使用低能离子注入形成半导体器件的浅阱的方法技术

技术编号:3210339 阅读:191 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
提供一种使用低能离子注入形成半导体器件的浅阱的方法。在一个实施例中,使用低能、高剂量离子注入工艺形成阱区至沟槽隔离层的深度。(*该技术在2023年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制造半导体器件的方法,更具体涉及形成高度集成的半导体器件的阱的方法。
技术介绍
半导体器件的阱用来传送体电压到实际工作的金属氧化物半导体(MOS)器件和消除由于碰撞电离形成的载流子。为了让阱执行这些功能,应该通过在阱离子注入工序过程中注入大量杂质保持低电阻。具体,低阱电阻在如闭锁这种问题的测试可靠性中起着重要作用。因此,使用高能离子注入形成深阱,以便保持低电阻。但是,高能离子注入导致相邻阱之间的余量减小。另一方面,当半导体器件变得高度集成时,栅极长度和有源区的宽度水平地按比例减小。但是,阱结构在垂直方向上的比例减小相对小于水平方向的比例减小。这些导致相邻阱之间的余量严重不足,因此限制芯片尺寸的进一步减小。当使用常规的高能离子注入形成浅阱时,在器件驱动操作过程中,电阻的增加引起故障,例如闭锁。此外,众所周知单元阵列区中的阱的深度与软件错误率(SER)紧密相关。
技术实现思路
本专利技术提供一种形成具有低电阻的阱的方法,其中通过阱区的垂直比例缩小在相邻阱之间获得大的余量。根据本专利技术的一个方面,提供一种使用低能离子注入形成具有低电阻的阱的方法。使用低能离子注入形成阱的方法可以使由杂质扩展引起的阱余量减小最小化和由厚光刻胶图形的收缩引起的阱余量减小最小化。根据本专利技术的另一方面,为了形成一个理想的阱结构,阱应该尽可能的浅,且其电阻类似于高能、高剂量阱。由此,在半导体衬底中形成隔离沟槽。然后,通过执行低能、高剂量离子注入,在沟槽下或沟槽的底部形成高浓度阱。接下来,通过用绝缘层填充沟槽在高浓度阱上形成绝缘层。最后,通过在半导体衬底上执行低能离子注入,形成低浓度阱至与高浓度阱的上部部分地重叠的深度。根据本专利技术的一个实施例,在半导体衬底上形成焊盘氮化物层图形,以及通过使用焊盘氮化物层图形作为刻蚀掩模刻蚀半导体衬底,在半导体衬底中形成隔离沟槽。接下来,在沟槽的内壁上形成隔片氮化物层,通过使用焊盘氮化物层图形和隔片氮化物层作为离子注入掩模,执行低能、高剂量离子注入,在沟槽下或沟槽的底部形成高浓度阱。接下来,通过用绝缘材料覆盖高浓度阱形成填充沟槽的绝缘层,平面化绝缘材料的上表面,除去焊盘氮化物层图形。接着,通过在半导体衬底整个表面上执行低能离子注入,形成低浓度阱至与高浓度阱的上部部分地重叠的深度。包括高浓度阱和低浓度阱的整个阱的深度大约与沟槽绝缘层的深度相同,因此该阱可以称为浅阱。具体,高浓度阱形成在绝缘层之下。根据上述实施例,通过阱区的垂直比例减小可以在相邻的阱之间获得大的余量,可以减小阱电阻。在本专利技术的另一个实施例中,形成互补金属氧化物半导体(CMOS)阱。为此,在分为PMOS和NMOS区的半导体衬底上形成焊盘氮化物层图形。然后,通过使用焊盘氮化物层图形作为刻蚀掩模,刻蚀半导体衬底,在第一和第二区中形成隔离沟槽。接下来,在沟槽的内壁上形成隔片氮化物层。然后,形成露出仅仅NMOS区的第一光刻胶图形,使用焊盘氮化物层图形和隔片氮化物层作为离子注入掩模,执行低能、高剂量离子注入,由此在NMOS区的沟槽下或沟槽底部形成P+阱。