CN104916631A - 一种半导体器件及其制造方法和电子装置 - Google Patents

一种半导体器件及其制造方法和电子装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种半导体器件及其制造方法和电子装置，涉及半导体技术领域。本发明的半导体器件，通过在其所包括的作为ESD保护器件的NMOS的漏极内设置P型掺杂区，可以提高ESD保护器件的抗ESD特性，进而提高半导体器件的可靠性。本发明的半导体器件的制造方法，由于制得的半导体器件所包括的作为ESD保护器件的NMOS的漏极内设置有P型掺杂区，因而可以提高ESD保护器件的抗ESD特性，进而提高半导体器件的可靠性。本发明的电子装置，使用了上述半导体器件，因而同样具有上述优点。

Description

一种半导体器件及其制造方法和电子装置
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种半导体器件及其制造方法和电子装置。
背景技术
在半导体技术领域中，EEPROM（电可擦可编程只读存储器）作为非挥发存储设备，被大量应用于计算机、手机等电子装置之中。
由于应用环境的复杂性，在EEPROM等半导体器件中，ESD（Electro-Static discharge；静电释放）的防护至关重要。然而，在目前的EEPROM中，ESD保护器件的性能却往往难以满足实际需要。
在目前的EEPROM工艺中，通常采用高压NMOS器件（额定工作电压一般为5V）作为ESD保护器件，该作为ESD保护器件的高压NMOS器件的结构与普通NMOS相同，如图1所示，包括半导体衬底100以及位于半导体衬底100上的源极101、漏极102和栅极103。然而，该高压NMOS器件的性能通常无法满足在特殊场合下对ESD保护的需求，主要表现如下：在现有技术中，作为ESD保护器件的高压NMOS的实际触发电压（trigger voltage）通常比设计目标值要高，触发电压的实际值通常在14V左右，而设计目标值通常为10V；这就导致了在存在大于10V小于14V的静电的情况下，ESD保护器件无法被触发，因而会造成EEPROM器件的静电损伤。
为了解决现有技术中的上述技术问题，有必要提出一种新的半导体器件及其制造方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种新的半导体器件以及该半导体器件的制造方法和使用该半导体器件的电子装置，该半导体器件具有更好的抗ESD能力。
本发明实施例一提供一种半导体器件，包括半导体衬底以及位于所述半导体衬底上的ESD保护器件；其中，所述ESD保护器件包括位于所述半导体衬底内的源极、漏极以及位于所述半导体衬底之上且位于所述源极和所述漏极之间的栅极，还包括位于所述漏极内的P型掺杂区。
可选地，所述源极与所述漏极为N+掺杂。
可选地，所述栅极的材料为多晶硅。
可选地，所述源极、所述漏极以及所述栅极之上形成有金属硅化物。
可选地，所述ESD保护器件为NMOS器件。
可选地，所述半导体器件还包括核心器件，所述ESD保护器件用于防止所述核心器件遭受ESD损伤。
可选地，所述半导体器件为EEPROM。
本发明实施例二提供一种半导体器件的制造方法，所述方法包括：
步骤S101：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成作为ESD保护器件的NMOS器件，其中所述NMOS器件包括源极、漏极和栅极；
步骤S102：对所述NMOS器件的所述漏极进行P+离子注入，以在所述漏极内形成P型掺杂区；
步骤S103：在所述半导体衬底上形成层间介电层以及位于所述层间介电层内的接触孔。
可选地，在所述步骤S101中还形成包括高压PMOS、低压NMOS以及低压PMOS在内的其他器件，所述步骤S101包括：
步骤S1011：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上定义有源区，并进行沟道区离子注入；
步骤S1012：形成高压PMOS的阱区；
步骤S1013：形成栅极氧化层；
步骤S1014：形成高压栅极以及浮栅；
步骤S1015：形成低压NMOS的阱区以及低压PMOS的阱区；
步骤S1016：在所述浮栅之上形成介电层以及位于介电层之上的控制栅；
步骤S1017：形成低压栅极；
步骤S1018：对高压NMOS、高压PMOS、低压NMOS以及低压PMOS进行LDD处理；
步骤S1019：形成源极和漏极。
可选地，在所述步骤S1012与所述步骤S1013之间还包括如下步骤：
对高压NMOS的阈值电压进行调整。
