CN105448987B - 半导体器件及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种半导体器件。该半导体器件包括半导体前道工艺结构和半导体后道工艺结构，半导体前道工艺结构包括：半导体衬底，其中设置有阱区和离子注入区，且阱区中设置有漏极；栅氧层，设置在半导体衬底的表面上；栅极，设置在栅氧层上；半导体后道工艺结构包括：层间介质层，其中设置有过孔；金属布线层，金属布线层中设置有金属部和介质部，过孔与金属部相连，栅极通过过孔和金属部与离子注入区相连，上述半导体器件还包括附加阱区，离子注入区设置在附加阱区中，附加阱区与阱区中的杂质离子为类型相同的第一杂质离子。附加阱区使栅极和漏极不存在电势差；附加阱区在半导体前道工艺中即可完成，不会影响层间介质层或金属布线层的制作。

Description

半导体器件及其制作方法

技术领域

本申请涉及半导体制造技术领域，具体而言，涉及一种半导体器件及其制作方法。

背景技术

半导体制造领域中，刻蚀工艺、离子注入工艺和化学气相沉积工艺等诸多工艺中都会用到等离子体，理论中等离子体总的对外电性应该是呈中性的，也就是说正离子和负离子是等量的，但实际进入晶圆的正负离子在局部区域并不是等量的，导致出现大量游离的电荷。图1示出了现有技术中半导体器件的剖面结构示意图，在完成半导体前道工艺后，在半导体衬底100中形成阱区101、漏极102、源极(图1中未标出)、离子注入区103，并在半导体衬底100上形成栅氧层201，在栅氧层201上形成栅极202；然后进行半导体后道工艺，在半导体后道工艺制程中，采用高密度等离子体化学气相沉积形成层间介质层300时，已经形成的漏极102会收集该过程产生的游离电子，而已经形成的栅极202在经半导体后道工艺形成的金属布线层400中第二金属布线层400与半导体衬底100相连形成如图1所示的示意结构，此时栅极202处于接地状态，而漏极102由于收集了游离电子进而在栅极202和漏极102之间形成偏压，使得电子穿透栅氧层201，在漏极102与栅极202之间形成漏电流，进而产生等离子损伤效应。

目前，一般采用调节等离子体的能量来减轻对栅氧层201造成的损伤，但是，上述方法是在牺牲层间介质层300的填充能力的基础上实现的上述效果，因此会在层间介质层300中形成空隙，导致器件局部功能失效。因此，目前亟需一种既能减轻等离子损伤又不会对器件性能造成影响的等离子损伤缓解方法。

发明内容

本申请旨在提供一种半导体器件及其制作方法，以解决现有技术中形成层间介质层过程中对栅氧层造成等离子损伤的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种半导体器件，包括半导体前道工艺结构和半导体后道工艺结构，半导体前道工艺结构包括：半导体衬底，半导体衬底中设置有阱区和离子注入区，且阱区中设置有漏极；栅氧层，设置在半导体衬底的表面上；栅极，设置在栅氧层上；半导体后道工艺结构包括：层间介质层，层间介质层中设置有过孔；金属布线层，金属布线层中设置有金属部和介质部，过孔与金属部相连，栅极通过过孔和金属部与离子注入区相连，上述半导体器件还包括附加阱区，离子注入区设置在附加阱区中，附加阱区与阱区中的杂质离子为类型相同的第一杂质离子。

进一步地，上述阱区中第一杂质离子的浓度为C1，附加阱区中第一杂质离子的浓度为C2，且C2：C1＝1:1.1～1.1:1。

进一步地，上述半导体衬底为P型衬底，阱区和附加阱区为N型阱区。

进一步地，上述半导体器件还包括设置在漏极的外围的阱区中的附加离子注入区，附加离子注入区的杂质离子与漏极的杂质离子为类型相同第二杂质离子，且附加离子注入区中的第二杂质离子浓度为C3，漏极的第二杂质离子浓度为C4，C3＜C4。

