專利名稱：具有圓柱狀鰭的凹入式柵極晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種凹入式柵極晶體管，特別是關(guān)于一種具有圓柱狀鰭的凹入式柵極
晶體管。
背景技術(shù)：
在各種不同的記憶單元設(shè)計中，一種主要的設(shè)計是動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)，一個DRAM的單元由一個電容器以及一個晶體管所構(gòu)成，其中所述電容器被用來暫時儲存數(shù)據(jù)，近年來，業(yè)界持續(xù)不斷的如何進一步增加晶圓每單位面積的儲存容量，其中之一的方法是縮小DRAM單元的尺寸，小尺寸的DRAM可以容許每個晶圓能夠產(chǎn)出較大數(shù)量的半導體內(nèi)存芯片，以增進產(chǎn)量。一些不同的技術(shù)已經(jīng)被用來減小芯片尺寸。其中一種技術(shù)是使用凹入式柵極 (recessed gate)來代替具有水平溝道區(qū)域的傳統(tǒng)的平坦柵極，凹入式柵極凹陷在半導體基底中，在柵極周圍有沿著柵極的彎曲表面的溝道區(qū)域。然而，前述的凹入式柵極MOS晶體管組件仍有諸多缺點，例如，高柵極對漏極(或柵極對源極)電容與柵極引發(fā)漏極漏電流(gate induced drain leakage,簡稱為GIDL)、驅(qū)動電流(driving current)不足，以及較差的亞閾值擺幅(subthreshold swing或SS)特性，這些都是導致組件操作效能下降的原因，因此需要進一步改善及改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在提供一種具有圓柱狀鰭的凹入式柵極晶體管，其包含一凹凸狀的柵極底部，可以改善晶體管組件的操作效能，并解決公知技藝的不足與缺點。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明提供一種具有圓柱狀鰭的凹入式柵極晶體管，包含一半導體基底、一第一絶緣區(qū)和一第二絶緣區(qū)同時設(shè)置在半導體基底中，并在第一絶緣區(qū)和第二絶緣區(qū)之間定義出一主動區(qū)域、一柵極結(jié)構(gòu)設(shè)置在半導體基底中，其中柵極結(jié)構(gòu)具有一上部分和一下部分，柵極結(jié)構(gòu)的上部分設(shè)置在主動區(qū)域中，柵極結(jié)構(gòu)的下部分包含一前方鰭、至少一個中間鰭和一個后方鰭，前方鰭設(shè)置在第一絶緣區(qū)，中間鰭設(shè)置在主動區(qū)域中，后方鰭設(shè)置在第二絶緣區(qū)，前方鰭和后方鰭均為圓柱形、一源極摻雜區(qū)設(shè)置在主動區(qū)域中并且位在柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)以及一漏極摻雜區(qū)設(shè)置在主動區(qū)域中并且位在柵極結(jié)構(gòu)的另一側(cè)。前述的圓柱狀鰭可以使晶體管的溝道長度延長，并且圓柱狀鰭會使柵極結(jié)構(gòu)底部呈現(xiàn)凹凸狀，進而增加溝道的數(shù)量，可以使得晶體管有更好的效能，另外，圓柱狀鰭還可以避免漏電流產(chǎn)生，亦可以大幅降低柵極引發(fā)漏極漏電流發(fā)生的機率。


本說明書含有附圖并于文中構(gòu)成了本說明書的一部分，俾使閱者對本發(fā)明實施例有進一步的了解。所述圖示描繪了本發(fā)明一些實施例并連同本文描述一起說明了其原理。在所述圖不中圖I為依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例所繪示的具有圓柱狀鰭的凹入式柵極晶體管以及溝槽式電容動態(tài)隨機存取存儲單元陣列的部分布局示意圖。圖2分別顯示圖I中的1-1’剖面、11-11’剖面、III-III’剖面和IV-IV’剖面。圖3至圖8其分別為以第I圖中的1-1’剖面、11-11’剖面和III-III’剖面所繪示的具有圓柱狀鰭的凹入式柵極晶體管的制作方法。須注意本說明書中的所有圖示均為圖例性質(zhì)。