專利名稱：五溝道鰭式晶體管及其制造方法
技術領域：
本發明涉及用于制造半導體器件的方法，具體地涉及五溝道鰭式(fin)晶體管及其制造方法。
背景技術：
由于動態隨機存取存儲器(DRAM)高度地集成，具有典型堆疊結構的柵的平面晶體管，即該晶體管具有堆疊結構的柵，被稱作平面晶體管。平面晶體管具有水平溝道，由此可發生短溝道效應。在有源區與柵之間的接觸面積也減少，由此晶體管的操作電流能力退化。因而，漏電流可增加，而且半導體器件的刷新特性和可靠性降低，由此使得難以減少半導體器件的尺寸。
為了解決上述限制，將有源區制成以鰭型突起，并且包括鰭式有源區的柵形成在襯底的上部上。因而，已提出了能增加晶體管的柵溝道長度并改善晶體管的操作電流能力的鰭式晶體管。
圖1是圖示傳統鰭式晶體管的橫截面視圖。
如圖1中所示，器件隔離層12形成在襯底11之上，由此限定了有源區。將器件隔離層12蝕刻到預定深度，由此形成具有鰭式結構的鰭式有源區13。然后，柵絕緣層14形成在鰭式有源區13之上。
接著，將覆蓋鰭式有源區13的柵電極15沉積在柵絕緣層14和器件隔離層12之上。
接著，雖然沒有示出，但是在柵電極15的兩個底側上執行源/漏離子注入工藝，由此形成源/漏區域。
圖2是圖示傳統鰭式晶體管的頂視圖。這里，圖1中所示的相同標號在圖2中表示類似元件。
如圖2中所示，器件隔離層12形成在襯底11之上，由此限定了有源區。接著，將器件隔離層12蝕刻到預定深度。由此，形成了具有鰭式結構的鰭式有源區13，并且柵絕緣層14形成在鰭式有源區13之上。
接著，在柵電極15的兩個底側上執行源/漏離子注入工藝，由此形成了源/漏區域。
這時，鰭式晶體管的溝道限定在柵電極15之下。由于柵電極15覆蓋了鰭式有源區13的上側和兩個橫側，鰭式晶體管包括三個溝道。即，溝道形成在橫側①和③以及上側②之上。
然而，根據傳統的鰭式晶體管，可能在增加形成三個溝道的鰭式有源區的有效溝道長度時具有限制，還需要單獨的鰭式掩模以形成鰭式有源區域。
發明內容
本發明的實施例涉及一種鰭式晶體管及其制造方法，該鰭式晶體管能通過使用小的鰭式結構來增加溝道面積并確保充分的鰭式效應。
根據本發明的一個方面，提供一種鰭式晶體管，包括鰭式有源區；柵絕緣層，形成在鰭式有源區的側壁和上部之上；以及柵電極，形成在柵絕緣層之上以覆蓋鰭式有源區。
根據本發明的另一方面，一種用于制造鰭式晶體管的方法包括形成鰭式有源區；在鰭式有源區之上形成柵絕緣層；以及在柵絕緣層之上形成柵電極以覆蓋柵有源區。
在一個實施例中，一種半導體器件包括限定凹陷有源區的襯底；鰭式有源區，連接到凹陷有源區并在凹陷有源區以上延伸。鰭式有源區包括第一側、第二側、第三側、第四側和第五側，第一側和第二側緊鄰凹陷有源區，第五側是鰭式有源區的上側，第三側設置于第一側與第五側之間，第四側設置于第二側與第五側之間。柵絕緣層形成在鰭式有源區的第一側、第二側、第三側、第四側和第五側之上。柵電極層形成在柵絕緣層之上以基本上圍繞鰭式有源區的第一側、第二側、第三側、第四側和第五側。第一側、第三側和第五側具有基本上不同的斜度。第三側和第四側是彎曲表面。