进一步地，上述C3和C4的比例为C3＝50～95％C4。

进一步地，上述层间介质层和金属布线层分别有n层，金属布线层沿依次远离半导体衬底方向依次为第一金属布线层、第二金属布线层、……、第n-1金属布线层和第n金属布线层，其中第二金属布线层、……、第n-1金属布线层和第n金属布线层组成的组中2至(n-2)层金属布线层的连接栅极与离子注入区的金属部由介质隔离部和金属垫组成，金属垫与过孔相连。

进一步地，上述n为3至8。

根据本申请另一方面，提供了一种半导体器件的制作方法，包括半导体前道工艺和半导体后道工艺，半导体前道工艺包括：形成阱区的步骤、形成漏极的步骤、形成栅氧层的步骤、形成栅极的步骤和形成离子注入区的步骤；半导体后道工艺包括：形成层间介质层的步骤和形成金属布线层的步骤，上述制作方法还包括在半导体衬底中离子注入区的周围形成附加阱区的步骤，附加阱区与阱区中的杂质离子为类型相同的第一杂质离子。

进一步地，上述形成附加阱区的步骤与形成阱区的步骤采用离子注入法同时进行。

进一步地，上述半导体衬底为P型衬底，形成阱区的步骤和形成附加阱区的步骤所注入的离子为N型离子。

进一步地，上述制作方法还包括在阱区中的漏极的外围设置附加离子注入区的步骤，附加离子注入区的杂质离子与漏极的杂质离子类型相同，且附加离子注入区中的杂质离子浓度为C3，漏极区的杂质离子浓度为C4，C3＜C4。

进一步地，上述附加离子注入区在半导体前道工艺中形成。

进一步地，上述附加离子注入区在完成源漏注入之后采用离子注入形成。

进一步地，上述C1和C2的比例为C3＝50～95％C4。

进一步地，上述形成金属布线层的步骤包括：在层间介质层上设置介质材料；对介质材料进行图形化处理，在对应栅极和离子注入区的位置形成凹槽；在凹槽中设置金属。

应用本申请的技术方案，将离子注入区设置在附加阱区中，且附加阱区的杂质离子与阱区中的杂质离子类型相同，因此，相当于使栅极和漏极所积聚的电荷都处于“浮动(floating)”状态，且两者之间不会产生电势差，进而不会产生漏极向栅极的漏电流；同时，该附加阱区设置在半导体衬底中，因此在半导体前道工艺中即可完成，不会对半导体后道工艺中的层间介质层或金属布线层的制作产生任何影响，由此可见，本申请的半导体器件不仅能够解决等离子损伤而且不会影响层间介质层的制作。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中半导体器件的剖面结构示意图；

图2示出了本申请一种优选实施方式提供的半导体器件的剖面结构示意图；

图3示出了本申请另一种优选实施方式提供的半导体器件的剖面结构示意图；以及

图4示出了本申请又一种优选实施方式提供的半导体器件的剖面结构示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

正如背景技术所介绍的，现有技术中的调节等离子体的能量来减轻对栅氧层造成的损伤的方法牺牲了层间介质层的填充能力，导致在层间介质层中形成空隙，进而使得器件局部功能失效，而目前也没有既能减轻等离子损伤又不会对器件性能造成影响的等离子损伤缓解方法，为了解决如上问题，本申请提出了一种半导体器件及其制作方法。

在本申请一种优选实施方式中，提供了一种半导体器件，如图2所示，该半导体器件包括半导体前道工艺结构和半导体后道工艺结构，半导体前道工艺结构包括半导体衬底100、栅氧层201和栅极202，半导体衬底100中设置有阱区101和离子注入区103且阱区101中设置有漏极102；栅氧层201设置在半导体衬底100的表面上；栅极202设置在栅氧层201上；半导体后道工艺结构包括层间介质层300和金属布线层400，层间介质层300中设置有过孔301；金属布线层400，金属布线层400中设置有介质部402和金属部401，过孔301与金属部401相连，栅极202通过过孔301和金属部401与离子注入区103相连，半导体器件还包括附加阱区104，离子注入区103设置在附加阱区104中，附加阱区104与阱区101中的杂质离子为类型相同的第一杂质离子。

