專利名稱:半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域,特別涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法。
背景技術(shù):
BiCMOS (Bipolar CMOS)是由雙極型門電路和互補(bǔ)金屬-氧化物半導(dǎo)體(CMOS)門 電路構(gòu)成的集成電路。特點(diǎn)是將雙極(Bipolar)工藝和CMOS工藝兼容,在同一芯片上以一 定的電路形式將雙極型電路和CMOS電路集成在一起,兼有高密度、低功耗和高速大驅(qū)動(dòng)能 力等特點(diǎn)。BiCMOS于20世紀(jì)80年代初提出并實(shí)現(xiàn),主要應(yīng)用在高速靜態(tài)存儲(chǔ)器、高速門陣 列以及其他高速數(shù)字電路中,還可以制造出性能優(yōu)良的模/數(shù)混合電路,用于系統(tǒng)集成。BiCMOS通常包括有橫向PNP結(jié)構(gòu),現(xiàn)有的BiCMOS中的橫向PNP結(jié)構(gòu)漏電比較大, 特別在0. 5um的工藝節(jié)點(diǎn),現(xiàn)有的PNP結(jié)構(gòu)外加電壓5V時(shí)漏電流能夠達(dá)到幾十個(gè)納安,導(dǎo) 致整個(gè)BiCMOS電路靜態(tài)漏電流大,功耗高,嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致整個(gè)BiCMOS電路無(wú)法正常工 作。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是降低BiCMOS電路的靜態(tài)漏電流。為解決上述問題,本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法,包括提供襯底;向襯 底注入離子,形成η埋層區(qū)域;在η埋層區(qū)域上形成η型外延層;在η型外延層內(nèi)形成多個(gè) 有源區(qū)和隔離區(qū);在η型外延層內(nèi)的部分有源區(qū)形成NSINK區(qū),所述NSINK區(qū)與η埋層區(qū)域 連通;在外延層表面形成柵氧層;對(duì)有柵氧層覆蓋的外延層表面進(jìn)行離子注入;在外延層 表面形成覆蓋柵氧層的柵多晶層;對(duì)所述多晶層進(jìn)行離子注入;在所述柵氧層和柵多晶層 的側(cè)壁形成側(cè)墻;在所述NSINK區(qū)內(nèi)形成N阱;在有源區(qū)進(jìn)行離子注入,形成P阱。可選的,所述襯底材料可以是硅或硅鍺??蛇x的,所述加厚柵氧層的厚度會(huì)比設(shè)計(jì)所需的柵氧層厚大約100埃??蛇x的,對(duì)柵氧層覆蓋下外延層表面進(jìn)行離子注入的類型為P型離子??蛇x的,對(duì)柵氧層覆蓋下外延層表面進(jìn)行離子注入的具體參數(shù)為所注入的N型 離子為磷離子,注入離子的劑量約為5X1012/cm2,能量為40KeV 60KeV??蛇x的,所述在η型外延層內(nèi)形成多個(gè)有源區(qū)和隔離區(qū)的具體步驟包括形成用 熱氧化法在η外延層上形成墊氧化層;用化學(xué)氣相沉積法在墊氧化層上形成腐蝕阻擋層, 所述腐蝕阻擋層的材料為氮化硅;用旋涂法在腐蝕阻擋層上形成第一光刻膠層,經(jīng)過曝光 顯影工藝,定義隔離區(qū)圖形;以第一光刻膠層為掩膜,用干法刻蝕法刻蝕腐蝕阻擋層和墊氧 化層,形成開口 ;去除第一光刻膠層后,用熱氧化法氧化開口處的η型外延層,使氧氣與硅 結(jié)合,形成材料為二氧化硅的隔離區(qū),被隔離區(qū)隔離的η型外延層形成了有源區(qū)??蛇x的,形成NSINK區(qū)的步驟包括在η型外延層、隔離區(qū)上旋涂第二光刻膠層,經(jīng) 過曝光顯影工藝后,在η型外延層的一個(gè)有源區(qū)上定義出NSINK區(qū)圖形;以第二光刻膠層為 掩膜,沿NSINK區(qū)圖形向η型外延層的有源區(qū)內(nèi)注入η型離子,形成NSINK區(qū)。3
可選的,所述側(cè)墻的材料選自氧化硅材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用了調(diào)整外延層102的表面濃 度和其表面氧化層厚度來(lái)改善橫向PNP管的BV。e。漏電,采用本發(fā)明形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),不 需要調(diào)整外延層的體濃度,從而可以避免該步驟引起的對(duì)其他半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的影響,且不需 要額外的光刻和注入工藝,節(jié)約了成本,并且本發(fā)明不會(huì)改變?cè)O(shè)計(jì)規(guī)則,不改變芯片面積, 節(jié)約了芯片制造成本。
