淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，包括：在半導(dǎo)體襯底形成氧化層和氮化層，并刻蝕形成淺溝道隔離凹槽；對(duì)的淺溝道隔離凹槽兩側(cè)氮化層進(jìn)行刻蝕；通過(guò)傾斜角度在所述淺溝道隔離凹槽的側(cè)壁上方注入離子；在所述淺溝道隔離凹槽表面形成襯氧化層；并填充隔離材料，進(jìn)行平坦化處理。通過(guò)離子注入，增加AA區(qū)頂角處的離子摻雜濃度，避免后續(xù)工藝中硼離子的損失，改善雙峰頸結(jié)效應(yīng)，最終提高器件的性能。
【專利說(shuō)明】淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路及其制造領(lǐng)域，特別涉及一種淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在各種元件隔離技術(shù)中，局部硅氧化方法(LOCOS)和淺溝道隔離是最常被采用的兩種技術(shù)，尤其后者因具有隔離區(qū)域小和完成后仍保持基底平坦性等優(yōu)點(diǎn)，更是近來(lái)頗受重視的半導(dǎo)體制造技術(shù)。
[0003]圖1a到If是傳統(tǒng)技術(shù)中制造淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的主要工藝步驟的結(jié)構(gòu)示意圖。首先，請(qǐng)參照?qǐng)D1a,在一娃襯底10表面上,依次形成一墊氧化娃層11,及一氮化娃層12。之后，在氮化硅層12上涂覆一光阻層13，經(jīng)過(guò)曝光與刻蝕形成圖案化的光阻層，露出預(yù)形成淺溝道隔離的部分。接著，利用圖案化的光阻層為掩膜，依次刻蝕氮化硅層12和墊氧化硅層11。
[0004]接下來(lái)，請(qǐng)參照?qǐng)Dlb，在剝除光阻層13后，以氮化硅層12和墊氧化硅層11為掩膜，刻蝕暴露出的娃襯底10而形成溝槽20,用以定義器件的主動(dòng)區(qū)(active area, AA區(qū))。
[0005]接下來(lái)，請(qǐng)參照?qǐng)Dlc，實(shí)施一熱氧化工藝，以在溝槽02的表面生成一薄氧化硅當(dāng)作襯氧化硅層14。
[0006]接下來(lái)，請(qǐng)參照?qǐng)Dld，利用化學(xué)氣相沉積法在氮化硅層12上形成一氧化硅層15，并填滿溝槽20。然后，施行化學(xué)機(jī)械研磨工藝，去除氮化硅層12上多余的氧化硅層15，以形成表面平坦的淺溝道隔離凹槽結(jié)構(gòu)30。最后，去除氮化硅層12和墊氧化硅層11，以完成淺溝道隔離制程，得到如圖1e所示的結(jié)構(gòu)。
[0007]然而，因?yàn)樵谘趸梢r氧化硅層14時(shí)，應(yīng)力會(huì)集中在曲率半徑小的區(qū)域，而溝槽20的頂部?jī)蓚?cè)為一曲率半徑小的尖角，所以氧化硅在溝槽20頂部?jī)蓚?cè)的地方成長(zhǎng)速度較慢，使得所形成的襯氧化層的厚度較薄。并且由于淺溝道隔離區(qū)30和墊氧化層11的性質(zhì)相近，因此當(dāng)以刻蝕液浸泡去除墊氧化層11時(shí)，不可避免地也會(huì)侵蝕到器件隔離區(qū)30，而使溝道20頂部?jī)蓚?cè)襯氧化層比較薄的地方暴露出來(lái)，并在附近造成凹陷，如圖1f所述。
[0008]在后續(xù)器件的制作過(guò)程中，形成LDD步驟中摻雜的硼離子，在AA區(qū)頂角處的擴(kuò)散比較快，會(huì)造成該處的硼離子的濃度過(guò)低。并且在形成柵極氧化層和柵極導(dǎo)電層時(shí)，沉積于凹陷處的導(dǎo)電層不易去除，而易造成相鄰的晶體管的短路。此外，由于溝槽20頂部?jī)蓚?cè)的柵極氧化層較其他地方薄，因而形成一寄生的晶體管，此現(xiàn)象相當(dāng)于兩個(gè)具有不同厚度的柵極氧化層的晶體管并聯(lián)。當(dāng)電流通過(guò)此寄生晶體管時(shí)，由于溝槽20頂部?jī)蓚?cè)的曲率半徑小，會(huì)造成電場(chǎng)集中，而導(dǎo)致穿遂電流的增加，使頂部?jī)蓚?cè)處的柵極氧化層的絕緣性質(zhì)變差，因而造成不正常的器件性質(zhì)，例如使Id與Vg的1-V曲線中產(chǎn)生雙峰(double hump)的頸結(jié)效應(yīng)(kink effect)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提供了一種淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，以改善在現(xiàn)有技術(shù)中由于淺溝道隔離結(jié)構(gòu)制作過(guò)程中造成凹陷而產(chǎn)生的雙峰頸結(jié)效應(yīng)，提高器件的性能。
