专利名称：减缓阱区邻近效应的半导体器件的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及集成电路(IC)设计规则世代，尤其涉及一种确定器件 沟道区域与阱边缘的间距离，以减緩阱区邻近效应的方法。
背景技术：
N阱区邻近效应是自130nm技术后一种新发现的现象。以N阱硅晶内 的PMOS器件为例，在浅沟槽隔离(STI)制作之后，在硅晶上铺上一层光 致抗蚀剂以阻止离子注入，从而限定出N阱区。因为N阱注入需要高能量 和高剂量离子，所以光致抗蚀剂必须很厚，从而就不可避免地形成高的倾斜 侧壁。在离子注入期间，正好横向散射在该光致抗蚀剂边缘内的离子将能从 光致抗蚀剂中露出来。这些离子可能会注入硅晶的某区域中，该区域在后来 的工艺中将成为晶体管的有源区。注入离子的深度和浓度取决于散射离子的 角度和能量。横向散射的细节取决于引入离子的质量及光致抗蚀剂中散射引 入离子的物种的质量。是否对阈值电压有重大影响取决于器件的总宽度、器 件相对于屏蔽边缘的位置、效应的横向范围，及散射离子相对于故意注入该 区域的离子的密度和深度。图1是用离子注入形成N阱的剖面图。N阱IIO通过注入N阱离子120 于P基板130中而形成。非N阱区用光致抗蚀剂140覆盖，以阻止N阱离 子注入120落在P基板130上。N阱110的形成在浅沟槽隔离(STI) 150 的形成之后进行。参考图1，边界区145紧邻于光致抗蚀剂140的边缘。一 些碰撞在该边界区145上的N阱注入离子120将散射在光致抗蚀剂140之外， 并进入N阱110的边缘区160,从而导致边缘区160遭受更大的N阱离子注 入剂量。若随后的PMOS器件构建在该N阱边缘区160内，它的特性，如 阈值电压(Vt)及源漏饱和电流(Idsat)将不同于构建在该N阱边缘区160 之外的PMOS器件。这就是常说的N阱区邻近效应，它不但影响N阱内的 PMOS器件也影响N阱外的NMOS器件。而且，器件至该阱边缘的间距影 响器件在沟道长度(L)或沟道宽度(W)方向的性能。为了预防由N阱区邻近效应引起的器件变异，在器件有源区与N阱边 缘之间需要有足够的间距。图2是显示古怪形状N阱210内的晶体管的布局 示意图。N阱210成古怪形状，以便可呈现出晶体管与N阱210边缘之间的 各种距离。晶体管由多晶硅栅极220和有源区230构成。N阱区邻近效应可 用下列等式表示，其中，参数SC代表MOS晶体管的栅极区与阱边缘的平 均距离。<formula>formula see original document page 4</formula>等式l等式1是基于有源区与阱边缘之间的平均面积，并可精确地模拟注入行为虽然可使用传统的方法，如等式1代表的方法，来计算器件与N阱边缘 之间的间距所必需的距离，然而，为了获得器件与N阱边缘之间的精确间距 距离，这种方案就需要计算许多参数的长的复杂的等式。由于该方法综错复 杂，难以付的实践。因此，为了减緩N阱区邻近效应，渴望设计出一种简单而又行的有效的 方法来计算器件有源区与N阱边缘之间的必要间距。发明内容鉴于前述问题，本发明揭示一种半导体器件，以减緩阱区邻近效应。该 半导体器件包括基板中的阱；及晶体管，其具有有源区及栅级长度小于或 等于0.13pm的栅极；其中，该栅极完全在该阱内或在该阱之外延伸，并且 该有源区的边缘与该阱的边缘之间的最小间距至少约是该栅级长度的3倍。然而，可结合附图，从下列具体实施方式
中理解本发明操作的结构和方 法，及其它的目的和优点。
附图为说明书的一部分，用以描述本发明的某些方面。参考附图所例示的非限制性实施例，本发明的更清楚的概念及本发明提供的部件和操作系统 将变得更加明朗，其中，相似的标号(如果它们出现在一个以上的附图中) 代表相同的部件。参考一幅或多幅附图并结合说明书，可更好地理解本发明。 值得注意的是，附图中所显示的特征未必按照比例绘制。图1例示为光致抗蚀剂内固定离子所散射的N阱注入剖面图； 图2是显示古怪形状N阱内的晶体管的布局图； 图3A显示注入离子碰撞固定离子；图3B显示在撞击光致抗蚀剂内一定高度的固定离子后，注入离子360散射至基板内一定距离；图4是光致抗蚀剂内固定离子所散射的N阱注入离子的另 一剖面图；图5A和5B分别是画于矩形N阱内及外的晶体管的布局图；图6是显示四个相同的晶体管最优排列于矩形阱内以减緩阱区邻近效应的布局图。
具体实施方式
