假三闸极垂直式矽覆绝缘装置及其制作方法

摘要

本发明提供具有假三闸极之垂直式矽覆绝缘半导体装置，其不仅可利用垂直式电晶体的优点来减少SOI基板之面积，来降低制造成本，并设计类似双环绕式闸极(称假三闸极)，增强电流驱动力及降低次临界漏电流，并使汲极引致能障下降(DIBL)接近于零。再者，经由二缚点使源极及汲极连接至该基板，该等缚点可舒缓自我加热效应(Self－heating effect)、抑制屈膝效应(Kink effect)及减低自我加热效应所造成输出特性的负微分电阻现象，且在通道长度微缩下之门槛电压具有相当一致之值。另外，本发明之假三闸极垂直式矽覆绝缘装置可同时克服浮体效应及因电荷共享效应(charge sharing)所造成的短通道效应(short channel effect)。

主权项

一种假三闸极垂直式矽覆绝缘装置，包括：一基板，具有一表面；一第一氧化层，形成于该表面上之相对二侧；一第二氧化层，形成于该第一氧化层间之该表面上，该第二氧化层与该第一氧化层间界定二狭缝；一第一闸极氧化层，形成于该第二氧化层上，具有一容置空间；一第一闸极，形成于该容置空间中；一第三氧化层，形成于该第一闸极上且于该容置空间中；一矽层，覆盖该第一氧化层、该等狭缝、该第一闸极氧化层及该第三氧化层，其具有二源极、一汲极、二缚点及二通道，该等源极位于该第一氧化层上，该汲极位于该第三氧化层上，该等缚点位于该等狭缝中，该等通道位于该等源极与该汲极之间；一第二闸极氧化层，覆盖该矽层；及二第二闸极，形成于相对源极及通道间之该第二闸极氧化层上。如请求项1之矽覆绝缘装置，其中该基板系为矽基板、玻璃基板或石英基板。如请求项1之矽覆绝缘装置，其中该第一氧化层、该第二氧化层及该第三氧化层系为二氧化矽(SiO2)。如请求项1之矽覆绝缘装置，其中该第一闸极氧化层及该第二闸极氧化层系为二氧化矽。如请求项1之矽覆绝缘装置，其中该第一闸极及该等第二闸极系为多晶矽。一种假三闸极垂直式矽覆绝缘装置之制作方法，包括以下步骤：(a)提供一基板，其具有一表面；(b)形成一第一氧化层及一第一氮化层于该表面上之相对二侧，该第一氮化层位于该第一氧化层上，该第一氧化层与该第一氮化层间界定一槽道；(c)形成一氮化层侧壁，该氮化层侧壁覆盖该槽道相对二侧之该第一氧化层与该第一氮化层；(d)形成一第二氧化层于该槽道中之该表面上；(e)形成一第一闸极氧化层，覆盖该氮化层侧壁及该第二氧化层，以形成一容置空间于该第二氧化层上方相对位置；(f)形成一第一闸极于该容置空间中；(g)形成一第三氧化层，覆盖该第一闸极且于该容置空间中；(h)移除该第一氮化层及该氮化层侧壁，其中该第二氧化层与该第一氧化层间界定二狭缝；(i)形成一矽层，该矽层覆盖该第一氧化层、该等狭缝、该第一闸极氧化层及该第三氧化层，其具有二源极、一汲极、二缚点及二通道，该等源极位于该第一氧化层上，该汲极位于该第三氧化层上，该等缚点位于该等狭缝中，该等通道位于该等源极与该汲极之间；(j)形成一第二闸极氧化层，覆盖该矽层；及(k)形成二第二闸极于相对源极及通道间之该第二闸极氧化层上。如请求项6之制作方法，其中步骤(b)包括以下步骤：(b1)形成该第一氧化层于该表面上；(b2)形成该第一氮化层于该第一氧化层上；及(b3)移除部分该第一氮化层及部分该第一氧化层。如请求项7之制作方法，其中在步骤(b3)中系以蚀刻方法移除部分该第一氮化层及部分该第一氧化层。如请求项6之制作方法，其中步骤(c)包括以下步骤：(c1)地毯式形成一第二氮化层，覆盖该第一氮化层、该表面及该第一氧化层；及(c2)移除部分该第二氮化层，以形成该氮化层侧壁。如请求项9之制作方法，其中在步骤(c1)中系以沉积方法形成该第二氮化层。如请求项9之制作方法，其中在步骤(c2)中系以乾式蚀刻方法移除部分该第二氮化层。如请求项6之制作方法，其中步骤(d)包括以下步骤：(d1)地毯式形成该第二氧化层，覆盖该第一氮化层、该槽道及该氮化层侧壁；(d2)以该第一氮化层为终止层，移除部分该第二氧化层；及(d3)移除该槽道中之部分该第二氧化层。如请求项12之制作方法，其中在步骤(d1)中系以沉积方法形成该第二氧化层。如请求项12之制作方法，其中在步骤(d2)中系以化学机械研磨(CMP)方法移除部分该第二氧化层。如请求项12之制作方法，其中在步骤(d3)中系以乾式蚀刻方法移除该槽道中之部分该第二氧化层。如请求项6之制作方法，其中在步骤(e)中系以地毯式方式形成该第一闸极氧化层，以覆盖该第一氮化层、该氮化层侧壁及该第二氧化层。如请求项16之制作方法，其中步骤(f)包括以下步骤：(f1)地毯式形成一第一多晶矽层，覆盖该第一闸极氧化层；(f2)平坦化该第一多晶矽层；(f3)移除部分该第一多晶矽层，保留该容置空间中之部分第一多晶矽层；及(f4)进行一第一离子布植(Ion Implantation)步骤，使该第一多晶矽层形成该第一闸极，其中该第一闸极系为P型或N型半导体层。如请求项17之制作方法，其中在步骤(f2)中系以化学机械研磨方法平坦化该第一多晶矽层。如请求项17之制作方法，其中在步骤(f3)中系以乾式蚀刻方法移除部分该第一多晶矽层。如请求项17之制作方法，其中步骤(g)包括以下步骤：(g1)地毯式形成该第三氧化层，覆盖该第一闸极氧化层及该第一闸极；(g2)平坦化该第三氧化层；及(g3)移除部分该第三氧化层及该第一氮化层上方相对位置之部分该第一闸极氧化层，并显露部分该氮化层侧壁。如请求项20之制作方法，其中在步骤(g2)中系以化学机械研磨方法平坦化该第三氧化层。如请求项20之制作方法，其中在步骤(g3)中系以乾式蚀刻方法移除部分该第三氧化层及部分该第一闸极氧化层。如请求项17之制作方法，其中步骤(i)包括以下步骤：(i1)沉积该矽层；(i2)进行一第二离子布植步骤，使该矽层与该第一闸极为同型半导体；及(i3)进行一第三离子布植步骤，以形成该等源极、该汲极及该等通道，其中该等通道与该第一闸极为不同型半导体。如请求项6之制作方法，其中在步骤(j)中系以沉积方法形成该第二闸极氧化层。如请求项17之制作方法，其中步骤(k)包括以下步骤：(k1)地毯式沉积一第二多晶矽层；(k2)移除部分该第二多晶矽层，保留相对源极及通道间之该第二闸极氧化层上之第二多晶矽层；及(k3)进行一第四离子布植步骤，以形成该等第二闸极，其中该等第二闸极与该第一闸极为同型半导体。如请求项25之制作方法，其中在步骤(k2)中系以乾式蚀刻方法移除部分该第二多晶矽层。