[0010]本發(fā)明提供的淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，包括:
[0011]提供一半導(dǎo)體襯底，在其上依次形成氧化層和氮化層；
[0012]對(duì)所述氮化層、氧化層及半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，形成淺溝道隔離凹槽；
[0013]從所述淺溝道隔離凹槽兩側(cè)對(duì)氮化層進(jìn)行刻蝕，露出部分氧化層；
[0014]進(jìn)行離子注入，將離子束以傾斜的角度注入所述淺溝道隔離凹槽的側(cè)壁上方；
[0015]在所述淺溝道隔離凹槽表面形成襯氧化層；
[0016]在所述淺溝道隔離凹槽中填充隔離材料，并進(jìn)行平坦化處理。
[0017]進(jìn)一步的，所述氧化層為氧化硅和氮氧化硅中的一種或其組合，所述氮化層為氮化硅和氮氧化硅中的一種或其組合。
[0018]進(jìn)一步的，在對(duì)所述淺溝道隔離凹槽兩側(cè)的氮化層進(jìn)行刻蝕的步驟中，兩側(cè)氮化層的刻蝕寬度均為3nm?10nm。
[0019]進(jìn)一步的，在所述進(jìn)行離子注入步驟中，注入的離子為銻和碳。
[0020]進(jìn)一步的，所述銻可以用硼、銦、或BF2等代替。
[0021 ] 進(jìn)一步的，所述碳可以用氮代替。
[0022]進(jìn)一步的，所述離子注入的能量為3Kev?30Kev。
[0023]進(jìn)一步的，所述離子注入的劑量為lE15/cm3?lE16/cm2。
[0024]進(jìn)一步的，所述傾斜的角度為10°?35°。
[0025]進(jìn)一步的，所述隔離材料的材質(zhì)為氧化硅。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0027]本發(fā)明提供的淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制作方法中，通過(guò)傾斜角度在淺溝道隔離凹槽的側(cè)壁上方注入銻離子和碳離子，增加AA區(qū)頂角處的離子摻雜濃度，避免后續(xù)工藝中硼離子的損失，改善雙峰頸結(jié)效應(yīng)，最終提高器件的性能。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1a?If為傳統(tǒng)技術(shù)中制造淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的主要工藝步驟的結(jié)構(gòu)示意圖
[0029]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中本發(fā)明一實(shí)施例所提供淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制作方法的流程圖。
[0030]圖3?8為本發(fā)明一實(shí)施例所提供的淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制作方法的各步驟的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0031]為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說(shuō)明書附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步說(shuō)明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0032]其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)的表述，在詳述本發(fā)明實(shí)例時(shí)，為了便于說(shuō)明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)對(duì)此作為本發(fā)明的限定。
[0033]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例所提供的淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制作方法的流程圖，如圖1所示，本發(fā)明提出的一種淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟:
