1234196 ⑴ 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種半導體裝置及其製造方法,且特 別有關h種§作例如電源1 c使用之高耐壓半導體裝 置及其製造方法。 【先前技術】 在半導體裝置中’代表性的高耐壓半導體裝置,係使 用於電源用1 c或顯示裝置用驅動器等。高耐壓半導體裝 置之剖面不意圖(第1習知例)係以第3圖表示。第3圖 係一種半導體裝置,其具有:閘極電極3 ;第2導電型低 濃度之第1漂移區域6,在閘極電極3端部正下方且與閘 極電極3部分重疊·,以及第2導電型高濃度之源極區域4 及汲極區域5,與閘極電極3隔開且被第1漂移區域6所 包圍。在此,1係第1導電型之半導體基板;2係閘極絕 緣膜;6A係第1漂移區域端;6B係汲極區域和第1漂移 區域之邊界部;8係元件分離區域;1 4係層間絕緣膜;1 5 係汲極電極;1 6係源極電極;1 7係第1漂移區域長度。 以下,説明上述第1習知例中之高耐壓化的原理。 在第1習知例中,當施加高電壓於汲極區域5時,因 爲第1漂移區域6之空乏化,在漂移區域6會產生電壓下 降,而緩和閘極電極3下之第1漂移區域端6A之電場, 而能獲得高耐壓化。亦即,爲了提高第1漂移區域端6A 上之耐壓,促進第1漂移區域6處之電壓下降’而降低第 -4- (2) 1234196 1漂移區域6之濃度。 又’使閘極電極3在其端部正下方與第1漂移區域6 重疊’藉此’利用與閘極電極3之電位差,能促進該重疊 區域處之更加空乏化,使漂移區域端6A之電場更加緩 和,因此能實現高耐壓化。 第1習知例之改良型係表示於第4(d)圖中,其表示第 2習知例2之半導體裝置的剖面示意圖。其爲一種半導體 裝置,具有··閘極電極3 ;第2導電型低濃度之第1漂移 區域6,在閘極電極3端部正下方且與閘極電極3部分重 疊;第2漂移區域7,與閘極電極3隔開,與第1漂移區 域6隣接;以及第2導電型高濃度之源極區域4及汲極區 域5,與閘極電極3隔開,被第2漂移區域7包圍。以 下,説明上述第2習知例之高耐壓化的原理。 在第3圖之第1習知例中,在提高第1漂移區域端 6A處之耐壓時,爲了促進第1漂移區域6處之電壓下 降,而必須降低第1漂移區域6之濃度。另外,在汲極區 域及第1漂移區域之邊界部6B處,因爲第1漂移區域6 之空乏化,會產生電壓下降,所以,邊界部6 B之電場強 度會變高,而引起耐壓特性降低。 因此,在第2習知例中,如第4(d)圖所示般地包圍汲 極區域5,然後設置第2漂移區域7,使第2漂移區域7 之濃度比第1漂移區域6還要高,藉此緩和汲極區域和第 2漂移區域之邊界部7 B的電場,而實現晶體管全体之高 耐壓化。圖中’ 7A係表示第丨漂移區域和第2漂移區域 (3) 1234196 之邊界部。 與上述第2習知例相當之裝置,有日本特開昭6卜 1 8 04 8 3號專利公報。 可是,上述高耐壓化技術,會有導致工程増加及細微 化遭遇極限的課題。 亦即,如第2習知例,在製造濃度不同之兩個漂移區 域時,如第 (a)、(b)圖所不’有必要個別使用感光性光 阻劑光罩1 〇,以實施漂移區域形成用的雜質注入(11、 12)。這會造成工程増加。 又,在第2漂移區域形成時,因爲與已經導入完成之 第1漂移區域間的校直誤差,第1漂移區域長度1 7會不 穩,因此,晶體管特性有時會變得不穩定。爲了抑制上述 現象,有必要使第1漂移區域長度1 7設計値加大到校直 誤差之5倍左右(當製造上之校直誤差係0.2 μιη時,整體 之漂移長度爲1 μηι左右),因此,在細微化時,會遭遇極 限。 更有甚者,在閘極電極形成時,因爲閙極電極和第1 漂移區域6之校直誤差,閘極電極和漂移區域的重疊寬度 有必要爲校直誤差之2倍左右,以使閘極電極和漂移區域 不隔開。在圖中,1 3係表示用於形成源極區域和汲極區 域之雜質注入。 