窄有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)及其制造方法
【專(zhuān)利摘要】本申請(qǐng)公開(kāi)了一種窄有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)，在硅襯底中具有寬度在1微米以下的有源區(qū)；有源區(qū)的底部和側(cè)壁被連為一體的底部氧化硅和STI結(jié)構(gòu)所包圍。本申請(qǐng)還公開(kāi)了所述窄有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，在STI槽下方繼續(xù)以干法刻蝕和濕法腐蝕形成底部槽，在底部槽中熱氧化生長(zhǎng)形成在有源區(qū)下連為一體的底部氧化硅，從而將有源區(qū)與硅襯底完全隔離。本申請(qǐng)能使制造于窄有源區(qū)中的窄溝道器件有較少的短溝道效應(yīng)和較小的結(jié)電容，從而提高CMOS邏輯電路的性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】窄有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)涉及一種窄有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)，可用于制造窄溝道器件。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著CMOS工藝日益發(fā)展，場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道長(zhǎng)度越來(lái)越短，但柵氧化層的 厚度由于漏電的限制，不能隨溝道長(zhǎng)度等比例減薄，因此器件的短溝道效應(yīng)（SCE，short channel effect)變得相當(dāng)嚴(yán)重，并因此帶來(lái)器件漏電大、器件不穩(wěn)定等問(wèn)題。
[0003] 1985年第2期的《微電子學(xué)》有《M0S器件的窄溝道效應(yīng)》一文，其記載了當(dāng)場(chǎng)效 應(yīng)晶體管的溝道寬度可以與柵下耗盡區(qū)的寬度相比較時(shí)（尤其是溝道寬度小于5微米時(shí)）， 就會(huì)出現(xiàn)窄溝道效應(yīng)（narrow width effect)。換而言之，當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道寬度約等 于源和漏結(jié)的耗盡區(qū)寬度時(shí)，就被稱(chēng)為窄溝道器件。
[0004] 窄溝道器件產(chǎn)生窄溝道效應(yīng)，并可與短溝道效應(yīng)相疊加而帶來(lái)電路功能漂移、電 路功耗大等缺點(diǎn)，例如SRAM等邏輯器件。目前抑制器件的短溝道效應(yīng)的重要手段是減薄器 件有源區(qū)的厚度，例如SOI (絕緣體上硅）工藝、FINFET (鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管）工藝。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本申請(qǐng)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種窄有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)，在所形成的窄有源 區(qū)中可用于制造窄溝道器件，并可以有效地抑制窄溝道器件的短溝道效應(yīng)。為此，本申請(qǐng)還 要提供所述窄有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)的制造方法。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)窄有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)是在硅襯底中具有寬度在1微 米以下的有源區(qū)；有源區(qū)的底部和側(cè)壁被連為一體的底部氧化硅和STI結(jié)構(gòu)所包圍。
[0007] 本申請(qǐng)窄有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)的制造方法包括如下步驟：
[0008] 第1步，在硅襯底上先淀積一層氧化硅，再淀積一層氮化硅；