通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說明,本發(fā)明的上述及其它目 的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按 實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖,重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。圖1至圖10為本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法的實(shí)施例的過程示意圖。
具體實(shí)施例方式由背景技術(shù)可知,現(xiàn)有的BiCMOS中的橫向PNP結(jié)構(gòu)漏電比較大,特別在0. 5um的 工藝節(jié)點(diǎn),現(xiàn)有的PNP結(jié)構(gòu)外加電壓5V時(shí)漏電流能夠達(dá)到幾十個(gè)納安,導(dǎo)致整個(gè)BiCMOS電 路靜態(tài)漏電流大,功耗高,嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致整個(gè)BiCMOS電路無(wú)法正常工作,通常情況下,會(huì) 在形成BiCMOS的工藝中通過調(diào)整外延層電阻率,具體的是通過調(diào)整外延層上普遍注入的 摻雜濃度來(lái)改善橫向PNP結(jié)構(gòu)漏電比較大的現(xiàn)象,另一種改善方法是通過增加一道光刻工 藝和注入工藝,來(lái)調(diào)整橫向PNP結(jié)構(gòu)基區(qū)的濃度來(lái)實(shí)現(xiàn),此外,現(xiàn)有工藝還會(huì)通過調(diào)整橫向 PNP結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)則,改變基區(qū)的寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)較小的橫向PNP結(jié)構(gòu)漏電。但是,經(jīng)過本發(fā)明的發(fā)明人的大量工作,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的改善橫向PNP結(jié)構(gòu)漏電的工 藝會(huì)有一些缺點(diǎn),例如調(diào)整外延層電阻率和調(diào)整橫向PNP結(jié)構(gòu)基區(qū)的濃度需要額外的光刻 工藝和注入工藝,會(huì)增加額外的工藝步驟,提高了生產(chǎn)成本,而改變橫向PNP結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī) 則會(huì)需要額外的制版工藝,同樣提高了生產(chǎn)成本。為此,本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過進(jìn)一步工作,提出一種優(yōu)化的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法,包 括提供襯底;向襯底注入離子,形成η埋層區(qū)域;在η埋層區(qū)域上形成η型外延層;在η 型外延層內(nèi)形成多個(gè)有源區(qū)和隔離區(qū);在η型外延層內(nèi)的部分有源區(qū)形成NSINK區(qū),所述 NSINK區(qū)與η埋層區(qū)域連通;在外延層表面形成加厚柵氧層;對(duì)柵氧層覆蓋下外延層表面進(jìn) 行離子注入;在外延層表面形成覆蓋柵氧層的柵多晶層;對(duì)所述柵多晶層進(jìn)行離子注入; 在所述柵氧層和柵多晶層的側(cè)壁形成側(cè)墻;在所述NSINK區(qū)內(nèi)形成N阱;在有源區(qū)進(jìn)行離 子注入,形成P阱??蛇x的,所述襯底材料可以是硅或硅鍺??蛇x的,所述加厚柵氧層的厚度會(huì)比設(shè)計(jì)所需的柵氧層厚大約100埃??蛇x的,對(duì)柵氧層覆蓋下外延層表面進(jìn)行離子注入的類型為P型離子??蛇x的,對(duì)柵氧層覆蓋下外延層表面進(jìn)行離子注入的具體參數(shù)為所注入的N型 離子為磷離子,注入離子的劑量約為5X1012/cm2,能量為40KeV 60KeV??蛇x的,所述在η型外延層內(nèi)形成多個(gè)有源區(qū)和隔離區(qū)的具體步驟包括形成用 熱氧化法在η外延層上形成墊氧化層;用化學(xué)氣相沉積法在墊氧化層上形成腐蝕阻擋層,所述腐蝕 阻擋層的材料為氮化硅;用旋涂法在腐蝕阻擋層上形成第一光刻膠層,經(jīng)過曝光 顯影工藝,定義隔離區(qū)圖形;以第一光刻膠層為掩膜,用干法刻蝕法刻蝕腐蝕阻擋層和墊氧 化層,形成開口 ;去除第一光刻膠層后,用熱氧化法氧化開口處的η型外延層,使氧氣與硅 結(jié)合,形成材料為二氧化硅的隔離區(qū),被隔離區(qū)隔離的η型外延層形成了有源區(qū)??