具有图2所示剖面结构的半导体器件，将离子注入区103设置在附加阱区104中，且附加阱区104的杂质离子与阱区101中的杂质离子类型相同，因此，相当于使栅极202和漏极102所积聚的电荷都处于“浮动(floating)”状态，且两者之间不会产生电势差，进而不会产生漏极102向栅极202的漏电流；同时，该附加阱区104设置在半导体衬底100中，因此在半导体前道工艺中即可完成，不会对半导体后道工艺中的层间介质层300或金属布线层400的制作产生任何影响，由此可见，本申请的半导体器件不仅能够解决等离子损伤而且不会影响层间介质层300的制作。

本申请上述的附加阱区104的设置主要是为了使栅极202所积聚的电荷处于floating状态，因此，其中第一杂质离子浓度只要能实现上述目的即可，阱区101中第一杂质离子的浓度为C1，附加阱区104中第一杂质离子的浓度为C2，优选C2：C1＝1:1.1～1.1:1，因此，利用离子注入法且通过本领域常规的控制离子注入的能量、剂量和角度等方式调节其中的第一杂质离子浓度。

本申请上述设置附加阱区104的技术思想可以用于具有类似技术问题的多种半导体结构中，在应用于解决栅极202和漏极102见漏电流问题时，优选上述半导体衬底100为P型衬底，上述阱区101和附加阱区104为N型阱区。

在本申请另一种优选的实施方式中，上述半导体器件还包括设置在漏极102的外围的阱区101中的附加离子注入区105，可参考图3，附加离子注入区105的杂质离子与漏极102的杂质离子为类型相同的第二杂质离子，且附加离子注入区105中的第二杂质离子浓度为C3，漏极102区的第二杂质离子浓度为C4，C3＜C4。在漏极102外围的阱区101中设置附加离子注入区105，可以将漏极102积聚的电荷转移一部分至此，因此可以减小漏极102区的电荷累积，以及由此产生的与栅极202之间的电势差和离子注入效应。

为了避免上述附加离子注入区105对半导体器件的整体性能产生负面影响，优选上述C3和C4的比例为C3＝50～95％C4。

此外，上述半导体器件的层间介质层300和金属布线层400与本领域的常规半导体器件相似，都是具有多层结构，比如上述层间介质层300和金属布线层400分别有n层，金属布线层400沿依次远离半导体衬底100方向依次为第一金属布线层、第二金属布线层、……、第n-1金属布线层和第n金属布线层，本申请为了降低瞬间放电发生几率，优选上述第二金属布线层、……、第n-1金属布线层和第n金属布线层组成的组中2至(n-2)层金属布线层400的连接栅极202与离子注入区103的金属部401由介质隔离部411和金属垫412组成，金属垫412与过孔301相连。如图4所示，利用介质隔离部411将部分连通栅极202和离子注入区103的金属部401打断，从而减少了漏电流的流通路径，进而减少了瞬间放电发生的几率。上述金属布线层400和层间介质层300的数目n可以依据半导体器件的结构设计来确定，本申请优选n为4至8。

为了使本领域技术人员更好地理解本申请，在本申请有一种优选的实施方式中，还提供了一种半导体器件的制作方法，该制作方法包括本领域常规的半导体前道工艺和半导体后道工艺，其中半导体前道工艺包括：形成阱区101的步骤、形成漏极102的步骤、形成栅氧层201的步骤、形成栅极202的步骤和形成离子注入区103的步骤；半导体后道工艺包括形成层间介质层300的步骤和形成金属布线层400的步骤，上述制作方法还包括在半导体衬底100中离子注入区103的周围形成附加阱区104的步骤，附加阱区104与阱区101中的杂质离子为类型相同的第一杂质离子。

