Cmos器件製造方法及cmos器件的製作方法
2023-06-02 20:34:21
Cmos器件製造方法及cmos器件的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種CMOS器件製造方法及CMOS器件。該方法包括：提供半導體襯底；向半導體襯底內注入氧原子，以形成貫穿半導體襯底的埋層，埋層距離半導體襯底的頂面第一距離；在半導體襯底的頂面上形成場氧區，場氧區的兩側分別形成第一有源區和第二有源區，其中第一有源區和第二有源區摻雜類型相反，且場氧區的底面延伸至所述埋層的底面；在第一有源區和第二有源區內分別形成柵極；在所述第一有源區內、且柵極的兩側分別形成第一源極，在第二有源區內、且在柵極兩側分別形成第二源極，第一源極和第二源極的底面位於埋層的上方。本方法製造出的CMOS器件，可避免出現場氧區漏電，且還能防止出現閂鎖效應。
【專利說明】0^103器件製造方法及咖03器件
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體製造技術，尤其涉及一種0103製造方法及0103器件。
【背景技術】
[0002]互補型金屬氧化物半導體(0311?)1611161117 16仏1 0x1(16 8611110011(11101:01-, 0108)是現代半導體集成電路技術的基礎，組成數字集成電路的最基本單元。0103是匪03電晶體和？103電晶體的一種有機組合，構成邏輯器件，其優點在於僅有邏輯狀態轉換時，才會產生大電流，而在穩定的邏輯狀態下，只有極小的電流通過，因此能夠大幅減小邏輯電路的功耗。
[0003]圖1為現有技術中0103的部分結構示意圖；如圖1所示，0103中需要通過場氧區10將和匪03隔離開來，由於多晶矽高阻或者？1？電容，或者多晶矽走線等原因，加工和的0103的場氧區上常滯留有多晶矽11，而當在多晶矽11施加電壓時，在場氧層10下面就會有漏電，即，場氧區10與~源區12和？漏區13構成一個103管，其中場氧區10即為該顯3管中的柵氧，而漏電現象的存在則會直接影響0103的工作性能。
【發明內容】
[0004]針對現有技術中的上述缺陷，本發明提供一種0103器件製造方法及0103器件，以有效防止製造出(^03發生漏電現象，有效保證了 0103的工作性能。
[0005]本發明提供一種0103器件製造方法，包括:
[0006]提供半導體襯底；
[0007]向所述半導體襯底內注入氧原子，以形成貫穿所述半導體襯底的埋層，所述埋層距離所述半導體襯底的頂面第一距離；
[0008]在所述半導體襯底的頂面上形成場氧區，所述場氧區的兩側分別形成第一有源區和第二有源區，其中所述第一有源區和第二有源區摻雜類型相反，且所述場氧區的底面延伸至所述埋層的底面；
[0009]在所述第一有源區和第二有源區內分別形成柵極，所述柵極與所述場氧區之間具有間隙；
[0010]在所述第一有源區內、且在位於所述第一有源區內的柵極的兩側分別形成第一源極，在所述第二有源區內、且在所述第二有源區內的柵極兩側分別形成第二源極，其中所述第一源極和第二源極的底面位於所述埋層的上方。
[0011]本發明還提供一種0103器件，包括:
[0012]半導體襯底，所述半導體襯底的頂面上形成有場氧區，以及分別位於所述場氧區兩側的第一有源區和第二有源區，所述第一有源區和第二有源區的摻雜類型相反；所述第一源區內和第二源區內還分別形成有柵極，所述第一源區內還形成有位於柵極兩側的第一源極，所述第二源區內還形成有位於柵極兩側的第二源極，所述半導體襯底內、且距離所述半導體襯底頂面第一距離處還形成有絕緣的埋層，所述場氧區的底面延伸至所述埋層的底面，所述第一源極和第二源極均位於所述埋層上方。
