TW432545B - Method and improved SOI body contact structure for transistors - Google Patents

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經濟部中央螵準局員工消費合作社印製 鼸43254 5 五、發明説明（i ) 發明領域：本發明係關於電晶體，特別係關於改良s〇i本 體接觸結構及於製造環境形成此種結構之方法。 相關申請案：與本案同時提出申請之_請案名稱「具有 改良SOI本體接觸結構之電晶體」，美國專利申請案第號 ，申請曰一與本案相關且由同一發明人提出申請並讓與相 同受讓人亦即美國紐约州安莫克國際商務機器公司。 詞彙： BC表示本體接觸型電晶體。 P C表示多晶<5夕結構形狀。 R X表示場氧化物開口暴露出活性矽之形狀。 △ 爲製造成品尺寸於設計時緣製尺寸之差。 狗骨頭或狗骨表示圖1 1所示具有類似「Η」、狗骨或股 骨形狀之接觸形狀。 顶對頂Γ Τ」表示概略表示兩個「τ」字形，其彼此爲鏡 V，且如圖丨〇示例説明具有頂端於概略平行方向對正。 談册商標：S / 3 9 0及ί Β Μ爲美國紐约州安莫克國際商務機器 公司之註册商標：及蓮花爲其子公司蓮花開發公司之註册 商標’此乃紐約州安莫克國際商務機器公司之獨立子公司 。其它名稱爲IBM公司或其它公司之註册商標或商品名。 背景： 將參照如下圖8繪製説明標準非本體接觸型電晶體。標示 爲「s」及rD」之區域表示電晶體之源極及及極3閘極標 示爲「閘極」》此種電晶髗之有效寬度僅藉氧化物之厌父開 口見度測定’ RX開口於本示例説明例爲外部矩形。任何△ 未紙蘇尺度边/η中郎家轉这f CNS ) A4规格（：丨ox29?公.空） 11：--:-----装------II------泉 C請先"讀背面之注意事項再"寫本頁) 經濟部中央標準局頁工消費合作社印袈 14 325 4 5 at ______B7__五、發明説明（2 ) -W係來自於氧化物開口之偏移。計算寬度時須包括的公差 有R X影像大小及△ - w之任何公差。特別使用現有方法， 可改良標準電晶體結構’且可用於製造複雜電路例如IBM S/390處理器使用的電路3先前及現有s〇i「bc」型本體接 觸結構之問題爲有效電晶體寬度改變起因隨p C與Rx階間 之覆蓋層公差改變。 發明概述： 本發明示例説明於圖7之上圖，提供一種電晶體，其中電 晶體之頂邵件可且較同現有結構，但底部件爲頂部件之鏡 像，且於底部件中’ PC對RX復蓋層之影響顚倒，「向上」 未對正將使裝置寬度變大，而「向下」未對正將使裝置寬 度縮小。如此由有效電晶體宽度去除覆蓋層公差。 圖式之簡單説明： 圖1係以圖1 A - 1 D逐步説明，其顯示圖7沿線1 D - - 1 D所 取之電晶體剖面圖，此處將形成本體接觸。 圖2以圖2 A - 2 D示例説明沿圖7之剖面圖2 D — 2 D施用至 閘極之各步骤。 圖3顯示#刻圖7電晶體之氮化物層及多晶碎層後沿線 1 D - - 1 D所取之相同區域。 圖4示例説明次一步驟，其中服貼CVD氮化物（或氧化饬-氮化物）層已經沉積於晶圓上。 圓5示例說明於習知RIE方法方向性蚀刻介電層而接近基 材及形成側壁= 圖6顯示沉積多晶矽層140，以適當攙雜劑攙雜，圖樣化 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙乐尺度適月中國國家標準（CNS 规格1 N0X297公釐） A7 M32545 五、發明説明（3 ) 及退火而形成圖7示例説明之電晶體之本體接觸。 圖7不例説明根據本發明構成之電晶體之較佳具叫 視圖。 