專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有三重勢(shì)阱的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法包括以下步驟(a)在第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底上，形成具有第一開口部分的第一掩膜層；(b)在第一開口部分的半導(dǎo)體襯底的裸面上，形成具有特定膜厚的第一絕緣層；(c)以該第一掩膜層作為掩膜，經(jīng)由第一絕緣層，通過離子注入將第二導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)導(dǎo)入半導(dǎo)體襯底內(nèi)，形成雜質(zhì)層；
(d)進(jìn)行熱處理，使該雜質(zhì)層的第一雜質(zhì)重新分布形成第一勢(shì)阱，與此同時(shí)，在該第一開口部分的半導(dǎo)體襯底的裸面上，形成具有特定膜厚的第二絕緣層；(e)在該第一掩膜層上的第一開口部分內(nèi)的特定位置上，形成具有第二開口部分的第二掩膜層；以及(f)以該第二掩膜層作為掩膜，經(jīng)由第二絕緣層，通過離子注入將第一導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)導(dǎo)入該半導(dǎo)體襯底內(nèi)，在該第一勢(shì)阱內(nèi)形成第二勢(shì)阱。
在本發(fā)明中，第一絕緣層以及第二絕緣層作為保護(hù)膜，用于在離子注入步驟中保護(hù)該半導(dǎo)體襯底的表面免受離子損壞。因此，第一和第二絕緣層最好有一膜厚度以防止離子注入時(shí)對(duì)半導(dǎo)體襯底的表面的損壞，并且確保離子注入的效率。
根據(jù)本發(fā)明，在第一勢(shì)阱的形成過程中形成的第二絕緣層可以作為形成第二勢(shì)阱過程中離子注入時(shí)的保護(hù)膜。因此，與將第一勢(shì)阱形成時(shí)在半導(dǎo)體襯底表面上形成的絕緣層除掉后，在第二勢(shì)阱的離子注入時(shí)重新形成必要的保護(hù)絕緣層的情況相比，能夠減少形成三重勢(shì)阱的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的制造方法可以有以下的各種變形A.通過對(duì)該半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氧化形成第一絕緣層；在該第一絕緣層存在的狀態(tài)下，通過對(duì)該半導(dǎo)體襯底進(jìn)一步進(jìn)行熱氧化，形成該第二絕緣層。熱氧化是通過例如在氮?dú)夂脱鯕夤泊娴臓顟B(tài)下對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱處理而完成的。
B.該第二絕緣層的膜厚可以由步驟(d)的熱處理的氧氣分壓來控制。即如果氧氣的分壓小，則第二絕緣層的膜厚與第一絕緣層的膜厚相差不多，隨著氧氣的分壓變大，則第二絕緣層的膜厚也變大。
在步驟(d)的熱處理中，如果環(huán)境中沒有氧氣的，則無法進(jìn)行半導(dǎo)體襯底的熱氧化，所以第二絕緣層與第一絕緣層實(shí)質(zhì)上是相同的。
C.該第一掩膜層由氧化硅層構(gòu)成，該第二掩膜層由抗蝕層構(gòu)成。由于第一掩膜層是由氧化硅層形成的，故在形成第一、二絕緣層時(shí)可以控制的很好。
D.在步驟(f)中可以還包括進(jìn)行熱氧化，以使該第二雜質(zhì)重新分布的步驟。第二勢(shì)阱既可以僅僅由注入離子來形成，也可以通過實(shí)行離子注入和熱處理，使雜質(zhì)重新分布而形成。當(dāng)進(jìn)行這種熱處理時(shí)，可以包含在熱處理前除掉第二掩膜層的步驟。在第二掩膜層象抗蝕層一樣含有有機(jī)物質(zhì)的情況下，該步驟可以通過除掉該第二掩膜層從而防止由于熱處理而產(chǎn)生污染物質(zhì)。
E.在步驟(d)中，由于該第二絕緣層的形成，在半導(dǎo)體襯底的表面上形成凹部。該凹部是通過熱處理消耗了半導(dǎo)體襯底的表面物質(zhì)而形成的。該凹部在后面的形成元件分離層的步驟中，可以成為例如掩膜就位的標(biāo)識(shí)。
