TW416134B - Semiconductor device - Google Patents

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416134 五、發明說明（1) 背景說明 發明所屬之領域 本發明是關於一種半導體裝置，特別是關於一種具 高絕緣承受電壓的半導體絕緣結構。 '有 先前拮術說明 舉例來說’在一般CMOS結構的習用半導體裝置中， 圖13(a)和13(b)所示，當絕緣是以在一個n-井層}和—個 P-井層2間的渠溝中填入鑲埋的氧化物薄膜（二氧化石夕）3 方式實行時，如圖13(a)所示，磷（P)被當作n-井層j的雜’ 質，蝴（Β)被當作ρ-井層2的雜質，並且以離子植入的方' 植入。此時’離子植入的條件是讓磷離子和硼離子分布工 峰值位於渠溝底部’和讓兩個雜質分布的界面位於渠溝$ 緣結構的中央。一個ρ+擴散層4形成一個ρ通道電晶體的汲 極和源極於η-井層上。一個η+擴散層5形成一個11通道電晶 體的汲極和源極於ρ-井層上β 另一相關技術揭示於日本未經審查的申請案號瑪 14-29 70 62。此一相關技術旨在提供—種高絕緣和低放大 比例半導體裝置的製造方法。 - 免明之目的 ， 利用這個方法，如圖13(b)，硼和磷在後續熱處理程 序中由於離子植入造成凹槽層、汲極和源極中產生點缺陷 而增進擴散。增進擴散的硼和磷會聚集在矽基板和二氧化 石夕的邊界’該界面為點缺陷的聚集處。然而，硼的行為並 不像磷，因此，即使聚集的硼會維持活化狀態，磷會變成

4161*4 五、發明說明（2) 不活化。因此’在渠溝底部η-井層1和p~井層2接觸的位 置’领的濃度會變得比鱗高’而使得底部部份變成p型 區。因此’由於p-井層2延伸到渠溝底部，p-井層2和p+擴 散層4間的有效距離變短。因此，ρ-井層2和ρ +擴散層4間 的崩潰承受電壓變得比η-井層1和η+擴散層5間的低^結 果，造成各種裝置特性因為絕緣承受電壓降低而變差的問 題。 本發明是要解決上述問題並且提供一個以渠溝分隔^ 井層和Ρ-井層的絕緣結構中藉著避免ρ_井層和ρ+擴散層間 崩潰承受電壓降低而具有高絕緣承受電壓的半導體裝置。 之概要 為了達成上述目的，根據本發明第一形式的半導體裝 置其特徵為在渠溝側壁部份具有一個在基板厚度方向形成 —個Ρ-井層的硼濃度分布之峰值。 在這個半導體裝置中，由於基板厚度方向的硼濃度分 布之峰值位於渠溝侧壁部份，因此硼以渠溝側壁為中心聚 集。由於渠溝的底部不容易變成1)型區因此可以避免降低 ρ-井層和Ρ+擴散層間的崩潰承受電壓。 * 根據本發明第二形式的半導體裝置其特徵為在一個淺 於硼濃度分布之峰值所形成基板厚度方向的？_井層的位置 异有一個基板厚度方向由雜質濃度分布之峰值形成的 井層。 在這個半導體裝置中，例如砷（八3)的1)型雜質濃度分 淖之峰值淺於硼濃度分布之峰值。因此，即使硼聚集在渠

416134 五、發明說明（3) ~ " - ----- ί i ί和渠溝底部變成P型區’也可以避免渠溝底部和P+ 有一，產生崩潰。這是因為在渠溝底部和P+擴散層間具 百一個高濃度的η型雜質的部份（n+層）。 $據本發明第三形式的半導體裝置其特徵為n型雜質 辰度为布和蝴濃度分布的界面其到蝴濃度分布的距離會比 到渠溝中心更接近。 在本半導體裝置中，由於硼濃度分布之峰值遠離渠溝 底部’蝴聚集在渠溝底部的量會減少。此外，由於渠溝底 部的η型雜質濃度變高，因此可以補償由於聚集所產生的 不活化效應。結果’由於渠溝底部沒有變成Ρ型區，所以 可以避免在ρ-井層而Ρ+擴散層之間的崩潰承受電壓降低。 根據本發明第四形式的半導體裝置其特徵為構成η_井 層的η型雜質濃度高於構成ρ-井層的硼濃度。 在這個半導體裝置中，由於η型雜質濃度很高，因此 可以補償因為聚集所造成不活化的效應。此外，即使渠溝 底部變成ρ型區，η型雜質也會成為阻礙崩潰的物質。結 果，可以抑制渠溝底部和Ρ+擴散層間的崩潰。 根據本發明第五形式的半導體裝置其特徵為渠溝被形 成為接近妙基板表面較寬而底部較乍的換形’並且至少在 基板厚度方向形成一個位於楔形渠溝的側壁部份的Ρ-井層 的硼濃度分布之峰值。 在這個半導體裝置中，由於渠溝底部的區域較小，硼 會聚集向渠溝的側壁，而不是渠溝底部。因此，可能造成 硼在由渠溝結構中心到Ρ-井層部份的區域重新分布。