【發明內容】 本發明之發明者鑑於上述課題,發現到一種在製作上 -6- (4) 1234196 不增加工程数,就具有能細微化之漂移區域的半導體裝置 及其製造方法,而作成本發明。 使用本發明的話,能提供一種半導體裝置,具備:第 1導電型半導體基板,形成有元件分離區域;閘極電極, 中介著閘極絕緣膜而形成於半導體基板上;側壁間隔件, 由任意形成於閘極電極側壁上之絕緣膜所構成;第2導電 型漂移區域,具備低濃度區,該低濃度區係形成於閘極電 極之通道長度方向端部的至少一側之半導體基板上;第2 導電型高濃度區,在低濃度區之外,被漂移區域包圍;層 間絕緣膜,形成於半導體基板全面;以及接觸孔和金屬配 線,形成於既定處所; 具備低濃度區之第2導電型漂移區域,係藉由自彼此 不同之4個方向而且以既定注入角度實施之雜質離子注入 所形成之區域。 更有甚者,利用本發明的話,能提供一種半導體裝置 的製造方法,其包括:在形成有元件分離區域之第1導電 型半導體基板上,中介著閘極絕緣膜而形成閘極電極之工 程;任意地在閘極電極之側壁上形成由絕緣膜所構成之側 壁間隔件的工程;藉由自相互不同之4個方向而且以既定 注入角度實施之雜質離子注入,在閘極電極之通道長度方 向端部的至少一側之半導體基板上,形成具備低濃度區之 第2導電型漂移區域的工程;形成光阻劑圖案,透過光阻 劑圖案,形成被除去低濃度區之漂移區域所包圍之第2導 電型高濃度區之工程;除去光阻劑圖案,在半導體基板全 (5) 1234196 面形成層間絕緣膜之工程;以及,在既定處所形成接觸孔 和金屬配線之工程。 又,利用本發明的話’能提供一種半導體裝置的製造 方法,其包括:在形成有元件分離區域之第1導電型半導 體基板上,中介著閘極絕緣膜而形成閘極電極之工程;任 意地在閘極電極之側壁上形成由絕緣膜所構成之側壁間隔 件的工程;在形成閘極電極時,遮蔽側壁間隔件’然後蝕 刻半導體基板而形成溝槽之工程;藉由自相互不同之4個 方向而且以既定注入角度實施之雜質離子注入,在閘極電 極之通道長度方向端部的至少一側之半導體基板上,形成 具備低濃度區之第2導電型漂移區域的工程;形成光阻劑 圖案,透過光阻劑圖案,形成被除去低濃度區之漂移區域 所包圍之第2導電型高濃度區之工程;除去光阻劑圖案, 在半導體基板全面形成層間絕緣膜之工程;以及,在既定 處所形成接觸孔和金屬配線之工程。 【實施方式】 在本發明,於形成閘極電極後之漂移區域形成用雜質 導入工程中,其特徵在於:通常,使在與晶圓面成0°入 射角所實施用於形成漂移區域之雜質注入加以斜向(例 如,3 〇 °以上),更有甚者,藉由改變注入中之導入方 向,則:(1 )因爲閘極電極之影像,在隣接閘極電極端部 正下方之區域,雜質導入會受制限,所以’該區域會低濃 度化;(2)具有漂移區域,前述漂移區域係藉由更加斜向 (6) 1234196 入射而造成在閘極電極端部正下方注入雜質所形成,且前 述漂移區域係重疊於鬧極電極端部正下方。 藉此’可省略第2習知例之用於形成第1漂移區域的 工程。又,閘極電極及漂移區域之重疊寬度及低濃度區域 長度,係由雜質注入之入射角度和閘極電極厚度來決定, 所以,這些數値較穩定,因此,半導體裝置就能夠細微 化。具體說來,與第4(d)圖第2習知例之半導體裝置相比 車父’細微化提商約1 0〜4 0 % 。 又,由絕緣膜所構成之側壁間隔件係選擇性地形成於 閘極電極側壁,藉此,在其後之漂移區域形成用雜質導入 工程中,能制限利用斜向入射而注入於閘極電極端部正下 方之深度。因此,能減少閘極電極和漂移區域之重疊寬 度,使半導體裝置更加細微化。 另,使漂移區域之半導體基板表面相對於閘極電極正 下方之半導體表面呈溝槽狀’錯此’隣接聞極電極端部正 下方之溝槽的側壁部爲最低,接著,在溝槽底部之局部, 能使漂移區域低濃度化。因此,能延長有効之低濃度區域 長度,能使半導體裝置更加高耐壓化。