[0009] 第2步，采用光刻和干法刻蝕工藝，去除淺槽隔離區(qū)的氮化硅和氧化硅，保留有源 區(qū)的氮化硅和氧化硅；
[0010] 第3步，采用光刻和干法刻蝕工藝在淺槽隔離區(qū)形成STI槽；
[0011] 第4步，采用熱氧化生長(zhǎng)工藝在STI槽的側(cè)壁和底面形成襯墊氧化硅；
[0012] 第5步，先淀積一層氮化硅，再采用干法刻蝕工藝反刻該層氮化硅，直至STI槽底 部的該層氮化硅被去除，在STI槽的側(cè)壁還保留有氮化硅側(cè)墻；
[0013] 第6步，采用光刻和干法刻蝕工藝在STI槽的底部再往下刻蝕，在STI槽的下面再 形成底部槽；
[0014] 第7步，采用濕法腐蝕工藝在底部槽的側(cè)壁和底面刻蝕硅襯底；
[0015] 第8步，采用熱氧化生長(zhǎng)工藝使底部槽的側(cè)壁和底部的硅襯底形成氧化硅，所形 成的底部氧化硅在有源區(qū)下方連為一體；此時(shí)有源區(qū)與硅襯底之間全部由STI槽或底部氧 化硅相隔離；
[0016] 第9步，采用濕法腐蝕工藝去除掉STI槽的側(cè)壁的氮化硅側(cè)墻；
[0017] 第10步，先采用淀積工藝在STI槽中填充氧化硅，再采用平坦化工藝使所填充的 氧化硅上表面與氮化硅的上表面齊平；此時(shí)在STI槽內(nèi)就形成了 STI結(jié)構(gòu)；
[0018] 第11步，采用濕法腐蝕工藝去除氮化硅、氧化硅和部分的STI結(jié)構(gòu)，剩余的STI結(jié) 構(gòu)的上表面略高于有源區(qū)的上表面，或兩者大致齊平。
[0019] 本申請(qǐng)利用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝中的淺槽隔離工藝，采取各向同性硅刻蝕和熱氧化方 法，在窄有源區(qū)下形成二氧化硅，以對(duì)有源區(qū)形成與襯底的完全隔離。這使制造于窄有源區(qū) 中的窄溝道器件有較少的短溝道效應(yīng)和較小的結(jié)電容，從而提高CMOS邏輯電路的性能。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1是本申請(qǐng)窄有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2a至圖2k是本申請(qǐng)窄有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)的制造方法的各步驟示意圖。
[0022] 圖中附圖標(biāo)記說(shuō)明：
[0023] 10為硅襯底；11為氧化硅；12為氮化硅；13為底部氧化硅；14為STI結(jié)構(gòu)；20為 STI槽；21為襯墊氧化硅；22為氮化硅側(cè)墻；25為底部槽；90為有源區(qū)；91為淺槽隔離區(qū)。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 請(qǐng)參閱圖1，本申請(qǐng)窄有源區(qū)的隔尚結(jié)構(gòu)是在娃襯底10中具有有源區(qū)90。有源區(qū) 90的寬度a彡1 μ m。有源區(qū)90的底部與硅襯底10之間隔有底部氧化硅13,有源區(qū)90的 側(cè)壁和硅襯底10之間隔有STI (淺槽隔離）結(jié)構(gòu)14。STI結(jié)構(gòu)14為介質(zhì)材料，例如為氧化 硅。STI結(jié)構(gòu)14通常為環(huán)狀包圍著有源區(qū)90, STI結(jié)構(gòu)14的底部與底部氧化硅13全部相 連而沒(méi)有空隙，這樣整個(gè)有源區(qū)90的底部和側(cè)壁就被連為一體的底部氧化硅13和STI結(jié) 構(gòu)14所包圍。由于將有源區(qū)90與硅襯底10之間徹底隔離，制造于窄有源區(qū)90中的窄溝道 器件即可消除窄溝道效應(yīng)，因而減少了窄溝道器件的短溝道效應(yīng)，使其具有較小的結(jié)電容， 從而提高CMOS邏輯電路的性能。
[0025] 本申請(qǐng)窄有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)的制造方法包括如下步驟：
[0026] 第1步，請(qǐng)參閱圖2a，在硅襯底10上先淀積一層氧化硅11，再淀積一層氮化硅12。
[0027] 第2步，請(qǐng)參閱圖2b，采用光刻和干法刻蝕工藝，去除淺槽隔離（STI)區(qū)91的氮化 硅12和氧化硅11，保留有源區(qū)90的氮化硅12和氧化硅11。在版圖上淺槽隔離區(qū)91通常 為環(huán)形，由淺槽隔離區(qū)91所包圍的部分就是有源區(qū)90。有源區(qū)90的寬度小于或等于1微 米。