、吆例之項 圖8不例説明標準非本體接觸型電晶體。 圖9示例説明如美國專利5,4〇5,795所述之一「Bc」刑 接觸型電晶體，其表示於圖工_ 7及〗〇示例説明之較之本靉 例中藉本發明改良之先前技術；及 A圭具體 圖1 〇爲藉前述方法製造之圖7新穎S0I電晶體之 例之視圖。 \圭具體 圖I〗顯示藉狗骨頭光罩方法製造之本發明之替代 形具體例。 β頊 發明之詳細說明： - 於敘述新穎SOI電晶體（如圖]0示例説明）之較佳具體例之 W，將説明標準非本體接觸型電晶體，通常繪製爲如下圖8 所π。標示爲「S」及「D」之區域表示本體接觸型晶格之 電晶體源極及汲極。閘極標示爲「閘極」一詞。此種電晶 體之有效寬度僅係由RX開口寬度決定’ Rx開口於本示例 説明例爲外部矩形。任何△_ w係來自於氧化物開口之偏移 。计算見度時須包括之公差有R X影像大小及△，W之任何 公差。 「B C」型本體接觸型電晶體其係顯示於圖9 3此乃美 國專利5,405,795所述電晶體》如同圖8，標示爲「s」及「 D」之區域表示電晶體之源極及汲極，而閘極標示爲「閘 極」一詞=此外加上新的接觸標示爲「本體」，如圖9所示 -6- 本纸疚尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2!0';< 297公釐） — ^ ^ Μ------訂------泉 Α靖先閱讀背面之注意事項再填考本頁} 經濟部中央標準局—工消资合作社印製 經濟部央標準局負工消費合咋社印製 1432545 A7 B7 五、發明説明（4 ) Ώ假定本體接觸係以作爲電晶體本體之樣本極性（及源極與 汲極I相反極性）攙雜。如此進行之光罩爲求簡明起見並未 顯示3 圖9示例説明之此型現有本體接觸型電晶體中’寬度係由 RX於左邊但由PC於另一邊決定。左緣之A_w係同圖8示 例説明之標準電晶體，亦即氧化物開口偏位。但於右緣， A - W係來自於電晶體閘極之「τ」字形部件下方電流之「 有效見度」。除了標準電晶體之公差外，須包括P C與R X 間之覆蓋層公差。 . 例如圖9中，若P C比R X更爲「向左」對正，則裝置寬度 將減少該數量。若PC比RX Γ向上」或「向下」對正，則 對^ η日aa見度典影響。若比R )(更「向右」對正’則裝置宽 度將增加該數量。 本揭示内容之結構改良可利用製造時使用的處理器達成 ，處理器將參照圖1 - 7説明及顯示於圖〗〇。如圖1 〇所示， 幸父佳具體例中，SOI本體接觸型電晶體之左部件同圖9。但 由上方視電晶體閘極凹凸部之右部件爲左部件之鏡像。 如前述，標示爲「SJ及rDj之區域表示本體接觸型電晶 體之源極及汲極，閘極標示爲「閘桎」一詞，及本體接觸 標π A「本體」一詞。假定本體接觸係以電晶體本體之樣 本極性（及源極及汲極之相反極性）攙雜。爲求簡明起見， 達成此項目的之光罩未顯示於附圖。 圖1 0所示較佳具體例之右方，PC對RX覆蓋層之影響顚 倒：「向左」未對正將使裝置寬度加大，而「向右」未對 --- I----n ----I -訂-------泉--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) (CNS ) A4規格（2丨0:<297公旖） 經濟部中央檩华局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（5 正將使裝置寬度縮小。 當使用圖ίο之四凸部且如圖10形成之二電晶體爲並聯連 结’「SJ連結至rs」’「D」連結至「D」及閘極連結 至閘極時，P C對RX未對正之影響將抵消，任何右方尺寸 的改變將由等量左方相反改變補償。 替代實施例顯示於圖U (「狗骨頭形J版本）。端子伊示 以字母「S j及「D」來表示源極及汲椏。