蛇x的,形成NSINK區(qū)的步驟包括在η型外延層、隔離區(qū)上旋涂第二光刻膠層,經(jīng) 過曝光顯影工藝后,在η型外延層的一個(gè)有源區(qū)上定義出NSINK區(qū)圖形;以第二光刻膠層為 掩膜,沿NSINK區(qū)圖形向η型外延層的有源區(qū)內(nèi)注入η型離子,形成NSINK區(qū)??蛇x的,所述側(cè)墻的材料選自氧化硅材料。本發(fā)明采用了調(diào)整外延層102的表面濃度和其表面氧化層厚度來(lái)改善橫向PNP管 的BV·漏電,采用本發(fā)明形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),不需要調(diào)整外延層的體濃度,從而可以避免該 步驟引起的對(duì)其他半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的影響,且不需要額外的光刻和注入工藝,節(jié)約了成本,并且 本發(fā)明不會(huì)改變?cè)O(shè)計(jì)規(guī)則,不改變芯片面積,節(jié)約了芯片制造成本。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂,下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以 很多不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況 下做類似推廣,因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。其次,本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述,在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí),為便于說明,表 示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大,而且所述示意圖只是實(shí)例,其在此不應(yīng) 限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外,在實(shí)際制作中應(yīng)包含長(zhǎng)度、寬度及深度的三維空間尺寸。圖1至圖10為本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法的一實(shí)施例的過程示意圖,下面參考 圖1至圖10對(duì)本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法進(jìn)行說明。如圖1所示,提供襯底100,所述襯底100的材料可以是硅或硅鍺等,且所述襯底 100具有橫向PNP晶體管區(qū)I和電容區(qū)II。向襯底內(nèi)注入P型離子,形成η埋層區(qū)域101, 所述注入的P型離子為銻離子,注入離子的劑量為lX1015/cm2,能量為大約40KeV。接著, 采用外延生長(zhǎng)法在η埋層區(qū)域101上形成η型外延層102,所述η型外延層102的厚度為大 約 4 μ m。參考圖2,在η型外延層102內(nèi)形成多個(gè)有源區(qū)110和隔離區(qū)120。所述形成有源區(qū)110和隔離區(qū)120的工藝可以為硅局部氧化隔離(LOCOS)工藝, 具體步驟包括用熱氧化法在η型外延層102上形成墊氧化層;用化學(xué)氣相沉積法在墊氧 化層上形成腐蝕阻擋層,所述腐蝕阻擋層的材料為氮化硅;用旋涂法在腐蝕阻擋層上形成 第一光刻膠層(未示出),經(jīng)過曝光顯影工藝,定義隔離區(qū)120圖形;以第一光刻膠層為掩 膜,用干法刻蝕法刻蝕腐蝕阻擋層和墊氧化層,形成開口 ;去除第一光刻膠層后,用熱氧化 法氧化開口處的η型外延層102,使氧氣與硅結(jié)合,形成材料為二氧化硅的隔離區(qū)120,被隔 離區(qū)120隔離的η型外延層102形成了有源區(qū)110。參考圖3,在η型外延層102內(nèi)的部分有源區(qū)110形成NSINK區(qū)111,所述NSINK 區(qū)111與η埋層區(qū)域101連通。具體形成NSINK區(qū)111的步驟包括在η外延層102、隔離區(qū)120上旋涂第二光刻 膠層(未示出),經(jīng)過曝光顯影工藝后,在η型外延層的一個(gè)有源區(qū)110上定義出NSINK區(qū)111圖形;以第二光刻膠層為掩膜,沿NSINK區(qū)111圖形向η型外延層的有源區(qū)110內(nèi)注入η 型離子,形成NSINK區(qū)111,所述NSINK區(qū)111與η埋層區(qū)域101連通。