本發(fā)明是有關于制造半導體裝置，特別是有關于制造半導體裝置期間的注入程序。

背景技術：

半導體裝置通過一制造程序形成在一晶圓上。在某些情況下，形成在一晶圓上的半導體裝置是相同的，亦即它們具有相同的尺寸和相同的特性。然而，現(xiàn)代半導體裝置的制造程序可包含數(shù)十或甚至數(shù)百個程序步驟，并且程序變化可能導致裝置的尺寸偏差。此裝置尺寸偏差可能會導致裝置特性的偏差，例如半導體裝置的閾值電壓V_th、或崩潰電壓V_pt。這種偏差可能在當晶圓的尺寸增加或各個半導體裝置的尺寸減小時變更大。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種半導體裝置的制造方法，包含：準備包含多個凸起部形成在一基板上的一晶圓；這些突起部向上突起在基板的一表面并且具有從基板的表面上測量的一高度。此方法更包含決定代表相鄰的突起部之間的間隔的分布的一間隔分布，以及基于高度和間隔分布計算一注入角度。此注入角度為基板的一法線方向和一注入方向之間的一角度。此方法也包含以計算的注入角度注入離子。

本發(fā)明也提供一種半導體裝置，包含：一基板以及多個突起部形成在基板上。這些突起部向上突起在基板的一表面。相鄰的這些突起部的多個間隔是互不相同的。這裝置還包含多個摻雜區(qū)，形成在基板中并形成在這些突起部之間。這些摻雜區(qū)對應這些間隔并且包含多個不同的摻雜濃度。

本發(fā)明的特征和優(yōu)點可以從下列的描述中說明，并且部分地是從描述中顯而易見的、或者可通過本發(fā)明的實施而得知。這些特征和優(yōu)點可以由所附的權利要求范圍所特別指出的元件和其組合實現(xiàn)。

