一种半导体结构及改善NMOS双峰效应的方法与流程

本发明涉及半导体器件制作技术领域，尤其涉及一种半导体结构及改善NMOS双峰效应的方法。

背景技术：

现有NMOS(N-Metal-Oxide-Semiconductor，N沟道金属氧化物半导体)器件一般采用局部硅氧化隔离工艺(Local Oxidation of Silicon，简称LOCOS)工艺或者浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolation，简称STI)工艺定义出有源区，NMOS器件的阈值电压通过在有源区中进行P阱注入进行调整。

采用LOCOS工艺或STI工艺制备的NMOS器件，常会存在漏电的缺陷，现有技术中尚无相应的方法以解决这一缺陷。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发提供一种NMOS结构及改善NMOS双峰效应的方法，在NMOS制备过程中的LOCOS工艺和/或STI工艺定义出有源区后，通过斜角硼注入，补偿有源区边缘硼浓度，从而抑制LOCOS工艺和/或STI工艺导致的场开启漏电，达到改善NMOS双峰效应的作用。

本发明解决上述技术问题的主要技术方案为：

一种半导体结构，用于生长场氧，其特征在于，所述半导体结构包括：

半导体衬底；

介质层，部分覆盖所述半导体衬底的表面，所述介质层在所述硅衬底中定义出有源区位置；

注入区，形成于暴露的所述半导体衬底表面，且所述注入区部分延伸至位于所述介质层下方的所述有源区位置的边缘区域，以形成有源区边缘带；

其中，所述有源区边缘带的硼离子浓度大于所述有源区位置的硼离子浓度。

优选的，上述的半导体结构，其中，所述半导体衬底为一p型硅衬底。

优选的，上述的半导体结构，其中，所述介质层包括依次覆盖于所述半导体衬底上的二氧化硅层和氮化硅层。

本发明还提供一种改善NMOS双峰效应的方法，其特征在于，包括：

提供一硅衬底，于所述硅衬底上生长衬垫层；

刻蚀去除位于所述硅衬底边缘的衬垫层，使得剩余衬垫层在所述硅衬底上定义出有源区位置；

在暴露的硅衬底上方与所述剩余衬垫层成预定角度注入硼离子，以于所述暴露的硅衬底中形成注入区；

其中，所述注入区部分延伸至位于所述剩余衬垫层下方的所述有源区位置的边缘区域，以形成有源区边缘带。

优选的，上述的方法，其中，所述预定角度为22°～45°。

优选的，上述的方法，其中，注入硼离子的能量为10kev～40kev。

优选的，上述的方法，其中，注入硼离子的剂量为1E12cm^-2～2E13cm^-2。

优选的，上述的方法还包括：

部分氧化暴露于所述硅衬底表面的注入区以生长场氧区；

去除所述剩余衬垫层并于所述硅衬底中定义出的所述有源区位置中进行p阱注入以形成有源区；

继续于所述有源区中形成栅极和源漏极；

其中，所述场氧区通过所述有源区边缘带与所述有源区接触。

优选的，上述的方法，其中，于所述硅衬底上生长衬垫层的步骤包括：

于所述硅衬底上依次生长二氧化硅层和氮化硅层，以形成所述衬垫层。

优选的，上述的方法，其中，刻蚀去除位于所述硅衬底边缘的衬垫层的步骤包括：

旋涂光刻胶部分覆盖所述衬垫层上方，以在所述衬垫层中定义出与所述有源区位置对应的区域；

刻蚀未被光刻胶覆盖的衬垫层，以暴露硅衬底的边缘；以及

注入硼离子后，去除所述光刻胶。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明在定义出有源区的位置后，通过斜角注入硼，补偿有源区边缘硼浓度，抑制有源区边缘带的场开启漏电，达到改善NMOS双峰效应的作用，而且不需要额外增加光罩和相应工艺，经济适用。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1是现有技术中NMOS的沟道电流和栅极电压的曲线图；