[0034]步驟SO1:提供一半導(dǎo)體襯底，在其上依次形成氧化層和氮化層；
[0035]步驟S02:對(duì)所述氮化層、氧化層及半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，形成淺溝道隔離凹槽；
[0036]步驟S03:從所述淺溝道隔離凹槽兩側(cè)對(duì)氮化層進(jìn)行刻蝕，露出部分氧化層；
[0037]步驟S04:進(jìn)行離子注入，將離子束以傾斜的角度注入所述淺溝道隔離凹槽的側(cè)壁上方；
[0038]步驟S05:在所述淺溝道隔離凹槽表面形成襯氧化層；
[0039]步驟S06:在所述淺溝道隔離凹槽中填充隔離材料，并進(jìn)行平坦化處理。
[0040]圖3?8為本發(fā)明一實(shí)施例提供的NMOS晶體管制造方法的各步驟結(jié)構(gòu)示意圖，請(qǐng)參考圖2所示，并結(jié)合圖3?圖8，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明提出的淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制作方法:
[0041]步驟SOl:提供一半導(dǎo)體襯底100，在其上依次形成氧化層101和氮化層102，如圖3所示。
[0042]在本實(shí)施例中所述半導(dǎo)體襯底100可以是硅襯底、鍺硅襯底或絕緣體上硅(S0I)，或本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他半導(dǎo)體襯底；所述氧化層101為氧化硅和氮氧化硅中的一種或其組合；所述氮化層102為氮化硅和氮氧化硅中的一種或其組合；所述氧化層101采用熱氧化法形成、常壓化學(xué)氣相沉積法或低壓化學(xué)氣相沉積法沉積而成，較佳的方法為熱氧化法，所述氮化層102采用低壓化學(xué)氣相沉積法，或其他已知的方法形成。
[0043]步驟S02:對(duì)所述氮化層102、氧化層101及半導(dǎo)體襯底100進(jìn)行刻蝕，形成淺溝道隔離凹槽200，如圖4所示。
[0044]在所述氮化層102上沉積一層光刻膠，通過(guò)曝光與顯影，形成圖形化的光刻膠，暴露出預(yù)形成淺溝道隔離凹槽的部分，以圖形化的光刻膠為掩膜，依次刻蝕掉所述氮化層102、氧化層101以及部分半導(dǎo)體襯底100，形成淺溝道隔離凹槽200，用以定義器件的主動(dòng)區(qū)(active area, AA 區(qū))。
[0045]步驟S03:從所述淺溝道隔離凹槽200兩側(cè)對(duì)氮化層102進(jìn)行刻蝕，露出部分氧化層101,如圖5所示。
[0046]形成所述淺溝道隔離凹槽200之后，對(duì)所述氮化層102進(jìn)行回拉(pull back),即從所述淺溝道隔離凹槽200兩側(cè)對(duì)氮化層102進(jìn)行刻蝕，擴(kuò)大氮化層淺溝道隔離凹槽的寬度，暴露出部分氧化層101。所述淺溝道隔離凹槽200兩側(cè)氮化層的刻蝕寬度均為3nm?1nm0
[0047]步驟S04:進(jìn)行離子注入，將離子束以傾斜的角度注入所述淺溝道隔離凹槽200的側(cè)壁上方，如圖6所示。
[0048]本實(shí)施例中，將離子束以傾斜的角度注入所述淺溝道隔離凹槽200的側(cè)壁上方，所述注入的離子為銻(Sb)和碳(C)，兩者不分先后，分別注入到所述淺溝道隔離凹槽200的側(cè)壁上方。所述銻可以用硼、銦、或BF2等代替，所述碳可以用氮代替。所述離子注入的能量為3Kev?30Kev，離子注入的劑量為lE15/cm3?lE16/cm3，所述傾斜的角度為10°?35°。為了使淺溝道隔離凹槽200的側(cè)壁兩側(cè)都進(jìn)行離子注入，從兩個(gè)方向進(jìn)行離子注入，分別與所述氮化硅102平面的夾角為10°?35°。
[0049]本發(fā)明中，通過(guò)傾斜角度的離子注入，提高淺溝道隔離凹槽兩側(cè)的103處離子摻雜濃度，即提高AA區(qū)頂角103處的離子摻雜濃度。
[0050]步驟S05:在所述淺溝道隔離凹槽200表面形成襯氧化層104，如圖7所示。
[0051]本步驟中，實(shí)施熱氧化工藝，以在溝槽200的表面形成一薄氧化硅當(dāng)作襯氧化層104。
[0052]步驟S06:在所述淺溝道隔離凹槽200中填充隔離材料105，并進(jìn)行平坦化處理，如圖8所示。