参考附图所阐明及下列说明书所叙述的非限制性实施例，来更充分地解 释本发明及其各种特征和有益细节。省略叙述已知元件及工艺技术，以不致 于不必要地偏离本发明。然而这将理解为，当说明本发明优选实施例时，详 细说明及具体实施例仅是说明性的而非限制性的。从该详细说明书中可知， 在本发明概念的精神和/或范围内的各种替代、修正、添加和/或重组对本领 域技术人员来说是很显然易见的。如前所述，阱区邻近效益存在于更先进的工艺中，如0.13jiim工艺。本 发明提供简便方法来分析阱区邻近效应，该方法是基于每一注入粒子的轨 迹。图3A显示注入离子310^5並撞固定离子320。注入离子310和固定离子 320具有它们自己的有效横截面，如圆圏所标记出的。当注入离子310撞击 固定离子320时，注入离子310以相对于引入方向一e'角散射开，而固定离 子320以相对于水平方向一 e角移动。这种碰撞可依据动量和能量守恒利用 准经典粒子(quasi-classic particles)互相作用而才莫拟出，如下所示 ,k'sin的 式10') = /^ 式2~^ +-=- 式32M 2m 2m其中，KF、 K'及K分别是固定、散射和引入离子的波数；M和m是固定 离子和引入离子的质量；以及，h是布朗克常数除以2兀。式1和式2表明动 量守恒，式3表明能量守恒。散射角e'可很容易通过解式1、 2和3而得到(m/M^n,) + COS ,)=cos 式4一般而言，式4无法解析出。然而，可容易地得出在某些特定情形下的 物理意义(1) m=M，此时，e'=e;(2) m<<M,式4左边第一项为0，此时，0'=0或180。。当注入离子 210相对于固定离子220很轻时，其遇到固定离子220时将会反弹回来。从 而得出，9'=180°是正确的解。(3) m>〉M, m/M的比就非常大，如此一来sin(0') 0才能使得两边 在0至1之间，因此，0'=0。当注入离子21(M艮重时，它正好可穿过光致抗 蚀剂。图3B显示注入离子360在撞击光致抗蚀剂350内一定高度的固定离子 后散射至基板内一定距离。阱区邻近效应取决于达到一定距离(R)的高度 (H)与散射角(e')，以及散射后散射离子穿透光致抗蚀剂的最后能量。有 效散射射程(R)是基于散射角(e')、能量损失(E7E)以及光致抗蚀剂350 的高度(H)的乘积，如下所示R = H.ta+').(E'/E)=H.ta+').^^ 式5cos^ 0)对于m〈M来说，注入离子可能会反弹，从而可能会形成负散射射程。 但是负散射射程将不会产生危害，因离子将不会落在基板表面上。若散射角 接近90度，散射射程可能很大。否则，散射射程通常小于H。对于集成电路技术中的离子注入来说，引入离子通常是硼(B，原子量 =13)、砷(As，原子量=33)或磷(P，原子量=15),而光致抗蚀剂材料通 常由碳(C，原子量=12)、氧(O，原子量46)或氢(H,原子量=1)构成。 除了硼离子的原子量很接近碳或氧离子外，砷或磷离子比光致抗蚀剂350中 的固定离子重很多。对于一最不利情形而言，假定m=M，根据式4，得出e'=e ，则式5化简为:<formula>formula see original document page 7</formula>式6sin(20)的最大值为1 R = (H/2) 因此，对于m=M时最大散射射程: <formula>formula see original document page 7</formula>式7其中，e'=e=45。这可理解为N阱区邻近效应可以避免。避免阱区邻近效应的一种方法是 在边缘区160外构建器件。另一方面，至阱边缘的距离应当保持在最小值， 以最小化布局面积。因此， 一种适当地确定的布局设计规则是必要的。对于 具有有源区及栅级长度小于或等于0.13pm的栅极且完全在该阱内的晶体管 来说，有源区边缘与阱边缘之间的最小间距至少约是栅级长度的3倍。此外， 阱的深度，不论是N阱或P阱，应当至少约为小于2pm。图4显示计算注入离子散射射程的另一种方法。假设光致抗蚀剂高度为 H，注入离子在高度h处碰撞固定离子，则给出如下注入离子的散射距离x:<formula>formula see original document page 7</formula> 式8当离子在半路中碰撞表面时，则给出如下平均散射距离x:<formula>formula see original document page 7</formula>》 式9若H=lpm, 0=60。，则X=sqrt(3)/2 * H=0.86|im。然而，在实际应用中，实现IC布局系利用含数字限制的设计规则，而 非利用供各种尺寸的等式设计规则。因此， 一种更简便的阱区邻近效应的设 计规则更令人期待。图5A和5B显示矩形N阱500之内或之外的晶体管布局图。图5A显 示画于N阱500内的具有多晶硅栅极510及有源区520的PMOS晶体管。 图5B显示画于N阱500外的具有多晶硅栅极530及有源区540的NMOS 晶体管。多晶硅栅极510或530的最小宽度为d0。