為了清楚與方便圖標說明緣故，圖標中的各部件在尺寸與比例上可能會被夸大或縮小地呈現(xiàn)。圖中相同的參考符號一般而言會用來標示修改后或不同實施例中對應或類似的特征。其中，附圖標記說明如下 I半導體基底 10具有圓柱狀鰭的凹入式柵極晶體管12主動區(qū)域14第一淺溝絕緣結(jié)構(gòu)16深溝槽電容結(jié)構(gòu)18柵極結(jié)構(gòu)20源極摻雜區(qū) 22漏極摻雜區(qū)24柵極氧化層 26柵極電極28上部分30下部分32垂直側(cè)壁34前方鰭36中間鰭38后方鰭40結(jié)合組件42第一凹入?yún)^(qū)域44第二凹入?yún)^(qū)域 46第一突出部48第二突出部 50、54溝槽51側(cè)壁子56掩膜層58、59凹陷60字符線62絶緣層114第二淺溝絕緣結(jié)構(gòu)
具體實施例方式雖然本發(fā)明以實施例揭露如下，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當以后附的申請專利范圍所界定者為準，且為了不致使本發(fā)明的精神晦澀難懂，一些公知結(jié)構(gòu)與工藝步驟的細節(jié)將不再于此揭露。同樣地，圖示所表示為實施例中的裝置示意圖但并非用以限定裝置的尺寸，特別是，為使本發(fā)明可更清晰地呈現(xiàn)，部分組件的尺寸可能放大呈現(xiàn)在圖中。再者，多個實施例中所揭示相同的組件者，將標示相同或相似的符號以使說明更容易且清晰。本說明書所指的「水平」定義為一平面，其與公知半導體基底的主要平面或表面平行，而不論及其方向或走向?！复怪薄怪复怪庇凇杆健沟姆较?。其它像是「上」、「下」、「底部」、「頂部」、「側(cè)面」、「高于」、「低于」等等均為相較于水平面來定義。此外，在實施例中，源極與漏極可互相交換。請參閱圖I和圖2，其中圖I為依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例所繪示的凹入式柵極晶體管以及溝槽式電容動態(tài)隨機存取存儲單元陣列的部分布局示意圖，圖2則分別顯示圖I中的1-1’剖面、ii-ii’剖面、Iii-Iir剖面和iv-iv’剖面。如圖I和圖2所不,一具有圓柱狀轄的凹入式棚極晶體管10設(shè)置在一半導體基底I上的主動區(qū)域12中，且主動區(qū)域12位在一第一溝槽絕緣結(jié)構(gòu)14和一第二淺溝絕緣結(jié)構(gòu)114之間，而每一個具有圓柱狀鰭的凹入式柵極晶體管10與一設(shè)置在其鄰近位置的深溝槽電容結(jié)構(gòu)16，共同組成一個內(nèi)存單元 。具有圓柱狀鰭的凹入式柵極晶體管組件10包含有一柵極結(jié)構(gòu)18、一源極摻雜區(qū)20、一漏極摻雜區(qū)22。柵極結(jié)構(gòu)18包含一柵極氧化層24和一柵極電極26,柵極電極26可以是多晶硅、金屬或者其組合。柵極結(jié)構(gòu)18可具有兩個部分，一上部分28和一下部分30，柵極結(jié)構(gòu)18的上部分28設(shè)置在半導體基底I的主動區(qū)域12內(nèi)，另外，柵極結(jié)構(gòu)18的上部分28包含一垂直側(cè)壁32。柵極結(jié)構(gòu)18的下部分30包含至少三個鰭狀元件，例如一前方鰭34、至少一個中間鰭36和一個后方鰭38，前方鰭34設(shè)置在第一淺溝絕緣結(jié)構(gòu)14中，并且后方鰭38設(shè)置在第二淺溝絕緣結(jié)構(gòu)114中，至少一個中間鰭36設(shè)置在半導體基底I的主動區(qū)域12內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，中間鰭36的數(shù)目優(yōu)選為1，但不限于此，中間鰭36亦可以多于I。值得注意的是前方鰭34和后方鰭38為對稱，并且前方鰭34和后方鰭38均為圓柱形，優(yōu)選地，中間鰭36亦為圓柱形，并且中間鰭36的半徑小于前方鰭34的半徑或是中間鰭36的半徑本質(zhì)上與前方鰭34的半徑相同。前述的至少三個鰭狀元件，使得柵極結(jié)構(gòu)18形成一凹凸狀底部。