圖3是本發(fā)明的實(shí)施例的剖面圖，表示在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成第一勢(shì)阱的狀態(tài)；圖4是本發(fā)明的實(shí)施例的剖面圖，表示形成第二掩膜層、以及由于離子注入在第一勢(shì)阱內(nèi)形成雜質(zhì)層的狀態(tài)；圖5是本發(fā)明的實(shí)施例的剖面圖，表示在半導(dǎo)體襯底內(nèi)第一勢(shì)阱中形成第二勢(shì)阱的狀態(tài)；以及圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造方法形成的三重勢(shì)阱剖面圖。


圖1-圖6是對(duì)本實(shí)施例涉及到的制造方法的步驟流程進(jìn)行說明的剖面圖。各圖顯示的均為示意圖，例如第一、第二絕緣層的膜厚與其它的層相比，示意的膜厚超過實(shí)際的厚度。
(a)如圖1所示，在第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底(此例中為硅襯底)10上，形成具有第一開口部分14的第一掩膜層12。在此例中，第一導(dǎo)電型為p型，第二導(dǎo)電型為n型。第一掩膜層12可以由例如氧化硅層構(gòu)成。這樣，通過由氧化硅層構(gòu)成第一掩膜層12，對(duì)于其后形成第一、第二絕緣層時(shí)可以很好地進(jìn)行控制。另外，第一開口部分14與構(gòu)成三重勢(shì)阱的較深的第一勢(shì)阱區(qū)域相對(duì)應(yīng)。
(b)如圖2所示，在第一掩膜層12的第一開口部分14的半導(dǎo)體襯底10的裸面上，形成第一絕緣層16。第一絕緣層16通過在包含氧氣的氮?dú)夥諊锛訜岚雽?dǎo)體襯底10而形成。即由于構(gòu)成半導(dǎo)體襯底10的物質(zhì)(此例中為硅)通過熱氧化而被氧化，從而生成第一絕緣層16。
第一絕緣層16在其后的離子注入步驟中作為半導(dǎo)體襯底10的保護(hù)膜。因此，第一絕緣層16的膜厚設(shè)定要考慮在離子注入時(shí)能夠保持適當(dāng)?shù)淖⑷胄?，同時(shí)又能使半導(dǎo)體襯底10的表面在注入離子時(shí)避免受到損害。第一絕緣層16的膜厚根據(jù)離子注入時(shí)的離子類型、注入能量、第一勢(shì)阱的深度等因素適當(dāng)設(shè)定。
(c)如圖2所示，第一掩膜層12作為掩膜，經(jīng)由第一絕緣層14，通過離子注入將第二導(dǎo)電型(n型)的第一雜質(zhì)18導(dǎo)入半導(dǎo)體襯底10內(nèi)，形成雜質(zhì)層20。作為n型雜質(zhì)，可以使用磷或是砷。
該熱處理步驟中使用的氧氣被用作上述的第一絕緣層16的熱氧化的氧氣源。另外，通過監(jiān)控構(gòu)成第一絕緣層16的熱氧化膜的膜厚，可以在熱處理步驟中進(jìn)行加熱管理。因此，該步驟中的氧氣分壓的設(shè)定要考慮到半導(dǎo)體襯底(硅襯底)10的熱氧化和熱處理步驟中的加熱管理。
(d)如圖3所示，在含有氧氣的氮?dú)夥諊逻M(jìn)行熱處理，使雜質(zhì)層20(參照?qǐng)D2)的雜質(zhì)重新分布形成第一勢(shì)阱24。此時(shí)，由于是在含有氧氣的氮?dú)夥諊逻M(jìn)行熱處理，在圖2所示的第一絕緣層16存在的狀態(tài)下，半導(dǎo)體襯底(硅襯底)10的表面的熱氧化加快，從而形成膜厚大于第一絕緣層16的第二絕緣層22。該熱處理步驟中使用的氧氣主要用于通過監(jiān)控?zé)嵫趸さ哪ず?，?duì)熱處理步驟進(jìn)行加熱管理。因此，在可以運(yùn)用其它手段對(duì)熱處理步驟進(jìn)行加熱管理時(shí)，就不一定需要氧氣。為了將第二絕緣層22的膜厚控制在設(shè)定值內(nèi)，該熱處理步驟使用的氧氣分壓最好小于步驟(b)中的氧氣分壓。例如步驟(b)中，在溫度1000℃、2小時(shí)的熱處理形成膜厚80nm的氧化硅層的情況下，氧氣的分壓可以為100％，該步驟(d)中，在溫度1200℃、8小時(shí)的熱處理形成膜厚800nm的氧化硅層的情況下，氧氣的分壓可以是2％。