[0028] 第3步，請(qǐng)參閱圖2c，采用光刻和干法刻蝕工藝在淺槽隔離區(qū)91形成STI槽20。
[0029] 第4步，請(qǐng)參閱圖2d，采用熱氧化生長(zhǎng)工藝在STI槽20的側(cè)壁和底面形成襯墊氧 化硅21，其厚度例如為50?300A。
[0030] 第5步，請(qǐng)參閱圖2e，先淀積一層氮化硅，再采用干法刻蝕工藝反刻該層氮化硅， 直至STI槽20底部的該層氮化硅被去除，此時(shí)在STI槽20的側(cè)壁的襯墊氧化硅21外還保 留有氮化硅側(cè)墻22。
[0031] 第6步，請(qǐng)參閱圖2f，采用光刻和干法刻蝕工藝在STI槽20的底部再往下刻蝕，去 除掉STI槽20底面的襯墊氧化硅21，還去除掉一定深度的硅襯底10,從而在STI槽20的 下面再形成底部槽25。這一步刻蝕深度例如為100?1000A。
[0032] 第7步，請(qǐng)參閱圖2g，采用濕法腐蝕工藝在底部槽25的側(cè)壁和底面去除掉一定厚 度的硅襯底10。這一步刻蝕深度例如為丨〇〇?500A。有源區(qū)90的表面被氧化硅11和氮化 硅12所保護(hù)，STI槽20的側(cè)壁被襯墊氧化硅21和氮化硅側(cè)墻22所保護(hù)，因此都不受濕法 腐蝕工藝影響。在這一步之前，底部槽25的側(cè)壁大致為垂直，這是由于上一步的干法刻蝕 工藝通常為各向異性的。在這一步之后，底部槽25的側(cè)壁向兩側(cè)深入，底部槽25的底面向 下方深入，這是由于本步驟的濕法腐蝕工藝通常為各向同性的。
[0033] 本步濕法腐蝕工藝是必不可少的，因?yàn)槠淇梢詼p少有源區(qū)90底部的硅襯底10的 寬度，從而確保后續(xù)的熱氧化生長(zhǎng)工藝在有源區(qū)90下方形成連為一體的底部氧化硅13。
[0034] 第8步，請(qǐng)參閱圖2h，采用熱氧化生長(zhǎng)工藝使底部槽25的側(cè)壁和底部的硅襯底10 形成氧化硅，所形成的底部氧化硅13在有源區(qū)90下方連為一體。此時(shí)有源區(qū)90與硅襯底 10之間全部由STI槽20或底部氧化硅13相隔離。優(yōu)選地，這一步中的熱氧化生長(zhǎng)工藝的 反應(yīng)溫度為900?IKKTC。
[0035] 只有在有源區(qū)90的寬度小于或等于1微米時(shí)，才能確保底部氧化硅13在有源區(qū) 90下方連為一體，因此本申請(qǐng)的制造工藝只適用于窄有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)，而不能擴(kuò)展為任 意有源區(qū)。底部氧化硅13或者大致將底部槽25填充滿(mǎn)，如圖2h所示；或者未將底部槽25 填充滿(mǎn)，則在后續(xù)填充STI槽20時(shí)一并將底部槽25填充滿(mǎn)。
[0036] 第9步，請(qǐng)參閱圖2i，采用濕法腐蝕工藝去除掉STI槽20的側(cè)壁的襯墊氧化硅21 之外的氮化硅側(cè)墻22。氮化硅通常采用熱磷酸進(jìn)行濕法腐蝕。此時(shí)有源區(qū)90上方的氮化 硅12的厚度減薄，但仍殘留一定厚度。
[0037] 第10步，請(qǐng)參閱圖2j，先采用淀積工藝在STI槽20中填充氧化硅，再采用平坦化 工藝使所填充的氧化硅上表面與氮化硅12的上表面齊平。此時(shí)在STI槽20內(nèi)就形成了 STI結(jié)構(gòu)14。這一步中的淀積工藝?yán)鐬镠DPCVD (高密度等離子體化學(xué)氣相淀積），平坦化 工藝?yán)鐬镃MP (化學(xué)機(jī)械研磨）。
[0038] 第11步，請(qǐng)參閱圖2k，采用濕法腐蝕工藝去除氮化硅12、氧化硅11和部分的STI 結(jié)構(gòu)14。剩余的STI結(jié)構(gòu)14的上表面略高于有源區(qū)90的上表面，或兩者大致齊平。氧化 硅通常采用氫氟酸進(jìn)行濕法腐蝕。