應當理解的是，前述一般的描述和以下的詳細描述都只是示例性和說明性的，并不如要求保護權利要求范圍用以限制本發(fā)明的。

所附的圖式包含在說明書中，并與說明書構成本說明書的一部分，圖式示出了本發(fā)明的幾個實施例，并且可參照說明書用于解釋本發(fā)明的原理。

附圖說明

圖1繪示包含多個凸起部形成在一基板上的一晶圓的一部份的透視圖。

圖2A和圖2B繪示在圖1中的晶圓的不同部份的剖面圖。

圖3A和圖3B繪示半導體裝置的一閾值電壓或一崩潰電壓和一柵極長度或一柵極寬度之間關系的示意圖。

圖4繪示半導體裝置的閾值電壓和崩潰電壓在一晶圓上的分布的示意圖。

圖5A、圖5B、圖6A和圖6B繪示依據(jù)一實施例的半導體裝置制造方法的剖面圖。

圖7A和圖7B繪示經例如圖5A、圖5B、圖6A和圖6B的制造方法的晶圓的一部份的俯視圖。

圖8A和圖8B繪示依據(jù)本發(fā)明一實施例制造方法半導體裝置的閾值電壓或崩潰電壓和柵極長度或柵極寬度之間的效果的示意圖。

圖9繪示依據(jù)本發(fā)明一實施例制造方法半導體裝置的閾值電壓或崩潰電壓在一晶圓上的分布的效果的示意圖。

圖10A和圖10B繪示在依據(jù)一實施例執(zhí)行自對準注入后的晶圓的不同部份的模擬雜質分布的示意圖。

圖11A和圖11B繪示半導體裝置的具有不同的柵極長度的仿真的閾值電壓和崩潰電壓的折線圖。

圖12A和圖12B繪示依據(jù)本發(fā)明一實施例以一斜向離子注入突起部的垂直摻雜分布以及以一垂直離子注入突起部之間的比較的示意圖。

圖13繪示依據(jù)本發(fā)明一實施例的半導體裝置的不同間隔的相鄰的突起部之間具有不同的摻雜濃度的示意圖。

【符號說明】

100、500：晶圓

102、502、1307、1308、1309、1310：突起部

104、504、1301：基板

106、106a、106b、1300：半導體裝置

W：柵極寬度

L、L1、L2：柵極長度

V_th：閾值電壓

V_pt：崩潰電壓

H：柵極高度

P：間距

X1、X2、1302、1304、1306：間隔

θ：注入角度

Y：突起部中的垂直位置

602：離子

1312、1314、1316：區(qū)域

具體實施方式

本發(fā)明的一實施例包含制造半導體裝置的一方法。

在本文中，參照圖式描述本發(fā)明的實施例。盡可能地，圖式中相同的參考符號用來表示相同或相似的元件。

圖1繪示包含多個凸起部102形成在一基板104上的一晶圓100的一部份的透視圖。突起部102形成在基板104上的一間距P(pitch)。這此例中，突起部102為半導體裝置106的柵極結構。半導體裝置106可例如為金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)、電荷捕捉(charge-trap)存儲器單元，如氧化物氮化物氧化物(ONO)存儲器單元或浮柵存儲器單元。每一半導體裝置106都與多個尺寸參數(shù)相關，例如柵極長度L、柵極寬度W和柵極高度H，亦即突起部102。由于程序的變化，晶圓100上的半導體裝置106中的尺寸參數(shù)可為不同的。舉例來說，圖2A和圖2B繪示晶圓100的不同區(qū)域的分別具有不同柵極長度L1及L2的半導體裝置106a及半導體裝置106b的剖面圖。因此，半導體裝置106a和半導體裝置106b的電氣特性例如閾值電壓V_th或崩潰電壓V_pt可能不相同。

圖3A和圖3B繪示一半導體裝置的閾值電壓V_th或崩潰電壓V_pt和柵極長度或柵極寬度之間的關系的示意圖。圖3A和圖3B分別示出了基板104中的不同摻雜濃度的情況。在相同的摻雜條件下，一較小的裝置相較于一較大的裝置通常有較低的閾值電壓V_th或崩潰電壓V_pt，故對于較小的裝置的結構設計裕度是比較小的。因此，當裝置尺寸縮放時，一較小的裝置的電氣特性對于復雜的熱擴散和過程控制是敏感的。據(jù)此，一較小的裝置具有可能受一非均勻的摻雜分布影響而有限的操作電流區(qū)域。舉例來說，在一具有高的局部摻雜濃度的區(qū)域的一較小的裝置相較于在一具有低的局部摻雜濃度的區(qū)域的一較小的裝置會有一較大的閾值電壓V_th。另一方面，一較大的裝置可能具有較寬廣的操作電流區(qū)域以平衡受非均勻的摻雜分布引起的電氣變化。在圖3A和圖3B中，水平軸代表柵極長度L或柵極寬度W，而垂直軸代表閾值電壓V_th或崩潰電壓V_pt。因此，在圖3A和圖3B中，每一曲線代表四個從屬關系：閾值電壓V_th和柵極長度L的關系、閾值電壓V_th和柵極寬度W的關系、崩潰電壓V_pt和柵極長度L的關系以及崩潰電壓V_pt和柵極寬度W的關系。

具體地，圖3A示出了基板104中的摻雜濃度相對低而發(fā)生短通道效應的情況。另一方面，圖3B示出了基板104中的摻雜濃度相對高而發(fā)生反轉短通道效應的情況。如圖3A和圖3B所示，在這兩種情況的任一種中，閾值電壓V_th和崩潰電壓V_pt都隨著有著不同的柵極長度L或柵極寬度W的裝置而有很大的改變。因此，如果形成在同一晶圓上不同區(qū)域的半導體裝置具有不同的尺寸，例如如圖2A和圖2B所示的不同的柵極長度，則一或多個裝置特性例如在晶圓上的半導體裝置的閾值電壓V_th或崩潰電壓V_pt可能會不同，導致一裝置特性分布亦即晶圓上的裝置特性是不均勻的。圖4繪示閾值電壓V_th或崩潰電壓V_pt的分布的示意圖。在圖4中，水平軸代表閾值電壓V_th或崩潰電壓V_pt，而垂直軸代表具有一特定閾值電壓V_th或崩潰電壓V_pt的裝置的數(shù)量。由于程序變化，此分布可能非常寬廣。

圖5A、圖5B、圖6A和圖6B繪示依據(jù)本發(fā)明一實施例的半導體裝置制造方法的剖面圖。如圖5A和圖5B所示，晶圓500包含突起部502形成在基板504上?；?04可為一半導體基板，例如為一硅基板或一硅上 絕緣體(SOI)基板。甚至，基板504可為n型或p型摻雜。在一些實施例中，半導體裝置為晶體管且基板504上被突起部502覆蓋的區(qū)域對應晶體管的通道區(qū)。