可选地，在所述步骤S101中，所述NMOS器件的所述源极与所述漏极为N+掺杂。
可选地，所述NMOS器件的所述栅极的材料为多晶硅。
可选地，在所述步骤S102与所述步骤S103之间还包括步骤S1023：
在所述源极、所述漏极以及所述栅极之上形成金属硅化物。
可选地，所述半导体器件为EEPROM。
本发明实施例三提供一种电子装置，其包括如上所述的半导体器件。
本发明的半导体器件，通过在其所包括的作为ESD保护器件的NMOS的漏极内设置P型掺杂区，可以提高ESD保护器件的抗ESD特性，进而提高半导体器件的可靠性。本发明的半导体器件的制造方法，由于制得的半导体器件所包括的作为ESD保护器件的NMOS的漏极内设置有P型掺杂区，因而可以提高ESD保护器件的抗ESD特性，进而提高半导体器件的可靠性。本发明的电子装置，由于使用了上述半导体器件，因而同样具有上述优点。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1为现有技术中的EEPROM中的ESD保护器件（高压NMOS）的结构的示意图；
图2为本发明实施例一的半导体器件所包括的ESD保护器件的结构的示意图；
图3A为现有技术中的EEPROM中的ESD保护器件的TLP测试结果的示意图；
图3B为本发明实施例一的半导体器件所包括的ESD保护器件的TLP测试结果的示意图；
图4为本发明实施例二的一种半导体器件的制造方法的一种示意性流程图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
这里参考作为本发明的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例。这样，可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的从所示形状的变化。因此，本发明的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造导致的形状偏差。例如，显示为矩形的注入区在其边缘通常具有圆的或弯曲特征和/或注入浓度梯度，而不是从注入区到非注入区的二元改变。同样，通过注入形成的埋藏区可导致该埋藏区和注入进行时所经过的表面之间的区中的一些注入。因此，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不意图显示器件的区的实际形状且并不意图限定本发明的范围。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
实施例一
本发明的半导体器件，包含ESD保护器件，相对于现有技术具有更强的ESD防护能力。该半导体器件可以为EEPROM，也可以为其他包含ESD保护器件的半导体器件。
下面，参照图2来描述本实施例的半导体器件的结构。本实施例的半导体器件，如图2所示，包括半导体衬底100以及位于半导体衬底100上的核心器件（图中未示出）和ESD保护器件。其中，核心器件是指实现该半导体器件的核心功能的器件，例如实现存储功能的器件；ESD保护器件，是指用于防止ESD对核心器件造成损伤的器件。示例性地，本实施例的半导体器件为EEPROM，该ESD保护器件可以采用现有技术中的高压NMOS的设计规则，主要改进之处在于在漏极区域中形成了额外的P阱（PW）。当然，本实施例的半导体器件，也可以仅包括ESD保护器件，该ESD保护器件用于为其他器件提供静电防护。
如图2所示，在本实施例的半导体器件中，该ESD保护器件包括位于半导体衬底100内的源极101、漏极102以及位于半导体衬底100上且位于源极101、漏极102之间的栅极103，其中，源极101与漏极102均为N+掺杂；此外，该ESD保护器件还包括位于漏极102内的P型掺杂区（PW）104。由于N+掺杂和P型掺杂的共同作用，P型掺杂区104实际为N-掺杂。其中，栅极103的材料可以为多晶硅栅极或金属栅极。进一步地，源极101、漏极102以及栅极103的上方还形成有金属硅化物（图中未示出），以降低接触电阻。
也就是说，本实施例的半导体器件中的ESD保护器件，也是一种NMOS器件，其相对于现有技术中的NMOS（如图1所示），在漏极102内增加设置了P型掺杂区104。由于P型掺杂区104的存在，可以提高该作为ESD保护器件的NMOS的抗ESD特性。
通过对现有技术中的作为ESD保护器件的额定工作电压为5V的高压NMOS与本实施例的ESD保护器件进行仿真可以发现，相对于现有技术中的额定工作电压为5V的高压NMOS（击穿点为栅极下方区域），本实施例的ESD保护器件的击穿点（breakdown point）从栅极下方区域（under gate area）变成了漏极到衬底之间的区域（drain-to-substrate area）。