采用上述制作方法形成的半导体器件的剖面结构可以参考图2，在半导体中的离子注入区103的周围设置附加阱区104，且附加阱区104中的杂质离子与阱区101中的杂质离子类型相同均为第一杂质离子，因此，相当于使栅极202和漏极102所积聚的电荷都处于“floating”状态，且两者之间不会产生电势差，进而不会产生漏极102向栅极202的漏电流；同时，该附加阱区104设置在半导体衬底100中，因此在半导体前道工艺中即可完成，不会对半导体后道工艺中的层间介质层300或金属布线层400的制作产生任何影响，由此可见，本申请的半导体器件不仅能够解决等离子损伤而且不会影响层间介质层300的制作。

本申请为了简化该附加阱区104的制作过程，优选在进行阱区101的离子注入的同时进行附加阱区104的离子注入，因此可以很好的控制两者的第一杂质离子的浓度在上述范围内，上述同时进行阱区101和附加阱区104离子注入的过程不会影响后续阱区101形成之后的工序，只需要对形成阱区101所用的掩膜版进行改进，即在对应附加阱区104的位置形成开口，然后同时进行两者的离子注入。优选上述半导体衬底100为P型衬底，形成阱区101的步骤和形成附加阱区104的步骤所注入的离子为N型离子。

在本申请有一种优选的实施方式中，上述制作方法还包括在阱区101中的漏极102的外围设置附加离子注入区105的步骤，附加离子注入区105的杂质离子与漏极102的杂质离子类型相同，且附加离子注入区105中的杂质离子浓度为C3，漏极102区的杂质离子浓度为C4，C3＜C4。采用上述制作方法形成的半导体器件的剖面结构可以参考图3，通过在漏极102外围的阱区101中设置附加离子注入区105的步骤，可以将漏极102积聚的电荷转移一部分至附加离子注入区105，因此可以减小漏极102区的电荷累积，以及减小由此产生的与栅极202之间的电势差和离子注入效应。

上述附加离子注入区105的设置步骤可以在半导体前道工艺中完成也可以在半导体后道工艺中完成，为了避免实施该步骤对已经形成的半导体器件结构造成负面影响，优选上述附加离子注入区105在半导体前道工艺中形成；进一步优选附加离子注入区105在完成源漏注入之后采用离子注入形成。即在完成源漏注入形成漏极102之后，利用新的掩膜版将已经形成的栅极202、源漏极102等结构进行保护，然后对漏极102外围的区域进行离子注入，并通过控制离子注入的剂量、能量和角度控制附加离子注入区105的深度、杂质离子浓度等，优选上述C3和C4的比例为C3＝50～95％C4。

此外，对于金属布线层400的制作过程是本领域技术人员所熟知的，为了进一步减少离子损伤效应，对金属布线层400形成过程所使用的掩膜版进行改进，在对应栅极202和离子注入区103的位置设置开口，即对对应上述两个位置的介质材料进行刻蚀，因此优选上述金属布线层400的步骤包括：在层间介质层300上设置介质材料；对介质材料进行图形化处理，在对应栅极202和离子注入区103的位置形成凹槽；在凹槽中设置金属。采用上述制作方法形成的半导体器件的剖面结构可以参考图4，在上述凹槽中设置的金属对应图4所示的金属垫，位于金属垫之间的介质材料对应图4所示的介质隔离部，上述在凹槽中设置金属的过程可以采用本领域常规的先沉积后平坦化的过程，在此不再赘述。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施方式实现了如下技术效果：

1)、将离子注入区设置在附加阱区中，且附加阱区的杂质离子与阱区中的杂质离子类型相同，因此，相当于使栅极和漏极所积聚的电荷都处于“floating”状态，且两者之间不会产生电势差，进而不会产生漏极向栅极的漏电流；

2)、该附加阱区设置在半导体衬底中，因此在半导体前道工艺中即可完成，不会对半导体后道工艺中的层间介质层或金属布线层的制作产生任何影响，由此可见，本申请的半导体器件不仅能够解决等离子损伤而且不会影响层间介质层的制作。

