專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在同一個(gè)半導(dǎo)體的襯底上，形成具有高壓晶體管和低壓晶體管的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法包括以下步驟(a)在具有第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底的特定區(qū)域內(nèi)，注入具有第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)，形成第一雜質(zhì)層和第二雜質(zhì)層；
(b)在該第二雜質(zhì)層區(qū)域內(nèi)，再注入具有第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)，形成第三雜質(zhì)層；以及(c)通過(guò)熱處理，使該第一雜質(zhì)層和該第三雜質(zhì)層的雜質(zhì)擴(kuò)散，形成具有第二導(dǎo)電型的第一勢(shì)阱以及雜質(zhì)濃度高于第一勢(shì)阱的具有第二導(dǎo)電型的第二勢(shì)阱。
在根據(jù)本發(fā)明的制造方法中，在步驟(a)中，形成第一雜質(zhì)層，在步驟(a)和(b)中形成第三雜質(zhì)層，在步驟(c)中，通過(guò)熱處理使第一雜質(zhì)層和第三雜質(zhì)層的雜質(zhì)擴(kuò)散，還可以同時(shí)形成第一勢(shì)阱以及雜質(zhì)濃度高于第一勢(shì)阱的第二勢(shì)阱?？梢圆捎秒x子注入法作為向該半導(dǎo)體襯底內(nèi)注入雜質(zhì)的方法。
根據(jù)本發(fā)明，在步驟(a)中，在該半導(dǎo)體襯底上，有選擇地形成對(duì)于氧化具有掩膜功能的抗氧化層，將該抗氧化層作為第一掩膜，向半導(dǎo)體襯底內(nèi)注入該具有第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)，形成該第一雜質(zhì)層和該第二雜質(zhì)層；以及在步驟(b)中，將該抗氧化層及在該抗氧化層上形成的抗蝕層作為第二掩膜，再向該第二雜質(zhì)層的區(qū)域內(nèi)，注入具有第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)，形成第三雜質(zhì)層。
根據(jù)該方法，該抗氧化層還可以作為第一掩膜和第二掩膜的部分，從而減少形成掩膜的步驟數(shù)量。然后，在該第二雜質(zhì)層和該第三雜質(zhì)層的形成過(guò)程中，注入雜質(zhì)時(shí)該抗氧化層還作為掩膜。因此，即使兩次離子注入雜質(zhì)，其掩膜也不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)位。因此，在第二雜質(zhì)層的區(qū)域內(nèi)，雜質(zhì)注入精度高，且能通過(guò)自對(duì)準(zhǔn)的方式形成該第三雜質(zhì)層。
在本發(fā)明中，將該抗氧化層作為掩膜，通過(guò)對(duì)該半導(dǎo)體襯底的表面進(jìn)行有選擇地氧化，形成LOCOS層；以及去除該抗氧化層之后，將該LOCOS層作為掩膜，向半導(dǎo)體襯底內(nèi)注入具有第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)，在該半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成第三勢(shì)阱。根據(jù)該步驟，能自對(duì)準(zhǔn)形成具有雙重勢(shì)阱結(jié)構(gòu)的第一勢(shì)阱或者第二勢(shì)阱和第三勢(shì)阱。
在本發(fā)明中，在該第一勢(shì)阱內(nèi)，可以形成具有第一導(dǎo)電型的第四勢(shì)阱。而且，在該第二勢(shì)阱內(nèi)可以形成具有第一導(dǎo)電型的低壓晶體管；在該第四勢(shì)阱內(nèi)可以形成具有第二導(dǎo)電型的低壓晶體管；在該第一勢(shì)阱內(nèi)可以形成具有第一導(dǎo)電型的高壓晶體管；以及在該第三勢(shì)阱內(nèi)可以形成具有第二導(dǎo)電型的高壓晶體管。
圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造方法形成的半導(dǎo)體裝置的高壓晶體管的示例結(jié)構(gòu)的剖面圖；以及圖8是圖7所示的高壓晶體管主要部分的平面圖。


圖1至圖6示意性地顯示了與根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置制造方法有關(guān)的剖面圖。