有源区520与N阱500 边缘之间的最小距离为dl。有源区520之上的多晶硅栅极510边缘与N阱 500的边缘之间的最小距离为d2。类似地，有源区540与N阱500的边缘之 间的最小距离为d3。有源区540之上的多晶硅栅极530边缘与N阱500的 边缘之间的最小距离为d4。当进行N阱500注入时，含有NMOS晶体管的 区域被光致抗蚀剂覆盖，其中，N阱邻近效应相对于敞开N阱区域500本身 而言应当没有那么严重。对于这种实际应用，々li殳dl等于d3， d2等于d4, 则式9可进一步简化为dl(d3)>=3*d0 式10d2(d4)>=9*d0 式11当器件布局遵从式10和式11定义的设计规则时，阱区邻近效应可大大 地忽略。图6是显示四个相同的晶体管610、 612、 614、 616最优排列于矩形阱 600内以减緩阱区邻近效应的布局图。晶体管610 616以一共同中心的方式 排列，以便达到更佳的几何匹配。参数dll、 d12、 d13、 d14为有源区至阱 边缘的距离，其中，式10仍有效，即参数都大于或等于3 * d0。尽管因简化 布局常将这些参数设成同 一值，但这些参数也可不必相同。参考图6，当四个晶体管以同一中心方式布置时，这些晶体管有一中心 620,该中心620至每一晶体管的距离相同。中心620与阱600边》彖之间的 最小距离为d5，则式10可化简为d5>=18*d0 式12上述说明提供了许多不同的实施例或实现本发明不同特征的实施例。描 述部件和工艺具体实施例以助于阐明本发明。当然，它们仅是实施例，而不是限制权利要求中描述的发明。尽管在此仅用一个或多个具体实施例说明及描述本发明，其并不企图受 所显示的细节的限制，因为在未脱离本发明思想及权利要求等同范围下，本 发明是可有其它的变化及结构性改变。相应地，可以用与本发明范围一致的 方式构建本发明的权利要求，如权利要求书所述。
权利要求
1.一种减缓阱区邻近效应的半导体器件，该半导体器件包括基板中的阱；及，晶体管，具有有源区及栅级长度小于或等于0.1μm的栅极；其中，该栅极完全在该阱内，并且该有源区的边缘与该阱的边缘之间的最小间距至少约是该栅级长度的3倍。
2. 如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，该阱是N阱。
3. 如权利要求2所述的半导体器件，其特征在于，该N阱的深度小于 约2拜。
4. 如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，该阱是P阱。
5. 如权利要求4所述的半导体器件，其特征在于，该P阱的深度小于 约2pm。
6. 如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，其进一步包括至少4 个形成于该N阱内的晶体管。
7. 如权利要求6所述的半导体器件，其特征在于，该晶体管对称布置， 该晶体管对称布置的中心与该阱的中心重叠。
8. —种减緩阱区邻近效应的半导体器件，该半导体器件包括 基板中的阱；及，晶体管，具有有源区及栅级长度小于或等于0.13(mi的栅极； 其中，该栅极在该阱之外延伸，并且该有源区的边缘与该阱的边缘之间 的最小间距至少是该栅级长度的3倍。
9. 如权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，该阱是N阱。
10. 如权利要求9所述的半导体器件，其特征在于，该N阱的深度小于 约2|im。
11. 如权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，该阱是P阱。
12. 如权利要求11所述的半导体器件，其特征在于，该P阱的深度小于 约2(xm。
13. 如权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，其进一步包括至少 4个形成于该N阱内的晶体管。
14. 如权利要求13所述的半导体器件，其特征在于，该晶体管对称布置, 该晶体管对称布置的中心与该阱的中心重叠。
全文摘要
本发明公开一种减缓阱区邻近效应的半导体器件，该半导体器件包括一基板上之一阱；及一晶体管，具有有源区及栅级长度小于或等于0.13μm的栅极；其中，该栅极完全在该阱内或在该阱之外延伸，并且该有源区的边缘与该阱的边缘之间的最小间距至少是该栅级长度的3倍。
文档编号H01L27/04GK101226938SQ20081000400
公开日2008年7月23日 申请日期2008年1月16日 优先权日2007年1月17日
发明者庄建祥 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司