以上所述仅为本申请的优选实施方式而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种半导体器件，包括半导体前道工艺结构和半导体后道工艺结构，

所述半导体前道工艺结构包括：

半导体衬底，所述半导体衬底中设置有阱区和离子注入区，且所述阱区中设置有漏极；

栅氧层，设置在所述半导体衬底的表面上；

栅极，设置在所述栅氧层上；

所述半导体后道工艺结构包括：

层间介质层，所述层间介质层中设置有过孔；

金属布线层，所述金属布线层中设置有金属部和介质部，所述过孔与所述金属部相连，所述栅极通过所述过孔和所述金属部与所述离子注入区相连，其特征在于，所述半导体器件还包括附加阱区，所述离子注入区设置在所述附加阱区中，所述附加阱区与所述阱区中的杂质离子为类型相同的第一杂质离子。

2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述阱区中所述第一杂质离子的浓度为C1，所述附加阱区中所述第一杂质离子的浓度为C2，且C2：C1＝1:1.1～1.1:1。

3.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体衬底为P型衬底，所述阱区和所述附加阱区为N型阱区。

4.根据权利要求3所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件还包括设置在所述漏极的外围的所述阱区中的附加离子注入区，所述附加离子注入区的杂质离子与所述漏极的杂质离子为类型相同第二杂质离子，且所述附加离子注入区中的第二杂质离子浓度为C3，所述漏极的第二杂质离子浓度为C4，所述C3＜C4。

5.根据权利要求4所述的半导体器件，其特征在于，所述C3和所述C4的比例为C3＝50～95％C4。

6.根据权利要求3所述的半导体器件，其特征在于，所述层间介质层和所述金属布线层分别有n层，所述金属布线层沿依次远离所述半导体衬底方向依次为第一金属布线层、第二金属布线层、……、第n-1金属布线层和第n金属布线层，其中所述第二金属布线层、……、第n-1金属布线层和第n金属布线层组成的组中第2至第(n-2)层金属布线层的连接栅极与离子注入区的所述金属部由介质隔离部和金属垫组成，所述金属垫与所述过孔相连。

7.根据权利要求6所述的半导体器件，其特征在于，所述n为3至8。

8.一种权利要求1至7中任一项所述的半导体器件的制作方法，包括半导体前道工艺和半导体后道工艺，所述半导体前道工艺包括：形成阱区的步骤、形成漏极的步骤、形成栅氧层的步骤、形成栅极的步骤和形成离子注入区的步骤；所述半导体后道工艺包括：形成层间介质层的步骤和形成金属布线层的步骤，其特征在于，所述制作方法还包括在所述半导体衬底中所述离子注入区的周围形成附加阱区的步骤，所述附加阱区与所述阱区中的杂质离子为类型相同的第一杂质离子。

9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述形成附加阱区的步骤与所述形成阱区的步骤采用离子注入法同时进行。

10.根据权利要求8或9所述的制作方法，其特征在于，所述半导体衬底为P型衬底，所述形成阱区的步骤和所述形成附加阱区的步骤所注入的离子为N型离子。

11.根据权利要求10所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括在所述阱区中的所述漏极的外围设置附加离子注入区的步骤，所述附加离子注入区的杂质离子与所述漏极的杂质离子类型相同，且所述附加离子注入区中的杂质离子浓度为C3，所述漏极区的杂质离子浓度为C4，所述C3＜C4。

12.根据权利要求11所述的制作方法，其特征在于，所述附加离子注入区在半导体前道工艺中形成。

13.根据权利要求11所述的制作方法，其特征在于，所述附加离子注入区在完成源漏注入之后采用离子注入形成。

14.根据权利要求11所述的制作方法，其特征在于，所述C3和所述C4的比例为C3＝50～95％C4。

15.根据权利要求10所述的制作方法，其特征在于，所述形成金属布线层的步骤包括：

在所述层间介质层上设置介质材料；

对所述介质材料进行图形化处理，在对应所述栅极和所述离子注入区的位置形成凹槽；

在所述凹槽中设置金属。