(A)如圖1所示，通過(guò)對(duì)具有第一導(dǎo)電型(該例中為P型)的半導(dǎo)體(硅)襯底10進(jìn)行熱氧化處理，使半導(dǎo)體襯底10的表面上形成厚40nm的氧化硅層12。然后，在該氧化硅層12之上作為抗氧化層形成厚140～160nm的氮化硅層14。然后，在該氮化硅層14之上形成抗蝕層R100。為在對(duì)應(yīng)N型第一勢(shì)阱和第二勢(shì)阱的位置上形成開(kāi)口，在抗蝕層R100上形成圖案。接著，將抗蝕層R100作為掩膜，蝕刻氮化硅層14。接著，將抗蝕層R100和氮化硅層(第一掩膜)14作為掩膜，向半導(dǎo)體襯底10內(nèi)，例如注入磷離子，形成具有第二導(dǎo)電型(該例中為N型)的第一雜質(zhì)層20a以及第二雜質(zhì)層30a。
(B)如圖2所示，在氮化硅層14及氧化硅層12的上面形成抗蝕層R200。該抗蝕層R200至少能覆蓋第一雜質(zhì)層20a。該例也在氮化硅層14之上形成抗蝕層R200。由于靠氮化硅層14確保對(duì)應(yīng)第二雜質(zhì)層30a(參照?qǐng)D1)的開(kāi)口，所以對(duì)應(yīng)第二雜質(zhì)層30a的抗蝕層R200的開(kāi)口可以大于氮化硅層14的開(kāi)口。因此，抗蝕層R200開(kāi)口的圖案形成不要求高精度，抗蝕層R200的圖案形成也比較簡(jiǎn)單。
接著，利用氮化硅層14和抗蝕層R200作為第二掩膜，在第二雜質(zhì)層30a區(qū)域內(nèi)，進(jìn)一步注入例如作為N型雜質(zhì)的磷離子，形成第三雜質(zhì)層30b。這樣，第三雜質(zhì)層30b中含有在前面的步驟(A)注入的雜質(zhì)和在當(dāng)前步驟(B)注入的雜質(zhì)。因此，第三雜質(zhì)層30b的雜質(zhì)濃度高于只有在前面步驟(A)中離子注入形成的第一雜質(zhì)層20a的雜質(zhì)濃度。
(C)如圖2和圖3所示，去除抗蝕層R200之后，氮化硅層14作為抗氧化掩膜，通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體襯底10進(jìn)行熱氧化處理，在N型的第一雜質(zhì)層20a以及第三雜質(zhì)層30b上形成厚500nm的LOCOS層16。接著，去除氮化硅層14之后，利用LOCOS層16作為掩膜，向半導(dǎo)體襯底10內(nèi)注入硼離子，形成低濃度的P型雜質(zhì)層40a。
(D)如圖3和圖4所示，去除氧化硅層12和LOCOS層16之后，通過(guò)熱氧化在半導(dǎo)體襯底10上形成厚40nm的氧化硅層18。然后，利用熱處理使N型的第一雜質(zhì)層20a和第三雜質(zhì)層30b以及P型雜質(zhì)層40a的雜質(zhì)擴(kuò)散(受迫)，形成N型第一勢(shì)阱20和N型第二勢(shì)阱30以及P型第三勢(shì)阱40。關(guān)于這些勢(shì)阱的雜質(zhì)濃度，在后面加以闡述。
(E)如圖5所示，采用眾所周知的方法，在N型的第一勢(shì)阱20內(nèi)，形成P型第四勢(shì)阱50。具體而言，在氧化硅層19上形成抗蝕層(未示出)，該抗蝕層在對(duì)應(yīng)第四勢(shì)阱的位置上有開(kāi)口。利用該抗蝕層作為掩膜，在N型第一勢(shì)阱20特定的區(qū)域內(nèi)，注入硼離子后，進(jìn)行熱處理，形成高濃度的P型第四勢(shì)阱50。
如此，在P型的半導(dǎo)體襯底10上，形成N型第一勢(shì)阱20和N型第二勢(shì)阱30以及P型第三勢(shì)阱40。此外在第一勢(shì)阱20內(nèi)，形成P型第四勢(shì)阱50。
(F)如圖6所示，采用眾所周知的方法，形成元件隔離絕緣層(未示出)、柵極絕緣層、柵極以及源極/漏極層等以形成特定的晶體管。具體而言，在第二勢(shì)阱30和第四勢(shì)阱50內(nèi)形成低壓晶體管，并且在第一勢(shì)阱20和第三勢(shì)阱40內(nèi)形成高壓晶體管。
即在第二勢(shì)阱30內(nèi)，形成P溝道型低壓晶體管100PL。低壓晶體管100PL包括由P型雜質(zhì)層構(gòu)成的源極/漏極層32a和32b以及柵極絕緣層34和柵極36。
在第四勢(shì)阱50內(nèi)，形成N溝道型低壓晶體管200NL。低壓晶體管200NL包括由N型雜質(zhì)層構(gòu)成的源極/漏極層52a和52b和柵極絕緣層54以及柵極56。
在第一勢(shì)阱20內(nèi)，形成P溝道型高壓晶體管300PH。高壓晶體管300PH包括由P型雜質(zhì)層構(gòu)成的源極/漏極層22a和22b和柵極絕緣層24以及柵極26。
在第三勢(shì)阱40內(nèi)，形成N溝道型高壓晶體管400NH。高壓晶體管400NH包括由N型雜質(zhì)層構(gòu)成的源極/漏極層42a和42b和柵極絕緣層44以及柵極46。