在另一個實施例中，一種用于制造半導體器件的方法包括在具有凹陷有源區的襯底上形成第一鰭式有源區，該第一鰭式有源區在凹陷有源區以上延伸；將第一鰭式有源區成形為具有第一側、第二側、第三側、第四側和第五側的第二鰭式有源區；在第二鰭式有源區之上形成柵絕緣層；以及在柵絕緣層之上形成柵電極以基本上圍繞第二鰭式有源區的第一側、第二側、第三側、第四側和第五側。
圖1是圖示傳統鰭式晶體管的橫截面視圖。
圖2是圖示傳統鰭式晶體管的頂視圖。
圖3是圖示根據本發明具體實施例的鰭式晶體管的橫截面視圖；以及圖4A至4G是圖示根據本發明具體實施例用于制造鰭式晶體管的方法的橫截面視圖。
具體實施例方式
此后，參考如圖將提供本發明的某些實施例的詳細描述。
圖3是圖示根據本發明具體實施例的鰭式晶體管的橫截面視圖。
如圖3中所示，選擇性地蝕刻襯底31，由此形成了具有凸起型的蝕刻鰭式有源區35A。平坦化的器件隔離層32A形成在蝕刻的鰭式有源區35A的兩側中。柵絕緣層36A形成在所蝕刻的鰭式有源區35A的橫側和上側之上，形成了覆蓋所蝕刻的鰭式有源區35A的柵電極37A。這里，標號33A表示凹陷的有源區。
這時，蝕刻的鰭式有源區35A是具有五側的結構，該五側包括兩個橫側35X、上側35Z和連接橫側35X到上側35Z的兩個斜側35Y。通過形成具有五側的蝕刻鰭式有源區35A，有可能形成五溝道晶體管。通過采用五溝道晶體管，與三溝道晶體管相比可以增加溝道長度，由此較易于將器件制造得更小。下文將解釋用于制造上述鰭式晶體管的方法。
圖4A至4G是圖示根據本發明具體實施例用于制造鰭式晶體管的方法的橫截面視圖。這里，圖3中所示的相同標號在圖4A至圖4F中表示類似元件。
如圖4A中所示，在襯底31的預定部分之上執行淺溝槽隔離(STI)工藝，由此在場區域中形成器件隔離層32。因而限定有源區33。第一掩模34形成在有源區33的預定部分之上。這里，第一掩模34的線寬范圍從約10nm到約100nm。
如圖4B中所示，通過使用第一掩模34的蝕刻工藝，將有源區33蝕刻到預定厚度，由此形成凸起型鰭式有源區35。蝕刻有源區33中除鰭式有源區35之外的上部，使得可使用最后的有源區35制作柵電極。剝離第一掩模34。此處，標號33A表示凹陷的有源區。
如圖4C中所示，執行濕蝕刻工藝。由此，器件隔離層32減少到預定厚度，由此打開鰭式有源區35的橫側和上側。
換句話說，從側視圖觀察，濕蝕刻工藝暴露凸起型鰭式有源區35。在本實施例中，器件隔離層32的上表面基本上齊平于(flush to)凹陷有源區33A的上表面。因而，暴露鰭式有源區35的每個側壁，并且將器件隔離層32制作成基本上齊平于凹陷有源區33A的上表面。這里，標號32A表示濕蝕刻的器件隔離層。
如圖4D中所示，執行修整工藝以使鰭式有源區35的尺寸更小。使用硅回蝕工藝執行該修整工藝。由于鰭式有源區35主要包括硅，所以在所有側上蝕刻它，由此減少了它的尺寸。下文將尺寸減小的鰭式有源區表示為蝕刻的鰭式有源區35A。
即，在硅回蝕工藝之前的鰭式有源區35是具有類六面體形狀的柱。硅回蝕工藝蝕刻鰭式有源區35的所有側，特別是鰭式有源區35的上側的邊緣。即，鰭式有源區35的上角是以快于側壁的速率來蝕刻，由此限定了斜側35Y(見圖3D)。雖然斜側示出為基本上平坦，但是它們也可以是彎曲表面，使得蝕刻的鰭式有源區35A可在其上部具有圓化的類圓頂形狀。在本實施例中，鰭式有源區35的邊緣約10到約500。由此，鰭式有源區35一般變得較小，而邊緣變得圓化。
