專利名稱：半導(dǎo)體器件和制造半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠抑制起因于帶間隧穿電流的泄漏電流的半導(dǎo)體器件以及制造這 種半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
高壓MOS晶體管的一個(gè)可能的示例如圖6A的剖視圖中所示出的。晶體管形成在 第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層500中，并且具有柵絕緣膜530、柵電極540、用作源極或漏極的第 二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層570和第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層560。柵絕緣膜530和柵 電極540設(shè)置在溝道形成區(qū)502的上方。第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層560被形成為在深 度方向上并且在溝道長(zhǎng)度方向上擴(kuò)展第二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層570。通過(guò)使用柵電極 540和側(cè)壁550作為掩模，以自對(duì)準(zhǔn)方式注入雜質(zhì)離子，從而形成第二導(dǎo)電類型的高劑量雜 質(zhì)層570。當(dāng)晶體管中柵電壓被截止時(shí)，第二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層570有時(shí)會(huì)被施加反 向偏置漏結(jié)的高電壓。在這種情況下，第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層560的表層部分被通 過(guò)柵電極540施加的電場(chǎng)反轉(zhuǎn)(inverted)，并且第一導(dǎo)電類型的載流子590的濃度增大。 另一方面，在第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層560中形成耗盡層565。圖6B是示出在處于截止?fàn)顟B(tài)的晶體管中的漏電壓和漏電流之間的關(guān)系的曲線 圖。由于耗盡層565的表層部分接近第二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層570，并且由于在柵電極 540的端部施加的高電場(chǎng)，導(dǎo)致升高為某一電平的漏電壓不僅會(huì)引發(fā)結(jié)泄露601，而且會(huì)引 發(fā)起因于帶間隧穿電流的泄漏電流600 (柵致漏極泄漏電流GIDL電流)。漏電壓的進(jìn)一步 的升高會(huì)引發(fā)通常的結(jié)擊穿電流602。抑制泄漏電流的一種可能的技術(shù)可以是加厚晶體管的柵絕緣膜的端部，通常如在 日本特開(kāi)專利公開(kāi)No. 2008-166570中描述的。在該公開(kāi)中，通過(guò)使用抗氧化絕緣膜(例如， 氮化硅膜)作為掩模選擇性地?zé)嵫趸雽?dǎo)體層，來(lái)加厚柵絕緣膜的端部。該公開(kāi)描述了柵 絕緣膜的端部與中心部分相比被加厚了等于或大于20%并且等于或小于40%，并且在加 厚的寬度等于或大于0. 08 μ m并且等于或小于0. 16 μ m。

發(fā)明內(nèi)容
在日本特開(kāi)專利公開(kāi)No. 2008-166570所描述的構(gòu)造中，柵電極的端部的電場(chǎng)強(qiáng) 度可以得到緩和，但是柵電極引起與用于形成柵絕緣膜的抗氧化絕緣膜的邊緣重疊的部分 中的急劇的幾何形狀變化。出于這個(gè)原因，電場(chǎng)在柵電極的下表面引起急劇的幾何形狀變 化的部分處升高。因此，可能發(fā)生上述GIDL電流。在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括器件隔離膜，所述器件隔離膜形成在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層中；
器件形成區(qū)，所述器件形成區(qū)由所述器件隔離膜來(lái)劃分；溝道形成區(qū)，所述溝道形成區(qū)被設(shè)置到所述器件形成區(qū)；柵絕緣膜，所述柵絕緣膜位于所述溝道形成區(qū)的上方；柵電極，所述柵電極位于所述柵絕緣膜的上方； 至少兩個(gè)第二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層，所述至少兩個(gè)第二導(dǎo)電類型的高劑量雜 質(zhì)層形成在所述器件形成區(qū)中，并且用作晶體管的源極和漏極；以及第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層，所述第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層形成在所述器 件形成區(qū)中，分別設(shè)置在所述第二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層中的每一個(gè)的周?chē)蛊湓谏?