专利名称：改善动态随机存储器pn结漏电流的方法
技术领域：
本发明涉及动态随机存储器(DRAM)的制作方法，特别涉及动态随机 存储器NMOS晶体管的制作方法，尤其在动态随机存储器NMOS晶体管位线接 触窗的制作过程中，改善动态随机存储器NMOS晶体管PN结漏电流的方法。
背景技术：
动态随机存储器(DRAM)是现在重要的记忆存储元件之一，由于DRAM 功能多制造成本低廉，被广泛应用于电脑、通讯及家电等领域。近来的发展 趋势是增加DRAM集成电路的密度。然而随着高密度DRAM的发展，使用在 DRAM单元中的电容的可用面积也随之降低。
随着集成电路制作工艺中集成度的不断增加，提升动态随机存储器的集 成密度已成为一趋势，然而，随着存储单元的尺寸不断缩小，避免漏电流以 使电荷保存在DRAM单元中变得相当重要，但是现有技术制作的DRAM有许 多漏电会影响DRAM单元中所储存的电荷，包括PN结漏电流、通栅晶体管启 始漏电流或电经由储存电容中的介电质漏出与经由其它寄生漏电路径漏电。
现有技术制作动态随机存储器的方法，如图1A所示，在P型硅衬底100上 中注入磷离子形成n+掩埋层101;然后在P型硅衬底100中进行两次硼离子注入 形成P型阱102;在P型衬底100上形成栅氧化物层103,在栅氧化物层103上形 成多晶硅层104,然后再于多晶硅层104上形成金属硅化物层105，在金属硅化 物层上形成氮化硅层107,由栅氧化物层103、多晶硅层104、金属硅化物层105 和氮化硅层107组成栅极结构106。
如图1B所示，通过离子注入法在P型阱102表面掺杂硼离子以对P型阱102 进行阈值电压进行调节；以栅极结构106为掩膜，在柵极结构106两侧的P型阱 102中注入磷离子，形成第一轻掺杂漏极108。
如图1C所示，于P型硅衬底lOO上形成光阻层llO,光阻层110覆盖住栅极 结构106,对光阻层110进行曝光及显影，在栅极结构106—侧形成开口112; 以光阻层110为掩膜，在开口 112对应的P型阱102中环形注入氟化硼，防止后 续形成的源极和漏极击穿。
如图1D所示，继续以光阻层110为掩膜，在开口112对应的P型阱102中注 入砷离子，形成第一砷位线接触窗116。
如图1E所示，去除光阻层IIO,在4册^l结构106两侧形成间隙壁114，然后 以栅极结构106为掩膜在P型阱102中注入磷离子，形成第二轻摻杂漏极118; 将包含第一轻掺杂漏极108和第二轻掺杂漏极118的区域定义为源极120,包含 第 一轻掺杂漏极108、第二轻掺杂漏极118和第 一位线接触窗116的区域定义为 漏极122。
如图1F所示，在P型硅衬底100上形成绝缘氧化层124，蚀刻漏极122处的 绝缘氧化层124至P型硅衬底100,形成接触孔126;在漏极122的P型井102中注 入砷，形成第二砷位线接触窗128。
如图1G在接触孔126中填充满鴒，将漏极122与位线130连接；在源极120 处制作电容器(未图示)，形成动态随机存储器。
现有制作动态随机存储器的方法请参考专利号为03178608的中国专利所 公开的技术方案。
现有技术制作的动态存储器，在位线接触窗区域由于N型离子磷离子的浓 度梯度大，使磷离子注入深度差异大，而造成PN结漏电流偏大，进而使动态 随机存储器在用于低功耗产品时造成耗电量太高。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种改善动态随机存储器PN结漏电流的方法， 防止在位线接触窗区域由于N型离子磷离子的浓度梯度大，使磷离子注入深度
差异大，而造成PN结漏电流偏大，进而使动态随机存储器在用于低功耗产品
时造成耗电量太高。
为解决上述问题，本发明提供一种改善动态随机存储器PN结漏电流的方 法，包括下列步骤提供NMOS晶体管，NMOS晶体管形成于P型硅衬底上， 所述NMOS晶体管包含漏极；在P型硅衬底上形成绝缘氧化层；蚀刻绝缘氧化 层至P型硅衬底，在漏极上形成位线接触孔；经过位线接触孔，向P型硅衬底 注入砷离子，形成砷位线接触窗；经过位线接触孔，向P型硅衬底注入磷离子， 在砷位线接触窗下方形成磷位线接触窗。
