)體，其形成為圍繞該溝道區(qū)的上部和一個(gè)側(cè)面；以及導(dǎo)電層，其連接到該源極區(qū)、該漏極區(qū)和該柵極導(dǎo)體，并通過填充形成于中間絕緣膜(intercalary insulation film)上的接觸孔而形成。
優(yōu)選地，該溝道區(qū)由導(dǎo)電層組成。
優(yōu)選地，該源極區(qū)通過在該溝道區(qū)上注入雜質(zhì)離子而形成。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種半導(dǎo)體器件的晶體管，其包括漏極區(qū)，其通過在半導(dǎo)體襯底的上側(cè)注入雜質(zhì)離子而形成；溝道區(qū)，其位于該漏極區(qū)上并形成為圓柱形；源極區(qū)，其形成于該溝道區(qū)上；柵極絕緣層，其圍繞形成于該半導(dǎo)體襯底的上側(cè)的漏極區(qū)、該溝道區(qū)的側(cè)面以及形成于該溝道區(qū)的上側(cè)的該源極區(qū)；柵極導(dǎo)體，其形成為圍繞該溝道區(qū)的上部和一個(gè)側(cè)面；以及導(dǎo)電層，其連接到該源極區(qū)、該漏極區(qū)和該柵極導(dǎo)體，并通過填充形成于中間絕緣膜上的接觸孔而形成。
優(yōu)選地，該溝道區(qū)由導(dǎo)電層組成。
優(yōu)選地，該源極區(qū)通過在該溝道區(qū)上注入雜質(zhì)離子而形成。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種半導(dǎo)體器件的晶體管的制造方法，其包括在半導(dǎo)體襯底上通過第一離子注入工藝而形成第一源極/漏極區(qū)；在其上形成該第一源極/漏極區(qū)的該半導(dǎo)體襯底上沉積第一犧牲層，并且干蝕刻該第一犧牲層的一部分以露出該源極/漏極區(qū)；在該第一犧牲層上沉積第一導(dǎo)電層并對(duì)其進(jìn)行平坦化，以形成填充該孔的溝道區(qū)；使用濕蝕刻方法除去該第一犧牲層；在該第一源極/漏極區(qū)和該溝道區(qū)上形成第二犧牲層；在該溝道區(qū)的形成該第二犧牲層的位置上進(jìn)行第二離子注入工藝；使用濕蝕刻方法除去該第二犧牲層；依次形成該第一源極/漏極區(qū)、該溝道區(qū)上的柵極絕緣層以及該柵極導(dǎo)電層；干蝕刻該柵極導(dǎo)電層以形成圍繞該溝道區(qū)的上部和一個(gè)側(cè)面的柵極導(dǎo)體；在該半導(dǎo)體襯底上注入離子以形成該溝道區(qū)上的第二源極/漏極區(qū)；在該半導(dǎo)體襯底上形成中間絕緣層；蝕刻該中間絕緣層以形成露出該第一和第二源極/漏極區(qū)和該柵極導(dǎo)體的一部分的接觸孔；以及在該中間絕緣層的形成該接觸孔的位置上沉積第二導(dǎo)電層并對(duì)其進(jìn)行圖案化。
優(yōu)選地，用于形成該溝道區(qū)的平坦化工藝為CMP工藝。
該第二犧牲層用作緩沖層以在注入離子時(shí)保護(hù)該半導(dǎo)體襯底。
在用于蝕刻該柵極導(dǎo)電層以形成該柵極導(dǎo)體的蝕刻工藝中，該柵極絕緣層用作蝕刻停止層。
該第二離子注入用于控制將要形成于該半導(dǎo)體襯底上的晶體管的閾值電壓。
通過以30°至60°的角度對(duì)該溝道區(qū)的側(cè)面進(jìn)行注入來進(jìn)行該第二離子注入工藝。
該第一犧牲層形成為其厚度與該晶體管的溝道長(zhǎng)度相同。
應(yīng)該理解，對(duì)本發(fā)明的前述概括描述和以下詳細(xì)描述是示范性和解釋性的，其旨在提供對(duì)所主張的本發(fā)明的進(jìn)一步解釋。


附圖包含在本說明書中以提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，其并入本申請(qǐng)中并構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，所述附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例并且與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。附圖中