度方向和溝道長(zhǎng)度方向上擴(kuò)展所述第二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層，并且具有比所述第二導(dǎo) 電類型的高劑量雜質(zhì)層的雜質(zhì)濃度低的雜質(zhì)濃度，并且所述第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層中的至少一部分位于所述柵電極的下方，并且所述柵絕緣膜在其位于所述第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層的上方的部分處具有 傾斜部分，所述傾斜部分的厚度從所述柵電極的中心向著側(cè)面連續(xù)地增加而沒(méi)有形成拐
點(diǎn)ο在該實(shí)施例中，形成在柵絕緣膜中的傾斜部分的厚度連續(xù)地從柵電極的中心向著 側(cè)面增加而沒(méi)有形成拐點(diǎn)。因此，柵電極不再具有引起其下表面的急劇的幾何形狀變化的 部分，從而不再具有電場(chǎng)強(qiáng)度增加的部分。因此，可以抑制GIDL電流的產(chǎn)生。在另一個(gè)實(shí)施例中，還提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括通過(guò)在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層中形成器件隔離膜來(lái)劃分器件形成區(qū)；在所述器件形成區(qū)的上方，形成柵絕緣膜；在所述柵絕緣膜的上方，形成柵電極；通過(guò)熱氧化所述柵電極，在所述柵絕緣膜中形成傾斜部分，所述傾斜部分的厚度 從所述柵電極的中心向著側(cè)面連續(xù)地增加而沒(méi)有形成拐點(diǎn)；在所述器件形成區(qū)中，形成第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層；以及在所述第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層中，形成用作晶體管的源極和漏極的第二導(dǎo) 電類型的高劑量雜質(zhì)層。根據(jù)本發(fā)明，可以抑制GIDL電流的產(chǎn)生。


從以下結(jié)合附圖的對(duì)某些優(yōu)選實(shí)施例的描述中，本發(fā)明的以上和其它目的、優(yōu)點(diǎn) 和特征將更清楚，其中圖IA是示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件構(gòu)造的剖視圖，圖IB是示出主要部分 的放大視圖；圖2A至圖2C是用于說(shuō)明制造圖IA和圖IB中所示的半導(dǎo)體器件的方法的剖視 圖；圖3是用于說(shuō)明圖IA和圖IB中所示的半導(dǎo)體器件的效果的曲線圖；圖4是用于說(shuō)明圖IA和圖IB中所示的半導(dǎo)體器件的效果的曲線圖；圖5是示出根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件構(gòu)造的剖視圖；以及圖6A是示出示例性高壓晶體管的剖視圖，圖6B是用于說(shuō)明圖6A中所示的半導(dǎo)體器件的效果的曲線圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在，在本文中將參照示例性實(shí)施例描述本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，使 用本發(fā)明的教導(dǎo)可以完成許多替代實(shí)施例并且本發(fā)明不限于為了說(shuō)明目的而示出的實(shí)施 例。 以下，參照附圖，將說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。注意的是，所有附圖中的任何類似組件 將被賦予類似的附圖標(biāo)記或符號(hào)，并且將不一直重復(fù)對(duì)其的說(shuō)明。圖IA是示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的剖視圖；圖IB是示出圖IA的主要 部分的放大視圖。半導(dǎo)體器件具有形成在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層100中的器件隔離膜 120、器件形成區(qū)110、溝道形成區(qū)190、柵絕緣膜180、柵電極140、至少兩個(gè)第二導(dǎo)電類型的 高劑量雜質(zhì)層170和第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層160。由器件隔離膜120劃分器件形成 區(qū)110。將溝道形成區(qū)190設(shè)置到器件形成區(qū)110。柵絕緣膜180位于溝道形成區(qū)190的 上方。柵電極140位于柵絕緣膜180的上方。第二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層170形成在器 件形成區(qū)110中并且用作晶體管的源極和漏極。