进一步地，图3A示出了对现有技术中的EEPROM中的ESD保护器件进行TLP测试（传输线脉冲测试）的测试结果（电流/电压-漏电流曲线，I/V-leakage plot）；图3B示出了对本实施例的半导体器件所包括的ESD保护器件进行TLP测试的测试结果（电流/电压-漏电流曲线）。由图3A可以发现，现有技术中的ESD保护器件的实际触发电压（trigger voltage）为14V；而由图3B可以发现，本实施例的ESD保护器件的触发电压为10V，恰好满足设计要求（与设计目标值相同）。
本发明实施例的半导体器件，通过在其所包括的作为ESD保护器件的NMOS的漏极102内设置P型掺杂区104，可以提高ESD保护器件的抗ESD特性，进而提高半导体器件的可靠性。
实施例二
本实施例的半导体器件的制造方法，用于制造实施例一所述的半导体器件。下面，参照图4来描述本发明实施例的一种半导体器件的制造方法的详细步骤。
本实施例的一种半导体器件的制造方法，包括如下步骤：
步骤A1：提供半导体衬底，在半导体衬底上定义有源区（AA）。
步骤A2：进行沟道区离子注入。
步骤A3：形成高压PMOS的阱区。
步骤A4：对高压NMOS的阈值电压进行调整。
其中，高压NMOS中包括ESD保护器件。
步骤A5：形成高压NMOS的隔离（isolation）结构，例如浅沟槽隔离。
步骤A6：在沟道区的上方形成栅极氧化层。
步骤A7：形成高压栅极（HV gate）和核心（cell）的浮栅。
其中，高压栅极和浮栅的材料，可以为多晶硅或其他合适的材料。核心（cell）的浮栅，主要指存储器件的浮栅。
步骤A8：形成低压NMOS的阱区。
示例性地，低压NMOS的额定工作电压为1.8V。
步骤A9：形成低压PMOS的阱区。
示例性地，低压PMOS的额定工作电压为1.8V。
步骤A10：形成ONO（氧化硅/氮化硅/氧化硅）介电层。其中，ONO（氧化硅/氮化硅/氧化硅）介电层主要位于存储器件的浮栅之上。
步骤A11：形成核心的控制栅。其中，控制栅位于ONO（氧化硅/氮化硅/氧化硅）之上。
步骤A12：形成低压栅极（LV gate）。
其中，低压栅极，可以为多晶硅或其他合适的材料。
步骤A13：对高压NMOS进行LDD（轻掺杂漏）处理。
步骤A14：对高压PMOS进行LDD（轻掺杂漏）处理。
步骤A15：对低压NMOS进行LDD（轻掺杂漏）处理。
步骤A16：对低压PMOS进行LDD（轻掺杂漏）处理。
步骤A17：形成各个晶体管的源极和漏极。
示例性地，形成源极和漏极的方法为：对半导体衬底的相应区域进行N+离子注入。
步骤A18：对作为ESD保护器件的NMOS器件的漏极进行P+离子注入，以在漏极内形成P型掺杂区。
步骤A19：在晶体管的源极、漏极以及栅极上方形成金属硅化物。
步骤A20：形成层间介电层和位于所述层间介电层内的接触孔。
步骤A21：通过后段工艺制程（BEOL）完成整个半导体器件（例如：EEPROM）的制造。
至此，完成了本实施例的一种半导体器件的制造方法的关键步骤的介绍。本实施例的各步骤之间，还可以包括其他可行的步骤；并且，本实施例的上述步骤中的部分步骤可以根据实际情况予以省略，此处并不进行限定。
本实施例的半导体器件的制造方法，与现有技术中的半导体器件（例如：EEPROM）的制造方法相比，主要区别在于：形成的ESD保护器件是通过对高压NMOS的漏极进行P+离子注入（从而在漏极内形成P型掺杂区）形成的。关于其他各步骤的具体实现方式，可以参照现有技术，此处不再赘述。
本实施例的半导体器件的制造方法，由于制得的半导体器件所包括的作为ESD保护器件的NMOS的漏极内设置有P型掺杂区，因而可以提高ESD保护器件的抗ESD特性，进而提高半导体器件的可靠性。
图4示出了本发明实施例提出的一种半导体器件的制造方法的一种示意性流程图，用于简要示出该制造方法的典型流程。具体包括：
步骤S101：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成作为ESD保护器件的NMOS器件，其中所述NMOS器件包括源极、漏极和栅极；
步骤S102：对所述NMOS器件的所述漏极进行P+离子注入，以在所述漏极内形成P型掺杂区；
步骤S103：在所述半导体衬底上形成层间介电层以及位于所述层间介电层内的接触孔。
实施例三
本发明实施例提供一种电子装置，其包括：实施例一所述的半导体器件，或根据实施例二所述的半导体器件的制造方法制造的半导体器件。
由于使用的半导体器件具有更好的抗ESD特性和可靠性，因此该电子装置同样具有上述优点。
