TWI682542B - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本發明是有關於一種積體電路,且特別是有關於一種半導體元件。The present invention relates to an integrated circuit, and particularly to a semiconductor device.
隨著科技趨勢,製造具有較低的元件特定導通電阻(Ron-sp)的半導體元件是被期望的,而如何縮短閘極長度以獲得較低元件特定導通電阻,將成為重要的一門課題。With the trend of technology, it is expected to manufacture semiconductor devices with lower device-specific on-resistance (Ron-sp), and how to shorten the gate length to obtain lower device-specific on-resistance will become an important topic.
本發明提供一種半導體元件,其可以有效縮短半導體元件的閘極長度,同時維持一定的電性特徵。The invention provides a semiconductor element which can effectively shorten the gate length of the semiconductor element while maintaining certain electrical characteristics.
本發明提供一種半導體元件包括具有第一導電型的基底、至少一閘極結構組合、具有第二導電型的內摻雜區、具有第二導電型的兩個外摻雜區以及具有第二導電型的兩個淡摻雜區。每一閘極結構組合包括第一閘極結構與第二閘極結構。閘極結構組合配置於基底上。內摻雜區位於基底中,且夾於第一閘極結構與第二閘極結構之間。兩個外摻雜區位於基底中。兩個外摻雜區位於內摻雜區、第一閘極結構與第二閘極結構之外的基底中。兩個淡摻雜區位於基底中。淡摻雜區包覆外摻雜區的側壁與底面,且內摻雜區的側壁與底面不被淡摻雜區所包覆。The invention provides a semiconductor device including a substrate having a first conductivity type, at least one gate structure combination, an inner doped region having a second conductivity type, two outer doped regions having a second conductivity type, and having a second conductivity Two lightly doped regions of the type. Each gate structure combination includes a first gate structure and a second gate structure. The gate structure combination is arranged on the substrate. The internally doped region is located in the substrate and is sandwiched between the first gate structure and the second gate structure. Two out-doped regions are located in the substrate. The two outer doped regions are located in the substrate outside the inner doped region, the first gate structure and the second gate structure. Two lightly doped regions are located in the substrate. The lightly doped region covers the side walls and bottom surface of the outer doped region, and the side walls and bottom surface of the inner doped region are not covered by the lightly doped region.
本發明提供一種半導體元件包括具有第一導電型的基底、至少一閘極結構組合、具有第二導電型的內摻雜區、具有第二導電型的兩個外摻雜區以及具有第二導電型的淡摻雜區。兩個閘極結構配置於基底上。內摻雜區位於基底中。內摻雜區夾於第一閘極結構與第二閘極結構之間。兩個外摻雜區位於基底中。兩個外摻雜區位於內摻雜區、第一閘極結構與第二閘極結構之間之外的基底中。淡摻雜區位於基底中。淡摻雜區包覆內摻雜區的側壁與底面,且外摻雜區的側壁與底面不被淡摻雜區所包覆。The invention provides a semiconductor device including a substrate having a first conductivity type, at least one gate structure combination, an inner doped region having a second conductivity type, two outer doped regions having a second conductivity type, and having a second conductivity Type lightly doped region. The two gate structures are arranged on the substrate. The inner doped region is located in the substrate. The internally doped region is sandwiched between the first gate structure and the second gate structure. Two out-doped regions are located in the substrate. The two outer doped regions are located in the substrate outside the inner doped region, the first gate structure and the second gate structure. The lightly doped region is located in the substrate. The lightly doped region covers the sidewalls and bottom surface of the inner doped region, and the side walls and bottom surface of the outer doped region are not covered by the lightly doped region.
基於上述,本發明藉由單一半導體元件中具有內摻雜區夾於兩個閘極結構之間,兩個外摻雜區位於內摻雜區、兩個閘極結構之外的基底中,淡摻雜區包覆外摻雜區的側壁與底面,而不包覆內摻雜區的側壁與底面,或者,淡摻雜區包覆內摻雜區的側壁與底面;而不包覆外摻雜區的側壁與底面,使兩相鄰的內摻雜區與外摻雜區附近不會產生兩個淡摻雜區側向擴散相互接觸而產生擊穿漏電流的現象,進而可以有效縮短半導體元件的閘極長度,同時維持一定的電性特徵。Based on the above, the present invention has an internally doped region sandwiched between two gate structures in a single semiconductor device. The two externally doped regions are located in the substrate outside the internally doped region and the two gate structures. The doped region covers the sidewall and bottom surface of the outer doped region, but does not cover the sidewall and bottom surface of the inner doped region, or the lightly doped region covers the sidewall and bottom surface of the inner doped region; The side wall and bottom surface of the impurity region prevent two lightly doped regions from laterally diffusing and contacting each other near the two adjacent inner doped regions and outer doped regions to cause breakdown leakage current, which can effectively shorten the semiconductor The gate length of the device while maintaining certain electrical characteristics.