第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層160形成在 器件形成區(qū)110中，并且分別設(shè)置在各個(gè)第二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層170周?chē)５诙?dǎo) 電類型的低劑量雜質(zhì)層160被設(shè)置成在深度方向和在溝道長(zhǎng)度方向上擴(kuò)展第二導(dǎo)電類型 的高劑量雜質(zhì)層170，并且其雜質(zhì)濃度低于第二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層170的雜質(zhì)濃度。 第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層160的至少一部分位于柵電極140和柵絕緣膜180的下方。 柵絕緣膜180在其位于第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層160中的每一個(gè)的上方部分處具有傾 斜部分182，該傾斜部分182的厚度從柵電極140的中心向著側(cè)面連續(xù)地增加，而沒(méi)有形成 拐點(diǎn)。半導(dǎo)體層100通常可以是諸如硅襯底的半導(dǎo)體襯底，或者可以是SOI (絕緣體上 硅)襯底的半導(dǎo)體層。柵絕緣膜180通常是氧化硅膜。在這種情況下，柵絕緣膜180的厚 度通常等于或大于IOnm并且等于或小于70nm。側(cè)壁150形成在柵電極140的側(cè)面上。在這個(gè)實(shí)施例中，柵電極140在溝道長(zhǎng)度方向上的長(zhǎng)度大于溝道寬度方向上的長(zhǎng) 度，因此被設(shè)置成在其端部與相對(duì)的第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層160重疊。由于第二導(dǎo) 電類型的低劑量雜質(zhì)層160的一部分可以位于柵電極140的下方，因此晶體管的尺寸可以 減小。柵電極140和第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層160彼此重疊的區(qū)域的寬度等于或大于 0. 2 μ m并且等于或小于1. 2 μ m。第二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層170和柵電極140的側(cè)面 之間的距離等于或大于0. 2 μ m并且等于或小于3 μ m。從溝道長(zhǎng)度方向看，柵電極140的位于中心的下方的柵絕緣膜180的部分的厚度 等于或大于IOnm并且等于或小于70nm。在柵絕緣膜180中，相對(duì)于在溝道長(zhǎng)度方向上看的 柵電極140的位于中心的下方的柵絕緣膜180的部分的厚度，位于柵電極140的側(cè)面的下 方的傾斜部分182的部分的厚度增加了等于或大于50%并且等于或小于200%。半導(dǎo)體層100具有形成在其中的第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)擴(kuò)散層200，參考電壓通過(guò) 該雜質(zhì)擴(kuò)散層200施加到半導(dǎo)體層100。第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)擴(kuò)散層200通過(guò)器件隔離膜 120與器件形成區(qū)110隔離。圖2A至圖2C是示出制造圖IA和圖IB所示的半導(dǎo)體器件的方法的剖視圖。首先，如圖2k中所示，器件隔離膜120形成在半導(dǎo)體層100中。半導(dǎo)體層100通常由硅層構(gòu)成。 器件隔離膜120可以通常通過(guò)STI (淺溝道隔離)工藝形成，或者可以替代地通過(guò)LOCOS工 藝形成。然后形成掩模圖案(未示出)，將第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子注入到半導(dǎo)體層100的 一部分中。然后移除掩模圖案，并且對(duì)半導(dǎo)體層100進(jìn)行退火。由此形成第二導(dǎo)電類型的 低劑量雜質(zhì)層160。接著，如圖2B中所示，形成柵絕緣膜180和柵電極140。柵絕緣膜180通常由氧化 硅膜構(gòu)成，并且通常通過(guò)熱氧化的方法形成。柵電極140通常通過(guò)氣相沉積工藝(例如，等 離子體輔助CVD)來(lái)形成。柵電極140通常由諸如多晶硅膜的硅膜構(gòu)成。然后，如圖2C中所示，通常通過(guò)濕熱氧化將柵電極140熱氧化。因此，柵電極氧化 層130形成在柵電極140的頂表面和側(cè)面的上方，同時(shí)，傾斜部分182形成在柵絕緣膜180 中。 形成用于隨后形成側(cè)壁150的絕緣膜，然后對(duì)絕緣膜整體進(jìn)行各向異性蝕刻，以 形成側(cè)壁150。在這個(gè)工藝中，位于柵電極140的頂表面上的柵電極氧化層130的部分被蝕 刻掉，并且位于柵電極140的側(cè)面上的柵電極氧化層130的其它部分與側(cè)壁150成為一體。接著，以自對(duì)準(zhǔn)的方式將第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子注入到半導(dǎo)體層100的一部分 中，由此在第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層160中形成第二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層170。