圖1至圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的晶體管的制造工藝。
具體實(shí)施例方式
以下將參照附圖所示的實(shí)例對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)地描述。在所有附圖中盡可能地使用相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部分。
圖中，放大各層和各區(qū)域的厚度以清楚地將其示出。在整個(gè)說明書中，相同的部分用相同的附圖標(biāo)記表示。一個(gè)部分存在于層、膜、區(qū)域、表面等“之上”的表達(dá)包括在其“直接上方”或更高的位置。一個(gè)部分存在于另一個(gè)部分“直接上方”的表達(dá)是指該兩個(gè)部分直接接觸。
圖1至圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的晶體管的制造工藝。
參照?qǐng)D1，雜質(zhì)離子注入到半導(dǎo)體襯底10上以形成第一源極/漏極區(qū)30。
如圖2所示，在形成第一源極/漏極區(qū)30的半導(dǎo)體襯底10上沉積第一犧牲層50，位于第一犧牲層50上的第一光致抗蝕劑圖案100露出溝道區(qū)。并且使用第一光致抗蝕劑圖案100作為掩模對(duì)該第一犧牲層50進(jìn)行干蝕刻以形成用于形成溝道區(qū)的孔(圖3中的附圖標(biāo)記“70”所示)，并除去該第一光致抗蝕劑圖案100。這里，第一犧牲層50的長(zhǎng)度與通過本發(fā)明制造的晶體管的溝道長(zhǎng)度相同。
如圖3所示，在第一犧牲層50上沉積第一導(dǎo)電層，并通過使用CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)對(duì)第一導(dǎo)電層進(jìn)行平坦化以形成填充到該孔的內(nèi)部的溝道區(qū)90。這里，在溝道區(qū)90內(nèi)形成根據(jù)本發(fā)明的晶體管的溝道。優(yōu)選地，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光直到露出第一犧牲層50。
如圖4所示，使用濕蝕刻方法完全除去第一犧牲層50，并且在第一源極/漏極區(qū)30和溝道區(qū)90上形成第二犧牲層110。該第二犧牲層110通過氧化而形成。此外，進(jìn)行離子注入工藝以控制待形成的晶體管的閾值電壓。這里，第二犧牲層110作為緩沖層用于在離子注入中保護(hù)該襯底。另外，通過以30°至60°的角度對(duì)該溝道區(qū)的側(cè)面進(jìn)行注入來進(jìn)行該離子注入工藝。
如圖5所示，通過使用濕蝕刻方法除去該第二犧牲層110，并且在第一源極/漏極區(qū)30和溝道區(qū)90上形成柵極絕緣層130，且在柵極絕緣層130上形成柵極導(dǎo)電層150。此外，在柵極導(dǎo)電層150的上部和一個(gè)側(cè)面形成第二光致抗蝕劑圖案200。
如圖6所示，使用第二光致抗蝕劑圖案200作為掩模干蝕刻該柵極導(dǎo)電層150，以形成圍繞該溝道區(qū)90的一個(gè)側(cè)向的柵極導(dǎo)體170。該柵極絕緣層130用作蝕刻停止層。通過對(duì)柵極導(dǎo)電層150進(jìn)行蝕刻，在溝道區(qū)90的另一側(cè)保留該柵極導(dǎo)電層150的一部分。之后除去該第二光致抗蝕劑圖案200。并且隨后在通過上述工藝形成的襯底上進(jìn)行離子注入，從而在溝道區(qū)上形成第二源極/漏極區(qū)210。
如圖7所示，在該襯底上形成中間絕緣層230，并形成第三光致抗蝕劑圖案300以露出形成接觸孔的上部區(qū)。