比如，低壓晶體管100PL和200NL在1.8～5V的驅(qū)動(dòng)電壓下工作。與低壓晶體管100PL和200NL相比，高壓晶體管300PH和400NH的驅(qū)動(dòng)電壓相當(dāng)高，例如，為20～60V。低壓晶體管100PL和200NL與高壓晶體管300PH和400NH的耐壓比，(高壓晶體管的耐壓)/(低壓晶體管的耐壓)例如為3～60。這里所說(shuō)的“耐壓”是指典型的漏極耐壓。
在本實(shí)施例中，設(shè)定各個(gè)勢(shì)阱的結(jié)構(gòu)要考慮設(shè)置在各勢(shì)阱內(nèi)的晶體管的耐壓和閾值，以及各勢(shì)阱間的結(jié)耐壓和擊穿耐壓等因素。
首先就勢(shì)阱的雜質(zhì)濃度進(jìn)行說(shuō)明。形成低壓晶體管的第二勢(shì)阱30及第四勢(shì)阱50的雜質(zhì)濃度比形成高耐壓晶體管的第一勢(shì)阱20及第三勢(shì)阱40的雜質(zhì)濃度設(shè)定得要高。這樣，便可根據(jù)各晶體管的驅(qū)動(dòng)電壓和耐壓，適當(dāng)設(shè)定各勢(shì)阱的雜質(zhì)濃度。第二勢(shì)阱30以及第四勢(shì)阱50的雜質(zhì)濃度，例如表面濃度，是4.0×1016～7.0×1017atoms/cm3。另外，第一勢(shì)阱20以及第三勢(shì)阱40的雜質(zhì)濃度，例如表面濃度，是8.0×1015～4.0×1016atoms/cm3。
例如，第一勢(shì)阱20的深度為10～20μm，第四勢(shì)阱50的深度為3～10μm。將第一勢(shì)阱20的深度與第四勢(shì)阱50的深度相比，二者深度的比值為例如2～5。
圖6所示的各晶體管被未在圖中表示的元件隔離絕緣層所隔離。并且各高壓晶體管300PH和400NH可以具有所謂補(bǔ)償柵極結(jié)構(gòu)，其中，柵極與源極/漏極層不重合。在以下所述的例子中，各高壓晶體管具有LOCOS補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。具體而言，在各高壓晶體管中，在柵極與源極/漏極層之間設(shè)置補(bǔ)償區(qū)。該補(bǔ)償區(qū)由設(shè)定在半導(dǎo)體襯底的特定區(qū)域的補(bǔ)償LOCOS層下的低濃度雜質(zhì)層構(gòu)成。
圖7示出了作為補(bǔ)償柵極結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例的高壓晶體管300PH結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖8示出了高壓晶體管300PH的主要部分的平面圖。
P溝道型高壓晶體管300PH包括設(shè)置在N型第一勢(shì)阱20上的柵極絕緣層24；在該柵極絕緣層24上形成的柵極26；設(shè)置在柵極絕緣層24周?chē)难a(bǔ)償LOCOS層65a；在該補(bǔ)償LOCOS層65a下面形成的由P型低濃度雜質(zhì)層構(gòu)成的補(bǔ)償雜質(zhì)層57a；以及設(shè)置在補(bǔ)償LOCOS層65a外側(cè)的源極/漏極層22a和22b。
通過(guò)元件隔離LOCOS層(元件隔離絕緣層)65b將高壓晶體管300PH與其相鄰的晶體管電隔離。進(jìn)而，在如圖所示的N型第一勢(shì)阱20內(nèi)的元件隔離LOCOS層65b的下面形成由N型低濃度雜質(zhì)層構(gòu)成的溝道阻擋層63c。勢(shì)阱接觸層27通過(guò)LOCOS層65c與源極/漏極層22b隔離。在LOCOS層65c的下面，可以形成圖中未示出的溝道阻擋層。
各高壓晶體管具有LOCOS補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，從而具有高漏極耐壓，從而構(gòu)成耐高壓的MOSFET。換言之，通過(guò)在補(bǔ)償LOCOS層65a下面設(shè)置由低濃度雜質(zhì)層構(gòu)成的補(bǔ)償雜質(zhì)層57a，與沒(méi)有補(bǔ)償LOCOS層的情況相比，補(bǔ)償雜質(zhì)層57a相對(duì)溝道區(qū)可以較深。其結(jié)果是，當(dāng)晶體管處于OFF狀態(tài)時(shí)，由于該補(bǔ)償雜質(zhì)層57a，可以形成較深的耗盡層，能夠緩解漏極近旁的電場(chǎng)，提高漏極耐壓。