然后,除去第一光刻胶图形,形成仅仅露出PMOS区的第二光刻胶图形,使用焊盘氮化物层图形和隔片氮化物层作为离子注入掩模,执行低能、高剂量离子注入,由此在PMOS区的沟槽下或沟槽底部形成N+阱。然后,除去第二光刻胶图形,用绝缘材料覆盖P+阱和N+阱,平面化绝缘材料的上表面,除去焊盘氮化物层图形,由此形成填充沟槽的绝缘层。然后,形成仅仅露出NMOS区的第三光刻胶图形,在半导体衬底上执行低能离子注入,由此形成P阱至与P+阱的上部部分地重叠的深度。然后,除去第三光刻胶图形,形成仅仅露出PMOS区的第四光刻胶图形,在半导体衬底上执行低能离子注入,由此形成N阱至与P+阱的上部部分地重叠的深度。最后除去第四光刻胶图形。根据本实施例,执行低能离子注入,因此第一至第四光刻胶图形可以形成足够薄,以获得大的阱余量。附图说明通过参考附图,详细描述其优选实施例,将使本专利技术的上述方面及其优点更清楚,其中图1至6是说明根据本专利技术形成浅阱的方法的实施例的剖面图;以及图7至13是说明根据本专利技术形成浅阱的方法的另一实施例的剖面图。具体实施例方式下面参考附图更完全地描述本专利技术,附图中示出了本专利技术的优选实施例。但是,本专利技术可以以许多不同的形式体现,不应该认为局限于在此阐述的实施例。相反,提供本实施例是为了使本公开是彻底的和完全的,且将本专利技术的范围完全表达给本领域的技术人员。在图中,为了清楚,放大了元件的形状。在整个附图中同样的参考数字指相同的元件。图1至6是说明根据本专利技术形成浅阱的方法的实施例的剖面图。参考图1,在半导体衬底100上形成焊盘氮化物层图形110。然后使用焊盘氮化物层图形110作为蚀刻掩模,蚀刻半导体衬底100至约2500至约3000的厚度,由此在其中形成浅隔离沟槽120。如果需要,可以使用热氧化在焊盘氮化物层图形110和半导体衬底100之间形成缓冲氧化物层(未示出)。转向图2,在沟槽120的内壁和底部上形成约50至约100厚的里衬(liner)氧化物层130。通过热氧化半导体衬底100,形成里衬氧化物层130,半导体衬底100中形成沟槽120。通过热氧化,修复沟槽120的形成过程中对半导体衬底100的蚀刻损坏。接着,在沟槽120的内壁上形成隔片氮化物层140。具体,在形成里衬氧化物层130的半导体衬底100上淀积约50至约200厚的氮化物层,然后各向异性地蚀刻氮化物层,直到沟槽120的底部露出。参考图3,通过在图2的所得结构上执行低能、高剂量离子注入150,在沟槽120下或在沟槽120的底部形成高浓度阱160。在此情况下,使用焊盘氮化物层图形110和隔片氮化物层140作为离子注入掩模,因此仅仅穿过沟槽120的底部执行离子注入。用能级约10至30keV和约1×1015至5×1015ions/cm2剂量的杂质执行低能、高剂量离子注入150。参考图4,用绝缘材料165填充沟槽120。例如,使用中温氧化(MTO)形成的氧化物层、不掺杂的硅玻璃(USG)、或通过高密度等离子体化学气相淀积(HDP CVD)或其适当的结合可以用作绝缘材料165。然后,如图5所示,平整图4的所得结构的顶面,由此露出焊盘氮化物层图形110。然后除去焊盘氮化物层图形110,由此露出半导体衬底100的顶面。因此,在隔离沟槽120中形成绝缘层170。可以使用化学机械抛光(CMP)工艺平整图4的所得结构的顶面,其中焊盘氮化物层图形110用作平面化终点。众所周知,可以使用磷酸剥离除去剩余的焊盘氮化物层图形110。