第6頁 416134 五、發明說明（4) 結果，可以抑制P-井層和P+擴散層間的崩潰。 一個根據本發明第六形式的半導體裝置其特徵為用砷 作為構成η-井層的η型雜質。 在這個半導體裝置中，由於砷增進擴散的程度小於磷 在型雜質中的擴散程度。因此，既然砷在矽基板和矽氧 2薄膜間邊界的聚集速率較慢’ 0此可以降低不活化的影 / :ί Ϊ由於渠溝底部不容易變成Ρ型區，所以可以避免 Ρ因此和Ρ+擴散層間崩潰承受電壓的降低。 質和η型此雜質基之在熱處理之前和離子植入Ρ型雜 導體裝置的上述特徵徵結構便可以藉由本發明半 結構在經過熱處理上述效應。儘管如此，這些 狀態。 後仍然維持一個完整的半導體裝置的

匈顯不根據本發E 緣結構之橫剖面圖； 圖2為顯示根據本發£ 緣結構之横剖面圖； 圖3為顯示根據本發[ 緣結構之橫剖面圖； 圖4為顯示根據本發£ 緣結構之橫剖面圖； 為顯示根據本發£ 緣…構之横剖面圖； 一實施例的半導體裴置的絕 二實施例的半導體骏置的絕 二實施例的半導體裝置的絕 四實施例的半導體裝置的絕 五實施例的半導體裝置的絕

416134 五、發明說明（5) " ------ 圖6為顯示根據本發明笛 緣結構之橫剖面圏； 第，、實施例的半導體裝置的絕 圖7(a)到7(d)為顯示掠祕 裝置依製造順序的製造方法^發明第一實施例的半導體 圖8(a^i8u)為= ί剖面圖； 裝置依製造順序的製造方法-實施例的半導體 , 7（橫剖面圖； 圖 9(a)到 9(d)為顯 4 + 裝置依製造順序的：：據本發明第三實施例的半導體 裒置依良“貝序的製造方法之橫剖面圖； 圖 10(a)到 10(d)為龜 + 體裝署&制β @ & 顯根據本發明第四實施例的半導 體襄置依製造方法之橫剖面圖； ®H(a) ： 體裝置依製造順序的巧據：發明第五實施例的半導 7 π泉绝方法之橫剖面圖； 體萝m到12广為顯示根據本發明第六實施例的半導 序的製造方法之橫剖面圖；並且 ηΊ 半導體裝置的絕緣結構之橫剖面圖。 薄膜&和、個ρ~井層2間的渠溝中填入鑲埋的氧化物 且以離子ί 雜質，硼（β)被當作P-井層2的雜質，並 離子和硼離SI式植入。此時’離子植入的條件是讓磷 布的旯；刀布之峰值位於渠溝底部’和讓兩個雜質分 一個p通、f立雷於曰渠溝絕緣結構的中央。一個p+擴散層4形成 層5來# j晶體的汲極和源極於η-井層上。一個n+擴散 個11通道電晶體的汲極和源極於p _井層上。

