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)明涉及在同一半導(dǎo)體襯底上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(a)在第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底的特定區(qū)域內(nèi)形成包括第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)的第一勢(shì)阱；
(b)在該第一勢(shì)阱的特定區(qū)域內(nèi)，通過(guò)離子注入導(dǎo)入第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)形成第一雜質(zhì)層；(c)在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的特定區(qū)域內(nèi)，通過(guò)離子注入導(dǎo)入第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)形成第二雜質(zhì)層；以及(d)通過(guò)熱處理，使該第一雜質(zhì)層及該第二雜質(zhì)層的雜質(zhì)同時(shí)擴(kuò)散，在該第一勢(shì)阱內(nèi)形成第一導(dǎo)電型的第二勢(shì)阱，與此同時(shí)，形成第二導(dǎo)電型的源極/漏極層的勢(shì)阱狀補(bǔ)償層。
根據(jù)本發(fā)明的制造方法，通過(guò)步驟(d)的熱處理，可以同時(shí)形成構(gòu)成三重勢(shì)阱的第二勢(shì)阱和二重漏極(DDDDouble DiffusedDrain)結(jié)構(gòu)的勢(shì)阱狀補(bǔ)償層，所以可以使步驟簡(jiǎn)化。
在本發(fā)明中，在該第一勢(shì)阱的特定區(qū)域內(nèi)，通過(guò)離子注入導(dǎo)入第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)形成第三雜質(zhì)層，通過(guò)步驟(d)的熱處理，可以使第三雜質(zhì)層的雜質(zhì)擴(kuò)散，在該第一勢(shì)阱內(nèi)形成第二導(dǎo)電型的第四勢(shì)阱。
在本發(fā)明中，至少在源極/漏極層和溝道區(qū)域之間可以形成由第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)層構(gòu)成的比該勢(shì)阱狀補(bǔ)償層淺的補(bǔ)償層。在該半導(dǎo)體襯底的特定區(qū)域注入第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)形成雜質(zhì)層，然后，在該雜質(zhì)層上通過(guò)有選擇的氧化形成絕緣層，從而得到該補(bǔ)償層。這樣的補(bǔ)償層與二重漏極結(jié)構(gòu)耦合，可以大幅度提高漏極耐壓。
在本發(fā)明中，可以在該第三勢(shì)阱內(nèi)形成第二導(dǎo)電型的低壓晶體管，在該第四勢(shì)阱內(nèi)形成具有第一導(dǎo)電型的低壓晶體管，在該第一勢(shì)阱內(nèi)形成第一導(dǎo)電型的高壓晶體管，在該第二勢(shì)阱內(nèi)形成第二導(dǎo)電型的高壓晶體管。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法按步驟順序表示的剖面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法按步驟順序表示的剖面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法按步驟順序表示的剖面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法按步驟順序表示的剖面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法按步驟順序表示的剖面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法按步驟順序表示的剖面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法按步驟順序表示的剖面圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法按步驟順序表示的剖面圖；以及圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法按步驟順序表示的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