形成在晶圓500上的突起部502可為在半導體裝置的一制造程序期間形成的結構，此結構可在制造程序之后的階段被移除或破壞，或者保留在最后的裝置中。在一些實施例中，突起部502被包含在由一單一材料形成的一圖案化層中，舉例來說，一電介質如氧化物、一氮化物或一氮氧化物，一半導體如一單晶硅或一多晶硅，一金屬，或一光刻膠。在一些實施例中，突起部502被包含在由至少兩種材料形成的一圖案化層，其中一材料疊層在另一材料之上。這至少兩種材料可例如從上述材料中選擇。在一些實施例中，突起部502為晶體管的柵極結構。這些晶體管可以例如為金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)、電荷捕捉存儲器單元如ONO存儲器單元或浮柵存儲器單元。

突起部502形成在基板504上的同一間距P且具有相同的高度H。圖5A示出了晶圓500的一第一區(qū)域，其中第一區(qū)域中突起部502的長度為L1且相鄰的突起部502之間的間隔為X1。圖5B示出了晶圓500的一第二區(qū)域，其中第二區(qū)域中突起部502的長度為L2且相鄰的突起部502之間的間隔為X2。在此例中，由于長度上的差別，L1大于L2且X1小于X2。

如圖6A和圖6B所示，在如圖5A和圖5B所示的晶圓500上以一注入角度θ注入離子602以執(zhí)行一離子注入。此注入角度θ為基板504的一法線方向(圖6A和圖6B的虛線)和離子602被注入的一注入方向(圖6A和圖6B的實線)之間的一角度。離子602可為砷離子、硼離子、銦離子、銻離子、氮離子、鍺離子、碳離子、或磷離子的至少一個。

符合本發(fā)明的實施例中，注入角度θ被選擇以使圖5A和圖6A所示的第一區(qū)域中的離子602被突起部502完全擋住，因此不能到達基板504上相鄰的突起部502之間的區(qū)域。另一方面，圖5B和圖6B所示的第二區(qū)域中離子602并未被突起部502完全擋住，因此一些離子602可到達基板504上相鄰的突起部502之間的區(qū)域。依據(jù)本發(fā)明的實施例的這種傾斜注入也被稱為自對準注入。

符合本發(fā)明的實施例中，基于突起部502的高度H和代表晶圓500上相鄰的突起部502之間的間隔的分布的一間隔分布計算注入角度θ。此間隔分布可包含一系列的間隔值，例如90nm、94nm、94nm、100nm、…，其中每個間隔值對應兩個相鄰的突起部之間的間隔。此間隔分布也可包含一統(tǒng)計說明，對每一間隔范圍有多少對的相鄰的突起部具有一間隔落在此間隔范圍內。舉例來說，有10對相鄰的突起部的間隔落在間隔范圍90nm到90nm之間，有20對相鄰的突起部的間隔落在間隔范圍91nm到92nm之間，等等。

符合本發(fā)明的實施例中，為了決定注入角度θ，基于晶圓500的第一區(qū)域中的突起部502的高度H和相鄰的突起部502之間的間隔X1計算一第一角度θ1，使用一公式：θ1＝arctan(X1/H)。相似的，基于晶圓500的第二區(qū)域中的突起部502的高度H和相鄰的突起部502之間的間隔X2計算一第二角度θ2，使用一公式：θ2＝arctan(X2/H)。因此，選擇注入角度θ以使θ1≤θ<θ2。

在一些實施例中，晶圓500的第一區(qū)域中相鄰的突起部502之間的間隔X1為間隔分布中最小的間隔。在一些實施例中，晶圓500的第二區(qū)域中相鄰的突起部502之間的間隔X2為間隔分布中最大的間隔。在一些實施例中，X1和X2分別為間隔分布中最小最大的間隔。

間隔分布可透過各種方法來決定。在一些實施例中，在基板504上形成突起部502之后，從晶圓500上切割一樣本條。測量此樣本條上的相鄰的突起部之間的間隔而因此決定此樣本條上的間隔分布(也被稱為「樣本間隔分布」)。此樣本間隔分布被用來當作整個晶圓500上的間隔分布。對于本領域具有通常知識者來所能理解的，愈多突起部502被包含在此樣本條中，此樣本間隔分布愈接近晶圓500上實際的間隔分布。