[0013]本發明提供的0103製造方法及0103器件，可以通過埋層的設置最終在半導體襯底中形成一個絕緣層，有效防止場氧區下方出現漏電，該絕緣層的存在還可以避免阱區與襯底結產生寄生的結構，從而避免出現閂鎖效應。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為現有技術中0103的部分結構示意圖；
[0015]圖2為本發明0103器件製造方法實施例一的流程圖；
[0016]圖3為本發明0103器件製造方法實施例二中形成埋層後的結構示意圖；
[0017]圖4為本發明0103器件製造方法實施例二中形成墊氧層和保護層後的結構示意圖；
[0018]圖5為本發明0103器件製造方法實施例二中墊氧層和保護層經光刻、刻蝕後的結構示意圖；
[0019]圖6為本發明0103器件製造方法實施例二中隊？型阱區均形成後的結構示意圖；
[0020]圖7為本發明0103器件製造方法實施例二中形成場氧區後的結構示意圖；
[0021]圖8為本發明0103器件製造方法實施例二中形成柵極後的結構示意圖；
[0022]圖9為本發明0103器件製造方法實施例二中形成第一輕摻雜區後的結構示意圖；
[0023]圖10為本發明0103器件製造方法實施例二中形成第二輕摻雜區後的結構示意圖；
[0024]圖11為本發明0103器件製造方法實施例二中在柵極上形成側牆後的結構示意圖；
[0025]圖12為本發明0103器件製造方法實施例二形成的0103器件的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]實施例一
[0027]圖2為本發明0103器件製造方法實施例一的流程圖；如圖1所述，本實施例提供一種0103器件製造方法，包括:
[0028]3201、提供半導體襯底；該半導體襯底可以為~型或？型半導體襯底。
[0029]3202、向半導體襯底內注入氧原子，以形成貫穿所述半導體襯底的埋層41(請參照圖3),埋層41距離半導體襯底的頂面第一距離。其中，第一距離可以根據需要形成的(:103中的場氧層的深度和源極的深度確定，優選地可以大於或等於源極的深度、且小於場氧層的深度。其中，場氧層的深度是指場氧層的底面距離半導體襯底的頂面的距離，源極的深度是指構成源極的區域的底面距離半導體襯底的頂面的距離。
[0030]需要說明的是，本步驟注入形成的埋層41的材質為氧原子。
[0031]3203、在半導體襯底的頂面上形成場氧區42，場氧區42的兩側分別形成第一有源區和第二有源區，其中第一有源區和第二有源區摻雜類型相反，且場氧區的底面延伸至所述埋層的底面。
[0032]其中，第一有源區可以為？型有源區406、第二有源區可以為?型有源區405 (請參照圖7)；當然，第一有源區也可以為~型有源區、第二有源區也可以為？型有源區。而場氧區可以採用本領域中常用的工藝形成；第一有源區和第二有源區也可以通過離子注入等工藝形成。
[0033]3204、在第一有源區和第二有源區內分別形成柵極48，柵極48與場氧區47之間具有間隙(請參照圖8 )，這個間隙是為預留給源極的位置。