圖1～圖9示意性地顯示了根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖面圖。
(A)如圖1所示，在第一導(dǎo)電型的(該例中為P型)半導(dǎo)體(硅)襯底10內(nèi)，形成第二導(dǎo)電型(該例中為N型)的第一勢(shì)阱12和P型第二勢(shì)阱14。第一勢(shì)阱12及第二勢(shì)阱14可以用已知的方法形成。圖1中，符號(hào)70表示氧化硅層。
(B)如圖2所示，通過(guò)離子注入，在第一勢(shì)阱12中形成P型雜質(zhì)層(第一雜質(zhì)層)200和N型的雜質(zhì)層(第三雜質(zhì)層)300。另外，在第二勢(shì)阱14中形成N型雜質(zhì)層(第二雜質(zhì)層)400a，400b。例如，通過(guò)下述方法可以形成雜質(zhì)層。在氧化硅層70上，形成具有開(kāi)口部分的抗蝕層R100，該開(kāi)口部分在對(duì)應(yīng)于將要形成雜質(zhì)層的區(qū)域的位置上。在圖示的例子中，將該抗蝕層R100作為掩膜，通過(guò)氧化硅層70將磷離子注入P型第二勢(shì)阱14的特定區(qū)域內(nèi)，形成N型雜質(zhì)層400a和400b。
(C)如圖2及圖3所示，在除去抗蝕層R100之后，通過(guò)熱處理，使P型雜質(zhì)層200、N型雜質(zhì)層300及N型雜質(zhì)層400a和400b上的雜質(zhì)同時(shí)擴(kuò)散(驅(qū)入)，從而形成P型第三勢(shì)阱20、N型第四勢(shì)阱30及N型勢(shì)阱狀補(bǔ)償層40a和40b。
這樣一來(lái)，在P型半導(dǎo)體襯底10內(nèi)形成N型第一勢(shì)阱12以及與第一勢(shì)阱12成連接狀態(tài)的P型第二勢(shì)阱14。在第一勢(shì)阱12內(nèi)形成P型第三勢(shì)阱20和N型第四勢(shì)阱30。而且，第一勢(shì)阱12和第三勢(shì)阱20形成三重勢(shì)阱。再有，第二勢(shì)阱14中形成源極/漏極層的勢(shì)阱狀補(bǔ)償層(以下稱(chēng)此為“第一補(bǔ)償層”)40a和40b。
(D)如圖4所示，通過(guò)熱處理除去變厚的氧化硅層72后，半導(dǎo)體襯底10被熱氧化以在半導(dǎo)體襯底10的表面形成厚度約為40nm的氧化硅層72。然后在該氧化硅層72上，形成厚度為140nm～160nm的作為抗氧化層的氮化硅層74。接著，在該氮化硅層74上形成抗蝕層(圖中未示出)，將該抗蝕層作為掩膜蝕刻氮化硅層74且形成圖案。
氮化硅層74在以后進(jìn)行的步驟中作為選擇氧化上的掩膜層起作用，并且在勢(shì)阱內(nèi)作為注入雜質(zhì)時(shí)的掩膜起作用。
(E)如圖5所示，在第一勢(shì)阱12的特定區(qū)域內(nèi)形成有開(kāi)口部分的抗蝕層R200。接著，將抗蝕層R200作為掩膜，在第一勢(shì)阱12的特定區(qū)域內(nèi)通過(guò)注入離子導(dǎo)入P型雜質(zhì)，形成雜質(zhì)層50a和50b。這些雜質(zhì)層50a和50b經(jīng)過(guò)以后進(jìn)行的熱處理成為P型源極/漏極層的第一補(bǔ)償層。以下，把第一補(bǔ)償層的符號(hào)指定為50a和50b。
(F)如圖6所示，例如，把具有特定圖案的抗蝕層R300及氮化硅層74作為掩膜，在半導(dǎo)體襯底10中注入硼離子形成P型雜質(zhì)層。在該步驟中形成的雜質(zhì)層包括比第一補(bǔ)償層50a和50b更淺的補(bǔ)償層(以下，稱(chēng)之為“第二補(bǔ)償層”)59a、與源極/漏極層連接的淺雜質(zhì)層59b、第三勢(shì)阱20的溝道阻擋層64、以及第二勢(shì)阱14的溝道阻擋層62。
(G)如圖7所示，例如，將抗蝕層R400及氮化硅層74作為掩膜，在半導(dǎo)體襯底10中注入磷離子形成N型雜質(zhì)層。在該步驟中形成的雜質(zhì)層包括N型第二補(bǔ)償層49a、與源極/漏極層連接的淺雜質(zhì)層49b、以及第四勢(shì)阱30的溝道阻擋層66。
(H)如圖8所示，除去抗蝕層R400之后，通過(guò)將氮化硅層74作為抗氧化掩膜對(duì)半導(dǎo)體襯底10進(jìn)行熱氧化，從而在半導(dǎo)體襯底10上形成厚度約為500nm的LOCOS層。在該步驟中形成的LOCOS層具有元件隔離絕緣層60和用于形成補(bǔ)償區(qū)域的絕緣層(以下，稱(chēng)之為“補(bǔ)償LOCOS層”)48。