在一些實施例中，可以用歷史數(shù)據(jù)來決定晶圓500上的間隔分布。相似于晶圓500的一個(或多個)晶圓且此晶圓與晶圓500于相似條件下形成多個凸起部，測量此晶圓上的間隔而儲存結果。因此而決定間隔分布(也被稱為「統(tǒng)計間隔分布」)。被用來當作晶圓500上的間隔分布。

如上面描述的，依據(jù)本發(fā)明的實施例中的離子注入為一傾斜離子注入。也就是說，此離子注入并非沿著基板504的法線方向執(zhí)行。離子注入的方 向(也被稱為離子注入方向)因此有兩個分量，亦即水平方向的分量和垂直方向的分量。離子注入方向的水平方向的分量示意在圖7A和圖7B的俯視圖。圖7A和圖7B所示的區(qū)域可為晶圓500的同一部分或不同部分。在圖7A中，沿著突起部502的長度L的方向(如圖7A中的黑箭頭所示)執(zhí)行離子注入，亦即由基板504的法線方向和平行于突起部502的長度方向的注入方向定義的一平面。這對應于如圖5A、圖5B、圖6A和圖6B所示的剖面圖的情形。在這種情況下，間隔分布代表相鄰的突起部502之間沿著突起部502的長度方向的間隔的分布。在一些實施例中，突起部502的長度方向對應晶圓500上的一位線方向，因此此間隔分布代表相鄰的突起部502之間沿著晶圓500的位線方向上的間隔的分布。

另一方面，在圖7B中，沿著突起部502的長度L的方向(如圖7A中的黑箭頭所示)執(zhí)行離子注入，亦即由基板504的法線方向和平行于突起部502的長度方向的注入方向定義的一平面。這對應于如圖5A、圖5B、圖6A和圖6B所示的剖面圖的情形。在這種情況下，間隔分布代表相鄰的突起部502之間沿著突起部502的長度方向的間隔的分布。在一些實施例中，突起部502的長度方向對應晶圓500上的一位線方向，因此此間隔分布代表相鄰的突起部502之間沿著晶圓500的位線方向上的間隔的分布。

圖8A和圖8B繪示依據(jù)本發(fā)明一實施例制造方法半導體裝置的閾值電壓或崩潰電壓和柵極長度或柵極寬度之間的效果的示意圖。在圖8A和圖8B中，對應于半導體裝置的閾值電壓V_th或崩潰電壓V_pt和柵極長度L或柵極寬度W的關系的實線的曲線相似于圖3A和圖3B的曲線。另一方面，對應于半導體裝置的閾值電壓V_th或崩潰電壓V_pt和柵極長度L或柵極寬度W的關系的虛線的曲線為使用依據(jù)本發(fā)明的實施例中的方法制造的。相似于圖3A和圖3B，圖8A和圖8B的每一曲線代表四種從屬關系。

如圖8A和圖8B所示，依照本發(fā)明的實施例的制造程序的裝置的從屬曲線更平坦。因此，使用本發(fā)明的實施例的制造方法，即使程序變化導致尺寸的偏差，特性例如晶圓上的最終的半導體裝置的電氣特性相對地比較均勻。也就是說，晶圓上的閾值電壓V_th或崩潰電壓V_pt分布變得比較狹窄，如圖9的虛線曲線所示。在圖9中，實線曲線代表晶圓未使用依據(jù)本發(fā)明的實施例的制造程序，相似于圖4所示的曲線。

圖10A和圖10B繪示在依據(jù)一實施例執(zhí)行自對準注入后的晶圓的模擬雜質分布的示意圖。特別地說，圖10A示出了晶圓的一區(qū)域對應于如圖5A和圖6A所示的晶圓500的第一區(qū)域，而圖10B示出了晶圓的一區(qū)域對應于如圖5B和圖6B所示的晶圓500的第二區(qū)域。在圖10A和圖10B中，突起部形成在同一間距上。圖10A中的突起部的長度是110nm，而圖10B中的突起部的長度是94nm。以注入角度為35°注入一劑3E13原子/cm²的硼離子而執(zhí)行兩個傾斜注入(如圖10A和圖10B所示的箭頭線)，一個從左側注入而另一個從右側注入。在圖10A所示的區(qū)域中，離子被突起部擋住。另一方面，在圖10B所示的區(qū)域中，因為突起部不能完全擋住離子，所以離子被注入到基板上突起部和雜質分布之間的被修改的區(qū)域。應當注意的是，即使是在圖10A中，仍有少部分離子穿過基板上突起部之間的區(qū)域注入到基板上突起部和雜質分布之間的被修改的區(qū)域，但相對10b圖所示的量要來的少。

