[發明專利]一種制作縱向雙柵金屬－氧化物－半導體器件的方法

無效

• 申請號: 200610114187.3
• 申請日: 2006-11-01
• 公開（公告）號: CN101174566A
• 公開（公告）日: 2008-05-07
• 發明（設計）人: 屠曉光;陳少武
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L21/28
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及半導體器件中縱向雙柵金屬-氧化物-半導體(MOS)器件技術領域，尤其涉及一種制作基于絕緣體上硅(SOI)材料縱向雙柵MOS器件的方法。

背景技術

近年來，隨著絕緣體上硅-補償金屬氧化物半導體(SOI?CMOS)技術以及SOI光波導器件研究取得的飛躍發展，人們不斷將注意力轉向基于SOI的芯片內光電器件的多功能集成。

SOI技術有著體硅技術不可比擬的優越性。在SOI材料上制作的CMOS器件具有功耗低、抗干擾能力強、集成度高、速度高、工藝簡單、抗輻照能力強等優點。隨著SOI頂層硅膜厚度減薄到小于器件耗盡區寬度，即器件進入全耗盡狀態時，SOI器件將更適合于高性能ULSI電路。隨著SOI技術的不斷發展，出現了一些新型的SOI?MOS器件、雙柵及多柵SOI器件等。這些類型的器件由于可以很好地抑制短溝道效應，提高器件按比例縮小的能力，成為納米尺度MOS器件的優選結構。

隨著器件尺寸的進一步縮小，溝道長度不斷降低，短溝道效應對器件性能的影響愈發嚴重。為了提高器件柵極對溝道的控制能力，雙柵及多柵結構應運而生。雙柵器件不但可以很好地抑制短溝道效應，而且可以降低器件亞閾值斜率和泄漏電流。由于短溝道效應得到了很好的抑制，不需要采用較高的溝道摻雜濃度，因而可以進一步提高載流子遷移率，從而提高器件速度。

雙柵MOSFET按照在硅片上的不同放置方式可以劃分為(a)平面雙柵器件；(b)垂直雙柵器件；(c)縱向雙柵，也稱鰭式MOS管，即鰭式金屬氧化物半導體場效應晶體管(FINFET)。

平面雙柵器件是最早研究的一種雙柵器件，但是其制備工藝比較復雜。當前的制備方法主要包括外延方法和金屬誘導生長方法。

垂直雙柵器件易于實現自對準雙柵，而且器件溝道長度不受光刻精度限制。其制備方法主要包括硅臺型和外延型兩種。其中硅臺型利用氮化硅側墻作掩模刻蝕硅形成有源區，然后進行柵氧化層的生長和多晶硅的淀積，刻蝕多晶硅形成雙柵，離子注入形成源漏區。最后沉積氧化硅包層，腐蝕引線孔，引出電極。

FINFET器件是一種很有應用前景的雙柵器件，該器件易于實現雙柵自對準以及源，漏的自對準，工藝集成度高。制作工藝與常規工藝基本兼容但是制備過程仍稍顯復雜。FINFET器件的制作方法如下：FINFET器件先通過光刻和刻蝕工藝形成超薄硅條，器件寬度由硅條厚度決定，然后在襯底上沉積重摻雜電極材料制作歐姆接觸以及氧化硅掩膜層，光刻，刻蝕露出硅條并通過沉積絕緣材料對柵極和源漏極之間的隔離。然后再通過光刻，刻蝕露出溝道部分，沉積柵極材料，最后在器件表面沉積鈍化層，開窗做電極。

在無源器件方面，基于SOI的光波導器件是光通訊領域的關鍵器件。由于體硅材料自身的間接帶隙特性的局限，硅電光調制器大都利用等離子色散效應。即通過改變材料內部的自由載流子的濃度，實現對材料折射率和吸收系數的改變。傳統的p-i-n結構電光調制器利用的就是等離子色散原理，在有外加電流注入時，改變有源區自由載流子濃度，從而改變波導材料折射率，實現光調制。然而，當外加電流停止注入時，載流子的復合本身要持續一段時間，因而限制了開關時間不能達到很高的水平。MOS結構由于沒有載流子的復合過程，僅通過多子濃度的變化調制硅材料折射率，可以達到高速。

Intel公司在SOI襯底上外延柵氧化層和多晶硅制作了MOS電容結構硅光調制器，獲得了優良的性能。測試結果表明其調制速率超過1GHz。此結構在有源區中心附近制作薄柵氧化層充當電容來積累電荷，在外加電壓下，自由電荷將集中于柵氧化層表面，變化的電荷濃度改變了材料的折射率從而實現光調制。MOS結構避免了載流子的復合過程對器件調制速率的影響，但調制區域和光場重疊面積小，調制效率有待提高。

采用MOS雙柵結構可以擴大調制區與光場的交疊，有望獲得高速高效率的光電器件。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種制作縱向雙柵MOS器件的方法，以實現光通信中以及芯片系統內部的信息高速傳遞。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種制作縱向雙柵金屬-氧化物-半導體(MOS)器件的方法，該方法包括：

A、在SOI襯底的頂層硅表面采用離子注入技術形成N-P-N結構，其中N區高摻雜，P區低摻雜；

B、采用電子束曝光和ICP刻蝕方法在形成的N-P-N結構的N區與P區的分界面處形成縱向深槽；

C、采用熱氧化技術在形成縱向深槽的頂層硅表面形成一層氧化硅；