具體說來,與第 1 (C)圖之半導體裝置相比較,能有1 · 1〜1 · 3倍之高耐壓 化。 而且,當施加於源極區域之電壓很低時,在源極區域 側’耢由省略漂移區域’隣接到鬧極電極端正下方而設置 高濃度之源極區域,而能夠謀求細微化。 能使用於本發明之半導體基板並沒有特別限定,可以 -9- (7) 1234196 使用矽基板、矽鍺基板等眾所週知的基板。 在半導體基板上形成有元件分離區域。元件分離區域 可以是LOCOS分離區域或通道分離區域之任一。 在以元件分離區域區分之區域的半導體基板上既定處 所,中介著閘極絕緣膜而形成有閘極電極。閘極絕緣膜, 可以使用矽酸化膜、矽窒化膜及上述膜的層疊體等。閘極 電極可以使用例如:鋁1、銅等的金屬膜、聚矽膜、矽和 高融點金屬(例如,鈦、鎢等)的金屬矽化物膜、聚矽膜 和金屬矽化物膜之層疊體(多晶矽化物膜)。閘極絕緣膜可 以因應材料而選擇例如:熱酸化法、濺射法等來形成;閘 極電極可以因應材料而選擇例如:CVD法、蒸著法等來 形成。 在閘極電極之側壁,也可以形成由絕緣膜(例如:矽 氧化膜、矽氮化膜)所構成之側壁間隔件。側壁間隔件可 以因應材料而選擇例如:CVD法、濺射法等來形成。 更有甚者,在形成閘極電極時,可以將側壁間隔件當 作屏蔽,藉由乾式或濕式蝕刻半導體基板以形成溝槽。溝 槽之深度,可以是例如:0 . 1〜〇 . 5 μηι。溝槽之形狀並沒 有特別限定,可以是例如:溝槽之壁面爲垂直狀、溝槽底 面比上面狹窄之形狀、或者溝槽底面比上面寬之形狀等。 在半導體基板上,自彼此不同之4個方向而且以既定 注入角度,實施雜質之離子注入,藉此,在閘極電極通道 長度方向上之端部具備有低濃度區之第2導電型漂移區域 至少會形成於半導體基板之汲極區域形成側。注入角度係 -10- (8) 1234196 依所選用半導體裝置之特性而異,但是,例如可以選用 30。以上來實施,更具體說來,可以選用30。〜7 0 °之範 圍。 在此,彼此不同之4個方向,只要是可以形成上記漂 移區域的話,彼此可以是任何相對關係。特別是4個方向 最好係:其中一個方向係與通道寬度方向平行之方向’其 他3個方向則相對於前述方向,分別呈9 0 °、1 8 0 °及2 7 (T 之入射角。 更有甚者,透過光阻劑圖案,形成被去除低濃度區之 漂移區域所包圍之第2導電型高濃度汲極區域。而且,源 極區域也可以形成在漂移區域内。另,源極區域也可以單 獨形成,以使其與閘極電極之側壁下部重疊。 復,在半導體基板全面具備有層間絕緣膜,在既定處 所具備有接觸孔和金屬配線。層間絕緣膜並沒有特別限 定,能使用以眾所週知之方法所形成的矽氧化膜、SOG膜 等眾所週知之膜之任一。又,形成有接觸孔之既定處所, 可以是源極區域、汲極區域、閘極電極等。金屬配線可以 是錦膜、銅膜等。 (實施例) 以下,針對本發明半導體裝置及其製造方法之實施, 以具體的數値加以説明。 (第1實施例) -11 - (9) 1234196 第1 (c)圖係第1實施例之半導體裝置的剖面示意圖。 第1導電體型之半導體基板1係例如P型,硼濃度係 約lxl〇15/cm3。前述基板上有厚度爲400 nm左右之元件 分離區域8,接著,形成有例如厚度爲4 0 nm之閘極絕緣 膜2 ;更有甚者,形成有由例如厚度爲200 nm之多晶矽 化物所構成之閘極電極3。前述閘極電極3之通道長度係 Ιμηι左右,在閘極電極側壁上,選擇性地形成有由絕緣膜 所構成之側壁格間隔件 23,底部之膜厚係例如 1〇〇 η m ° 又,形成有漂移區域2 1,前述漂移區域2 1係包含閘 極電極3之端部正下方,以自身整合約重疊Ο.ίμιη。前述 漂移區域之低濃度區域長度22係0·2 μιη左右,濃度係 0.9xl017/cm3、接合深度係0·4μπι左右。另,漂移區域自 身之濃度係I . 