圖11A和圖11B繪示半導體裝置的具有不同的柵極長度的仿真的閾值電壓V_th和崩潰電壓V_pt的折線圖。在圖11A和圖11B中，有著鉆石點的曲線代表半導體裝置未使用本發(fā)明的實施例的自對準注入，有著方形點的曲線代表半導體裝置使用以注入角度為35°注入一劑3E13原子/cm²的自對準注入，而有著三角形點的曲線代表半導體裝置使用以注入角度為35°注入一劑5E13原子/cm²的的自對準注入。如圖11A和圖11B所示，使用依據(jù)本發(fā)明的實施例的自對準注入，裝置中的閾值電壓V_th和崩潰電壓V_pt在不同的維度都較均勻，例如不同柵極長度，亦即抑制了閾值電壓V_th和崩潰電壓V_pt的下降(roll-off)。

圖12A和圖12B繪示依據(jù)本發(fā)明一實施例例如形成在晶圓上的柵極結構以本發(fā)明的實施例的一斜向離子注入突起部的垂直摻雜分布(圖12A)以及以一垂直離子注入突起部的垂直摻雜分布(圖12B)之間的比較的示意圖。箭頭線代表離子注入的方向。在圖12A和圖12B中，每一摻雜分布圖中的水平軸的字母Y代表突起部中的垂直位置。沿著如圖12A和圖12B所示的垂直虛線測量摻雜濃度。如圖12A所示，對于執(zhí)行依據(jù)本發(fā)明的實施例的一斜向離子注入的一晶圓，注入的離子主要被包含在突起部靠近接收注入的一側面的區(qū)域(對角斜線陰影的區(qū)域)。在這種情況下，突 起部的垂直摻雜分布是相對平坦的。另一方面，如圖12B所示，對于不執(zhí)行一斜向離子注入而執(zhí)行一垂直離子注入的一晶圓，注入的離子主要被埋在突起部的區(qū)域(對角斜線陰影的區(qū)域)并且平行橫跨突起部的一側面到另一側面。這被埋的區(qū)域的深度及寬度例如取決于注入的能量和注入離子的類型以及突起部的材料。在這種情況下，突起部的垂直摻雜分布是變化劇烈的。因此，通過測量裝置的突起部的垂直摻雜分布可決定是否在裝置的制造期間執(zhí)行依據(jù)本發(fā)明的實施例的斜向離子注入。

圖13繪示依據(jù)本發(fā)明一實施例的半導體裝置1300。半導體裝置1300依據(jù)本發(fā)明的實施例的方法形成在基板1301上，例如上述的其中一個方法。特別的說，在半導體裝置1300的制造過程中，基板1301承受依據(jù)本發(fā)明的實施例的斜向離子注入。

如第13A圖所示，半導體裝置1300包含間隔1302、1304和1306形成在基板1301上的突起部1307、1308、1309和1310之間。在一些實施例中，突起部1307、1308、1309和1310具有幾乎相同的高度，且間隔1302、1304和1306互不相同。間隔1302、1304和1306分別對應于區(qū)域1312、1314和1316形成在基板1301中并形成在相鄰的突起部1307、1308、1309和1310之間。

舉例但不限制的，在圖13中，間隔1302大于間隔1304，間隔1304又大于間隔1306。因此區(qū)域1312的寬度大于區(qū)域1314的寬度，區(qū)域1314的寬度又大于區(qū)域1316的寬度。因此斜向離子注入的結果就是對應于間隔1302的區(qū)域1312有最高的摻雜濃度，對應于間隔1304的區(qū)域1314有中等的摻雜濃度，而對應于間隔1306的區(qū)域1316有最低的摻雜濃度。而本領域具有通常知識者可理解的是，如果未執(zhí)行依據(jù)本發(fā)明的實施例的斜向離子注入，亦即沒有執(zhí)行離子注入或者執(zhí)行一垂直離子注入，區(qū)域1312、1314和1316的摻雜濃度會幾乎相同。

本領域具有通常知識者依據(jù)本說明書和本發(fā)明揭露的實施方式容易想到其他實例。應當理解的是本說明書和這些例子僅是示范性的而非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明真正的保護范圍和精神在隨附權利要求范圍所表示。