根據(jù)本實(shí)施例，在上述步驟(A)中形成第一雜質(zhì)層20a，在上述步驟(A)和(B)中形成第二雜質(zhì)層30a，然后形成第三雜質(zhì)層30b。接著，在上述步驟(D)中，通過(guò)熱處理，使第一雜質(zhì)層20a和第三雜質(zhì)層30b的雜質(zhì)擴(kuò)散，可同時(shí)形成第一勢(shì)阱20和雜質(zhì)濃度高于第一勢(shì)阱20的第二勢(shì)阱30。
根據(jù)本實(shí)施例，在上述步驟(A)中，在半導(dǎo)體襯底10上有選擇地形成由氮化硅層14構(gòu)成的抗氧化層，該氮化硅層14對(duì)于氧化具有掩膜功能。然后，將氮化硅層14作為第一掩膜，向半導(dǎo)體襯底10內(nèi)注入N型雜質(zhì)，形成第一雜質(zhì)層20a和第二雜質(zhì)層30a。接著，在上述步驟(B)中，將氮化硅層14和抗蝕層R100作為第二掩膜，在第二雜質(zhì)層30a的區(qū)域內(nèi)，進(jìn)一步注入N型的雜質(zhì)離子，可形成第三雜質(zhì)層30b。
根據(jù)此方法，氮化硅層14可以作為第一掩膜和第二掩膜的部分，從而減少形成掩膜的步驟數(shù)量。然后，在第二雜質(zhì)層30a和第三雜質(zhì)層30b的形成過(guò)程中，當(dāng)注入雜質(zhì)時(shí)該氮化硅層14還作為掩膜。因此，即使兩次離子注入雜質(zhì)，其掩膜也不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)位。因此，在特定區(qū)域內(nèi)，通過(guò)數(shù)次離子注入將雜質(zhì)導(dǎo)入，并且能形成高位置精度的第三雜質(zhì)層30b。
根據(jù)本實(shí)施例，在上述步驟(C)中，利用氮化硅層14作為掩膜，通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體襯底10的表面進(jìn)行有選擇地氧化，形成LOCOS層16。然后，去除氮化硅層14，將LOCOS層作為掩膜，向半導(dǎo)體襯底10內(nèi)注入P型雜質(zhì)，經(jīng)過(guò)熱處理形成第三勢(shì)阱40。采用此方法，能自對(duì)準(zhǔn)形成具有雙重勢(shì)阱結(jié)構(gòu)的第一勢(shì)阱或者第二勢(shì)阱(該例中為第二勢(shì)阱30)和第三勢(shì)阱40。
另外，根據(jù)本實(shí)施例，通過(guò)步驟(D)的熱處理，分別使第一雜質(zhì)層20a和第三雜質(zhì)層30b以及雜質(zhì)層40a的雜質(zhì)擴(kuò)散，可同時(shí)分別形成N型第一勢(shì)阱20、N型第二勢(shì)阱30和P型的第三勢(shì)阱40。
本發(fā)明并不僅限于上述實(shí)施例，在本發(fā)明的主題范圍之內(nèi)可以有各種變形。例如，也可采用與該實(shí)施例所述的第一導(dǎo)電型為P型、第二導(dǎo)電型為N型相反的導(dǎo)電型。勢(shì)阱并不限定于三重勢(shì)阱，根據(jù)需要也可以設(shè)置單重勢(shì)阱以及雙重勢(shì)阱。此外，半導(dǎo)體裝置的層結(jié)構(gòu)或是平面結(jié)構(gòu)，根據(jù)裝置的設(shè)計(jì)也可以采取與上述實(shí)施例不同的結(jié)構(gòu)。
盡管本發(fā)明已經(jīng)參照附圖和優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但是，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。本發(fā)明的各種更改、變化、和等同物由所附的權(quán)利要求書(shū)的內(nèi)容涵蓋。
附圖標(biāo)記說(shuō)明10 半導(dǎo)體襯底12 氧化硅層14 氮化硅層16 LOCOS層18，19 氧化硅層
20 第一勢(shì)阱22a，22b 源極/漏極層24 柵極絕緣層26 柵極30 第二勢(shì)阱32a，32b 源極/漏極層34 柵極絕緣層36 柵極40 第三勢(shì)阱42a，42b 源極/漏極層44 柵極絕緣層46 柵極50 第四勢(shì)阱52a，52b 源極/漏極層54 柵極絕緣層56 柵極100PL，200NL 低壓晶體管300PH，400NH 高壓晶體管R100，R200 抗蝕層