如上所述，順序地通過使用第一掩模34的蝕刻工藝和硅回蝕工藝而形成的蝕刻鰭式有源區35A具有凸起形狀，并設置為與相鄰的蝕刻鰭式有源區(未示出)相分離預定距離。即，根據本發明的凸起型鰭式有源區不同于具有一個整體結構的常規鰭式有源區，該整體結構不與柵電極所經過的鄰近有源區(未示出)相分離。
因而，本實施例的器件具有沿著蝕刻鰭式有源區35A的橫側而形成的溝道①和②、沿著蝕刻鰭式有源區35A的上側而形成的溝道⑤、以及沿著連接橫側和上側的、蝕刻鰭式有源區35A的斜側而形成的溝道③和④。在一個實施例中，溝道③和④具有彎曲表面。由此，通過形成具有五溝道的鰭式晶體管，有可能顯著地增加有效溝道面積，并可通過對初始形成的鰭式有源區35進行蝕刻或成形來確保增大的溝道區域。
如圖4E中所示，用于柵電極的導電材料37和柵絕緣層36形成在圖4D中所示的所得結構的整個表面之上。
導電材料37比蝕刻的鰭式有源區35A形成得更厚。在本實施例中導電材料37形成到至少100的厚度。在一個實施中，導電材料37形成為比蝕刻的鰭式有源區35A至少厚500。然后，執行化學機械拋光(CMP)工藝以提供具有基本上平坦的上表面的所得導電材料。這使得柵電極37A能夠后續地形成為具有大約相同的高度。如果導電層37A未平坦化，則表面不規則性可能造成空穴或者殘留物問題。
如圖4F中所示，光致抗蝕劑層(未示出)形成在導電材料37之上，然后通過曝光工藝和顯影工藝加以圖案化，由此形成第二掩模38。第二掩模38用來圖案化導電材料37，并具有基本上等同于第一掩模34的圖案。
如圖4G中所示，通過使用第二掩模38作為蝕刻掩模的蝕刻工藝來蝕刻導電材料37，由此形成柵電極37A。這時，柵電極37A基本上圍繞所蝕刻的鰭式有源區35A。即，由于蝕刻的鰭式有源區35A具有小于鰭式有源區35的尺寸，所以使用基本上等同于第一掩模34的第二掩模38而形成的柵電極37A可圍繞所蝕刻的鰭式有源區35A的橫側、斜側和上側。
如上所示，由于柵電極覆蓋了確保為溝道區域的鰭式有源區橫側、斜側和上側，所以獲得了具有五溝道的半導體器件。
相比于具有三溝道的鰭式晶體管，具有五溝道的鰭式晶體管提供了更長的溝道長度。結果，鰭式有源區可制作得更小并允許器件制作得更小。
本申請包含了與2005年12月27日提交的韓國專利申請第KR2005-0130534號有關的主題，通過引用將其結合于此。
雖然已結合某些優選實施例描述了本發明，但是對本領域技術人員顯而易見的是，在不脫離由所附權利要求限定的本發明的精神和范圍的情況下，可進行各種變化和改型。
權利要求
1.一種半導體器件，包括限定凹陷有源區的襯底；鰭式有源區，連接到所述凹陷有源區并在所述凹陷有源區以上延伸，所述鰭式有源區包括第一側、第二側、第三側、第四側和第五側，所述第一側和第二側緊鄰所述凹陷有源區，所述第五側是所述鰭式有源區的上側，所述第三側設置于所述第一側與所述第五側之間，所述第四側設置于所述第二側與所述第五側之間；柵絕緣層，形成在所述鰭式有源區的所述第一側、第二側、第三側、第四側和第五側之上；以及柵電極層，形成在所述柵絕緣層之上以基本上圍繞所述鰭式有源區的所述第一側、第二側、第三側、第四側和第五側。
2.如權利要求1所述的半導體器件，其中所述第一側、第三側和第五側具有基本上不同的斜度。
3.如權利要求2所述的半導體器件，其中所述第三側和第四側是彎曲表面。