[0034]3205、在第一有源區406內、且在位於第一有源區406內的柵極48的兩側分別形成第一源極93，在第二有源區405內、且在第二有源區405內的柵極48兩側分別形成第二源極94，其中第一源極93和第二源極94的底面位於埋層的上方，即形成如圖12所示的結構。其中，第一源極和第二源極可以通過離子光刻、注入等方式形成；第一源極的摻雜類型與第一有源區相反，第二源極的摻雜類型與第二有源區相反。例如，當第一有源區為？型有源區時，第一源極可以為高濃度磷離子形成的~型，對應地，第二有源區為~型有源區，第二源極則可以為高濃度硼離子形成的？型；這樣，才能在一個場氧區47兩側分別形成匪03和？103。
[0035]在上述3202?205工序中的加熱工序，可以使上述埋層中氧原子與半導體襯底反應生成具有絕緣性能的氧化物；例如當襯底為？型時，經加熱後埋層則由氧原子轉換為二氧化矽，具有良好的絕緣性。
[0036]當然，本發明並不限於次，本發明的技術方案涵蓋了還可以通過增加單獨的加熱工序使埋層中的氧轉換為具有氧化物。
[0037]本實施例提供的0103製造方法，可以通過埋層的設置最終在半導體襯底中形成一個絕緣層，有效防止場氧區下方出現漏電，該絕緣層的存在還可以避免阱區與襯底結產生寄生的111-11-1)結構，從而避免出現閂鎖效應。
[0038]具體地，上述3203中所述的在所述半導體襯底的頂面上形成場氧區，具體可以採用如下流程:
[0039]在半導體襯底的頂面上依次形成墊氧層42和保護層43，保護層覆蓋在墊氧層42上(請參照圖4)；其中保護層可以為氮化矽層。
[0040]光刻、刻蝕保護層形成第一區塊411和第二區塊412，第一區塊411和第二區塊412之間形成場氧區溝槽430 (請參照圖5),其中，第一區塊411和第二區塊412之間間距可相等，以通過第一區塊411和第二區塊412的相對位置預定位出後續第一有源區和第二有源區的位置。
[0041]在墊氧層下方進行離子注入，以分別對應第一區塊和第二區塊形成第一阱區和第二阱區；具體可根據需要形成的第一有源區和第二有源區的摻雜類型確定注入離子的種類和濃度，形成摻雜類型相反的第一阱區和第二阱區。
[0042]氧化上述場氧區溝槽，形成場氧區47 (請參照圖了)。氧化工藝可以通過通入氧氣和水的混合氣體、同時配合加熱實現，以使半導體襯底與氧氣反應生成相應的、具有絕緣性能的氧化物。最後，去除上述第一區塊和第二區塊，當其採用氮化矽時，可以利用磷酸腐蝕去除。
[0043]由此，便可在半導體襯底的頂面上形成了嵌入到半導體襯底頂面內的場氧區47，相鄰的場氧區47之間則為第一有源區406或第二有源區405 ；從整體上看，第一有源區406和第二有源區405交替設置，以使每個場氧區47兩側分別為第一有源區406或第二有源區405，以使場氧區47起到充分隔離作用。
[0044]進一步地，上述3204中在所述第一有源區和第二有源區內分別形成柵極優選可以採用下述流程:
[0045]去除墊氧層42 (請參照圖了)。
[0046]在第一有源區、第二有源區及場氧區上生長出柵極氧化層482 (請參照圖8),柵極氧化層482可以為二氧化矽。
[0047]在上述柵極氧化層上沉澱形成多晶矽層；
[0048]光刻、刻蝕多晶矽層和柵極氧化層482，以形成柵極48，形成如圖8所示的結構。光刻工序可以保證柵極與第一有源區和第二有源區的相對位置，一次形成有利於進一步簡化工藝。
[0049]實施例二
[0050]本實施例在將半導體襯底優化為？型半導體襯底，將第一有源區具體為？103區、第二有源區具體為匪03區的基礎上對本發明技術方案的詳細說明。
[0051]3301、提供一個矽基？型半導體襯底。
[0052]3302、如圖3所示，向？型半導體襯底40內注入氧原子，形成貫穿該？型半導體襯底的埋層41，並使埋層41距離半導體襯底的頂面第一距離，其中第一距離可以根據需要製造出的0103的場氧層的深度和源區深度來確定。