[0039] 以上僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限定本申請(qǐng)。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái) 說(shuō)，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同 替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種窄有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)，其特征是，在硅襯底中具有寬度在1微米以下的有源區(qū)； 有源區(qū)的底部和側(cè)壁被連為一體的底部氧化硅和STI結(jié)構(gòu)所包圍。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的窄有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)，其特征是，有源區(qū)的底部與硅襯底之 間隔有底部氧化硅，有源區(qū)的側(cè)壁和硅襯底之間隔有STI結(jié)構(gòu)；STI結(jié)構(gòu)為環(huán)狀包圍著有源 區(qū)，STI結(jié)構(gòu)的底部與底部氧化硅全部相連而沒(méi)有空隙。
3. -種窄有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是，包括如下步驟： 第1步，在硅襯底上先淀積一層氧化硅，再淀積一層氮化硅； 第2步，采用光刻和干法刻蝕工藝，去除淺槽隔離區(qū)的氮化硅和氧化硅，保留有源區(qū)的 氮化硅和氧化硅； 第3步，采用光刻和干法刻蝕工藝在淺槽隔離區(qū)形成STI槽； 第4步，采用熱氧化生長(zhǎng)工藝在STI槽的側(cè)壁和底面形成襯墊氧化硅； 第5步，先淀積一層氮化硅，再采用干法刻蝕工藝反刻該層氮化硅，直至STI槽底部的 該層氮化硅被去除，在STI槽的側(cè)壁還保留有氮化硅側(cè)墻； 第6步，采用光刻和干法刻蝕工藝在STI槽的底部再往下刻蝕，在STI槽的下面再形成 底部槽； 第7步，采用濕法腐蝕工藝在底部槽的側(cè)壁和底面刻蝕硅襯底； 第8步，采用熱氧化生長(zhǎng)工藝使底部槽的側(cè)壁和底部的硅襯底形成氧化硅，所形成的 底部氧化硅在有源區(qū)下方連為一體；此時(shí)有源區(qū)與硅襯底之間全部由STI槽或底部氧化硅 相隔離； 第9步，采用濕法腐蝕工藝去除掉STI槽的側(cè)壁的氮化硅側(cè)墻； 第10步，先采用淀積工藝在STI槽中填充氧化硅，再采用平坦化工藝使所填充的氧化 硅上表面與氮化硅的上表面齊平；此時(shí)在STI槽內(nèi)就形成了STI結(jié)構(gòu)； 第11步，采用濕法腐蝕工藝去除氮化硅、氧化硅和部分的STI結(jié)構(gòu)，剩余的STI結(jié)構(gòu)的 上表面略高于有源區(qū)的上表面，或兩者大致齊平。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的窄有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是，所述方法第4步 中，襯墊氧化硅的厚度為50?300A。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的窄有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是，所述方法第6步 中，刻蝕深度為100?1000A。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的窄有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是，所述方法第7步 中，刻蝕深度為100?500A。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的窄有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是，所述方法第8步 中，熱氧化生長(zhǎng)工藝的反應(yīng)溫度為900?IKKTC。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的窄有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是，所述方法第10 步中，淀積工藝為高密度等離子體化學(xué)氣相淀積，平坦化工藝為化學(xué)機(jī)械研磨。
【文檔編號(hào)】H01L27/02GK104319256SQ201410494191
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】錢(qián)文生 申請(qǐng)人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司