「閘極」—气表 示閘極’及「本體」-詞表示本體連結點。本實施例具= 圖1 0之相同性質’亦即於裝置左方之P C對R χ未對正將於 裝置右方被抵消。 1 主„發明之製造方法 此種結構之最佳實務爲如圖1 〇所示之自行對正本體接觸 型結構，表示SOI電晶體之較佳具體例。 如圖7之上圖示例説明，提供一電晶體晶格其中電晶體頂 邵件可且較佳同現有結構，但底部件爲頂部件之鏡像：及 底部件中，PC對RX覆蓋層之影響顚倒，閘極之「向上」 未對正將使裝置寬度變寬’而閘極之「向下」未對正將使 裝置寬度縮，]、。如此由有效電晶體寬度去除覆蓋層公差： 其 施方式係標示爲「本體」區域使用適用於標示爲p c 之閘極的凹凸部部件作爲擴散光罩攙雜至高濃度。當然也 可对各「PC」形之Γ T」罕形擴散光罩部件下方之本體區 作接觸。 圖7中’根據本發明之電晶體之頂視圖顯示源極u 6及及 極U4由閘極U0隔開，其具有自行對正本體接觸B(本體接 -8- 尽纸張尺度適用中國國家標窣（CNS ) A4規格ί 210X 297公釐） ^ . . 裝 訂 ----線 (請先閔讀背面之注意事項再續寫本頁} 經濟部智越財產局員工消費合作社印製 P4 325 4 5 A— A/ -------- 五、發明說明（6) 觸概略以編號212標示）成形於一端3供參考目的之用，第 一軸線稱作平行線2D一2D，由源極延伸至汲極；及第二 抽線稱作間極之向下延伸寬度。圖1 A _丨〇顯示圖7沿線1 〇 --1 D之别面圖’此處將形成本體接觸。5〇1晶圓之含下基材 1 〇 ’ soi氧化物（二氧化矽）層5 〇及部分薄矽層1〇2之部分已 經被圖樣化’然後藉習知步驟分離，習知步驟係將層1〇2之 非期望邵分氧化而形成氧化物6 〇。示例説明之具體例中， 沿源極與汲極間之第—軸線（沿線1 D _ q D )之長度爲約1微 米或以上，MOS裝置之對應閘極長度小於〇 5微米5例如層 102之厚度小於80毫微来3 圖1 B顯tf μ區經歷數個中間步驟之後=已經形成習知閘 極堆@物’包括5 -〗〇毫微米閘極氧化物丨〇 1，（ i 〇〇· 2〇〇毫微 米）夕晶碎（poly)層11 〇其用於提供電晶體閘極，及（丨2毫微 米）保沒性亂化物（Si3 N4)閘極介電層1 〇7 ;且已經植入源極 1 16及汲極1丨4且已經退火。 圖1 C中，薄的（]◦毫微米）氧化物層生長於閘極堆疊物邊 緣，隨後沉積3 〇毫微米（：乂1；)氧化物層及蝕刻而於習知方法 形成外侧閘極側壁間隔物〗1 5。 外倒間隔物不僅用於提供LDd源極及汲極，同時也用於 隔離問極與多晶矽升高之源極及汲極接觸件1〇6及1〇8，其 /人.k由選擇性沉積1 50毫微米攙雜CVD多晶矽於源極及汲極 上方之孔眼形成。間隔物1〇6與1〇8頂端藉熱蓋層氧化物7〇 (1 20毫微米）密封3範例具體例中，蓋層氧化物凸起超出閘 極介電層1 07頂端之量足夠於稍後步驟界定—個自行對正的 -9- 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I a^i n n i I -"s ^4 325 4 5 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 A7 B7 五、發明說明（7) 孔眼。沉積一層CVD氮化物服貼層120(圖1D)於閘極上，其 厚度足夠提供側壁夠厚而可保護閘極（大於閘極厚度之半） ’冗成本圖顯示之各步驟。 圖2A-2D顯示相同步驟應用於具有「tj字形凹凸部之 閘極’本圖係由晶圓「頂端」檢視P C結構，貫穿圖7之待 形成閘極結構之剖面2 D - - 2 D。注意圖2 D中氮化物120之側 壁接近會合閘極U 0。