第8頁 五、發明說明（6) 符號之說明 : 1〜η-井層 2~ρ-井層 3〜氧化物薄膜（二氧化矽） 4~ρ+擴散層 5〜η+擴散層 6〜矽基板 7 ~ η -井層 8~ρ-井層 9〜渠溝 1 0〜二氧化矽 1卜Ρ+擴散層 12~η+擴散層 1 3〜光阻 1 4 ~楔形渠溝 1 5〜二氧化矽 1 6 ~矽磊晶層 1 8 ~ η _井層 發明的詳細說明 以下，本發明的實施例將參照圖來說明。 (第一實施例） 圖1為根據本實施例的半導體裝置的絕緣結構之橫剖 面圖。在本實施例的半導體裝置中，如圖1所示，在η-井

416134 五 '發明說明（7) 層7和p-井層8之間形成一個渠溝9於矽基板6並植入二氧化 矽1 0到渠溝9。因此，這個半導體裝置，具有一個由渠溝9 將η-井層7和p-井層8隔絕的絕緣結構。此外’一層P+擴散 層11形成位於η-井層7之上的ρ通道電晶體的源極和汲極。 一層η+擴散層12形成位於ρ-井層8之上的η通道電晶體的源 極和；及極。 磷（Ρ)被用來作為構成η-井層7的η型雜質，而硼（Β)被 用來作為構成ρ-井層8的ρ型雜質。此外，一個基板厚度方 向的硼濃度分布之峰值位於渠溝9側壁部份。基板厚度方 向的磷濃度分布之峰值的位置是可以改變的。 一個具有上述結構的半導體裝置的製造方法將參照圖 7 (a)到（d)來說明。 首先，如圖7(a)所示’渠溝9以習知方法形成於石夕基 板6上，並且一個渠溝絕緣結構以填入二氧化矽1〇到渠 來形成。 ^ / 其次，如圖7(b)所示，p_井層8的部份以光阻丨 起來並且類似物，和磷以離子植入植入^井層7 在離子植入之後，除去光阻]3。 。丨 之後’如圖7(c)所$，n_井層7的部份以 起來並且類似物，和蝴以離子植入植入p、井層罩 此時’由於離子植入能量和植入範圍間的關係已、。刀 所以藉由控制離子植人能量來控制的植 = 渠溝9底部的上部側壁部份。在離子植入之圍使其位方 13。 更，去除光阻

416134 五、發明說明（8) " 其次，利用習知方法，如圖7(d)所示，p+擴散層 η +擴散層〗2分別形成p通道電晶體的源極和汲極和^通道電 晶體的源極和沒極11 此外，圖7(b)到7(c)中離子植入的順序可以相反過 來。 (第二實施例） 圖2為根據本實施例的半導體裝置的絕緣結構之橫剖 面圖。 本身㈣絕緣結構 此外，本實施例其特徵為以磷作為構 雜質，而硼為構成ρ-井層8的型雜質。 . 度方向的磷漠度分布之峰值的位置板厚 曾奋a 士+,夂& 1次&丞板厚度方向的硼 二個結構的半導體裝置的製造方法將參 8 ( a)到8 ( d )來說明 照圖 4首先，如圖8(a)戶斤示，渠溝9以習 板6上，並且-個渠溝絕緣結構 j於石夕基 來形成。 、一氧化矽I 〇到渠溝9 其次，如圖8(b)所示，n〜共岛7 起來並且類似物，和硼以離子^ ，邛份以光阻13遮罩 在離子植入之後，除去光阻13。 入P-井層8的部份。 之後’如圖8(c)所示 共屉 P井層8的部份以光阻13遮罩

第II頁 416134 五、發明說明（9) 起來並且類似物，和麟以離子植入植入η-井層7的部份。 在離子植入磷和硼的時候’藉由控制離子植入能量使磷的 植入範圍短於硼的範圍β 其次，利用習知方法’如圖8 ( d)所示，Ρ+擴散層11和 擴散層1 2分別形成P通道電晶體的源極和汲極和η通道電 晶體的源極和没極。 此外，圖8(b)到8(c)中離子植入的順序可以相反過 來0 (第三實施例） 圖3為根據本實施例的半導體裝置的絕緣結構之橫剖 面圖。如圖3所示，在本實施例中半導體裝置的渠溝絕緣 結構本身和上述實施例類似。 此外，本實施例其特徵 雜質，而硼是作為構成Ρ-井 濃度分布和一個棚濃度分布 而非位於渠溝9的中心。 為碟疋作為構成η-丼層7的η型 層8的ρ型雜質。此外，一個碟 的界面凸向硼濃度分布的區域 9(相=:結構的半導體裝置製造方法將參照圈 來形成。 名緣釔構以填入二氧化矽10到渠溝9 其次，如圖9(b)所千 起來並且類㈣，和堋井：7的部份以光阻13遮罩 ’以斜向η-井層7的離子束植入p〜井

