专利名称：凹槽平面双栅结构mos器件及制造方法
技术领域：
本发明属于半导体技术领域，尤其是指一种新型凹槽平面双栅结构MOS(金属—氧化物—半导体)器件及制造方法。
为此，本发明研究引进一些新兴的工艺技术来实现凹槽-平面双栅结构，同时保证与传统工艺有最大的兼容性，并且尽量减小对刻印技术的依赖。这样在纳米级器件的结构研究中，提出一种新的方案，为以后在纳米领域中更深入的研究打下基础；本发明的成功是今后超大规模集成电路(ULSI)的硅工艺技术可持续发展的很有希望的器件结构之一，具有广阔的应用前景；使我国微电子技术达到国际前沿水平，对我国微电子技术的自我创新、自我发展有着重要意义本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
本发明一种凹槽平面双栅结构MOS器件的制作方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1首先在衬底上进行场氧化，然后分别淀积多层介质；步骤2光刻第一层版，刻掉最上面三层，露出氮化硅层；步骤3再淀积一层氮化硅，与下层氮化硅相连，以保证对以后掏空层的支持；步骤4然后进行第二次光刻，采用电子束曝光；步骤5薄层氧化层的淀积，5-6nm的氧化层将氮化硅线条全部包上；步骤6进行第三次光刻形成籽晶窗口；步骤7淀积非晶硅层，穿过假栅线条中的掏空层，形成薄层沟道形状；步骤8进行金属诱导横向再结晶制备大晶粒多晶硅，以使器件完全制作在一个晶粒上；步骤9对多晶硅层进行平坦化，露出氮化硅假栅；步骤10进行第五次光刻，刻出源漏区以使器件隔离，可以将场区上的多晶硅全部去除；步骤11氧化15nm，进行阱注入并推进，煮掉氮化硅并漂去氧化硅，使沟道硅桥悬空；步骤12阈值调整，栅氧化，淀积多晶硅并进行第六次光刻，刻蚀形成多晶硅栅电极；步骤13做一次侧墙，注入形成N-源漏区，再作第二次侧墙注入形成N+源漏区；步骤14低温氧化，刻孔，溅射四层金属，完成器件制备。
其中溅射四层金属依次为钛氮/铝/钛氮/钛。
其中从最上一层氮化硅开始，一直刻到衬底上的场氧化层露出，形成假栅，共刻去5层介质。
其中进行金属诱导横向再结晶制备大晶粒多晶硅，首先在非晶硅层上淀积一层低温氧化层，进行第四次光刻并对低温氧化层进行刻蚀，形成金属图形窗口；然后溅射金属镍，在金属图形窗口中与非晶硅层直接相连，再结晶的过程包括两个高温退火过程第一次560℃的60小时退火后，去除掉剩余未反应的镍，再进行第二次900℃的一个小时退火，以使形成的多晶硅尺寸进一步增大，退后完成后去除表面的低温氧化层。
本发明一种凹槽平面双栅结构MOS器件，其特征在于，包括一衬底；一氧化硅层，该氧化硅层淀积在衬底上，使得整个器件与衬底相隔离；两个栅电极形成在氧化硅层，该两个栅电极之间形成有一沟道；源电极、漏电极形成在上面的一栅电极两侧，并且高出沟道的表面。
其中所示的衬底是硅衬底。
其中源区、漏区的结高出沟道的表面，形成负结深结构。
本发明的创新处是，提出的自对准双栅结构，相比国际最新的纳米级MOS器件结构具备以下优势自对准形成对称的双栅电极；工艺实现简单，与常规的ULSI工艺兼容；形成了具有负结深的器件，更好地抑制了短沟道效应和电力线穿通；利用体硅材料形成准硅在绝缘体上(SOI)特性的器件结构，并且形成的器件是自隔离的。
图13是测试所得的器件特性图。