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。In order to make the above-mentioned features and advantages of the present invention more obvious and understandable, the embodiments are specifically described below in conjunction with the accompanying drawings for detailed description as follows.
參照本實施例之圖式以更全面地闡述本發明。然而,本發明亦可以各種不同的形式體現,而不應限於本文中所述之實施例。圖式中的層與區域的厚度會為了清楚起見而放大。相同或相似之標號表示相同或相似之元件,以下段落將不再一一贅述。The invention is explained more fully with reference to the drawings of this embodiment. However, the present invention can also be embodied in various forms, and should not be limited to the embodiments described herein. The thickness of layers and regions in the drawings will be exaggerated for clarity. The same or similar reference numerals indicate the same or similar elements, and the following paragraphs will not repeat them one by one.
請參照圖1A,本實施例提供一種半導體元件100的製造方法,其步驟如下。首先,提供具有第一導電型的基底102。基底102例如是選自於由Si、Ge、SiGe、GaP、GaAs、SiC、SiGeC、InAs與InP所組成的群組中的至少一種材料。基底102也可例如是磊晶層(EPI)、非磊晶層(non-EPI)、絕緣層上覆矽(SOI)基底或其組合。在本實施例中,第一導電型例如是P型,基底102例如是P型基底。P型摻雜例如是硼。Referring to FIG. 1A, this embodiment provides a method for manufacturing a
在一些實施例中,如圖1F所示,基底102從其底面102b至頂面102a可以依序具有四個不均勻的摻雜區域PW1、PW2、PW3、PW4,在其他實施例中,也可以是多個經過高溫熱退火或快速熱退火所擴散的井區。摻雜區域PW1例如是位於距離基底102的頂面102a的1微米(micrometer, μm)~3μm位置;摻雜區域PW2例如是位於距離基底102的頂面102a的0.5μm~2μm位置;摻雜區域PW3例如是位於距離基底102的頂面102a的0.2μm~1μm位置;而摻雜區域PW4例如是位於距離基底102的頂面102a的0μm~0.6μm位置。在一些實施例中,摻雜區域PW1中的摻雜濃度範圍例如是介於10
16/cm
3至10
18/cm
3之間;摻雜區域PW2中的摻雜濃度範圍例如是介於10
17/cm
3至10
18/cm
3之間;摻雜區域PW3中的摻雜濃度範圍例如是介於10
17/cm
3至10
18/cm
3之間;而摻雜區域PW4中的摻雜濃度範圍例如是介於10
16/cm
3至10
18/cm
3之間,其中摻雜區域PW4對臨界電壓(threshold voltage)的影響最大。在本實施例中,藉由對基底102中的不同區域進行不同濃度範圍的摻雜,可以直接調整半導體元件100(圖1E)的臨界電壓,因此無需使用額外的製程來控制臨界電壓。舉例而言,本發明不需要額外形成口袋型摻雜區(pocket implant regions)即可有效的控制臨界電壓,口袋型摻雜區如圖1E中包覆住第一淡摻雜區122、第二淡摻雜區124與內摻雜區140的角落的虛線區域。
In some embodiments, as shown in FIG. 1F, the