(I)如圖9所示，柵極絕緣層、柵極及源極/漏極層等通過(guò)已知方法形成，從而形成特定的晶體管。具體而言，在比第一勢(shì)阱12淺的第三勢(shì)阱20及第四勢(shì)阱30內(nèi)形成低壓晶體管，在第一勢(shì)阱12及第二勢(shì)阱14內(nèi)形成高壓晶體管。
也就是，在第三勢(shì)阱20內(nèi)形成N溝道型低壓晶體管100NL。低壓晶體管100NL包括由N型雜質(zhì)層構(gòu)成的源極/漏極層26a和26b、柵極絕緣層22、以及柵極24。
在第四勢(shì)阱30內(nèi)形成P溝道型低壓晶體管200PL。低壓晶體管200PL包括由P型雜質(zhì)層構(gòu)成的源極/漏極層36a和36b、柵極絕緣層32、以及柵極34。
在第二勢(shì)阱14內(nèi)形成N溝道型高壓晶體管300NH。高壓晶體管300NH包括由N型雜質(zhì)層構(gòu)成的源極/漏極層46a和46b、柵極絕緣層42、以及柵極44。
在第一勢(shì)阱12內(nèi)形成P溝道型高壓晶體管400PH。高壓晶體管400PH包括由P型雜質(zhì)層構(gòu)成的源極/漏極層56a和56b、柵極絕緣層52、以及柵極54。
低壓晶體管100NL、200PL由比如1.8～5V的驅(qū)動(dòng)電壓驅(qū)動(dòng)。高壓晶體管300NH、400PH由比低壓晶體管100NL、200PL的驅(qū)動(dòng)電壓高很多的驅(qū)動(dòng)電壓，比如20～60V的驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)。低壓晶體管100NL、200PL和高壓晶體管300NH、400PH的耐壓比(高壓晶體管的耐壓)/(低壓晶體管的耐壓)比如是3～60。這里所說(shuō)的“耐壓”通常指漏極耐壓。
本實(shí)施例中，確定各勢(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)耐壓及擊穿耐壓等因素。
首先，對(duì)勢(shì)阱的雜質(zhì)濃度進(jìn)行說(shuō)明。形成低壓晶體管的第三勢(shì)阱20及第四勢(shì)阱30中的雜質(zhì)濃度被設(shè)定的比形成高壓晶體管的第一勢(shì)阱12及第二勢(shì)阱14中的雜質(zhì)濃度高。這樣，便可根據(jù)各晶體管的驅(qū)動(dòng)電壓及耐壓適當(dāng)?shù)卦O(shè)定各勢(shì)阱的雜質(zhì)濃度。第三勢(shì)阱20及第四勢(shì)阱30的雜質(zhì)濃度，比如表面濃度是4.0×1016～7.0×1017atoms/cm3。另外，第一勢(shì)阱12及第二勢(shì)阱14的雜質(zhì)濃度，比如表面濃度是8.0×1015～4.0×1016atoms/cm3。
關(guān)于勢(shì)阱的深度，如果考慮勢(shì)阱耐壓能力的話(huà)，形成低壓晶體管的第三勢(shì)阱20和第四勢(shì)阱30比形成高壓晶體管的第一勢(shì)阱12和第二勢(shì)阱14更淺。比如，第一勢(shì)阱12的深度是10～20μm，第三勢(shì)阱20和第四勢(shì)阱30的深度為2～10μm。例如，將第一勢(shì)阱12的深度與第三勢(shì)阱20和第四勢(shì)阱30的深度比較，兩者深度的比值分別是2～5。另外，經(jīng)過(guò)和第三勢(shì)阱20及第四勢(shì)阱30相同的熱步驟形成的N型第一補(bǔ)償層40a和40b的深度與第三勢(shì)阱20和第四勢(shì)阱30的深度幾乎相同。
如圖9所示的各高壓晶體管300NH和400PH具有柵極不與源極/漏極層重疊的所謂補(bǔ)償柵結(jié)構(gòu)。在下述例子中，各高壓晶體管具有LOCOS補(bǔ)償結(jié)構(gòu)和二重漏極結(jié)構(gòu)。也就是，在各高壓晶體管中，在柵極和源極/漏極層之間設(shè)置了補(bǔ)償區(qū)域。該補(bǔ)償區(qū)域由構(gòu)成二重漏極結(jié)構(gòu)的深的低濃度雜質(zhì)層(第一補(bǔ)償層)和構(gòu)成LOCOS補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的低濃度雜質(zhì)層(第二補(bǔ)償層)構(gòu)成。
N溝道型的高壓晶體管300NH包括在柵極絕緣層42周?chē)O(shè)置的補(bǔ)償LOCOS層48、由在該補(bǔ)償LOCOS層48的下面形成的N型低濃度雜質(zhì)層構(gòu)成的第二補(bǔ)償層49a、在元件隔離絕緣層60的下面形成的N型低濃度雜質(zhì)層49b、以及比這些第二補(bǔ)償層49a及低濃度雜質(zhì)層49b深的第一補(bǔ)償層40a和40b。