圖7以標示爲180之虛線框出之非重要 性光罩可選擇性用於圖1D及2 D所示步驟之後，用於僅暴 露本體接觸區（圖7之212)及保護閘極。虛線125示例説明氮 化物120厚度夠大而使側壁會合的情況，稱作重疊厚度。該 例中無需選擇性框出的光罩。示例説明之具體例中，若閘 極頂端爲名目250毫微米之源極與汲極間距及氮化物12〇之 厚度爲1 5 0朵微米將確保閘極於孔眼蚀刻過程受到保護而無 須框出光罩。 圖3顯示沿線1 D - - 1 D之相同區，但於習知三步骤式氮化 物、多晶矽及氧化物反應性離子蝕刻（RIE)使用適當氣體姓 刻氮化物層120及1 〇7及多晶矽層1 10，停止於矽層1 〇2，及留 下孔眼212'其將容納本體接觸212之後。於此階段，有一由 閘極多晶矽丨10组成之於閘極氧化物1 〇 1上方之侧壁件及由 氮化物120形成的頂側壁，全部皆以編號2〇5概略標示，其 係藉外側壁Π 5而與源極及汲極絕源。業界人士顯然易知須 於孔眼212'内邵有對應側壁來絕緣本體接觸與閘極廷伸件 2 i 0。次一步驟顯示於圖4 ’圖中服贴CVD氮化物（或氧化物 -氮化物）層130已經沉積於晶圓上，伸展入閘極伸展孔眼 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --!—1.111____ _________ ;51-——__I I 11^- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印- 驊4 325 4 5 A7 ___B7 五、發明說明（） 212_之内壁及底邵。標示以編號…之區域指示於孔眼界定 過程暴露出的層102部分及多晶矽11〇之内面層13〇沉積前選 擇性進行再度氧化。介電層130於習知RIE方法直接蝕刻而 接近基材，及形成側壁132,如圖5所示d最後，沉積一多 晶矽層140,以適當攙雜劑攙雜，圖樣化及退火形成本體接 觸，如圖6所示。本體接觸之攙雜劑可具有本體之相同極性 (用於N-FET爲P型）。 閘極接觸及源極及汲極接觸可以任何方便方式形成，隨 仗任何方便之彳交端處理可用於完成電路。. 業界人士瞭解閘極延伸件丨10之長度並無特殊限制，原因 爲其可視需要儘量沿第一軸線伸展於源極及汲極之伸展區 ，原因爲閘極延伸件110占據之活性區部分不會促成流經電 晶體之電流流動。如此孔眼212,與閘極延伸件丨1〇之對正並 無特殊限制，原因爲延伸件U〇可製成夠寬而提供舒適的公 形成環繞孔眼212'之侧壁支承件205的閘極〗1 0延伸部用於 对内及外側壁提供支承，藉此使自行對正孔眼變成可行3 圖1 1顯示藉狗骨形光罩描述方法製造之本發明之替代狗 骨形具體例， 雖然已經描述本發明之較佳具體例，但業界人士瞭解現 在及未來可作出多種屬於隨附之申請專利範圍之改良與提 升。此等具體例須视爲對首述發明提供妥善保護。 -11 - 本·紙張&奴財関家辟（CNS)A4祕（21Q χ撕公复） -----------' * 裝.---------訂---------味- (請先閲讀背面之泫意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. Αδ Β8 C8 D8 六、申請專利範圍