第二絕緣層22與圖2所示第一絕緣層16相同，在其后的離子注入時(shí)發(fā)揮保護(hù)膜作用。因此，第二絕緣層22的膜厚設(shè)定既要考慮在離子注入時(shí)能夠保持適當(dāng)?shù)淖⑷胄剩瑫r(shí)又能使半導(dǎo)體襯底10的表面在注入離子時(shí)避免受到損害。
在該熱處理步驟中，當(dāng)?shù)诙^緣層22形成時(shí)，由于半導(dǎo)體襯底10的表面的硅被消耗，在半導(dǎo)體襯底10的表面上形成凹部23。此時(shí)，由于凹部23可以被光學(xué)識(shí)別出來，因而其后在形成掩膜例如元件分離層時(shí)的掩膜就位中，可以作為標(biāo)識(shí)使用。
如圖4所示，在第一掩膜層12上，在第一開口部分14內(nèi)的特定位置，形成具有第二開口部分28的第二掩膜層26。第二掩膜層26由例如抗蝕層構(gòu)成。另外，第二開口部分28對(duì)應(yīng)于三重勢(shì)阱中成為淺勢(shì)阱的第二勢(shì)阱的形成區(qū)。
(f)如圖4所示，第二掩膜層26作為掩膜，經(jīng)由第二絕緣層22，通過離子注入將第一導(dǎo)電型(p型)的第二雜質(zhì)30導(dǎo)入半導(dǎo)體襯底10內(nèi)，形成雜質(zhì)層32。作為p型雜質(zhì)，可以使用硼等。
(g)如圖5所示，在除掉第二掩膜層26(參照?qǐng)D4)后，進(jìn)行熱處理，使雜質(zhì)層32(參照?qǐng)D4)的雜質(zhì)重新分布，形成第二勢(shì)阱34。該步驟的熱處理不僅僅可使雜質(zhì)重新分布，也可修復(fù)由于離子注入導(dǎo)致的半導(dǎo)體襯底10中受損害的晶體。在該步驟中，在第二掩膜層26象抗蝕層一樣包含有機(jī)物質(zhì)時(shí)，通過除掉該第二掩膜層，可以防止由于熱處理產(chǎn)生污染物質(zhì)。
(h)如圖6所示，通過使用例如濕式蝕刻方法除掉第一掩膜層12以及第一絕緣層22。這樣，在p型半導(dǎo)體襯底10內(nèi)可以形成n型的第一勢(shì)阱24，進(jìn)一步在第一勢(shì)阱24內(nèi)可以形成p型的第二勢(shì)阱34的三重勢(shì)阱。
接著，通過未在圖中表示的眾所周知的方法，形成元件分離層、柵極絕緣層、柵極、源極/漏極區(qū)等，也可以在p型的第二勢(shì)阱34內(nèi)形成n型MOS晶體管，在n型的第一勢(shì)阱24內(nèi)形成p型MOS晶體管。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在形成第一勢(shì)阱24的過程中形成的第二絕緣層22可以直接作為第二勢(shì)阱34形成過程中離子注入時(shí)的保護(hù)膜。從而，與在除掉第一勢(shì)阱形成時(shí)半導(dǎo)體襯底表面上形成的絕緣層后，又在進(jìn)行第二勢(shì)阱的離子注入時(shí)重新形成必要的保護(hù)絕緣層的情況相比，可以減少三重勢(shì)阱的形成步驟。
上述實(shí)例中第一導(dǎo)電型為p型，第二導(dǎo)電型為n型，導(dǎo)電型的極性也可以相反。
盡管本發(fā)明已經(jīng)參照附圖和優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說明，但是，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。本發(fā)明的各種更改、變化、和等同物由所附的權(quán)利要求書的內(nèi)容涵蓋。
附圖標(biāo)記說明10 半導(dǎo)體襯底12 第一掩膜層14 第一開口部分16 第一絕緣層18 第一雜質(zhì)20 雜質(zhì)層22 第二絕緣層24 第一勢(shì)阱
26 第二掩膜層28 第二開口部分30 第二雜質(zhì)32 雜質(zhì)層34 第二勢(shì)阱