其中,NSINK區(qū)111 的作用為將漏極電極由襯底引出,盡可能提高摻雜濃度,減小串聯(lián)電阻。最后去除第二光刻 膠層。參考圖4,在η外延層102表面形成加厚柵氧層130。所述η外延層102表面形成柵氧層130的工藝可以是現(xiàn)有的熱氧化工藝或者化學(xué) 氣相沉積工藝,在本實(shí)施例中優(yōu)選采用熱氧化工藝,具體工藝可以參考現(xiàn)有的熱氧化工藝 形成方法,在這里不再贅述。需要特別指出的是,所述加厚柵氧層130的厚度會(huì)比設(shè)計(jì)所需的柵氧層厚大約 100埃。在現(xiàn)有的技術(shù)中柵氧層的厚度會(huì)在形成柵氧層之前根據(jù)設(shè)計(jì)版圖和實(shí)際需要制定, 采用現(xiàn)有的柵氧層的數(shù)據(jù)形成的包括有柵氧層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)通常會(huì)有比較嚴(yán)重的漏電現(xiàn) 象,為此,本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過大量的勞動(dòng),發(fā)現(xiàn)加厚柵氧層130會(huì)對(duì)所述漏電現(xiàn)象有很大 的改進(jìn),但是過厚的柵氧層也會(huì)影響半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能,經(jīng)過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn),發(fā)明人發(fā) 現(xiàn),所述加厚柵氧層130的厚度會(huì)比設(shè)計(jì)所需的柵氧層厚大約100埃能夠滿足改善漏電現(xiàn) 象,且不會(huì)影響半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。參考圖5,對(duì)柵氧層130覆蓋下的η外延層102表面進(jìn)行離子注入。所述離子注入的離子可以為N型離子,例如為磷離子或者為砷離子,在本實(shí)施例 中,所注入的N型離子為磷離子,注入離子的劑量約為5Χ 1012/cm2,能量為40KeV 60KeV。所述離子注入用于提高η外延層102與柵氧層130接觸的表面離子濃度,從而改 善半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的BVee。漏電。參考圖6,在柵氧層130表面形成柵多晶層144 ;所述在柵氧層130表面形成柵多晶層144的具體步驟包括采用沉積工藝在η外 延層102表面形成覆蓋柵氧層130的多晶硅層;在所述多晶硅層表面形成與柵多晶層144 對(duì)應(yīng)的第三光刻膠圖形;以所述第三光刻膠圖形為掩膜,刻蝕所述多晶層,直至形成柵多晶 層 144。需要特別指出的是,所述柵多晶層144可以與其他的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電極(例如ONO 電容器的電極)形成在同一層,并且采用同一沉積、刻蝕工藝,同時(shí)形成,以節(jié)約工藝步驟。參考圖7,對(duì)所述柵多晶層144進(jìn)行離子注入。所注入的N型離子為磷離子,注入離子的劑量為8X1015/cm2,能量為40KeV 50KeV,所述離子注入用于改善柵多晶層144的電阻,使得柵多晶層形成歐姆接觸。參考圖8,在所述柵氧層130和柵多晶層144的側(cè)壁形成側(cè)墻150。所述側(cè)墻的材料選自氧化硅材料,所述形成側(cè)墻150的工藝可以是現(xiàn)有的側(cè)墻形 成工藝,在這里不再贅述。參考圖9,在所述NSINK區(qū)111內(nèi)形成N阱160。所述形成N阱160的工藝步驟包括在所述NSINK區(qū)111表面形成第六光刻膠圖 形,以所述第六光刻膠圖形為掩膜,對(duì)所述NSINK區(qū)111進(jìn)行離子注入,形成N阱160。所述形成N阱160的離子注入的離子類型為砷離子,注入的劑量為4X1015/cm2,能 量約為80KeV。參考圖10,以所述形成有側(cè)墻150的柵多晶層144和第六光刻膠圖形為掩膜,對(duì)所述有源區(qū)Iio進(jìn)行離子注入,形成P阱161。本發(fā)明采用了調(diào)整外延層102的表面濃度和其表面氧化層厚度來(lái)改善橫向PNP管 的BV·漏電,采用本發(fā)明形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),不需要調(diào)整外延層的體濃度,從而可以避免該 步驟引起的對(duì)其他半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的影響,且不需要額外的光刻和注入工藝,節(jié)約了成本,并且 本發(fā)明不會(huì)改變?cè)O(shè)計(jì)規(guī)則,不改變芯片面積,節(jié)約了芯片制造成本。