如果在CMP工艺过程中除去大量的焊盘氮化物层图形110,则减小了绝缘层170和半导体衬底100之间的台阶。如果形成缓冲氧化物层,如参考图1所述,那么在除去焊盘氮化物层图形110之后,使用氢氟酸(HF)溶液也可以除去缓冲氧化物层。通常,绝缘层170相对于半导体衬底100略微地向上突出。但是,在图5中,为了简化起见,未图示出绝缘层170和半导体衬底100之间的台阶。参考图6,在包括绝缘层170的半导体衬底100上执行低能离子、低剂量注入180,由此在半导体衬底100中形成低浓度阱190至与高浓度阱160的上部部分地重叠的深度D。换句话说,形成低浓度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成阱的方法,该方法包括:在半导体衬底中形成隔离沟槽;有选择地执行低能、高剂量离子注入,穿过沟槽的底部,由此在沟槽下形成高浓度阱;用绝缘层填充沟槽,由此在高浓度阱中形成绝缘层;以及在包括绝缘层的半导体衬底上执行低能离子、 低剂量注入,由此在半导体衬底中形成低浓度阱至与高浓度阱的上部部分地重叠的深度。

【技术特征摘要】
KR 2002-7-24 43698/20021.一种形成阱的方法,该方法包括在半导体衬底中形成隔离沟槽;有选择地执行低能、高剂量离子注入,穿过沟槽的底部,由此在沟槽下形成高浓度阱;用绝缘层填充沟槽,由此在高浓度阱中形成绝缘层;以及在包括绝缘层的半导体衬底上执行低能离子、低剂量注入,由此在半导体衬底中形成低浓度阱至与高浓度阱的上部部分地重叠的深度。2.如权利要求1的方法,其中隔离沟槽具有约2500至约3000的深度。3.如权利要求1的方法,其中以能级约10至30keV和约1×1015至5×1015ions/cm2的剂量执行低能、高剂量离子注入。4.如权利要求1的方法,其中用能级约20至30keV和约1×1012至1×1013ions/cm2剂量的杂质执行低能、低剂量离子注入。5.如权利要求1的方法,其中低浓度阱形成至沟槽的底部。6.如权利要求1的方法,其中低浓度阱和高浓度阱的总深度与绝缘层的深度几乎相同。7.一种形成阱的方法,该方法包括在半导体衬底上形成焊盘氮化物层图形;使用焊盘氮化物层图形作为刻蚀掩模,刻蚀半导体衬底,由此在半导体衬底中形成隔离沟槽;在沟槽的内壁上形成隔片氮化物层;使用焊盘氮化物层图形和隔片氮化物层作为离子注入掩模,有选择地执行低能、高剂量离子注入,由此在沟槽下形成高浓度阱;用绝缘材料填充沟槽,由此覆盖高浓度阱;平面化绝缘材料,以在沟槽中形成绝缘层,并且除去焊盘氮化物层图形;以及在包括绝缘层的半导体衬底上执行低能离子、低剂量注入,由此在半导体衬底中形成低浓度阱至与高浓度阱的上部部分地重叠的深度。8.如权利要求7的方法,其中隔离沟槽具有约2500至约3000的深度。9.如权利要求7的方法,其中用能级约10至30keV和约1×1015至5×1015ions/cm2剂量的杂质执行低能、高剂量离子注入。10.如权利要求7的方法,其中用能级为20至30keV和1×1012至1×1013ions/cm2剂量的杂质执行低能、低剂量离子注入。11.如权利要求7的方法,在沟槽的内壁上形成隔片氮化物层之前...

【专利技术属性】
技术研发人员:李宰圭
申请(专利权)人:三星电子株式会社
类型:发明
国别省市:KR[韩国]

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1
相关领域技术
  • 暂无相关专利