2)光刻第一层版(图3的版图(a)，流程卡中第10步)，刻掉最上面三层，露出氧化硅层3(流程卡中第11-13步)。
3)如图3(b)所示，再淀积一层氮化硅7，与下层氮化硅3相连，以保证对以后掏空层8的支持(流程卡中第15步)。
4)然后进行第二次光刻(如图4的版图(a)，流程卡中第22步)，采用电子束曝光，然后刻蚀(RIE)刻蚀出假栅线条，从最上一层氮化硅开始，一直刻到衬底上的场氧化层2露出，形成假栅，共刻去5层介质。在刻蚀多层介质的同时使假栅线条中的非晶硅层5被掏空(在刻蚀最后一层氮化硅时改变反应气体组分，使得其中的六氟化硫对多晶硅层进行各项同性刻蚀。)，上下两层氮化硅相连形成桥状以支撑掏空层8，如图4b、c所示。图5是扫描电镜显示的刻蚀完成后的照片，可以看出，由于用一次刻蚀形成了上下双栅的假栅形状，因此制作出的双栅结构是自对准的(流程卡中第23-27步)。
5)图4-图6所示，薄层氧化层的淀积，5-6nm的氧化层将氮化硅线条全部包上。这层氧化层的作用有三点一是在氮化硅和以后要淀积的非晶硅之间作缓冲层，以免应力太大；二是后来平坦化时作为一层阻挡层，由于我们使用的平坦化条件对氮化硅的刻蚀速率较快，而对氧化层的刻蚀速率较慢，因此这层氧化层能刚好的起到阻挡层的作用；三是以后在湿法腐蚀氮化硅时作为阻挡层，以免有源区的多晶硅被磷酸腐蚀。由此可见，这层氧化层在工艺过程中还是有很大作用的(流程卡中第29步)。
6)进行第三次光刻形成籽晶窗口(版图如图12(a)，流程卡中第30步)。我们设计的源区面积比漏区要大，是为了在源区中开出籽晶窗口，以完成高质量的金属诱导横向再结晶(MILC)。
7)如图6所示，淀积非晶硅层9，穿过假栅线条中的掏空层，形成薄层沟道形状。
8)进行金属诱导横向再结晶(MILC)制备大晶粒多晶硅，以使器件完全制作在一个晶粒上。首先在非晶硅层9上淀积一层低温氧化层10，进行第四次光刻并对(版图如图12b)并对层低温氧化层10进行RIE，形成金属图形窗口。然后溅射金属镍，在金属图形窗口中与非晶硅层9直接相连，如图7所示。再结晶的过程包括两个高温退火过程第一次560℃的60小时退火后，去除掉剩余未反应的镍，再进行第二次900℃的一个小时退火，以使形成的多晶硅尺寸进一步增大。退后完成后去除表面的层低温氧化层(流程卡中第24-44步)。
9)如图8所示，对多晶硅层进行平坦化，露出氮化硅假栅7(流程卡中第45-46步)。
10)进行第五次光刻(版图如图12c)，刻出源漏区以使器件隔离，可以将场区上的多晶硅全部去除。由于我们的结构是一种准S0I结构，因此器件可以形成自隔离。这也是我们结构的优点之一(流程卡中第48-50步)。
11)如图9所示，氧化15nm，进行阱注入并推进，煮掉氮化硅并漂去氧化硅，使沟道硅桥悬空(流程卡中第51-56步)。
12)阈值调整，栅氧化，LPCVD多晶硅并进行第六次光刻(版图如图12d)，刻蚀形成多晶硅栅电极。鸟瞰图如图10(流程卡中第58-68步)。
13)如图11所示，做一次侧墙，注入形成N-源漏区，再作第二次侧墙注入形成N+源漏区，快速退火(RTA)后形成负结深结构(流程卡中第69-78步)。
14)低温氧化(LTO)，刻孔，溅射四层金属钛氮/铝/钛氮/钛(TiN/Al/TiN/Ti)，完成器件制备(流程卡中第8p一93步)。