請繼續參照圖1A,接著,在基底102中形成隔離結構104,以定義出主動區AA。隔離結構104的材料例如是摻雜或未摻雜的氧化矽、低應力氮化矽、氮氧化矽或其組合,其形成方法可例如是局部區域熱氧化法(LOCOS)、淺溝渠隔離法或深溝渠隔離法。在一實施例中,隔離結構104可例如是場氧化結構(FOX)、淺溝渠隔離結構(STI)以及深溝渠隔離結構(DTI)或其組合。Please continue to refer to FIG. 1A. Next, an
請參照圖1B,形成隔離結構104之後,於基底102上形成閘極結構組合110。閘極結構組合110包括第一閘極結構112與第二閘極結構114。閘極結構組合110不限於一組第一閘極結構112與第二閘極結構114,更包括多組第一閘極結構112與第二閘極結構114。在本實施例中,第一閘極結構112與第二閘極結構114可以是相同類型的閘極結構。第一閘極結構112例如是包括依序堆疊在基底102上的閘極介電層12a及導體層12b;而第二閘極結構114例如是包括依序堆疊在基底102上的閘極介電層14a及導體層14b。閘極介電層12a、14a的材料可以包括氧化矽、氮氧化矽、氮化矽及其組合。此外,也可使用多層材料作為閘極介電層12a、14a。在本實施例中,導體層12b、14b的材料例如是摻雜多晶矽。摻雜多晶矽的摻質可以是P型導電型,例如硼。摻雜多晶矽的摻質的濃度範圍例如是10
17/cm
3至10
19/cm
3。
1B, after forming the
閘極介電層12a、14a與導體層12b、14b的形成方法例如是化學氣相沉積法(chemical vapor deposition, CVD)或爐管氧化法。在一些實施例中,第一閘極結構112與第二閘極結構114的製造步驟可以如下所述。首先,在基底102上形成閘介電材料層與導體材料層,然後以微影與蝕刻製程對上述材料層進行圖案化。The forming methods of the gate
在一些實施例中,第一閘極結構112的閘極長度L1的範圍例如是0.1μm至1μm;而第二閘極結構114的閘極長度L2的範圍例如是0.1μm至1μm。第一閘極結構112的閘極長度L1與第二閘極結構114的閘極長度L2可以是相同。在其他實施例中,第一閘極結構112的閘極長度L1與第二閘極結構114的閘極長度L2可以是不同。In some embodiments, the gate length L1 of the
請同時參照圖1B與圖2A,形成第一閘極結構112與第二閘極結構114之後,於基底102上形成圖案化的光阻層16。圖案化的光阻層16具有兩個開口O1。光阻層16覆蓋隔離結構104、第一閘極結構112、第二閘極結構114及第一閘極結構112與第二閘極結構114之間的部分基底102。換句話說,開口O1裸露出部分的主動區AA的基底102。在一些實施例中,開口O1除了裸露出部分的主動區AA的基底102,還裸露出部分的隔離結構104、第一閘極結構112與第二閘極結構114,如圖1B及圖2A所示。1B and 2A, after forming the
接著,進行一離子植入製程,以在開口O1裸露出的部分基底102中形成淡摻雜區120。淡摻雜區120包括第一淡摻雜區122與第二淡摻雜區124。在其他實施例中,基於製程需要,也可以利用其他光阻圖案設計,或其他摻雜步驟,進行多次離子植入製程,以形成第一淡摻雜區122與第二淡摻雜區124。接著,移除圖案化的光阻層16。Next, an ion implantation process is performed to form a lightly doped
第一淡摻雜區122與第一閘極結構112相鄰,而第二淡摻雜區124與第二閘極結構114相鄰。第一淡摻雜區122與第二淡摻雜區124可以是具有第二導電型的的淡摻雜區。換言之,第一淡摻雜區122與第二淡摻雜區124具有相同導電型的摻雜。第二導電型與第一導電型是不同的。在本實施例中,第二導電型例如是N型,第一淡摻雜區122與第二淡摻雜區124例如是N型淡摻雜區。N型摻雜例如是磷或是砷。第一淡摻雜區122與第二淡摻雜區124的濃度範圍例如是10
18/cm
3至10
20/cm
3。
The first lightly doped
第一閘極結構112具有外側壁112a與內側壁112b;而第二閘極結構114具有外側壁114a與內側壁114b。第一閘極結構112的外側壁112a與第二閘極結構114的外側壁114a比內側壁112b與114b靠近隔離結構104;而第一閘極結構112的內側壁112b與第二閘極結構114的內側壁114b相鄰。在一些實施例中,第一淡摻雜區122位於第一閘極結構112的外側壁112a旁的基底102中;第二淡摻雜區124位於第二閘極結構114的外側壁114a旁的基底102中;而第一閘極結構112的內側壁112b與第二閘極結構114的內側壁114b之間不具有與第一淡摻雜區122與第二淡摻雜區124的濃度類似的淡摻雜區。The