一源極摻雜區(qū)20設(shè)置在半導體基底I的主動區(qū)域12內(nèi)并且位在柵極結(jié)構(gòu)18的一側(cè)，一漏極摻雜區(qū)22設(shè)置在半導體基底I的主動區(qū)域12中并且位在柵極結(jié)構(gòu)18的另一側(cè)。請參閱圖2的1-1’剖面，柵極結(jié)構(gòu)18的下部分30另包含一結(jié)合組件40用來連接前方鰭34和中間鰭36以及連接后方鰭38和中間鰭36，其中，中間鰭36與前方鰭34以及后方鰭38相鄰。另外，前方鰭34和與前方鰭34相鄰的中間鰭36定義出一第一凹入?yún)^(qū)域42，并且后方鰭38和與后方鰭38相鄰的中間鰭36定義出一第二凹入?yún)^(qū)域44。此外，半導體基底I的主動區(qū)域12中包含一第一突出部46和一第二突出部48。第一突出部46嵌入在第一凹入?yún)^(qū)域42，第二突出部48嵌入第二凹入?yún)^(qū)域44。換句話說，第一突出部46位在前方鰭34和與前方鰭34相鄰的中間鰭36之間，且第二突出部48位在后方鰭38和與后方鰭38相鄰的中間鰭36之間。此外，本發(fā)明的其中之一特征在于由源極摻雜區(qū)20向漏極摻雜區(qū)22觀之，柵極結(jié)構(gòu)18的下部分30為M形，再者一字符線60可以放置在柵極結(jié)構(gòu)18上并且一絶緣層62可以覆蓋字符線60、第一淺溝絕緣結(jié)構(gòu)14和一第二淺溝絕緣結(jié)構(gòu)114。圖3至圖8其分別為以圖I中的1-1’剖面、11-11’剖面和III-III’剖面所繪示的具有圓柱狀鰭的凹入式柵極晶體管的制作方法，其中，仍沿用相同的符號來表示相同的組件部位。另外，由于IV-IV’剖面和III-III’剖面是對稱，IV-IV’剖面變化請參閱HI-III’剖面。如圖3所示，首先提供一半導體基底I包含一第一淺溝絕緣結(jié)構(gòu)14和一第二淺溝絕緣結(jié)構(gòu)114，一主動區(qū)域12定義在半導體基底I上的第一淺溝絕緣結(jié)構(gòu)14和第二淺溝絕緣結(jié)構(gòu)114之間。接著，形成一溝槽50在主動區(qū)域12內(nèi)的半導體基底I中，之后形成一側(cè)壁子51在溝渠50的兩側(cè)壁上。如圖4所示，以側(cè)壁子51當掩膜，刻蝕溝槽50底部的半導體基底I以形成一溝槽54。如圖5所示，移除側(cè)壁子51后，等向刻蝕前述溝槽54使得溝槽54深度加深。如圖6所示，形成一掩膜層56在溝槽54的上部分，接著如圖7所示，進行一刻蝕工藝以擴大溝槽54的底部并且再度使溝槽54變深，至此，溝槽54的底部呈現(xiàn)橢圓柱狀，然后如圖8所示，移除掩膜層56，之后進行另一個刻蝕工藝，以刻蝕部分的第一淺溝絕緣結(jié)構(gòu)14和部分的第二淺溝絕緣結(jié)構(gòu)114，以在分別在第一淺溝絕緣結(jié)構(gòu)14和部分的第二淺溝絕緣結(jié)構(gòu)114中形成圓柱狀的凹陷58、59，在形成凹陷58、59的同時，溝槽54的底部圓形化使得原來的橢圓柱狀變成圓柱狀。之后接續(xù)形成一柵極氧化層和一柵極電極在溝槽54和凹陷58、59中，接著形成一源極摻雜區(qū)和一漏極摻雜區(qū)在主動區(qū)域中，以完成本發(fā)明的具有圓柱狀鰭的凹入式漏極晶體管。由于本發(fā)明的柵極結(jié)構(gòu)的具有凹凸狀底部，因此當晶體管開啟時，可以在凹凸狀 底部周圍形成更多的溝道，另外，前文所述的前方鰭和后方鰭，因為其為圓柱狀鰭，可以避免柵極弓I發(fā)漏極漏電流的問題。