图2～图10是本发明的方法中各步骤的NMOS截面图；

图11是经本发明的方法后NMOS俯视图；

图12是本发明改善双峰效应后的NMOS结构的沟道电流和栅极电压的曲线图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例以及附图详细阐述本发明的用于生长场氧的半导体结构。

现有方法在LOCOS(局部硅氧化隔离工艺)工艺下定义出有源区后，直接生长二氧化硅形成场氧区，然后再在衬底中进行P阱注入，P阱和场氧区之间会形成一个类似“鸟嘴”形状的边缘带。由于二氧化硅的“吸硼”作用，以及边缘带有一定阻挡注入作用，导致边缘带下P阱的硼浓度低于有源区靠中间的P阱浓度。后续测试NMOS的沟道电流和栅极电压的曲线(ID_VG curve)时发现，如图1所示，在有源区边缘长场氧时形成的边缘带区域，在测ID-VG curve时，随着栅极电压VG的增加，容易出现边缘带下沟道开启，增加了场开启电流Ion，产生双峰效应。因为正常情况只会有沟道电流Id，形成正常的一个峰，而此时由于场开启增加了Ion电流，形成第二个峰，属于不正常现象，会引起漏电。

针对发现的这一问题，本发明提供一个在LOCOS工艺中生长场氧的半导体结构，可参照图6所示，本发明的半导体结构包括：

半导体衬底1；

介质层，部分覆盖半导体衬底1的表面，介质层在半导体衬底1中定义出有源区位置；优选的，介质层包括依次覆盖于半导体衬底1上的二氧化硅层20和氮化硅层30；

注入区5，形成于暴露的半导体衬底1的表面，且注入区5部分延伸至位于介质层下方的有源区位置的边缘区域，以形成有源区边缘带；

其中，有源区边缘带的硼离子浓度大于有源区位置的硼离子浓度。

在上述技术方案的基础上，优选的，半导体衬底1为一p型硅衬底。类似的，如果本发明的NMOS结构替换为与NMOS原理相同但电性相反的PMOS(P-channel Metal Oxide Semiconductor，P沟道金属氧化物半导体)结构，则半导体衬底也相应替换为n型硅衬底；由于PMOS结构的原理与NMOS结构类似，因此本发明所述的改善NMOS双峰效应的方法也可作相应变换后应用于PMOS结构。

上述技术方案中，因为有源区边缘带的硼离子浓度大于有源区位置的硼离子浓度，后续生长场氧制备形成NMOS结构后，可以达到抑制有源区边缘带的场开启漏电，从而改善NMOS双峰效应的目的。

下面结合一个具体的实施例来详细阐述本发明的改善NMOS双峰效应的方法。需要注意的是，本发明改善NMOS双峰效应的方法可运用于LOCOS(局部硅氧化隔离工艺)工艺和/或STI(浅沟槽隔离)工艺，因二者原理类似，下面以运用于LOCOS工艺为例进行阐述。

首先，如图2所示，提供一硅衬底1(因本实施例针对NMOS，因此该硅衬底1为p型硅衬底)，于硅衬底1上生长衬垫层。优选的，生长衬垫层具体包括于硅衬底1上依次生长二氧化硅层2和氮化硅层3，形成如图2所示的结构。

其次，如图3和图4所示，刻蚀去除位于硅衬底1边缘的衬垫层，使得剩余衬垫层在硅衬底1上方定义出有源区位置。优选的，刻蚀去除位于硅衬底1边缘的衬垫层的步骤包括：旋涂光刻胶4部分覆盖衬垫层上方，实际覆盖在氮化硅层3上方，且光刻胶4覆盖的区域和即将要定义出的有源区位置相对应，也即光刻胶4在衬垫层中定义出与有源区位置对应的区域，形成如图3所示的结构；然后刻蚀未被光刻胶4覆盖的衬垫层(包括位于硅衬底1边缘的二氧化硅层2和氮化硅层3)，以暴露硅衬底的边缘，形成如图4所示的结构，在图4中刻蚀后剩余的二氧化硅层2和氮化硅层3分别标示为剩余二氧化硅层20和剩余氮化硅层30。