如圖8所示，以第三光致抗蝕劑圖案300作為掩模蝕刻該中間絕緣層230和柵極絕緣層130，從而在露出該第一和第二源極/漏極區(qū)的一部分和該柵極導(dǎo)體的一部分之后，除去該第三光致抗蝕劑圖案300。
如圖9所示，在中間絕緣層230以及形成于中間絕緣層230上的接觸孔上沉積第二導(dǎo)電層并對(duì)其進(jìn)行圖案化，從而形成用于連接到柵極、源極和漏極的第二導(dǎo)體250。
在該半導(dǎo)體器件的晶體管中，第一源極/漏極區(qū)30和第二源極/漏極區(qū)210的其中的一個(gè)作為源極，另一個(gè)作為漏極。此外，溝道區(qū)90為用于形成晶體管的溝道的區(qū)域，柵極導(dǎo)體170為柵極，且該柵極、源極和漏極通過第二導(dǎo)體250連接到外部。
因此，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的晶體管具有縱向形狀，并且能夠控制有效溝道的長(zhǎng)度，使其比傳統(tǒng)晶體管的溝道長(zhǎng)度更長(zhǎng)，從而減少短溝道效應(yīng)。因此，通過有效地控制短溝道效應(yīng)，可以形成高度集成的半導(dǎo)體器件的晶體管。
通過制造縱向晶體管并通過增加有效溝道的長(zhǎng)度，可以有效地控制短溝道效應(yīng)，且可以防止由于熱載流子效應(yīng)引起的晶體管性能退化，于是可以形成根據(jù)本發(fā)明的高度集成的半導(dǎo)體器件的晶體管。
對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變化。因此，本發(fā)明旨在覆蓋這些修改和變化，只要其落在所附權(quán)利要求書及其等同特征的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的晶體管，包括源極區(qū)，其通過在半導(dǎo)體襯底的上側(cè)注入雜質(zhì)離子而形成；溝道區(qū)，其位于該源極區(qū)上并形成為圓柱形；漏極區(qū)，其形成于該溝道區(qū)上；柵極絕緣層，其圍繞形成于該半導(dǎo)體襯底的上側(cè)的源極區(qū)、該溝道區(qū)的側(cè)面以及形成于該溝道區(qū)的上側(cè)的該漏極區(qū)；柵極導(dǎo)體，其形成為圍繞該溝道區(qū)的上部和一個(gè)側(cè)面；以及導(dǎo)電層，其連接到該源極區(qū)、該漏極區(qū)和該柵極導(dǎo)體，并通過填充形成于中間絕緣膜上的接觸孔而形成。
2.一種半導(dǎo)體器件的晶體管，包括漏極區(qū)，其通過在半導(dǎo)體襯底的上側(cè)注入雜質(zhì)離子而形成；溝道區(qū)，其位于該漏極區(qū)上并形成為圓柱形；源極區(qū)，其形成于該溝道區(qū)上；柵極絕緣層，其圍繞形成于該半導(dǎo)體襯底的上側(cè)的漏極區(qū)、該溝道區(qū)的側(cè)面以及形成于該溝道區(qū)的上側(cè)的該源極區(qū)；柵極導(dǎo)體，其形成為圍繞該溝道區(qū)的上部和一個(gè)側(cè)面；以及導(dǎo)電層，其連接到該源極區(qū)、該漏極區(qū)和該柵極導(dǎo)體，并通過填充形成于中間絕緣膜上的接觸孔而形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件的晶體管，其中該溝道區(qū)由導(dǎo)電層組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件的晶體管，其中該漏極區(qū)通過在該溝道區(qū)上注入雜質(zhì)離子而形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件的晶體管，其中該源極區(qū)通過在該溝道區(qū)上注入雜質(zhì)離子而形成。