2 X 1 0 1 7 / c m3、接合深度係0.5 μ m左右。 閘極電極3和汲極區域5之距離係1 μηι。 利用表不圖1(a)〜(c)之半導體裝置製造工程的剖面示 意圖,說明第1(c)圖之半導體裝置製造方法。 在第1 (a)圖中,在半導體基板1上’選擇性地形成有 元件分離區域8,接著形成有閘極絕緣膜2,更有甚者, 形成有閘極電極3。 在閘極電極3側壁上,選擇性地形成有由絕緣膜所構 成之側壁間隔件23。側壁間隔件23底部之膜厚,係依據 閘極電極和後來形成的漂移區域2 1之重疊寬度而做調 整。 -12- (10) 1234196 在上述半導體基板表面上,藉由例如使磷的能量爲約 180 keV,以注入角度45°而且由彼此互異之4個方向,使 離子注入之全注入量爲7x10 12/cm2左右,以實施漂移區域 形成用之雜質注入。在第1實施例中,在4個方向之中, 2個方向係與通道寬度方向平行,而且彼此夾1 8 0 ° ;其他 2個方向係與通道長度方向平行,而且彼此夾1 8 0 °。復, 漂移區域21重疊寬度之調整,可以使注入角度爲30〜70° 之範圍内適當選取。此時,能量、注入量、注入角度係決 定後來的低濃度區域長度2 2,可以依照所期望之耐壓來 做調整。
J 此時,如果依照第1(a)圖的話,藉由漂移區域形成用 之雜質斜向注入1 8和相反方向之漂移區域形成用之雜質 斜向注入1 9,在隣接閘極電極3之區域會形成閘極電極 陰影20,而限制導入該區域之雜質量' 在上述実施例之情形下,因爲自4個方向導入同量之 雜質,導入於與閘極電極3隣接之區域的雜質量因爲僅在 1個方向形成閘極電極陰影2 0,所以,此部分之雜質量係 全注入量之3/4左右,此漂移區域之寬度係自閘極電極3 u而部起約2 0 0 η γπ左右。 之後,在第1(b)圖中,在800 °C之Ν2環境氣體中退 火1 〇分鐘,以活性化漂移區域。 接著,藉由感光性光阻劑光罩1 〇,例如使砷藉由40 k e V之能量,以3 X 1 0 1 / c m2之注入量,選擇性地實施汲極 源極區域形成用之雜質注入1 3。 -13- (11) 1234196 接著,在第1 (C)圖中,使層間絕緣膜1 4形成例如9 Ο Ο nm,鑽出接觸孔而形成電極。 之後,以既知之方法’就能製作高耐壓晶體管。 (第2實施例) 本第2實施例,除了不形成側壁間隔件之外,與上述 第1實施例相同。因爲無需形成間隔件,而能獲得更細微 的半導體裝置。 (第3實施例) 第2(c)圖係第3實施例之半導體裝置的剖面示意圖。 第1導電體型之半導體基板1係例如P型,硼濃度係 約lxl〇I:5/cm3。前述基板上有厚度爲400 nm左右之元件 分離區域8,接著,形成有例如厚度爲4 0 nm之閘極絕緣 膜2 ;更有甚者,形成有由例如厚度爲2 0 0 nm之多晶矽 化物所構成之閘極電極3。前述閘極電極3之通道長度係 1 μηι左右,在閘極電極側壁上,選擇性地形成有由絕緣膜 所構成之側壁格間隔件 23,底部之膜厚係例如100 nm ° 又,形成有漂移區域2 1,前述漂移區域2 1係包含閘 極電極3之端部正下方,以自身整合約重疊〇.1 μπ1。前述 漂移區域係形成於深度〇 . 2 μπι之溝槽側壁部及底部上。前 述漂移區域之低濃度區域長度22結合側壁部和底部之部 分係0.2μηι左右,其側壁部之濃度係〇.3xl〇i7/cnl3、接合 -14- (12) 1234196 深度係Ο · 2 μ m左右;其底部之濃度係〇 , 9 χ ;[ 〇 1 7 / c m 3、接合 深度係 0.4μπι左右。復,漂移區域自身之濃度係 1.2xl〇17/cm3、接合深度係〇 5μηι左右。 利用表示圖2(a)〜(c)之半導體裝置製造工程的剖面示 蒽圖’說明第2(c)圖之半導體裝置製造方法。 在第2(a)圖中,在半導體基板1上,選擇性地形成有 元件分離區域,接著形成有閘極絕緣膜2,更有甚者,形 成有聞極電極3。 