請參照圖1C,形成第一淡摻雜區122與第二淡摻雜區124之後,於閘極結構組合110的側壁上形成間隙壁130。在一些實施例中,間隙壁130位於第一閘極結構112的外側壁112a與內側壁112b上;以及第二閘極結構114的外側壁114a與內側壁114b上。在一些實施例中,第一閘極結構112與第二閘極結構114的頂面被暴露出來。在其他實施例中,間隙壁130也可以是進一步覆蓋第一閘極結構112與第二閘極結構114的頂面。間隙壁130的材料可以是介電材料。間隙壁130的材料例如是氮化矽或氧化矽,其形成的方法例如是化學氣相沉積法。間隙壁130可以是單層或是多層。間隙壁130的形成步驟例如是先於基底102上沉積介電材料層,接著,對介電材料層進行非等向性蝕刻。1C, after forming the first lightly doped
請同時參照圖1D、1E與圖2B,形成間隙壁130之後,於基底102上形成圖案化的光阻層18。圖案化的光阻層18具有開口O2。光阻層18覆蓋隔離結構104。在一些實施例中,開口O2裸露出主動區AA的基底102、間隙壁130、第一閘極結構112與第二閘極結構114。在另一些實施例中,開口O2除了裸露出主動區AA的基底102、間隙壁130、第一閘極結構112與第二閘極結構114之外,還裸露出主動區AA周圍的隔離結構104,如圖1D及圖2B所示。Please refer to FIGS. 1D, 1E and 2B at the same time. After the
接著,進行一離子植入製程,以在開口O2所裸露的主動區AA的部分基底102中形成具有第二導電型的內摻雜區140與外摻雜區150。具有第二導電型的外摻雜區150包括第一外摻雜區152與第二外摻雜區154。在其他實施例中,基於製程需要,也可以利用其他光阻圖案設計,或其他摻雜步驟,進行多次離子植入製程,以形成內摻雜區140以及第一外摻雜區152與第二外摻雜區154。接著,移除圖案化的光阻層18。Next, an ion implantation process is performed to form an inner
第一外摻雜區152與第一閘極結構112相鄰,而第二外摻雜區154與第二閘極結構112相鄰。第一外摻雜區152與第二外摻雜區154可以是相同類型的外摻雜區。內摻雜區140例如是夾於第一閘極結構112與第二閘極結構114之間的基底102中;而第一外摻雜區152與第二外摻雜區154位於內摻雜區140、第一閘極結構112與第二閘極結構114之外的基底102中。The first out-doped
具體而言,內摻雜區140例如是夾於第一閘極結構112的內側壁112b與第二閘極結構114的內側壁114b之間的基底102中。換句話說,第一閘極結構112與第二閘極結構114共用內摻雜區140。第一外摻雜區152例如是相鄰於第一閘極結構112的外側壁112a旁的基底102中;而第二外摻雜區154例如是相鄰於第二閘極結構114的外側壁114a旁的基底102中。Specifically, the inner
在一些實施例中,第一外摻雜區152的側壁152a與底面152b被第一淡摻雜區122包覆;第二外摻雜區154的側壁154a與底面154b被第二淡摻雜區124包覆。內摻雜區140的側壁140a與底面140b不被淡摻雜區所包覆。換句話說,每一淡摻雜區120隔開對應的外摻雜區150與基底102,使得對應的外摻雜區150不與基底102直接接觸;而內摻雜區140與基底102直接接觸。在一些實施例中,第一外摻雜區152與第二外摻雜區154之間可以是透過後續形成內連線而彼此電性連接,如圖1E所示。In some embodiments, the
在一些實施例中,內摻雜區140具有寬度W1;而第一外摻雜區152與第二外摻雜區154具有寬度W2。內摻雜區140的寬度W1例如是大於或等於外摻雜區150的寬度W2,但本發明不限於此。In some embodiments, the inner
在本實施例中,第二導電型例如是N型,內摻雜區140與第一外摻雜區152與第二外摻雜區154例如是N型摻雜區。N型摻雜例如是磷或是砷。內摻雜區140、第一外摻雜區152與第二外摻雜區154的摻雜濃度範圍例如是10
20/cm
3至10
22/cm
3。
In this embodiment, the second conductivity type is, for example, N type, and the inner