[0053]3303、在？型半導體襯底的頂面上氧化形成墊氧層42，並在墊氧側層42上沉澱出氮化矽最為保護側層43，保護層43覆蓋在墊氧層42上，即形成如圖4所示的結構。
[0054]3304、光刻、刻蝕保護層43形成第一區塊411和第二區塊412，第一區塊和第二區塊之間形成場氧區溝槽430 (請參照圖5)；其中第一區塊411和第二區塊412用於確定後續形成的有源區和X 108有源區的位置。
[0055]3305、在整個墊氧層下方注入硼離子形成硼離子層405，其中，硼離子的能量可以為60千電子伏特、劑量可以為8213每平方釐米；形成的結構如圖5所示；
[0056]3306、將？型半導體襯底頂面對應第二區塊的部分表面上塗覆光刻膠(該部分表面包括半導體襯底頂面對應第二區塊正下方的部分和其周圍區域)；在光刻膠的掩膜作用下，注入硼離子，以在？型半導體襯底頂面的對應第一區塊的部分對應的位置(第一區塊對應的部分包括半導體襯底頂面對應第一區塊正下方的部分和其周圍區域，且該第一區塊對應的部分和第二區塊對應的部分共同構成半導體襯底的頂面)形成？型阱區406，則步驟305形成的、對應第一區塊下方的硼離子層405的剩餘部分則為~型阱區。其中本步驟注入的硼離子的能量可以為70千電子伏特、劑量可以為7212每平方釐米。形成的結構如6所
0
[0057]3307、向上述場氧區溝槽內通入氧氣和水的混合氣體並加熱，以氧化場氧區溝槽附近的矽與氧氣反應、形成厚度大約為5400埃米左右的二氧化矽層，再推結深，即形成更厚的場氧區47 (如圖7所示兄需要說明的是，場氧區47分隔出的區域即為匪03有源區和？108有源區，當然對於一個0103器件來說，具有多個場氧區47，當然也就具有多個匪03有源區和？103有源區，而匪03有源區和？103有源區交替設置，使得每個場氧區47兩旁分別是匪03有源區和？103有源區。
[0058]3308、去除餘下的碳化矽層(即第一區塊和第二區塊),形成如圖7所示的結構。
[0059]3309、在墊氧層42 (請參照圖7)下注入硼離子以調節閾值；該步驟中硼離子的能量可以為60千電子伏特、劑量可以為2.3213沒平方釐米。
[0060]3310、在~型阱區406 (請參照圖7)上覆蓋光刻膠，並在其掩膜下向？型阱區內進一步注入硼離子。例如，可以分兩次注入，第一次注入的鵬離子的能量可以為70千電子伏特、劑量可以為3212每平方釐米；第二次注入的鵬離子的能量可以為180千電子伏特、劑量可以為7212每平方釐米；以防止最終形成的(:103中同一柵極兩側的源極和漏極之間出現短路。
[0061]3311、利用氫氟酸腐蝕去除墊氧層。
[0062]3312、在匪03有源區、？108有源區及場氧區上生長出柵極氧化層482 (請參照圖8)0
[0063]3313、在該柵極氧化層上沉澱形成多晶矽層。
[0064]3314、光刻、刻蝕上述柵極氧化層和多晶矽層，以形成凸出於？型半導體襯底頂面的、且分別對應？型有源區4型有源區的柵極48，且各柵極與兩側的場氧區形成間隙；本步驟形成如圖8所示的結構。
[0065]3315、對？103有源區和匪03有源區進行輕摻雜離子注入，即注入磷離子，以在柵極的兩側下方形成位於半導體襯底內的第一輕摻雜區91，即形成如圖9所示的結構。其中磷離子的能量可以為60千電子伏特、劑量可以為2213每平方釐米。
[0066]3316、形成覆蓋？型有源區的第一光刻膠層。
[0067]3317、以第一光刻膠層和柵極為掩膜，對~型有源區進行輕摻雜離子注入，即注入硼離子，以將~型有源區內的柵極兩側的第一輕摻雜區轉化為第二輕摻雜區92，即形成如圖10所示的結構；具體地，硼離子的能量可以為55千電子伏特、劑量可以為3213每平方釐米。