将磷化氢离子化后，通过磁场选择3价磷离子，注入至P型硅衬底，注入 磷离子所需的能量为15 KeV至45KeV,注入磷离子的剂量为1 x 1013isons/cm3至 9xl013 isons/cm3。
用氧化法在P型硅衬底上形成绝缘氧化层，绝缘氧化层的厚度为30埃至 40埃。
用干法蚀刻法蚀刻绝缘氧化层至P型硅衬底，在漏极上形成位线接触孔。 采用离子注入法向P型硅衬底掺杂砷离子，注入砷离子所需的能量为7KeV 至15KeV，注入砷离子的剂量为lxl015isons/cm3。
与现有技术相比，本发明具有以下优点在P型硅衬底中注入磷离子形成 接触窗，这样在位线接触窗区域N型离子磷离子的浓度梯度变小，使磷离子注 入深度差异变小，进而PN结漏电流减小，从而使动态随机存储器在用于低功 耗产品时耗电量降低。
图1A至图1G是现有技术制作动态随机存储器的过程示意图。
图2是本发明制作动态随才几存储器的流程图。
图3A至图3H是本发明制作动态随机存储器的过程示意图。 图4是本发明制作动态随机存储器产生结漏电流的比较图。
具体实施例方式
动态随机存储器是现在最重要的记忆存储元件之一，由于它功能高却制 造成本低廉，被广泛应用于电脑、通讯、家电等领域。然而，随着存储单元 的尺寸不断缩小，避免漏电流以使电荷保存在DRAM单元中变得相当重要。 有许多漏电会影响DRAM单元中所储存的电荷，包括接面漏电流、通栅晶体 管启始漏电流或电经由储存电容中的介电质漏出与经由其它寄生漏电路径漏 电。本发明通过在P型硅衬底中注入磷离子形成磷位线接触窗，这样在位线接 触窗区域N型离子磷离子的浓度梯度减小，使磷离子注入深度差异变小，进而 PN结漏电流减小，从而使动态随机存储器在用于低功耗产品时耗电量降低。 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本 发明的具体实施方式
做详细的说明。
图2是本发明制作动态随机存储器的流程图。如图2所示，执行步骤S201 提供NMOS晶体管，NMOS晶体管形成于P型硅衬底上，所述NMOS晶体管包 含漏极；S202在P型硅衬底上形成绝缘氧化层；S203蚀刻绝缘氧化层至P型硅 衬底，在漏极上形成位线接触孔；S204经过位线接触孔，向P型硅衬底注入砷 离子，形成砷位线接触窗；S205经过位线接触孔，向P型硅衬底注入磷离子， 在砷位线接触窗下方形成磷位线接触窗。
图3A至图3H是本发明制作动态随机存储器的过程示意图。如图3A所示， 在P型硅衬底400上中注入磷离子形成n+掩埋层401 ，注入磷的剂量为 lxl013isons/cm3,注入磷离子所需的能量为1.25MeV;然后在P型硅衬底400中 进行第一次硼离子注入，注入硼离子的剂量为5.2xl0Asons/cm3,注入硼离子
所需的能量为260KeV;调整硼离子注入的剂量和能量进行第二次硼离子注入 形成P型井402，其中第二次注入硼离子的剂量为7.5xl(^isons/cm3，第二次注 入硼离子所需的能量为120KeV;在P型衬底400上千式氣化法形成厚度为30埃 至40埃的栅氧化物层403,栅氧化物层403的材料为氧化硅；在栅氧化物层403 上用化学气相沉积法形成厚度为70nm至90nm的多晶硅层404,作为栅极；然 后再于多晶硅层404上用化学气相沉积法形成厚度为70nm至80nm的金属硅化 物层405，金属硅化物层405的材料是硅化鴒，接着用低压化学气相沉积法在 金属硅化物层405上形成厚度为1500埃至1700埃的氮化硅层407，便于形成后 续的自对准位线接触孔；由栅氧化物层403、多晶硅层404、金属硅化物层405 和氮化硅层407组成的栅极结构406 。
如图3B所示，通过离子注入法在P型井402表面掺杂硼离子以对P型井102 进行阈值电压进行调节，注入硼离子的剂量为9xl0^isons/cm3，注入硼离子所 需的能量为10KeV;以栅极结构406为掩膜，在栅极结构406两侧的P型井402 中注入磷离子，形成第 一 轻掺杂漏极408 ,注入磷离子的剂量为 1 x 1013isons/cm3,注入磷离子所需的能量为15KeV。