在一些實施例中,內摻雜區140的摻雜濃度與第一外摻雜區152與第二外摻雜區154的摻雜濃度可以是相同;內摻雜區140、第一外摻雜區152與第二外摻雜區154的摻雜濃度與第一淡摻雜區122與第二淡摻雜區124的摻雜濃度可以是不同。在一些實施例中,內摻雜區140的摻雜濃度等於第一外摻雜區152與第二外摻雜區154的摻雜濃度;內摻雜區140、第一外摻雜區152與第二外摻雜區154的摻雜濃度大於淡摻雜區120的摻雜濃度。在一些實施例中,第一淡摻雜區122與第二淡摻雜區124的摻雜濃度是內摻雜區140、第一外摻雜區152與第二外摻雜區154的摻雜濃度的1/1000至1/10。In some embodiments, the doping concentration of the
在一些實施例中,內摻雜區140例如是做為源極區;而第一外摻雜區152與第二外摻雜區154例如是做為汲極區,因此藉由第二淡摻雜區122包覆第一外摻雜區152的側壁152a與底面152b;第二淡摻雜區124包覆第二外摻雜區154的側壁154a與底面154b,可以降低來自內摻雜區(源極區)140的電子流對兩個外摻雜區(汲極區)150所造成的熱載子效應(hot carrier effect),以保護兩個第一外摻雜區152與第二外摻雜區(汲極區)154。於此完成半導體元件100。In some embodiments, the inner
在本實施例中,第一導電型例如是P型;第二導電型例如是N型。第一閘極結構112、第二閘極結構114、內摻雜區140、第一外摻雜區152與第二外摻雜區154所形成的半導體元件100稱為NMOS半導體元件。In this embodiment, the first conductivity type is, for example, P type; the second conductivity type is, for example, N type. The
在本實施例中,藉由單一半導體元件100中具有內摻雜區140夾於第一閘極結構112與第二閘極結構114之間,第一外摻雜區152與第二外摻雜區154位於內摻雜區140、兩個閘極結構112、114之外的基底中,第一淡摻雜區122包覆第一外摻雜區152的側壁152a與底面152b;第二淡摻雜區124包覆第二外摻雜區154的側壁154a與底面154b;而內摻雜區140的側壁140a與底面140b不被淡摻雜區所包覆,使得兩相鄰的內摻雜區140與第一外摻雜區152或第二外摻雜區154附近不會因為有兩個淡摻雜區120側向擴散相互接觸而產生擊穿漏電流(punch-through leakage current)的現象,進而可以有效縮短半導體元件100的閘極長度。In this embodiment, by having the inner
在此必須說明的是,以下實施例沿用上述實施例的元件標號與部分內容,其中採用相同或近似的標號來表示相同或近似的元件,並且省略了相同技術內容的說明,關於省略部分的說明可參考前述實施例,下述實施例不再重複贅述。It must be noted here that the following embodiments follow the element labels and partial contents of the above embodiments, wherein the same or similar reference numerals are used to indicate the same or similar elements, and the description of the same technical content is omitted, and the description of the omitted portions Reference may be made to the foregoing embodiments, and the following embodiments will not be repeated.
圖3A是依據本發明一實施例的半導體元件的剖面示意圖。圖3B是圖3A的基底厚度方向與摻雜濃度的關係圖。3A is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the invention. FIG. 3B is a graph of the relationship between the thickness direction of the substrate and the doping concentration in FIG. 3A.