   P4 325 4 5 一種製造一絕緣外延矽 含下列步驟： 〈万法’該方法包 ：电00 具肴-源極’及-藉-閘極隔開之及木 a /圣具有一本體接觸係由多晶 " 極，及且中一聂霞、、去w 6、』 層先成用於接觸閘 '中暴硌活性矽t成形場氧化物開口係形 y邵’其係.重#隔開源極與及極之閘極結構 =延伸區於成形場氧化物開口上，及-與該線性； =父而界定電晶體間極之區域，如此當間極之凹a 万檢視時，電晶體之第-閘極部件係血第_門扛 部件之第二鏡像閑極部件成鏡像，因此於頂部：： I ’問極凹凸部覆蓋於氧化物開口之影響顚倒，藉此於 弟τ万向之未對正將使電晶體裝置寬度變大，而於與第 一万向相對的第二方向未對正將使裝置寬度變小，而由 :效電晶體寬度去除覆蓋層公差：及其中於形成電晶體 裝直t過程中，本體接觸區係以高濃度攙雜’使用可適 用於間極之凹凸部部分製作—擴散光罩區，及於該擴2 光罩區下方製作與本體之本體接觸3 一種根據申請專利範園第丨项之方法而於基材上形成的 本體接觸型SOI電晶體，其中該閘極結構係由—對頂至 TR「T」字形元件形成，該等元件係舖設成可結合單一 本體與一區域，該區域係與各「τ」字形對正之線性延 伸區正交且概略彼此平行，因而結合及接觸電晶體裝置 之本體接觸區。 —種根據申請專利範園第1項之方法而於基材上形成的 -12 本紙铁尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2I0X 297公聲） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) '裝 <1T—* ί ί—.— 經濟部智惡財產局負工消貪合作社印製 A8 B8 C8 D8 六'申請專利範圍 本體接觸型SOI電晶體，其中 —電晶體裝置之源極及没極端子有—間極成形於其間， 及及閘極於其兩端具有閘&延伸部其係與閘極方向正交 ，及其結合與接觸一本體接觸於閘極結構各端3 2申叫專利範園㊉3項之於基材上形成的本體接 電晶體，其中 Ui 該間接結構具有狗骨頭形圖樣，及朝向裝置氧化物開 口邊之未對正邵份將於裝置之相對邊抵消。 晶==材上之本體接觸型絕緣外延砂⑽)電 -電晶體具有一源極，及一藉_閘極隔開之汲極，兮 —本體接觸係由多晶碎層形成用於接觸問極； 其中-暴露活性矽之成形場氧化物開口成形有 ，其係重疊隔開源極與汲極之閘極結構，及 延伸區於成形場氧化物開口 叫〃、]線性 二 、'、4線性延伸區正 父而界定電晶體間極之區域，如此當閘極之凹凸A :檢”’電晶體之第—閘極部件係與第1極 中一鏡像閘椏部件成鏡像，因此於頂部件之鏡像 ， 極凹凸邵復蓋於氧化物開口之影響顚倒，藉此一間 Α 土#丄~r心.，.A。. 巧"弟一方 而 電 4：、纸張尺度適用申國國家標辛（CNS ) A4規格（21〇\297公董） I I · ί — 4—Jli --- i 1 - - - ί - - I i----- 一ΐτ {請先閣讀背面之注意事碩-填寫本頁〕 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 向之未對正將使電晶體装置寬度變大、 相對的第二方向未對正將使裝置宽万向 趙宽度去㈣蓋層領备十響〜有故電晶 如t請專利範園第上^^ „ , 令扯接觸型so. :_其中該繼構係由一，「Tj字形元 -13 »432545六、申請專利範圍 ABCD 8 . :牛形成’該等元件係舖設成可結合單-本體與—區域， 孩區域係與各「T」字形對正之線性延伸區正交且概略 彼此平行，因而結合及_韙之本體接觸區。 =第5項^置乾.占本體接觸型s〇i私印體裝置之源極及汲極端子有一閘極成形於其間， 及Μ閘椏於其兩端具有閘極延伸部其係與閘極方向正交 ，及其結合與接觸一本藤#於,¾結構各端。亡本體接觸型SOI 園第7項义

   該問極結構具有狗骨頭形圖樣，及朝向裝置氧化物開 口一邊之未對正部份將於裝置之相對邊抵消。 -----------* 艮------ ,v*t> (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智^財產局員工消費合作社印製 -14. 本紙弦尺度適用中國國家標孪（CNS ) /\4々見格（210x 297公釐）