该电子装置，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、VCD、DVD、导航仪、照相机、摄像机、录音笔、MP3、MP4、PSP等任何电子产品或设备，也可以是具有上述半导体器件的中间产品，例如：具有该半导体器件的手机主板等。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (15)

1.一种半导体器件，其特征在于，包括半导体衬底以及位于所述半导体衬底上的ESD保护器件；其中，所述ESD保护器件包括位于所述半导体衬底内的源极、漏极以及位于所述半导体衬底之上且位于所述源极和所述漏极之间的栅极，还包括位于所述漏极内的P型掺杂区。
2.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述源极与所述漏极为N+掺杂。
3.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述栅极的材料为多晶硅。
4.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述源极、漏极以及所述栅极之上形成有金属硅化物。
5.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述ESD保护器件为NMOS器件。
6.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件还包括核心器件，所述ESD保护器件用于防止所述核心器件遭受ESD损伤。
7.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件为EEPROM。
8.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤S101：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成作为ESD保护器件的NMOS器件，其中所述NMOS器件包括源极、漏极和栅极；
步骤S102：对所述NMOS器件的所述漏极进行P+离子注入，以在所述漏极内形成P型掺杂区；
步骤S103：在所述半导体衬底上形成层间介电层以及位于所述层间介电层内的接触孔。
9.如权利要求8所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，在所述步骤S101中还形成包括高压PMOS、低压NMOS以及低压PMOS在内的其他器件，所述步骤S101包括：
步骤S1011：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上定义有源区，并进行沟道区离子注入；
步骤S1012：形成高压PMOS的阱区；
步骤S1013：形成栅极氧化层；
步骤S1014：形成高压栅极以及浮栅；
步骤S1015：形成低压NMOS的阱区以及低压PMOS的阱区；
步骤S1016：在所述浮栅之上形成介电层以及位于介电层之上的控制栅；
步骤S1017：形成低压栅极；
步骤S1018：对高压NMOS、高压PMOS、低压NMOS以及低压PMOS进行LDD处理；
步骤S1019：形成源极和漏极。
10.如权利要求9所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，在所述步骤S1012与所述步骤S1013之间还包括如下步骤：
对高压NMOS的阈值电压进行调整。
11.如权利要求8所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，在所述步骤S101中，所述NMOS器件的所述源极与所述漏极为N+掺杂。
12.如权利要求8所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述NMOS器件的所述栅极的材料为多晶硅。
13.如权利要求8所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，在所述步骤S102与所述步骤S103之间还包括步骤S1023：
在所述源极、所述漏极以及所述栅极之上形成金属硅化物。
14.如权利要求8所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述半导体器件为EEPROM。
15.一种电子装置，其特征在于，包括权利要求1所述的半导体器件。
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