P溝道型的高壓晶體管400PH包括在柵極絕緣層52周?chē)O(shè)置的補(bǔ)償LOCOS層58、由在該補(bǔ)償LOCOS層58的下面形成的P型低濃度雜質(zhì)層構(gòu)成的第二補(bǔ)償層59a、在元件隔離絕緣層60的下面形成的P型低濃度雜質(zhì)層59b、以及比這些第二補(bǔ)償層59a及低濃度雜質(zhì)層59b深的第一補(bǔ)償層50a和50b。
由于各高壓晶體管具有LOCOS補(bǔ)償結(jié)構(gòu)和二重漏極結(jié)構(gòu)，所以可以構(gòu)成高漏極耐壓，耐高壓的MOSFET。也就是，通過(guò)在補(bǔ)償LOCOS層的下面設(shè)置第二補(bǔ)償層，與沒(méi)有補(bǔ)償LOCOS層的情況相比，第二補(bǔ)償層相對(duì)于溝道區(qū)域可以較深。其結(jié)果是，當(dāng)晶體管處于OFF狀態(tài)時(shí)，通過(guò)該第二補(bǔ)償層可以形成較深的耗盡層，能夠緩解漏極的電場(chǎng)，提高漏極的耐壓。此外，通過(guò)第一補(bǔ)償層，可以進(jìn)一步緩解漏極附近的電場(chǎng)。
另外，由于在第一勢(shì)阱12內(nèi)形成第三勢(shì)阱20及第四勢(shì)阱30，所以他們分別與半導(dǎo)體襯底10電隔離。因此，可以獨(dú)立地設(shè)定第三勢(shì)阱20和第四勢(shì)阱30的偏置條件。也就是，相對(duì)于半導(dǎo)體襯底10的襯底電位Vsub可以獨(dú)立設(shè)定第三勢(shì)阱20及第四勢(shì)阱30的驅(qū)動(dòng)電壓。而且，由于將低壓晶體管100NL和200PL的驅(qū)動(dòng)電壓V1和V2設(shè)定在高壓晶體管300NH和400PH的驅(qū)動(dòng)電壓V3和V4的中間，所以從低壓晶體管的驅(qū)動(dòng)電壓電平轉(zhuǎn)換到高壓晶體管的驅(qū)動(dòng)電壓電平的電平轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)可以做到高效且容易。
根據(jù)本實(shí)施例的制造方法，通過(guò)步驟(C)的熱處理，使雜質(zhì)層200和300及雜質(zhì)層400a和400b的雜質(zhì)分別擴(kuò)散，可以同時(shí)形成P型第三勢(shì)阱20、N型第四勢(shì)阱30及N型第一補(bǔ)償層40a和40b，因此可以減少步驟的數(shù)量。
根據(jù)本實(shí)施例的制造方法，形成高壓晶體管400PH的第一勢(shì)阱12以及形成低壓晶體管100NL和200PL的第三勢(shì)阱20和第四勢(shì)阱30是在不同離子注入步驟和不同熱處理的擴(kuò)散步驟中形成的，所以可以相對(duì)于第一勢(shì)阱12獨(dú)立設(shè)計(jì)第三勢(shì)阱20及第四勢(shì)阱30。其結(jié)果是，為適應(yīng)低壓晶體管的小型化、高速化，第三勢(shì)阱20及第四勢(shì)阱30可以形成得較淺，這些勢(shì)阱的面積也可以隨之減小，從而能夠提高第三勢(shì)阱20和第四勢(shì)阱30的集成度。
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。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)。
附圖標(biāo)記說(shuō)明10半導(dǎo)體襯底12第一勢(shì)阱14第二勢(shì)阱20第三勢(shì)阱22柵極絕緣層24柵極26a、26b源極/漏極層30第四勢(shì)阱32柵極絕緣層34柵極36a、36b 柵極40a、40b 第一補(bǔ)償層42柵極絕緣層44柵極46a、46b 源極/漏極層48補(bǔ)償LOCOS層49a 第二補(bǔ)償層49b 雜質(zhì)層50a、50b 第一補(bǔ)償層52柵極絕緣層54柵極56a、56b 源極/漏極層58補(bǔ)償LOCOS層59a 第二補(bǔ)償層59b雜質(zhì)層60 元件隔離絕緣層70、72 氧化硅層74 氮化硅層100NL 低壓晶體管200PL 低壓晶體管300NH 高壓晶體管400PH 高壓晶體管