如图3C所示，用旋涂法于P型硅衬底400上形成光阻层410,光阻层410覆 盖住栅极结构406，对光阻层410进行曝光及显影，在栅极结构406—侧形成开 口412;以光阻层410为掩膜，在开口412对应的P型井402中环形注入氟化硼， 防止后续形成的源极和漏极击穿，注入氟化硼的剂量为5.6xl0、sons/cm3,注 入磷所需的能量为80KeV。
如图3D所示，继续以光阻层410为掩膜，在开口412对应的P型井402中注 入砷离子，注入砷离子的剂量为3xlO"isons/cm3，注入砷离子所需的能量为 15KeV，形成第一砷位线接触窗416。
如图3E所示，用沐J危酸去除光阻层410，在4册才及结构406两侧形成间隙壁 414，然后以栅极结构406为掩膜在P型井402中注入磷离子，形成第二轻掺杂 漏极418,所述注入磷离子的剂量为2xl(^isons/cm3,注入磷离子所需的能量 为20KeV;将包含第一轻掺杂漏极408和第二轻掺杂漏极418的区域定义为源极 420,包含第一轻掺杂漏极408、第二轻掺杂漏极418和第一位线接触窗416的 区域定义为漏才及422。
如图3F所示，在P型硅衬底400上用化学气相沉积法形成厚度为400nm 至600nm的绝缘氧化层424,用干法蚀刻法蚀刻漏极422处的绝缘氧化层424 至P型硅衬底400，形成接触孔426;用离子注入法在漏极422的P型井402中 掺杂砷离子，形成第二砷位线接触窗428，注入砷离子的剂量为 lxl015isons/cm3,注入砷离子所需的能量为7KeV至15KeV。
如图3G所示，将磷化氬离子化后，通过磁场选择3价磷离子注入的P型 井402中，形成磷位线接触窗430,其中注入磷离子的剂量为1 x 1013isons/cm3 至9xl0'3isons/cm3,注入磷离子所需的能量为15KeV至45KeV。
如图3H所示，在接触孔426中填充满金属物质，所述金属物质为钨，将 漏极422与位线432连接；在源极420处制作电容器(未图示)，形成动态随 机存储器。
本实施例中，将磷化氢离子化后，通过磁场选择3价磷离子注入的P型井 402中,形成磷位线接触窗430，其中注入磷离子的剂量为lxl013isons/cm3i 9xl013 isons/cm3 , 具体剂量例如lxl013isons/cm3 、 2><1013isons/cm3 、 3xl013isons/cm3 、 4xl013isons/cm3 、 5xl013isons/cm3 、 6><1013isons/cm3 、 7xlOl3isons/cm3 、 8xl013isons/cm3或9xl013isons/cm3 , 本实施例中优选 3xl013isons/cm3;注入磷离子所需的能量为15 KeV至45KeV,具体能量例如 15KeV、 20KeV、 25 KeV、 30KeV、 35KeV、 40KeV或45KeV,本实施例中 优选35KeV。
用离子注入法在漏4及422的P型井402中掺杂砷离子，形成第二砷位线
接触窗428,其中注入砷离子所需的能量为7KeV至15KeV,具体能量例如 7KeV、 8KeV、 9KeV、 10KeV、 11KeV、 12KeV、 13KeV、 14KeV或15KeV, 本实施例优选10KeV。
本实施例中，栅氧化物层403的厚度为30埃至40埃，具体厚度例如30 埃、34埃、37埃或40埃，实施例优选34埃。多晶硅层404厚度的为70nm 至90 nm,具体厚度例如70 nm、 80 nm或90nm。金属硅化物层405的厚度为 70nm至80nm,具体厚度例如70 nm、 75 nm或80nm。氮化硅层407的厚度 为1500埃至1700埃，具体厚度例如1500埃、1600埃或1700埃。
绝缘氧化层424的厚度为400nm至600nm，具体厚度例如400 nm、 500 nm 或600 nm。