[0068]3318、去除第一光刻膠層；
[0069]3319、在？型半導體襯底上、且在柵極48的兩側分析形成用於保護柵極的側牆480(請參照圖10。具體地，可以通過氧化柵極中的多晶矽在兩側形成二氧化矽作為側牆。
[0070]8320、形成覆蓋~型有源區的第二光刻膠側層。
[0071]3321、以第二光刻膠層和柵極為掩膜，對？型有源區進行離子注入，以在第一輕摻雜區內形成匪03源極93，形成如圖11所示的結構；而由於側牆480的遮擋作用，正對應側牆480下方的第一輕摻雜區依然存在，僅其餘部分轉換為匪03源極93。
[0072]3322、去除上述第二光刻膠層；
[0073]3323、形成覆蓋？型有源區的第三光刻膠層；
[0074]3324、以第三光刻膠層和柵極為掩膜，對~型有源區進行離子注入，以在第二輕摻雜區內形成？103源極94，形成如圖12所示的結構。類似地，由於側牆的遮擋作用，正對應側牆下方的第二輕摻雜區依然存在，僅其餘部分轉換為？103源極；正因為緊鄰柵極的位置仍為離子濃度較小的第一輕摻雜區和第二輕摻雜區，可以有效地避免出現熱載流子效應。
[0075]3325、去除上述第三光刻膠層。
[0076]至此，場氧區一側的~型源區，以及其內的柵極和？103源極構成X 108管；場氧區另一側的？型源區，以及其內的柵極和X 103源極夠？ 103管。後續，經中間介質層沉澱、光刻、刻蝕形成帶有接觸孔的介質層，再在介質層上沉澱金屬層，熱處理後在沉澱形成鈍化層，最後光刻、刻蝕形成需要的鈍化層即可形成一個完整的0103。
[0077]本實施例提供的0103製造方法，可以通過埋層的設置最終在半導體襯底中形成一個絕緣層，有效防止場氧區下方出現漏電，該絕緣層的存在還可以避免阱區與襯底結產生寄生的結構，從而避免出現閂鎖效應；並且，其源極與柵極之間形成的結構還可避免出現熱載流子效應，因而，提高了整個0103器件的性能。
[0078]實施例三
[0079]本實施例提供一種0103器件，請參照圖12，包括:
[0080]半導體襯底40，半導體襯底40的頂面上形成有場氧區47，以及分別位於場氧區47兩側的第一有源區406和第二有源區405，第一有源區406和第二有源區405的摻雜類型相反；第一源區406內和第二源區405內還分別形成有柵極48，第一源區406內還形成有位於柵極48兩側的第一源極93，第二源區405內還形成有位於柵極48兩側的第二源極94 ；且在半導體襯底40內、且距離半導體襯底頂面第一距離處還形成有絕緣的埋層41，場氧區47的底面延伸至埋層41的底面，第一源極93和第二源極94均位於埋層41上方。
[0081]本實施例提供的(:103器件為按照圖2所述方法製造形成的，其功能和技術效果與前述實施例類似，此處不再贅述。
[0082]可選地，當半導體襯底為？型時，埋層47可以為二氧化矽。
[0083]最後應說明的是:以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。
【權利要求】
1.一種CMOS器件製造方法，其特徵在於，包括: 提供半導體襯底； 向所述半導體襯底內注入氧原子，以形成貫穿所述半導體襯底的埋層，所述埋層距離所述半導體襯底的頂面第一距離； 在所述半導體襯底的頂面上形成場氧區，所述場氧區的兩側分別形成第一有源區和第二有源區，其中所述第一有源區和第二有源區摻雜類型相反，且所述場氧區的底面延伸至所述埋層的底面； 在所述第一有源區和第二有源區內分別形成柵極，所述柵極與所述場氧區之間具有間隙； 在所述第一有源區內、且在位於所述第一有源區內的柵極的兩側分別形成第一源極，在所述第二有源區內、且在所述第二有源區內的柵極兩側分別形成第二源極，其中所述第一源極和第二源極的底面位於所述埋層的上方。