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法包括(a)在具有第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底的特定區(qū)域內(nèi)，注入具有第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)，形成第一雜質(zhì)層和第二雜質(zhì)層；(b)在所述第二雜質(zhì)層區(qū)域內(nèi)，再注入具有第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)，形成第三雜質(zhì)層；以及(c)通過(guò)熱處理，使所述第一雜質(zhì)層和第三雜質(zhì)層的雜質(zhì)擴(kuò)散，形成具有第二導(dǎo)電型的第一勢(shì)阱和雜質(zhì)濃度高于所述第一勢(shì)阱的具有第二導(dǎo)電型的第二勢(shì)阱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，在所述步驟(a)中，在所述半導(dǎo)體襯底上有選擇地形成對(duì)于氧化具有掩膜功能的抗氧化層，將所述抗氧化層作為第一掩膜，向所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)注入所述具有第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)，形成所述第一雜質(zhì)層和所述第二雜質(zhì)層；以及在所述步驟(b)中，將所述抗氧化層及在所述抗氧化層上形成的抗蝕層作為第二掩膜，再向所述第二雜質(zhì)層的區(qū)域內(nèi)，注入具有第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)，形成所述第三雜質(zhì)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，還包括將所述抗氧化層作為掩膜，通過(guò)對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的表面進(jìn)行有選擇地氧化，形成LOCOS層；以及去除所述抗氧化層之后，將所述LOCOS層作為掩膜，向所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)注入具有第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)，在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成第三勢(shì)阱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，還包括在所述第一勢(shì)阱內(nèi)，形成具有所述第一導(dǎo)電型的第四勢(shì)阱。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，還包括在所述第二勢(shì)阱內(nèi)形成具有所述第一導(dǎo)電型的低壓晶體管；在所述第四勢(shì)阱內(nèi)形成具有所述第二導(dǎo)電型的低壓晶體管；在所述第一勢(shì)阱內(nèi)形成具有所述第一導(dǎo)電型的高壓晶體管；以及在所述第三勢(shì)阱內(nèi)形成具有所述第二導(dǎo)電型的高壓晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述第一勢(shì)阱與第四勢(shì)阱的深度之比為2～5。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠在同一個(gè)襯底上形成具有不同驅(qū)動(dòng)電壓的高壓晶體管和低壓晶體管的半導(dǎo)體裝置的制造方法。該半導(dǎo)體裝置的制造方法包括(a)在具有第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底(10)的特定區(qū)域內(nèi)，注入具有第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)，形成第一雜質(zhì)層(20a)和第二雜質(zhì)層(30a)；(b)在第二雜質(zhì)層區(qū)域內(nèi)，再注入具有第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)，形成第三雜質(zhì)層(30b)；(c)通過(guò)熱處理，使第一雜質(zhì)層(20a)和第三雜質(zhì)層(30b)的雜質(zhì)擴(kuò)散，形成具有第二導(dǎo)電型的第一勢(shì)阱(20)以及雜質(zhì)濃度高于第一勢(shì)阱(20)的具有第二導(dǎo)電型的第二勢(shì)阱(30)。
文檔編號(hào)H01L21/76GK1444267SQ0310470
公開(kāi)日2003年9月24日 申請(qǐng)日期2003年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月7日
發(fā)明者林正浩 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社