「專利解密」晶片製造技術再突破 中芯國際創新半導體器件形成方案

【嘉勤點評】中芯國際發明的半導體器件形成方案，不僅可以節約半導體器件中掩膜層的材料，降低生產成本，並可以增加暈環區對輕摻雜區和源漏區的橫向擴散的抑制作用，以避免器件的漏電。同時，該方案解決了傾斜離子注入無效的問題，提高了半導體器件的效能。

集微網訊息，金屬-氧化物-半導體（MOS）電晶體，是現代積體電路中的重要器件，以N溝道增強型MOS場效電晶體為例，其利用柵極電壓來控制“感應電荷”的數量，以改變由這些“感應電荷”形成的導電溝道的狀況，然後達到控制漏極電流的目的。

我們知道，MOS電晶體的基本結構一般包括半導體襯底，位於半導體襯底表面上的柵極結構和位於所述柵極結構兩側的半導體襯底內的源漏摻雜區。

但是，現有的製造MOS電晶體的方法制造的半導體器件存在漏電的問題，且生產出來的半導體器件的效能仍有待提高。為此，中芯國際在2020年2月26日申請了一項名為“半導體器件及其形成方法”的發明專利（申請號：202010120136。1），申請人為中芯國際積體電路製造（上海）有限公司。

根據目前該專利公開的相關資料，讓我們一起來看看這項半導體器件的形成方法吧。

如上圖，為利用現有技術形成的半導體器件的結構示意圖，該半導體襯底100包括第一區I和第二區II。第一區包括第一有源區和包圍第一有源區的第一隔離區，其中，第一隔離區中的第一邊緣隔離區101與第二區相鄰。

第二區包括第二有源區和包圍第二有源區的第二隔離區，第二隔離區中的第二邊緣隔離區201與第一區相鄰。同時，對於相鄰的第一區和第二區而言，相鄰的第一邊緣隔離區和第二邊緣隔離區鄰接。

此外，在第二區上設定有第一光阻層210，並以第一光阻層為掩膜對第一區執行第一阱離子注入，以在半導體襯底中形成第一阱區102。但是當採用第一阱離子注入時所用的光阻層作為第一傾斜離子注入的掩膜層時，由於該光阻層的厚度較大，會對第一傾斜離子注入形成阻擋，進而導致漏電流激增，降低了半導體器件的效能。

為解決該問題，該專利中發明了一種半導體器件的形成方法，如上圖所示。首先，需要提供半導體襯底，包括第一區（第一有源區和第一隔離區）以及第二區，並在半導體襯底的第一區上形成第一柵極結構，第一柵極結構沿第一方向橫跨第一有源區。

其次，形成第一柵極結構之後，在第二區上形成第一阱區掩膜層，該第一阱區掩膜層會延伸至第一邊緣隔離區的部分表面上。接著，以第一阱區掩膜層為掩膜對第一區執行第一阱離子注入，並在第一區中形成包圍第一有源區的第一阱區。

最後，以第一阱區掩膜層和第一柵極結構為掩膜，採用第一傾斜離子注入在第一柵極結構兩側的第一有源區中，從而形成第一暈環區，需要注意的是，第一傾斜離子注入的注入方向分別與第一方向和第一柵極結構的寬度方向之間的夾角為銳角。

在這種方案中，第一阱區掩膜層中的第一開口具有相對於第一側壁區朝向第二區凸出的第二側壁區，且第二側壁區沿第一柵極結構寬度方向的尺寸大於第一柵極結構的寬度，使得第二側壁區處的第一阱區掩膜層在溝道寬度方向和溝道長度方向上均向遠離第一柵極結構底部的溝道移動。

因此，可以使得第二側壁區處的第一阱區掩膜層在執行第一傾斜離子注入時所形成的陰影，在溝道寬度方向和溝道長度方向上均向遠離第一柵極結構底部的溝道移動，從而可以避免第一傾斜離子注入時的離子注入無效，並可有效提高半導體器件的效能。

以上就是中芯國際發明的半導體器件形成方案，該方案不僅可以節約半導體器件中掩膜層的材料，降低生產成本，並可以增加第一暈環區對第一輕摻雜區和第一源漏區的橫向擴散的抑制作用，以避免器件的漏電。同時，解決了傾斜離子注入無效的問題，提高了半導體器件的效能。

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（校對/holly）