請同時參照圖3A與圖3B,圖3A中的半導體元件200與圖1E中的半導體元件100相似,其差別在於:半導體元件200的第一導電型例如是N型;第二導電型例如是P型。基底202例如是N型基底。淡摻雜區220例如是P型淡摻雜區,其中淡摻雜區220包括第一淡摻雜區222與第二淡摻雜區224;內摻雜區240例如是P型摻雜區;而外摻雜區250例如是P型摻雜區,其中外摻雜區250包括第一外摻雜區252與第二外摻雜區254。在本實施例中,由第一閘極結構112、第二閘極結構114、內摻雜區240、第一外摻雜區252與第二外摻雜區254所形成的半導體元件200稱為PMOS半導體元件。Please refer to FIGS. 3A and 3B at the same time. The
在一些實施例中,如圖3B所示,基底202從底面202b至頂面202a可以依序具有四個不均勻的摻雜區域NW1、NW2、NW3、NW4。在其他實施例中,也可以是多個經過高溫熱退火或快速熱退火所擴散的井區。摻雜區域NW1例如是位於距離基底202的頂面202a的1μm~3μm位置;摻雜區域NW2例如是位於距離基底202的頂面202a的0.5μm~2μm位置;摻雜區域NW3例如是位於距離基底202的頂面202a的0.2μm~1μm位置;而摻雜區域NW4例如是位於距離基底202的頂面202a的0μm~0.6μm位置。在一些實施例中,摻雜區域NW1中的摻雜濃度範圍例如是介於10
14/cm
3至10
17/cm
3之間;摻雜區域NW2中的摻雜濃度範圍例如是介於10
16/cm
3至10
18/cm
3之間;摻雜區域NW3中的摻雜濃度範圍例如是介於10
17/cm
3至10
18/cm
3之間;而摻雜區域NW4中的摻雜濃度範圍例如是介於10
16/cm
3至10
18/cm
3之間。在本實施例中,藉由對基底202中的不同區域進行不同濃度範圍的摻雜,較深的摻雜區域NW1、NW2可以降低井區的阻值,並改善閉鎖效應(latch up)減緩寄生雙載子接面電晶體(BJT)導通(turn on)的現象;深度偏中間的摻雜區域NW2、NW3,除了可以補足較深的摻雜區域井區的阻值分布外,也可以降低源/汲極於偏壓時產生的擊穿現象,減少空乏現象改善漏電流;而深度最淺的摻雜區域NW4可以調整半導體元件的臨界電壓,因此不用使用額外的製程控制臨界電壓。
In some embodiments, as shown in FIG. 3B, the
請參照圖4,圖4中的半導體元件300與圖1D中的半導體元件100相似,其差別在於:半導體元件300僅具有一個具有第二導電型的淡摻雜區320,且淡摻雜區320僅包覆內摻雜區140的側壁140a與底面140b。換句話說,淡摻雜區320隔開內摻雜區140與基底102,使得內摻雜區140不與基底102直接接觸;而淡摻雜區320不隔開第一外摻雜區152與第二外摻雜區154,使得第一外摻雜區152與第二外摻雜區154與基底102直接接觸。Please refer to FIG. 4, the
以下對本案實施例之半導體元件的功效以實驗進行說明。The efficacy of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention will be described by experiments below.
<實施例1><Example 1>
將閘極長度(L)為0.4μm的半導體元件100進行電性測試,電性測試項目包括臨界電壓(V
T)、特性導通電阻(R
on)、汲極-源極電流(I
DS)、崩潰電壓(BVD)及漏電流(I
OF),其結果如表1與圖5所示。
Conduct electrical tests on the
<比較例1><Comparative Example 1>
提供半導體元件A,其中半導體元件A為NMOS半導體元件。半導體元件A與半導體元件100的差異為:半導體元件A僅具有一個閘極結構、一個源極區與一個汲極區,且其閘極長度(L)為0.6μm。將半導體元件A進行電性測試,其結果如表1與圖5所示。A semiconductor element A is provided, wherein the semiconductor element A is an NMOS semiconductor element. The difference between the semiconductor element A and the
<比較例2><Comparative example 2>
提供半導體元件B,其中半導體元件B為NMOS半導體元件。半導體元件B與半導體元件100的差異為:半導體元件B僅具有一個閘極結構、一個源極區與一個汲極區,且其閘極長度(L)為0.55μm。將半導體元件B進行電性測試,其結果如表1與圖5所示。A semiconductor element B is provided, wherein the semiconductor element B is an NMOS semiconductor element. The difference between the semiconductor element B and the
<比較例3><Comparative Example 3>
提供半導體元件C,其中半導體元件C為NMOS半導體元件。半導體元件C與半導體元件100的差異為:半導體元件C僅具有一個閘極結構、一個源極區與一個汲極區,且其閘極長度(L)為0.5μm。將半導體元件C進行電性測試,其結果如表1與圖5所示。A semiconductor element C is provided, wherein the semiconductor element C is an NMOS semiconductor element. The difference between the semiconductor element C and the
表1
從表1與圖5的結果顯示:閘極長度為0.4μm之實施例1的元件的電性表現可以維持閘極長度為0.6μm、0.55μm與0.5μm之比較例1~3的元件的水準,代表本發明的半導體元件100在縮短閘極長度並降低特定導通電阻時,依舊可以維持一定的電性特徵。The results from Table 1 and FIG. 5 show that the electrical performance of the device of Example 1 with a gate length of 0.4 μm can maintain the level of the devices of Comparative Examples 1 to 3 with a gate length of 0.6 μm, 0.55 μm, and 0.5 μm. , The
<實施例2><Example 2>
將閘極長度(L)為0.4μm的半導體元件200進行電性測試,其結果如表2與圖6所示。The
<比較例4><Comparative Example 4>