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括(a)在第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底的特定區(qū)域內(nèi)，形成包括第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)的第一勢(shì)阱；(b)在所述第一勢(shì)阱的特定區(qū)域內(nèi)，通過(guò)離子注入導(dǎo)入第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)形成第一雜質(zhì)層；(c)在第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層的特定區(qū)域內(nèi)，通過(guò)離子注入導(dǎo)入第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)形成第二雜質(zhì)層；以及(d)通過(guò)熱處理，使所述第一雜質(zhì)層和所述第二雜質(zhì)層的雜質(zhì)同時(shí)擴(kuò)散，在所述第一勢(shì)阱內(nèi)形成第一導(dǎo)電型的第二勢(shì)阱，與此同時(shí)形成第二導(dǎo)電型的源極/漏極層的勢(shì)阱狀補(bǔ)償層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，還包括在所述第一勢(shì)阱的特定區(qū)域內(nèi)，通過(guò)離子注入導(dǎo)入第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)形成第三雜質(zhì)層；通過(guò)所述步驟(d)的熱處理，使所述第三雜質(zhì)層的雜質(zhì)擴(kuò)散，在所述第一勢(shì)阱內(nèi)形成第二導(dǎo)電型的第四勢(shì)阱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，還包括至少在所述源極/漏極層和溝道區(qū)之間，形成由第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)層構(gòu)成的比所述勢(shì)阱狀補(bǔ)償層淺的補(bǔ)償層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，向所述半導(dǎo)體襯底的特定區(qū)域內(nèi)注入第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)形成雜質(zhì)層，然后通過(guò)有選擇的氧化在所述雜質(zhì)層上形成絕緣層，從而形成比所述勢(shì)阱狀補(bǔ)償層淺的補(bǔ)償層。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，還包括在所述第三勢(shì)阱內(nèi)形成第二導(dǎo)電型的低壓晶體管；在所述第四勢(shì)阱內(nèi)形成第一導(dǎo)電型的低壓晶體管；在所述第一勢(shì)阱內(nèi)形成第一導(dǎo)電型的高壓晶體管；以及在所述第二勢(shì)阱內(nèi)形成第二導(dǎo)電型的高壓晶體管。
全文摘要
本發(fā)明提供了能夠在同一半導(dǎo)體襯底上具有不同驅(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)在第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底(10)的特定區(qū)域內(nèi)，形成包括第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)的第一勢(shì)阱(12)；(b)在第一勢(shì)阱的特定區(qū)域內(nèi)，通過(guò)離子注入導(dǎo)入第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)形成第一雜質(zhì)層；(c)在第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層的特定區(qū)域內(nèi)，通過(guò)離子注入導(dǎo)入第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)形成第二雜質(zhì)層；(d)通過(guò)熱處理，使第一雜質(zhì)層及第二雜質(zhì)層的雜質(zhì)同時(shí)擴(kuò)散，在第一勢(shì)阱內(nèi)形成第一導(dǎo)電型的第二勢(shì)阱(20)，與此同時(shí)形成第二導(dǎo)電型的源極/漏極層的勢(shì)阱狀補(bǔ)償層(40a)和(40b)。
文檔編號(hào)H01L27/085GK1447417SQ0312078
公開(kāi)日2003年10月8日 申請(qǐng)日期2003年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月22日
發(fā)明者林正浩 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社