2.根據權利要求1所述的CMOS器件製造方法，其特徵在於，所述在所述半導體襯底的頂面上形成場氧區，包括: 在所述半導體襯底的頂面上依次形成墊氧層和保護層，所述保護層覆蓋在所述墊氧層上； 光刻、刻蝕所述保護層形成第一區塊和第二區塊，所述第一區塊和第二區塊之間形成場氧區溝槽； 在所述墊氧層下方進行離子注入，以分別對應第一區塊和第二區塊形成第一阱區和第二阱區； 氧化所述場氧區溝槽，形成所述場氧區； 去除所述第一區塊和第二區塊。
3.根據權利要求2所述的CMOS器件製造方法，其特徵在於，所述半導體襯底為P型半導體襯底，所述第一有源區為P型有源區，所述第二有源區為N型有源區。
4.根據權利要求3所述的CMOS器件製造方法，其特徵在於，所述去除所述第一區塊和第二區塊之後，還包括: 在所述墊氧層下注入硼離子以調節閾值； 在所述第二區上覆蓋光刻膠，以在所述第一有源區內、所述墊氧下方注入硼離子。
5.根據權利要求1所述的CMOS器件製造方法，其特徵在於，所述在所述第一有源區和第二有源區內分別形成柵極，包括: 去除所述墊氧層； 在所述第一有源區、第二有源區及場氧區上生長出柵極氧化層； 在所述柵極氧化層上沉澱形成多晶矽層； 光刻、刻蝕所述多晶矽層和柵極氧化層，以形成所述柵極。
6.根據權利要求3或4或5所述的CMOS器件製造方法，其特徵在於，所述在所述第一有源區內、且在位於所述第一有源區內的柵極的兩側分別形成第一源極，在所述第二有源區內、且在所述第二有源區內的柵極兩側分別形成第二源極，包括: 對所述第一有源區和第二有源區進行輕摻雜離子注入，以在所述柵極的兩側下方分別形成位於所述半導體襯底內的第一輕摻雜區； 形成覆蓋所述第一有源區的第一光刻膠層； 以所述第一光刻膠層和柵極為掩膜，對第二有源區進行輕摻雜離子注入，以將第二有源區內的柵極兩側的第一輕摻雜區轉化為第二輕摻雜區； 去除所述第一光刻膠層； 在所述半導體襯底上、且在所述柵極的兩側分析形成用於保護所述柵極的側牆； 形成覆蓋所述第二有源區的第二光刻膠側層； 以所述第二光刻膠層和柵極為掩膜，對第一有源區進行離子注入，以在所述第一輕摻雜區內形成所述第一源極； 去除所述第二光刻膠層； 形成覆蓋所述第一有源區的第三光刻膠層； 以所述第三光刻膠層和柵極為掩膜，對第二有源區進行離子注入，以在所述第二輕摻雜區內形成所述第二源極； 去除所述第三光刻膠層。
7.一種CMOS器件，包括: 半導體襯底，所述半導體襯底的頂面上形成有場氧區，以及分別位於所述場氧區兩側的第一有源區和第二有源區，所述第一有源區和第二有源區的摻雜類型相反；所述第一源區內和第二源區內還分別形成有柵極，所述第一源區內還形成有位於柵極兩側的第一源極，所述第二源區內還形成有位於柵極兩側的第二源極，其特徵在於， 所述半導體襯底內、且距離所述半導體襯底頂面第一距離處還形成有絕緣的埋層，所述場氧區的底面延伸至所述埋層的底面，所述第一源極和第二源極均位於所述埋層上方。
8.根據權利要求7所述的CMOS器件，其特徵在於， 所述埋層為二氧化矽。
【文檔編號】H01L27/092GK104347509SQ201310331727
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月1日 優先權日:2013年8月1日
【發明者】崔金洪 申請人:北大方正集團有限公司, 深圳方正微電子有限公司