每 個(gè)第二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層170的一個(gè)端部與每個(gè)側(cè)壁150重疊。以此方式，形成圖 IA中所示的半導(dǎo)體器件。然后，將說(shuō)明該實(shí)施例的操作和效果。在該實(shí)施例中，通過(guò)熱氧化柵電極140來(lái)形 成柵絕緣膜180的傾斜部分182。因此，柵絕緣膜180在傾斜部分182中連續(xù)地變厚而沒(méi) 有形成拐點(diǎn)。因此，柵電極140將沒(méi)有在其內(nèi)形成的急劇的幾何形狀變化。因此，在柵電極 140的下方將不再形成電場(chǎng)強(qiáng)度變大的區(qū)域，由此可以抑制GIDL電流的產(chǎn)生。因此可以理解，如圖3中所示，即使漏電流升至某一水平，也可以抑制起因于GIDL 電流的泄漏電流603。相對(duì)于在溝道長(zhǎng)度方向上觀察到的位于柵電極140中心的下方的柵絕緣膜180的 部分的厚度，位于柵電極140的側(cè)面的下方的傾斜部分182的部分的厚度增加了等于或大 于50%并且等于或小于200%。將參照?qǐng)D4說(shuō)明由該構(gòu)造獲得的效果。圖4是用于示出柵絕緣膜180的厚度增加率與在晶體管截止的情況下引起起因于 GIDL電流的泄漏電流的漏電壓之間的關(guān)系的曲線圖。發(fā)現(xiàn)的是，與厚度增加率小于50%的 情況相比，當(dāng)厚度增加率等于或大于50%時(shí)，在晶體管截止的情況下引起起因于GIDL電流 的泄漏電流的漏電壓增加。因此，可以理解，如本實(shí)施例所描述的，通過(guò)將厚度增加率調(diào)節(jié) 成等于或大于50%并且等于或小于200%，在晶體管截止的情況下引起起因于GIDL電流的 泄漏電流的漏電壓可以充分地升高。圖5是示出根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的剖視圖。直到形成側(cè)壁為止 的過(guò)程與用于制造第一實(shí)施例中描述的半導(dǎo)體器件的過(guò)程相同，因此將不再重復(fù)對(duì)其的說(shuō) 明。在完成側(cè)壁150的形成時(shí)，形成掩模圖案(未示出)，以覆蓋柵電極140和側(cè)壁 150。接著，使用掩模圖案和器件隔離膜120作為掩模，注入第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子。通 過(guò)這個(gè)工藝，形成第二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層170。第二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層170中的每一個(gè)沒(méi)有與每個(gè)側(cè)壁150重疊。每個(gè)第二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層170與柵電極140 之間的距離通常等于或大于0. 2 y m并且等于或小于3 u m。通過(guò)該實(shí)施例制造的半導(dǎo)體器件也可以獲得與第一實(shí)施例中描述的效果相同的 效果。由于每個(gè)第二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層170可以適當(dāng)?shù)剡h(yuǎn)離側(cè)壁150和柵電極140， 因此晶體管截止?fàn)顟B(tài)下的擊穿電壓可以升高。而且由于橫向方向的電場(chǎng)會(huì)減小，因此可以 抑制GIDL電流。僅為了示出的目的，在上面參照附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但是也允許采用與 以上描述的構(gòu)造不同的任何其它各種構(gòu)造。例如，在以上描述的各個(gè)實(shí)施例中，第二導(dǎo)電類 型的高劑量雜質(zhì)層170和第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層160的布局不限于附圖所示的布局。應(yīng)該清楚的是，本發(fā)明不限于以上的實(shí)施例，但是可以在不脫離本發(fā)明的范圍和 精神的情況下進(jìn)行修改和變化。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體器件，包括器件隔離膜，所述器件隔離膜形成在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層中；器件形成區(qū)，所述器件形成區(qū)由所述器件隔離膜來(lái)劃分；溝道形成區(qū)，所述溝道形成區(qū)被設(shè)置到所述器件形成區(qū)；柵絕緣膜，所述柵絕緣膜位于所述溝道形成區(qū)的上方；柵電極，所述柵電極位于所述柵絕緣膜的上方；至少兩個(gè)第二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層，所述至少兩個(gè)第二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層形成在所述器件形成區(qū)中，并且用作晶體管的源極和漏極；以及第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層，所述第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層形成在所述器件形成區(qū)中，分別設(shè)置在所述第二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層中的每一個(gè)的周?chē)?