6.一種半導(dǎo)體器件的晶體管的制造方法，包括在半導(dǎo)體襯底上通過第一離子注入工藝形成第一源極/漏極區(qū)；在其上形成該第一源極/漏極區(qū)的該半導(dǎo)體襯底上沉積第一犧牲層，并且干蝕刻該第一犧牲層的一部分以露出該源極/漏極區(qū)；在該第一犧牲層上沉積第一導(dǎo)電層并對(duì)其進(jìn)行平坦化，以形成填充孔的溝道區(qū)；使用濕蝕刻方法除去該第一犧牲層；在該第一源極/漏極區(qū)和該溝道區(qū)上形成第二犧牲層；在該溝道區(qū)上的形成該第二犧牲層的位置進(jìn)行第二離子注入工藝；使用濕蝕刻方法除去該第二犧牲層；依次形成該第一源極/漏極區(qū)、該溝道區(qū)上的柵極絕緣層以及該柵極導(dǎo)電層；干蝕刻該柵極導(dǎo)電層以形成圍繞該溝道區(qū)的上部和一個(gè)側(cè)面的柵極導(dǎo)體；在該半導(dǎo)體襯底上注入離子以在該溝道區(qū)上形成第二源極/漏極區(qū)；在該半導(dǎo)體襯底上形成中間絕緣層；蝕刻該中間絕緣層以形成露出該第一和第二源極/漏極區(qū)和該柵極導(dǎo)體的一部分的接觸孔；以及在該中間絕緣層的形成該接觸孔的位置上沉積第二導(dǎo)電層并對(duì)其進(jìn)行圖案化。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造方法，其中用于形成該溝道區(qū)的平坦化工藝為化學(xué)機(jī)械拋光工藝。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造方法，其中該第二犧牲層用作緩沖層以在注入離子時(shí)保護(hù)該半導(dǎo)體襯底。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造方法，其中在用于蝕刻該柵極導(dǎo)電層以形成該柵極導(dǎo)體的蝕刻工藝中，該柵極絕緣層用作蝕刻停止層。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造方法，其中該第二離子注入用于控制將要形成于該半導(dǎo)體襯底上的晶體管的閾值電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造方法，其中該第二離子注入工藝通過以30°至60°的角度對(duì)該溝道區(qū)的側(cè)面進(jìn)行注入來進(jìn)行。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造方法，其中該第一犧牲層形成為其厚度與該晶體管的溝道長(zhǎng)度相同。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件的晶體管及其制造方法，該方法包括在半導(dǎo)體襯底上通過第一離子注入工藝形成第一源極/漏極區(qū)；在半導(dǎo)體襯底上沉積第一犧牲層并干蝕刻一部分以露出源極/漏極區(qū)；形成填充孔的溝道區(qū)；在第一源極/漏極區(qū)和溝道區(qū)上形成第二犧牲層；在溝道區(qū)上形成第二犧牲層處進(jìn)行第二離子注入工藝；使用濕蝕刻方法除去第二犧牲層；依次形成第一源極/漏極區(qū)、溝道區(qū)上的柵極絕緣層及柵極導(dǎo)電層；干蝕刻?hào)艠O導(dǎo)電層以形成圍繞溝道區(qū)上部和一個(gè)側(cè)面的柵極導(dǎo)體；在半導(dǎo)體襯底上注入離子以在溝道區(qū)上形成第二源極/漏極區(qū)；在半導(dǎo)體襯底上形成中間絕緣層；蝕刻中間絕緣層以形成露出第一和第二源極/漏極區(qū)及柵極導(dǎo)體一部分的接觸孔；形成第二導(dǎo)電層。
文檔編號(hào)H01L29/423GK1992344SQ200610170200
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2006年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月29日
發(fā)明者樸正浩 申請(qǐng)人:東部電子股份有限公司