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有圓柱狀鰭的凹入式柵極晶體管，其特征在于，包含有 半導體基底； 第一絶緣區(qū)和第二絶緣區(qū)同時設(shè)置在所述半導體基底中，及在第一絶緣區(qū)和第二絶緣區(qū)中間定義出一個主動區(qū)域； 柵極結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述半導體基底中，其中柵極結(jié)構(gòu)具有上部分和下部分，所述上部分在所述主動區(qū)域中，所述下部分具有一個前方鰭、至少一個中間鰭和一個后方鰭，前方鰭在所述第一絶緣區(qū)，中間鰭在所述主動區(qū)域中，后方鰭在所述第二絶緣區(qū)，其特征在于前方鰭和后方鰭都是圓柱形； 源極摻雜區(qū)，設(shè)置在所述主動區(qū)域中并且位在所述柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)；以及 漏極摻雜區(qū)，設(shè)置在所述主動區(qū)域中并且位在所述柵極結(jié)構(gòu)的另一側(cè)。
2.如權(quán)利要求I所述的具有圓柱狀鰭的凹入式柵極晶體管，其特征在于，前方鰭和后方鰭對稱。
3.如權(quán)利要求I所述的具有圓柱狀鰭的凹入式柵極晶體管，其特征在于，柵極結(jié)構(gòu)的下部分還包括一個結(jié)合組件，所述結(jié)合組件連接前方鰭和中間鰭，其中，中間鰭和前方鰭相鄰。
4.如權(quán)利要求I所述的具有圓柱狀鰭的凹入式柵極晶體管，其特征在于，柵極結(jié)構(gòu)的下部分更包含一個結(jié)合組件，所述結(jié)合組件連接后方鰭和中間鰭，其中，中間鰭和后方鰭相鄰。
5.如權(quán)利要求I所述的具有圓柱狀鰭的凹入式柵極晶體管，其特征在于，前方鰭和前方鰭相鄰的中間鰭定義出第一凹入?yún)^(qū)域，而后方鰭和與后方鰭相鄰的中間鰭定義出第二凹入?yún)^(qū)域。
6.如權(quán)利要求5所述的具有圓柱狀鰭的凹入式柵極晶體管，其特征在于，半導體基底的主動區(qū)域中包含第一突出部和第二突出部。
7.如權(quán)利要求6所述的具有圓柱狀鰭的凹入式柵極晶體管，其特征在于，第一突出部嵌入所述第一凹入?yún)^(qū)域，第二突出部嵌入所述第二凹入?yún)^(qū)域。
8.如權(quán)利要求6所述的具有圓柱狀鰭的凹入式柵極晶體管，其特征在于，第一突出部位在前方鰭和與前方鰭相鄰的中間鰭之間。
9.如權(quán)利要求6所述的具有圓柱狀鰭的凹入式柵極晶體管，其特征在于，第二突出部位在后方鰭和與后方鰭相鄰的中間鰭之間。
10.如權(quán)利要求I所述的具有圓柱狀鰭的凹入式柵極晶體管，其特征在于，閘極結(jié)構(gòu)的上部分包含垂直側(cè)壁。
11.如權(quán)利要求I所述的具有圓柱狀鰭的凹入式柵極晶體管，其特征在于，柵極結(jié)構(gòu)的下部分包含凹凸狀底部。
12.如權(quán)利要求I所述的具有圓柱狀鰭的凹入式柵極晶體管，其特征在于，由源極摻雜區(qū)向漏極摻雜區(qū)觀看，所述柵極結(jié)構(gòu)的下部分為M形。
13.如權(quán)利要求I所述的具有圓柱狀鰭的凹入式柵極晶體管，其特征在于，前方鮚的半徑大于中間鰭的半徑。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有圓柱狀鰭的凹入式柵極晶體管，其柵極結(jié)構(gòu)具有至少一圓柱狀鰭使得柵極結(jié)構(gòu)的底部形成凹凸狀，前述的凹入式柵極晶體管包含半導體基底、第一絶緣區(qū)和第二絶緣區(qū)設(shè)置在半導體基底中，主動區(qū)域位在第一絶緣區(qū)和第二絶緣區(qū)之間、柵極結(jié)構(gòu)設(shè)置在半導體基底中，柵極結(jié)構(gòu)的下部分包含一個前方鰭、至少一個中間鰭和一個后方鰭，前方鰭設(shè)置在第一絶緣區(qū)，中間鰭設(shè)置在主動區(qū)域中，后方鰭設(shè)置在第二絶緣區(qū)，前方鰭和后方鰭均為圓柱形、源極摻雜區(qū)位在柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)以及漏極摻雜區(qū)位在柵極結(jié)構(gòu)的另一側(cè)。
文檔編號H01L29/78GK102738222SQ20111038241
公開日2012年10月17日 申請日期2011年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者劉獻文, 吳鐵將, 陳逸男 申請人:南亞科技股份有限公司