，使其在深度方向和溝道長(zhǎng)度方向上擴(kuò)展所述第二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層，并且具有比所述第二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層的雜質(zhì)濃度低的雜質(zhì)濃度，所述第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層中的至少一部分位于所述柵電極的下方，并且所述柵絕緣膜在其位于所述第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層的上方的部分處具有傾斜部分，所述傾斜部分的厚度從所述柵電極的中心向著側(cè)面連續(xù)地增加而沒(méi)有形成拐點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中在所述柵絕緣膜中，在所述溝道長(zhǎng)度方向上觀察時(shí)，相對(duì)于所述柵絕緣膜的位于 所述柵電極的中心的下方的部分的厚度，所述傾斜部分的位于所述柵電極的側(cè)面的下方的 部分的厚度增加了等于或大于50%并且等于或小于200%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述柵電極和所述第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層彼此重疊的區(qū)域的寬度等于或 大于0. 2 μ m并且等于或小于1. 2 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層距離所述柵電極的邊緣等于或大于0. 2 μ m并 且等于或小于3 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中在所述溝道長(zhǎng)度方向上觀察時(shí)，所述柵絕緣膜的位于所述柵電極的中心的下方的 部分的厚度等于或大于IOnm并且等于或小于70nm。
6.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括通過(guò)在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層中形成器件隔離膜來(lái)劃分器件形成區(qū)； 在所述器件形成區(qū)的上方，形成柵絕緣膜； 在所述柵絕緣膜的上方，形成柵電極；通過(guò)熱氧化所述柵電極，在所述柵絕緣膜中形成傾斜部分，所述傾斜部分的厚度從所 述柵電極的中心向著側(cè)面連續(xù)地增加而沒(méi)有形成拐點(diǎn)；在所述器件形成區(qū)中，形成第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層；以及 在所述第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層中，形成用作晶體管的源極和漏極的第二導(dǎo)電類 型的高劑量雜質(zhì)層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中所述柵絕緣膜是氧化硅膜，并且所述柵電極 是硅膜。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件和制造半導(dǎo)體器件的方法。第二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層形成在器件形成區(qū)中，并且用作源極和漏極；第二導(dǎo)電類型的低劑量層分別設(shè)置在第二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層中的每一個(gè)的周?chē)栽谏疃确较蚝蜏系篱L(zhǎng)度方向上擴(kuò)展每個(gè)第二導(dǎo)電類型的高劑量雜質(zhì)層，第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層的至少一部分位于柵電極以及柵絕緣膜的下方；柵絕緣膜在其位于第二導(dǎo)電類型的低劑量雜質(zhì)層的上方的部分處具有傾斜部分，該傾斜部分的厚度連續(xù)地從柵電極的中心向著側(cè)面增加而沒(méi)有形成拐點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L21/336GK101847658SQ20101014890
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者吉田浩介 申請(qǐng)人:恩益禧電子股份有限公司