第12頁 416134 五、發明說明（ίο) * --- 層8的部份。在離子植入之後，除去光阻13。 之後，如圖9(c)所示，p_井層8的部份以光阻丨3遮罩 起來並且類似物，和磷以斜向n_井層7的離子束植入 層7的部份。 # 形成之:道二=)二示，P+擴散層U和“擴散層12分別 t成p通道電日a體的源極和沒極#ση通道電晶體的源極和及 極。 來 此外’圖9(b)到9(c)中離子植入的順序可以相反 過 (第四實施例） 圖4為根據本實施例的车遵_妙驻苗> 面圖 J幻牛導體裝置的絕緣結構的橫剖 如圖4所示，在本實施例中丰藤體 構本身和上述實施例類似。 ’渠溝絕緣結 此外’本實施例其特徵為砷作 雜質，而㈣為構成Ρ-井層8的"〗：：為：成η_井層7_型 於蝴的濃度》 ^的0型雜質。此外H農度高 一個具有上述結構的半導體裝置的 10(a)到10(d)來說明。 衣运万忐將參照圖 首先，如圖10(a)所示，準遂q 板6上，並且-個渠溝絕緣社^ °方法形成於石夕基 來形成。 啄、、。構以填入二氧化矽10到渠溝9 其次，> 圖1〇(b)所示，^井層7的部份以光阻13遮罩

$ m 第13頁 416134

起來並且類似物，和硼以離子植入植入^井層8的部份。 在離子植入之後，除去光阻13。 之後，如圖10(c)所示，p_井層8的部份以光阻13遮 起來並且類似物，和磷以離子植入植入n_井層7的部份。 當離子植入硼和磷時，控制兩種離子的劑量使得磷的 大於硼的劑量。 ，之後，如圖10(d)所示，ρ+擴散層u*n+擴散層12分 別形成p通道電晶體的源極和汲極和n通道電晶體的源極和 及極。 此外，圖10(b)到10(c)中離子植入的順序可以相反過 (第五實施例）

圖5為根據本實施例的半導體裝置的絕緣結構的橫 面圖。 J 如圖5所示，在本實施例的半導體裝置中，形成一個 接近矽基板6表面較寬而底部較窄的楔形渠溝14。硼 ::的峰值和磷濃度分布的峰值皆位於楔形渠溝“的侧- 邵份。 土 一個具有上述結構的半導體装置的製造方法 u(a)到11(f)來說明。 _ 首先，如圖1]U)所示，形成一個具有，舉例來說， 見度ΙΟηιη的二氧化矽15長條於矽基板6。 其次，如圖u(b)所示，一層矽磊晶層16以超高真空

第14頁 416134 五、發明說明（12) 化學氣相鍍膜的方式選擇性的長在矽晶片6上，此時，這 層石夕蠢晶層16長付與二氧化石夕長條15的部份具有某一特°定 角度。 一、 “之後，如圖11 (c)所示，利用化學氣相鍍膜將二氧化 矽薄膜10鍍在整個表面以便將二氧化矽薄膜1〇填入由矽磊 晶層1 6晶面所構成的渠溝中。 其次，如圖11 (d)所示，利用化學機械研磨將矽磊晶 層16上的二氧化矽薄膜10去除以將表面變平。 _在以這個方式形成渠溝絕緣結構之後，如圖11(e)所 不，利用離子植入以硼在P-井層8的部份和以磷在^井層7 :部份形成-個Ρ-井層8和一個η一井層7。離子植 疋可改變的。 在此之後，如圖11(0所示，ρ+擴散層u和〇+擴散層 t別形成p通道電晶體的源極和〉及極和n通道電 梭和汲極》 (第六實施例） 面圏圖6為根據本實施例的半導體裝置的絕緣結構之橫剖 如圖6所示，本實施例中半導體裝置的渠溝絕緣 本身和第一到第四的實施例類似。 ，α構 雜暂Μ作為構成Ρ-井層8的？型 广，而特別地，砷為構成卜井層18的η型雜質》 -個具有上述結構的半導體裝置的製造方法將參照圖