在该步中，需要注意的是，在刻蚀完成后，并不立刻去除光刻胶4，而是继续进行后续的步骤。

进一步的，如图5和图6所示，在暴露的硅衬底1上方与剩余衬垫层(即剩余二氧化硅层20和剩余氮化硅层30)成预定角度注入硼离子(参照图5中箭头所示)，以于暴露的硅衬底1中形成注入区5；其中，注入区5部分延伸至位于剩余衬垫层下方的有源区位置的边缘区域，该注入区5部分延伸至位于剩余衬垫层下方的有源区位置的边缘区域即为后续形成的有源区边缘带50。

在该步中，作为优选的实施方式，注入硼离子的预定角度可选为22°～45°，注入硼离子的能量可选为10kev～40kev，注入硼离子的剂量可选为1E12cm^-2～2E13cm^-2，以实现补偿注入区5尤其是有源区边缘带50的硼离子浓度。

在硼离子注入完成后，即可去除上一步中刻蚀后留下的光刻胶4，形成图6所示的结构。

然后，作为优选的实施方式，本发明改善NMOS双峰效应的方法还可包括后续步骤：

如图7所示，部分氧化位于暴露的硅衬底1上方的注入区50，以生长场氧区6；

如图8所示，去除剩余衬垫层(该步中仅去除剩余氮化硅层30，因后续形成的栅极7与有源区10之间需要一层隔离层，剩余二氧化硅层20可充当所述隔离层；当然在该步中也可以同时将剩余氮化硅层30和剩余二氧化硅层20去除，在后续形成栅极7之前再沉积一层隔离层即可)，并于硅衬底1中定义出的有源区位置中进行p阱注入形成有源区10，以形成图9所示的结构；

如图10所示，继续于有源区10中形成栅极7(若上一步中未将剩余二氧化硅层20刻蚀去除，则该步中在形成栅极7后可以将多余的剩余二氧化硅层20去除以形成隔离层21；若上一步中去除剩余衬垫层时同时将剩余氮化硅层30和剩余二氧化硅层20去除，则该步中形成栅极7之前可先沉积一隔离层21)和源漏极(图中未示出)；

其中，场氧区6通过有源区边缘带50与有源区7接触。

最后形成的改善双峰效应的NMOS结构的截面图即如图10所示，俯视图如图11所示，因为在剩余氮化硅层30刻蚀后，去光刻胶4前，通过斜角硼注入补偿了有源区边缘带50的硼浓度，从而抑制了LOCOS工艺下形成的有源区10与场氧区6交界区域的场开启漏电，达到改善NMOS双峰效应的作用。

本发明改善双峰效应的NMOS结构的沟道电流和栅极电压的曲线图如图12所示，在改进前由于有源区边缘带50的硼含量偏低，容易出现场开启，而经本发明硼注入补偿改进后实现了有源区边缘带50的硼含量增高，在VG电压增大的情况下，不会出现第二峰，从而抑制双峰效应，杜绝场开启问题。

需要注意的是，本发明的改善NMOS结构双峰效应的方法同样适用于制备NMOS结构中的STI(浅沟槽隔离)工艺，其原理与运用于LOCOS工艺类似，因此不再赘述。

综上，本发明的方法在NMOS制备过程中的LOCOS(局部硅氧化隔离工艺)工艺和/或STI(浅沟槽隔离)工艺定义出有源区后，通过斜角硼注入，补偿有源区边缘硼浓度，从而抑制LOCOS工艺和/或STI工艺导致的场开启漏电，达到改善NMOS双峰效应的作用，而且不需要额外增加光罩和相应工艺，经济适用。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。