4.如權利要求1所述的半導體器件，其中所述第一側、第二側、第三側、第四側和第五側限定晶體管的五個溝道。
5.如權利要求4所述的半導體器件，其中所述五個溝道包括沿著所述鰭式有源區的側壁而形成的兩個溝道、沿著所述鰭式有源區的頂角而形成的兩個溝道和沿著所述鰭式有源區的上側而形成的一個溝道。
6.一種用于制造半導體器件的方法，所述方法包括在具有凹陷有源區的襯底上形成第一鰭式有源區，所述第一鰭式有源區在所述凹陷有源區以上延伸；將所述第一鰭式有源區成形為具有第一側、第二側、第三側、第四側和第五側的第二鰭式有源區；在所述第二鰭式有源區之上形成柵絕緣層；以及在所述柵絕緣層之上形成柵電極以基本上圍繞所述第二鰭式有源區的所述第一側、第二側、第三側、第四側和第五側。
7.如權利要求6所述的方法，其中所述第一鰭式有源區的形成包括蝕刻所述襯底以在所述襯底上限定所述第一鰭式有源區和所述凹陷有源區；以及將所述凹陷有源區的邊緣上設置的所述襯底的器件隔離層蝕刻到預定厚度，其中被蝕刻的器件隔離層基本上齊平于所述凹陷有源區。
8.如權利要求7所述的方法，其中所述器件隔離層通過使用濕蝕刻工藝來蝕刻。
9.如權利要求6所述的方法，其中所述第一鰭式有源區限定三個溝道，而所述第二鰭式有源區限定五個溝道。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述成形工藝包括通過執行回蝕工藝來蝕刻所述第一鰭式有源區的側壁和上側。
11.如權利要求10所述的方法，其中所述第一鰭式有源區的上側和側壁蝕刻到范圍從約10到約500的厚度。
12.如權利要求6所述的方法，其中所述柵電極層形成到約100或更多的厚度。
13.如權利要求6所述的方法，其中所述柵電極層的形成包括形成厚度比所述鰭式有源區至少大500的柵電極層；以及通過執行化學機械拋光(CMP)工藝來平坦化所述柵電極層。
14.如權利要求13所述的方法，進一步包括圖案化所述平坦化的柵電極層以限定基本上圍繞所述第二鰭式有源區的所述第一側、第二側、第三側、第四側和第五側的柵電極。
15.如權利要求14所述的方法，其中用來圖案化所述柵電極層的第一掩模具有與用來形成所述第一鰭式有源區的第二掩模基本上相同的圖案。
16.如權利要求15所述的方法，其中所述第一掩模的線寬范圍從約10nm到約100nm。
17.如權利要求6所述的方法，其中所述第一側、第三側和第五側具有基本上不同的斜度。
18.如權利要求17所述的方法，其中所述第三側和第四側是彎曲表面。
全文摘要
一種半導體器件，包括限定凹陷有源區的襯底；鰭式有源區，連接到凹陷有源區并在凹陷有源區以上延伸。鰭式有源區包括第一側、第二側、第三側、第四側和第五側，第一側和第二側緊鄰凹陷有源區，第五側是鰭式有源區的上側，第三側設置于第一側與第五側之間，第四側設置于第二側與第五側之間。柵絕緣層形成在鰭式有源區的第一側、第二側、第三側、第四側和第五側之上。柵電極層形成在柵絕緣層之上以基本上圍繞鰭式有源區的第一側、第二側、第三側、第四側和第五側。
文檔編號H01L21/336GK1992340SQ200610150790
公開日2007年7月4日 申請日期2006年10月26日 優先權日2005年12月27日
發明者金光玉 申請人:海力士半導體有限公司