请再参阅图1本发明一种凹槽平面双栅结构MOS器件，包括一衬底1，该衬底1是硅衬底；一氧化硅层2，该氧化硅层2淀积在衬底1上，使得整个器件与衬底1相隔离；两个栅电极12形成在氧化硅层2，该两个栅电极12之间形成有一沟道11；源电极、漏电极13形成在上面的一栅电极12两侧，并且高出沟道11的表面；其中源区、漏区的结14高出沟道11的表面，形成负结深结构。
权利要求
1.一种凹槽平面双栅结构MOS器件的制作方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1首先在衬底上进行场氧化，然后分别淀积多层介质；步骤2光刻第一层版，刻掉最上面三层，露出氮化硅层；步骤3再淀积一层氮化硅，与下层氮化硅相连，以保证对以后掏空层的支持；步骤4然后进行第二次光刻，采用电子束曝光；步骤5薄层氧化层的淀积，5-6nm的氧化层将氮化硅线条全部包上；步骤6进行第三次光刻形成籽晶窗口；步骤7淀积非晶硅层，穿过假栅线条中的掏空层，形成薄层沟道形状；步骤8进行金属诱导横向再结晶制备大晶粒多晶硅，以使器件完全制作在一个晶粒上；步骤9对多晶硅层进行平坦化，露出氮化硅假栅；步骤10进行第五次光刻，刻出源漏区以使器件隔离，可以将场区上的多晶硅全部去除；步骤11氧化15nm，进行阱注入并推进，煮掉氮化硅并漂去氧化硅，使沟道硅桥悬空；步骤12阈值调整，栅氧化，淀积多晶硅并进行第六次光刻，刻蚀形成多晶硅栅电极；步骤13做一次侧墙，注入形成N-源漏区，再作第二次侧墙注入形成N+源漏区；步骤14低温氧化，刻孔，溅射四层金属，完成器件制备。
2.根据权利要求1所述的凹槽平面双栅结构MOS器件的制作方法，其特征在于，其中溅射四层金属依次为钛氮/铝/钛氮/钛。
3.根据权利要求1所述的凹槽平面双栅结构MOS器件的制作方法，其特征在于，从最上一层氮化硅开始，一直刻到衬底上的场氧化层露出，形成假栅，共刻去5层介质。
4.根据权利要求1所述的凹槽平面双栅结构MOS器件的制作方法，其特征在于，其中进行金属诱导横向再结晶制备大晶粒多晶硅，首先在非晶硅层上淀积一层低温氧化层，进行第四次光刻并对低温氧化层进行刻蚀，形成金属图形窗口；然后溅射金属镍，在金属图形窗口中与非晶硅层直接相连，再结晶的过程包括两个高温退火过程第一次560℃的60小时退火后，去除掉剩余未反应的镍，再进行第二次900℃的一个小时退火，以使形成的多晶硅尺寸进一步增大，退后完成后去除表面的低温氧化层。
5.一种凹槽平面双栅结构MOS器件，其特征在于，包括一衬底；一氧化硅层，该氧化硅层淀积在衬底上，使得整个器件与衬底相隔离；两个栅电极形成在氧化硅层，该两个栅电极之间形成有一沟道；源电极、漏电极形成在上面的一栅电极两侧，并且高出沟道的表面。
6.根据权利要求5所述的凹槽平面双栅结构MOS器件，其特征在于，其中所示的衬底是硅衬底。
7.根据权利要求5所述的凹槽平面双栅结构MOS器件，其特征在于，其中源区、漏区的结高出沟道的表面，形成负结深结构。
全文摘要
本发明一种凹槽平面双栅结构MOS器件及制造方法，该器件包括一衬底；一氧化硅层，该氧化硅层淀积在衬底上，使得整个器件与衬底相隔离；两个栅电极形成在氧化硅层，该两个栅电极之间形成有一沟道；源电极、漏电极形成在上面的一栅电极两侧，并且高出沟道的表面。
文档编号H01L21/02GK1479355SQ02142108
公开日2004年3月3日 申请日期2002年8月26日 优先权日2002年8月26日
发明者卓铭, 徐秋霞, 卓 铭 申请人:中国科学院微电子中心