提供半導體元件D,其中半導體元件D為PMOS半導體元件。半導體元件D與半導體元件200的差異為:半導體元件D僅具有一個閘極結構、一個源極區與一個汲極區,且其閘極長度(L)為0.5μm。將半導體元件D進行電性測試,其結果如表2與圖6所示。A semiconductor element D is provided, wherein the semiconductor element D is a PMOS semiconductor element. The difference between the semiconductor element D and the
表2
從表2與圖6的結果顯示:閘極長度為0.4μm的實施例2的元件的電性表現可以維持閘極長度為0.5μm之比較例4的元件的水準,代表本發明的半導體元件200在縮短閘極長度並降低特定導通電阻時,依舊可以維持一定的電性特徵。The results from Table 2 and FIG. 6 show that the electrical performance of the device of Example 2 with a gate length of 0.4 μm can maintain the level of the device of Comparative Example 4 with a gate length of 0.5 μm, which represents the
綜上所述,本發明藉由單一半導體元件中具有內摻雜區夾於兩個閘極結構之間,兩個外摻雜區位於內摻雜區、兩個閘極結構之外的基底中,淡摻雜區包覆外摻雜區的側壁與底面,而不包覆內摻雜區的側壁與底面,或者,淡摻雜區包覆內摻雜區的側壁與底面;而不包覆外摻雜區的側壁與底面,使兩相鄰的內摻雜區與外摻雜區附近不會產生兩個淡摻雜區側向擴散相互接觸而產生擊穿漏電流的現象,進而可以有效縮短半導體元件的閘極長度,同時維持一定的電性特徵。In summary, in the present invention, a single semiconductor device has an inner doped region sandwiched between two gate structures, and two outer doped regions are located in the substrate outside the inner doped region and the two gate structures , The lightly doped region covers the side wall and bottom surface of the outer doped region, but does not cover the side wall and bottom surface of the inner doped region, or the lightly doped region covers the side wall and bottom surface of the inner doped region; The side walls and bottom surface of the outer doped region prevent two adjacent lightly doped regions from laterally diffusing and contacting each other to cause breakdown leakage current near the two adjacent inner doped regions and the outer doped region, which can be effectively Shorten the gate length of the semiconductor device while maintaining certain electrical characteristics.
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明的精神和範圍內,當可作些許的更動與潤飾,故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。Although the present invention has been disclosed as above with examples, it is not intended to limit the present invention. Any person with ordinary knowledge in the technical field can make some changes and modifications without departing from the spirit and scope of the present invention. The scope of protection of the present invention shall be subject to the scope defined in the appended patent application.
16、18‧‧‧圖案化的光阻層16, 18‧‧‧ Patterned photoresist layer
100、200、300、A、B、C、D‧‧‧半導體元件100, 200, 300, A, B, C, D
102、202‧‧‧基底102, 202‧‧‧ base
102a、202a‧‧‧基底的頂面102a, 202a‧‧‧Top surface of the base
102b、202b‧‧‧基底的底面102b, 202b ‧‧‧ bottom of the base
104‧‧‧隔離結構104‧‧‧Isolated structure
110‧‧‧閘極結構組合110‧‧‧Gate structure combination
112、114‧‧‧閘極結構112、114‧‧‧Gate structure
12a、14a‧‧‧閘極介電層12a, 14a ‧‧‧ gate dielectric layer
12b、14b‧‧‧導體層12b, 14b‧‧‧Conductor layer
120、122、124、220、222、224、320‧‧‧淡摻雜區120, 122, 124, 220, 222, 224, 320 ‧‧‧ lightly doped regions
112a、114a‧‧‧外側壁112a, 114a‧‧‧Outside wall
112b、114b‧‧‧內側壁112b, 114b‧‧‧Inner side wall
130‧‧‧間隙壁130‧‧‧Gap
140、240‧‧‧內摻雜區140, 240‧‧‧Inner doped area
150、152、154、250、252、254‧‧‧外摻雜區150, 152, 154, 250, 252, 254