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上,但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi),均可作各種更動(dòng)與修改,因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法,其特征在于,包括 提供襯底;向襯底注入離子,形成η埋層區(qū)域; 在η埋層區(qū)域上形成η型外延層; 在η型外延層內(nèi)形成多個(gè)有源區(qū)和隔離區(qū);在η型外延層內(nèi)的部分有源區(qū)形成NSINK區(qū),所述NSINK區(qū)與η埋層區(qū)域連通;在外延層表面形成加厚柵氧層;對(duì)柵氧層覆蓋下外延層表面進(jìn)行離子注入;在外延層表面形成覆蓋柵氧層的柵多晶層;對(duì)所述柵多晶層進(jìn)行離子注入;在所述柵氧層和柵多晶層的側(cè)壁形成側(cè)墻;在所述NSINK區(qū)內(nèi)形成N阱;在有源區(qū)進(jìn)行離子注入,形成P阱。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法,其特征在于,所述襯底材料可以是硅或硅鍺。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法,其特征在于,所述加厚柵氧層的厚度會(huì) 比設(shè)計(jì)所需的柵氧層厚大約100埃。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法,其特征在于,對(duì)柵氧層覆蓋下外延層表 面進(jìn)行離子注入的類型為N型離子。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法,其特征在于,對(duì)柵氧層覆蓋下外延層表 面進(jìn)行離子注入的具體參數(shù)為所注入的N型離子為磷離子,注入離子的劑量約為5 X IO12/ cm2,能量為 40KeV 60KeV。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法,其特征在于,所述在η型外延層內(nèi)形成多 個(gè)有源區(qū)和隔離區(qū)的具體步驟包括形成用熱氧化法在η外延層上形成墊氧化層;用化學(xué) 氣相沉積法在墊氧化層上形成腐蝕阻擋層,所述腐蝕阻擋層的材料為氮化硅;用旋涂法在 腐蝕阻擋層上形成第一光刻膠層,經(jīng)過曝光顯影工藝,定義隔離區(qū)圖形;以第一光刻膠層為 掩膜,用干法刻蝕法刻蝕腐蝕阻擋層和墊氧化層,形成開口 ;去除第一光刻膠層后,用熱氧 化法氧化開口處的η型外延層,使氧氣與硅結(jié)合,形成材料為二氧化硅的隔離區(qū),被隔離區(qū) 隔離的η型外延層形成了有源區(qū)。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法,其特征在于,形成NSINK區(qū)的步驟包括 在η型外延層、隔離區(qū)上旋涂第二光刻膠層,經(jīng)過曝光顯影工藝后,在η型外延層的一個(gè)有 源區(qū)上定義出NSINK區(qū)圖形;以第二光刻膠層為掩膜,沿NSINK區(qū)圖形向η型外延層的有源 區(qū)內(nèi)注入η型離子,形成NSINK區(qū)。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法,其特征在于,所述側(cè)墻的材料選自氧化 硅材料。
全文摘要
一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法,包括提供襯底;向襯底注入離子,形成n埋層區(qū)域;在n埋層區(qū)域上形成n型外延層;在n型外延層內(nèi)形成多個(gè)有源區(qū)和隔離區(qū);在n型外延層內(nèi)的部分有源區(qū)形成NSINK區(qū),所述NSINK區(qū)與n埋層區(qū)域連通;在外延層表面形成加厚柵氧層;對(duì)柵氧層覆蓋下外延層表面進(jìn)行離子注入;在外延層表面形成覆蓋柵氧層的柵多晶層;對(duì)所述柵多晶層進(jìn)行離子注入;在所述柵氧層和柵多晶層的側(cè)壁形成側(cè)墻;在所述NSINK區(qū)內(nèi)形成N阱;在有源區(qū)進(jìn)行離子注入,形成P阱。本發(fā)明能夠降低BiCMOS電路的靜態(tài)漏電流。
文檔編號(hào)H01L21/283GK102054784SQ20091020935
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
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