[0053]本實(shí)施例中，采用高密度電漿化學(xué)氣相沉積法、電子回旋加速共振(ECR)等離子體化學(xué)氣相沉積、常壓化學(xué)氣相沉積，或本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他技術(shù)方法來(lái)沉積隔離材料，所述隔離材料105填滿所述淺溝道隔離凹槽200，在本實(shí)施例中所述隔離材料105的材質(zhì)為氧化硅。在其他實(shí)施例中可以根據(jù)應(yīng)用或設(shè)備配置進(jìn)行變通，比如ON (二氧化硅-氮化硅)或者ONO (二氧化硅-氮化硅-二氧化硅)結(jié)構(gòu)等。
[0054]然后，利用化學(xué)機(jī)械研磨的方法進(jìn)行平坦化，去除所述氮化層102上多余的隔離材料105，以形成表面平坦的淺溝道隔離結(jié)構(gòu)。
[0055]接著去除所述氮化層、氧化層，以完成淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制程，然后進(jìn)行后續(xù)的工藝制作。
[0056]綜上所述，本發(fā)明提供的淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制作方法中，通過(guò)傾斜角度在淺溝道隔離凹槽的側(cè)壁上方注入銻離子和碳離子，增加AA區(qū)頂角處的離子摻雜濃度，避免后續(xù)工藝中硼離子的損失，改善雙峰頸結(jié)效應(yīng)，最終提高器件的性能。
[0057]上述描述僅是對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例的描述，并非對(duì)本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，包括: 提供一半導(dǎo)體襯底，在其上依次形成氧化層和氮化層； 對(duì)所述氮化層、氧化層及半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，形成淺溝道隔離凹槽； 從所述淺溝道隔離凹槽兩側(cè)對(duì)氮化層進(jìn)行刻蝕，露出部分氧化層； 進(jìn)行離子注入，將離子束以傾斜的角度注入所述淺溝道隔離凹槽的側(cè)壁上方； 在所述淺溝道隔離凹槽表面形成襯氧化層； 在所述淺溝道隔離凹槽中填充隔離材料，并進(jìn)行平坦化處理。
2.如權(quán)利要求1所述的淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述氧化層為氧化硅和氮氧化硅中的一種或其組合，所述氮化層為氮化硅和氮氧化硅中的一種或其組合。
3.如權(quán)利要求1所述的淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，在對(duì)所述淺溝道隔離凹槽兩側(cè)的氮化層進(jìn)行刻蝕的步驟中，兩側(cè)氮化層的刻蝕寬度均為3nm?10nm。
4.如權(quán)利要求1所述的淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，在所述進(jìn)行離子注入步驟中，注入的離子為銻和碳。
5.如權(quán)利要求4所述的淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述銻可以用硼、銦、或BF2等代替。
6.如權(quán)利要求4所述的淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述碳可以用氮代替。
7.如權(quán)利要求4所述的淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述離子注入的能量為 3Kev ?30Kev。
8.如權(quán)利要求7所述的淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述離子注入的劑量為 1E15/W ?lE16/cm2。
9.如權(quán)利要求8所述的淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述傾斜的角度為10。?35°。
10.如權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述隔離材料的材質(zhì)為氧化硅。
【文檔編號(hào)】H01L21/762GK104465487SQ201310435720
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】趙猛 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司