在閘極電極3側壁上,選擇性地形成有由絕緣膜所構 成之側壁間隔件23。側壁間隔件23之膜厚,係依據閘極 電極和後來形成的漂移區域2 1之重疊寬度而做調整。 又’在形成側壁間隔件2 3後,使位於半導體基板表面後 方而形成漂移區域之區域,加工成例如深度爲〇 . 2 μηι之溝 槽狀。 在上述半導體基板表面上,藉由例如使磷的能量爲約 180 keV,以注入角度45°而且由彼此互異之4個方向,使 離卞注入之全注入重係7 X 1 0 / c m2左右,以貫施漂移區域 形成用之雜質注入。在第1實施例中,在4個方向之中, 2個方向係與通道寬度方向平行,而且彼此夾1 8 0 ° ;其他 2個方向係與通道長度方向平行,而且彼此夾1 80°。此 時,能量、注入量、注入角度係決定後來的低濃度區域長 度22 ’可以依照所期望之耐壓來做調整。 此時,如果依照第2(a)圖的話,藉由漂移區域形成用 之雜質斜向注入1 8和相反方向之漂移區域形成用之雜質 -15- (13) 1234196 斜向注入1 9,在隣接閘極電極3之區域會形成閘極電極 陰影2 0,而限制導入該區域之雜質量。 在上述実施例之情形下’因爲自4個方向導λ同量之 雜質,導入於與閘極電極3隣接之溝槽側壁區域的雜質 量,因爲僅在1個方向被離子注入,所以只有全注入量的 1 /4 ;導入溝槽底部低濃度區域之雜質量,因爲僅在1個 方向上有影像,所以離子注入量爲全注入量的3 /4 ° 閘極電極陰影 2 0在4 5 °斜向注入的情形下係4 0 0 nm,其亦爲閘極電極和矽蝕刻溝槽深度之和’而漂移層 長度係約600 nm。又,漂移區域21寬度之調整,可以在 注入角度爲30〜70°之範圍内適當選取。 之後,在第2(b)圖中,在800 °C之N2環境氣體中退 火1 〇分鐘,以活性化漂移區域。 接著,藉由感光性光阻劑光罩1 〇,例如使砷藉由40 keV之能量,以3xl015/cm2之注入量,選擇性地實施汲極 源極區域形成用之雜質注入1 3。 接著,在第 2(c)圖中,使層間絕緣膜14形成例如 9 00 nm,鑽出接觸孔而形成電極,然後就能製成高耐壓晶 體管。 (第4實施例) 上述第1〜3實施例之任一,雖然半導體裝置之構造係 能施加高電壓到源極區域,但是,當施加到源極區域之電 壓很低時,在源極區域側中,可以省略漂移區域,鄰接閘 -16- (14) 1234196 極電極3端正下方而設置高濃度源極區域4。 利用本發明之半導體裝置的話,無須第1漂移區域形 成用之工程,而閘極電極和漂移區域之重疊及低濃度區域 長度,係由雜質注入的入射角度和閘極電極厚度來決定, 所以,特性很穩定,而且能夠謀求細微化。 【圖式簡單說明】 第1 ( a )〜(c )圖係表示第1實施例之半導體裝置 製造工程之剖面示意圖。 第2 ( a )〜(c )圖係表示第3實施例之半導體裝置 製造工程之剖面示意圖。 第3圖係第1習知例之半導體裝置的剖面示意圖。 第4 ( a )〜(d )圖係表示第2習知例之半導體裝置 製造工程之剖面示意圖。 [符號說明] 3 閘極電極 6 第1漂移區域 4 源極區域 5 高濃度汲極區域 1 第1導電型半導體基板 2 閘極絕緣膜 6 A 第1漂移區域端 6B 汲極區域和第1漂移區域之邊界部 -17- (15) 1234196 8 元件分離區域 14 層間絕緣膜 15 汲極電極 16 源極電極 17 第1漂移區域長度 7 第2漂移區域 10 感光性光阻劑光罩
13 形成源極區域和汲極區域用的雜質注入 23 側壁間隔件 2 1 漂移區域 22 低濃度區域長度 18 漂移區域形成用的雜質斜向注入 19 形成相反方向漂移區域用的雜質斜向注入 20 閘極電極陰影
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