140a‧‧‧內摻雜區的側壁140a‧‧‧Inner doped sidewall
140b‧‧‧內摻雜區的底面140b‧‧‧Bottom surface of inner doped region
152a、154a‧‧‧外摻雜區的側壁152a, 154a
152b、154b‧‧‧外摻雜區的底面152b, 154b ‧‧‧ bottom surface of the outer doped region
AA‧‧‧主動區AA‧‧‧Active area
L1、L2‧‧‧閘極長度L1, L2‧‧‧ Gate length
O1、O2‧‧‧開口O1, O2‧‧‧ opening
PW1、PW2、PW3、PW4、NW1、NW2、NW3、NW4‧‧‧摻雜區域PW1, PW2, PW3, PW4, NW1, NW2, NW3, NW4
W1、W2‧‧‧寬度W1, W2‧‧‧Width
圖1A至圖1E是依據本發明一實施例的半導體元件的製造方法的剖面示意圖。 圖1F是圖1A的基底厚度方向與摻雜濃度的關係圖。 圖2A是依據圖1B的半導體元件的俯視示意圖。 圖2B是依據圖1D的半導體元件的俯視示意圖。 圖3A是依據本發明一實施例的半導體元件的剖面示意圖。 圖3B是圖3A的基底厚度方向與摻雜濃度的關係圖。 圖4是依據本發明一實施例的半導體元件的剖面示意圖。 圖5為依據圖1E之半導體元件與比較例之半導體元件的電性曲線圖。 圖6為依據圖3A之半導體元件與比較例之半導體元件的電性曲線圖。 1A to 1E are schematic cross-sectional views of a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the invention. FIG. 1F is a graph of the relationship between the thickness direction of the substrate and the doping concentration in FIG. 1A. FIG. 2A is a schematic top view of the semiconductor device according to FIG. 1B. 2B is a schematic top view of the semiconductor device according to FIG. 1D. 3A is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the invention. FIG. 3B is a graph of the relationship between the thickness direction of the substrate and the doping concentration in FIG. 3A. 4 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the invention. FIG. 5 is an electrical graph of the semiconductor device according to FIG. 1E and the semiconductor device of the comparative example. 6 is an electrical graph of the semiconductor device according to FIG. 3A and the semiconductor device of the comparative example.
100‧‧‧半導體元件 100‧‧‧Semiconductor components
102‧‧‧基底 102‧‧‧ base
104‧‧‧隔離結構 104‧‧‧Isolated structure
110、112、114‧‧‧閘極結構 110, 112, 114 ‧‧‧ gate structure
12a、14a‧‧‧閘極介電層 12a, 14a ‧‧‧ gate dielectric layer
12b、14b‧‧‧導體層 12b, 14b‧‧‧Conductor layer
120、122、124‧‧‧淡摻雜區 120, 122, 124 ‧‧‧ lightly doped regions
112a、114a‧‧‧外側壁 112a, 114a‧‧‧Outside wall
112b、114b‧‧‧內側壁 112b, 114b‧‧‧Inner side wall
130‧‧‧間隙壁 130‧‧‧Gap
140‧‧‧內摻雜區 140‧‧‧Inner doped area
150、152、154‧‧‧外摻雜區 150, 152, 154
140a‧‧‧內摻雜區的側壁 140a‧‧‧Inner doped sidewall
140b‧‧‧內摻雜區的底面 140b‧‧‧Bottom surface of inner doped region
152a、154a‧‧‧外摻雜區的側壁 152a, 154a
152b、154b‧‧‧外摻雜區的底面 152b, 154b ‧‧‧ bottom surface of the outer doped region
AA‧‧‧主動區 AA‧‧‧Active area
W1、W2‧‧‧寬度 W1, W2‧‧‧Width
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TW108106651A TWI682542B (en) | 2019-02-27 | 2019-02-27 | Semiconductor device |
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040251493A1 (en) * | 2002-10-25 | 2004-12-16 | Makoto Kitaguchi | Lateral short-channel dmos, method for manufacturing same and semiconductor device |
TWI533361B (en) * | 2012-01-13 | 2016-05-11 | 聯華電子股份有限公司 | Method for manufacturing semiconductor structure |
TWI562208B (en) * | 2015-10-19 | 2016-12-11 | Vanguard Int Semiconduct Corp | Semiconductor structure and method for manufacturing the same |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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