图4是本发明制作动态随机存储器产生结漏电流的比较图。如图4所示， 用如图3A至图3H所述的过程制作动态随机存储器，采用将磷化氢离子化后， 通过磁场选择3价磷离子注入的P型井402中，形成磷位线接触窗430，当注入 的磷离子的剂量为3xlO"isons/cm3，注入磷离子所需的能量采用35 KeV时，PN 结漏电流最小，为2551pA;而当注入磷离子的剂量为3xl0Asons/cm3，注入磷 离子所需的能量采用25KeV时，PN结漏电流为4878pA;当注入磷离子的剂量 为3xlO'Sisons/cm3,注入^|离子所需的能量采用15 KeV时，PN结漏电流为 14436pA;当注入磷离子的剂量为lxl013isons/cm3,注入磷离子所需的能量采 用35 KeV时，PN结漏电流则为15941pA;因此本发明优选注入磷离子的剂量 为3x 1013isons/cm3,注入磷离子所需的能量采用35 KeV。
而当采用现有技术，不在P型井402中注入磷离子，形成第三位线接触窗 430的话，接面漏电流达30124pA。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何 本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和
修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种改善动态随机存储器PN结漏电流的方法，包括下列步骤提供NMOS晶体管，NMOS晶体管形成于P型硅衬底上，所述NMOS晶体管包含漏极；在P型硅衬底上形成绝缘氧化层；蚀刻绝缘氧化层至P型硅衬底，在漏极上形成位线接触孔；经过位线接触孔，向P型硅衬底注入砷离子，形成砷位线接触窗；经过位线接触孔，向P型硅衬底注入磷离子，在砷位线接触窗下方形成磷位线接触窗。
2. 根据权利要求1所述的改善动态随机存储器PN结漏电流的方法，其特征 在于将磷化氢离子化后，通过磁场选择3价磷离子，注入至P型硅衬底。
3. 根据权利要求1所述的改善动态随机存储器PN结漏电流的方法，其特征 在于采用离子注入法向P型硅衬底掺杂砷离子。
4. 根据权利要求2所述的改善动态随机存储器PN结漏电流的方法，其特征 在于注入磷离子所需的能量为15KeV至45KeV。
5. 根据权利要求3所述的改善动态随机存储器PN结漏电流的方法，其特征 在于注入砷离子所需的能量为7KeV至15KeV。
6. 根据权利要求4所述的改善动态随机存储器PN结漏电流的方法，其特征在 于注入磷离子的剂量为lxl0、sons/cm3至9xl013 isons/cm3。
7. 根据权利要求5所述的改善动态随机存储器PN结漏电流的方法，其特征在 于注入砷离子的剂量为lxl015isons/cm3。
8. 根据权利要求1所述的改善动态随机存储器PN结漏电流的方法，其特征 在于用氧化法在P型硅衬底上形成绝缘氧化层，绝缘氧化层的厚度为30埃 至40埃。
9. 根据权利要求1所述的改善动态随机存储器PN结漏电流的方法，其特征 在于用干法蚀刻法蚀刻绝缘氧化层至P型硅衬底，在漏极上形成位线接触孔。
全文摘要
一种改善动态随机存储器PN结漏电流的方法，包括下列步骤提供NMOS晶体管，NMOS晶体管形成于P型硅衬底上，所述NMOS晶体管包含漏极；在P型硅衬底上形成绝缘氧化层；蚀刻绝缘氧化层至P型硅衬底，在漏极上形成位线接触孔；经过位线接触孔，向P型硅衬底注入砷离子，形成砷位线接触窗；经过位线接触孔，向P型硅衬底注入磷离子，在砷位线接触窗下方形成磷位线接触窗。经过上述步骤，在位线接触窗区域浓度梯度变小，进而PN结漏电流减小，从而使动态随机存储器在用于低功耗产品时耗电量降低。
文档编号H01L21/8242GK101192575SQ20061011884
公开日2008年6月4日 申请日期2006年11月28日 优先权日2006年11月28日
发明者常建光, 王永刚 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司