第15頁 416134 五、發明說明（13) 1 2 (a )到1 2 ( d)來說明。 首先，如圖12(a)所示，渠溝9以習知 板6上，並且一個渠溝絕緣結構以填入二方法=成於矽基 來形成。 一氧化梦10到渠溝9 其次’如圖12(b)所示，ρ_井層8的部份以 起來並且類似物，和砷以離子植入植入卜 $罩 在離子植入之後，除去光阻13。 井層18的邻伤。 豈把⑷所示’η_井層18的部份以光阻13遮 罩起來並且類似物，和领以離子植人植人井層8 : 之後，如圖12(ci)所示，η+撼拾.，藤 “，"二牌層和η+擴散層12分別形 JP通道電曰日體的源極和汲極和，通道電晶體的源極 極。 來。此外，圖12(b)到12(〇中離子植入的順序可以相反過 此外，本發明的技術範圍並不限於上述實施例，顯而 易見地在不背離本發明精神和範圍内，得以大幅不同於本 發明的工作模式的方法來實行。舉例來說，可以採用組合 第一到第六實施例的結構。實際的例子，可以組合第三和 第六實施例的凸向獨濃度分布的砷濃度分布和硼濃度的界 面取代位於渠溝中心的砷濃度分布和硼濃度的界面，並且 以=為Γ1型雜質和以硼為p型雜質。在這個情形，可以進一 步藉由使用砷的效應和界面位置效應來抑制口+擴散層和？一 井層間的崩潰。 如以上詳細說明者’依本發明之半導體裝置，渠溝底 416134

五、發明說明（14) 部不容易變成P型區或是即使渠溝底部因為發生在渠溝底 部的棚聚集而變成p型區也會形成由η型雜質所構成'的崩"'潰 阻礙物。因此，可以抑制Ρ+擴散層和ρ_井層間的崩潰。妙 果’乃可以提供一個具有高絕緣承受電壓的半導體裝置。 本發明得以不偏離上述精神和必要特徵的其他特定形 式來實施。上述的實施例主要是用來舉例而不是限定，本 發明的範圍係由申請專利範圍而非上述說明予以界定，在 與申請專利範圍等效之意義與範圍内的改變均認為包含在 其中。 曰本專利中請案No. 10-077990 (於1 998年3月25日提出 申請）的全部揭露内容包含說明書、申請專利範圍，圖示 和概要均併入於此作為參考文獻。

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Claims (1)

1. 416134 六、申請專利範面 右々U仆一物種/时導體裝£ ’其所具有之絕緣結構係以填入 有矽氧化物薄膜的渠溝來分隔形成於矽基板上的缉入 其：構成…的蝴在基板厚度方向的濃度= 之峰值位於渠溝側壁部份。 刀布 2_ 一種半導體裝置，其所具有之絕緣結構係以填 有矽氧化物薄臈的渠溝來分隔形成於矽基板上的井 P -井層；其中構成η-井層的n型雜質在基板厚度方向的 度分布之峰值係位在較構成p_丼層的硼在基板厚度方向 濃度分布之峰值為淺的位置。 肉的 3. —種半導體裝置，其所具有之絕緣結構係以 有矽氧化物薄膜的渠溝來分隔形成於矽基板上的^井 P-井層；其中η型雜質的濃度分布和硼的濃度分布之界 位置，係較渠溝中心更接近於硼之濃度分布側。 4. 一種半導體裝置，其所具有之絕緣結構係以 有矽氧化物薄膜的渠溝來分隔形成於矽基板上的η_井層和 Ρ-井層，其中構成η-井層的η型雜質的濃度比構成ρ__ 的硼之濃度為高。 @ 5 一種半導體裝置，其所具有之絕緣結構係以填入 有矽氧化物薄膜的渠溝來分隔形成於矽基板上的n井層和 ρ-井層，其中該渠溝係被形成為在接近矽基板表面側較 寬，而在底部侧較窄的楔形；並且構成井層的硼在基板 厚度方向的濃度分布之至少一個峰值係位於楔形渠溝的側 壁部份。 6. 一種半導趙裝置’其所具有之絕緣結構係以填入 4^6134

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