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括以下步驟(a)在第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底上形成具有第一開口部分的第一掩膜層；(b)在所述第一開口部分的所述半導(dǎo)體襯底的裸面上，形成具有特定膜厚的第一絕緣層；(c)以所述第一掩膜層作為掩膜，經(jīng)由所述第一絕緣層，通過離子注入將第二導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)導(dǎo)入半導(dǎo)體襯底內(nèi)，形成雜質(zhì)層；(d)進(jìn)行熱處理，使所述雜質(zhì)層的第一雜質(zhì)重新分布形成第一勢(shì)阱，與此同時(shí)，在所述第一開口部分的所述半導(dǎo)體襯底的裸面上，形成具有特定膜厚的第二絕緣層；(e)在所述第一掩膜層上的所述第一開口部分內(nèi)的特定位置上，形成具有第二開口部分的第二掩膜層；以及(f)以所述第二掩膜層作為掩膜，經(jīng)由所述第二絕緣層，通過離子注入將所述第一導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)導(dǎo)入所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)，在所述第一勢(shì)阱內(nèi)形成第二勢(shì)阱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，通過對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氧化形成所述第一絕緣層；在所述第一絕緣層存在的狀態(tài)下，通過對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)一步進(jìn)行熱氧化，形成所述第二絕緣層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述第二絕緣層的膜厚由所述步驟(d)的熱處理的氧氣分壓控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述第一掩膜層由氧化硅層構(gòu)成；所述第二掩膜層由抗蝕層構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，在所述步驟(f)中進(jìn)一步進(jìn)行熱氧化，使所述第二雜質(zhì)進(jìn)行重新分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，在進(jìn)行所述熱處理前，除掉所述第二掩膜層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，在所述步驟(d)中，由于所述第二絕緣層的形成，在所述半導(dǎo)體襯底的表面上形成凹部。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，該方法可以在包含多個(gè)離子注入步驟以及熱處理步驟的三重勢(shì)阱的制造過程中減少步驟數(shù)量。該半導(dǎo)體裝置的制造方法包含以下步驟(a)在半導(dǎo)體襯底(10)上形成具有第一開口部分(14)的第一掩膜層(12)；(b)在第一開口部分的半導(dǎo)體襯底(10)的裸面上形成第一絕緣層(16)；(c)通過第一絕緣層(16)將第二導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)導(dǎo)入半導(dǎo)體襯底形成雜質(zhì)層；(d)通過施行熱處理形成第一勢(shì)阱(24)，與此同時(shí)，在第一開口部分的半導(dǎo)體襯底的裸面上形成第二絕緣層(22)；(e)在第一掩膜層上形成具有第二開口部分(28)的第二掩膜層(26)；(f)通過第二絕緣層將第一導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)(32)導(dǎo)入半導(dǎo)體襯底，在第一勢(shì)阱(24)內(nèi)形成第二勢(shì)阱。
文檔編號(hào)H01L21/324GK1442887SQ0310620
公開日2003年9月17日 申請(qǐng)日期2003年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月6日
發(fā)明者林正浩 申請(qǐng)人:精工愛普生株式會(huì)社