小尺寸器件的淺溝隔離制作方法

專利名稱：小尺寸器件的淺溝隔離制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件的制作方法，特別是涉及小尺寸或窄尺寸半導
體器件的淺溝隔離(Shallow Trench Isolation, STI)的制作方法。
背景技術：
小尺寸或窄尺寸器件用于高密度封裝高密度存儲(density packaging density memory)，需要額外的低漏電流來滿足低功率器件設計。但是現 有技術只能用額外的掩模和注入工藝步驟來特意地提高閾值電壓 (threshold voltage, Vt)，從而降低這些區域的漏電流。
現有技術是在襯底上完成淺溝隔離區域的刻蝕后，應用場注入的方式 對隔離區域的硅襯底進行離子注入，這種方法會使注入的離子進入隔離區 域的側壁和底部，從而影響到淺溝隔離底部的襯底電阻。
現有技術的這種方法在降低窄器件電流方面沒有適應性，但保持了長 溝道器件的可以忽略的變化。
現有技術的缺點是在進行場注入時將引起阱區電阻的變化如上所述。 如果應用場注入時，為了避免STI的底部受到影響，現有技術需要額外的 掩模層來阻擋有源區域的注入。

發明內容
本發明的目的是提供一種隔離層的制作方法，特別是在小器件和窄尺 寸器件的制作過程中，可滿足降低的漏電流要求的淺溝隔離的制作方法。 為了實現上述目的，本發明采用自對準方法制作隔離。
本發明的淺溝隔離(STI)的制作方法，包括 在硅襯底上形成氧化硅層、氮化硅層和光刻膠層； 用光刻、顯影定義器件區域和隔離區域； 刻蝕去除要形成隔離區域的硅襯底上的氮化硅層；刻蝕要形成隔離區域的硅襯底上的氧化硅層到預定厚度； 以氮化硅為掩模，在要形成隔離區域的硅襯底進行一定角度的離子注
入；
以氮化硅為掩模，干式刻蝕硅襯底到預定深度以形成淺溝隔離(STI); 在STI的側壁上形成氧化硅薄襯膜； 用硅氧化物填充所述STI，并進行平坦化； 去除氮化硅膜，完成STI制作。
根據本發明，以氮化硅為掩模，在要隔離區域的硅襯底進行一定角度 的離子注入，注入的離子為N型或P型離子，所述的離子注入角度為離子 注入方向與硅襯底表面垂直的方向呈30 45。，優選注入深度為700A。
優選地，在PMOS時注入的為N型離子，如磷或砷，其離子注入能量 在磷時為40kev 100kev(P);在砷時為100kev 180kev(As)，離子注入計量 為1E12 5E13個/cm2。
優選地，在NMOS時注入的為P型離子，如硼，其離子注入能量為 10kev 50kev，離子注入計量為1E12 5E13個/cm2。
根據本發明，以氮化硅為掩模，干式刻蝕硅襯底到預定深度形成淺溝 隔離區域以后，以熱氧化法在所述的隔離區域中形成氧化硅薄襯。
根據本發明，用硅氧化物填充所述隔離區域，并以化學機械研磨法進 行平坦化。
最后，用熱磷酸去除所述的氮化硅。
本發明的淺溝隔離(STI)的制作方法，是在刻蝕形成淺溝隔離區域 之前，對隔離區域硅襯底以斜角進行N型或P型離子注入，然后刻蝕出淺 溝隔離區域，以及填充氧化硅形成淺溝隔離。由于本發明的方法可以將注 入區域控制在特定區域和特定深度，因此不會對硅襯底的阱區及襯底電阻 產生影響。


下面通過結合

本發明的具體實施例，可以進一步了解本發明 的特征和效果，這些附圖是本發明的代表實施例，構成本發明的一部分，但不構成對本發明的任何限制。
圖1是根據本發明的一個實施例，在硅襯底上形成氧化硅、氮化硅以 及定義器件和隔離的光刻膠圖案后的截面示意圖。
圖2是根據本發明的一個實施例，在以光刻膠為掩模，刻蝕氮化硅和 氧化硅后的截面示意圖。
圖3是根據本發明的一個實施例，去除光刻膠后的截面示意圖。 圖4是根據本發明的一個實施例，以30°進行硼離子注入后的截面示 意圖。
圖5是根據本發明的一個實施例，硅襯底進行刻蝕，形成淺溝槽后的 截面示意圖。
圖6是根據本發明的一個實施例，在淺溝槽中形成氧化硅襯后的截面 示意圖。
圖7是根據本發明的一個實施例，在淺溝槽中填充氧化硅后的截面示 意圖。
圖8是根據本發明的一個實施例，進行化學機械研磨平坦化后的截面 示意圖。
圖9是根據本發明的一個實施例，去除氮化硅后的截面示意圖。
圖10是根據本發明的一個實施例得到的器件，與沒有進行隔離區離 子注入的現有技術的器件進行閾值電壓(Vt)對比的結果。
圖11是根據本發明的一個實施例得到的器件，與沒有進行隔離區離 子注入的現有技術的器件進行截止電流(I。ff)對比的結果。
圖12是根據本發明的一個實施例得到的器件，與沒有進行隔離區離 子注入的現有技術的器件進行漏極飽和電流(Idsat)的對比結果。
附圖標記說明
1 硅襯底
2 氧化硅層
3 氮化硅層
4 光刻膠層
41 器件區域42 隔離區域
5 離子注入區
6 淺溝隔離槽
7 氧化硅薄襯膜
8 填充到淺溝隔離槽中的氧化硅
9 形成淺溝隔離(STI)
10 離子注入角度或方向
具體實施例方式
下面通過具體實施例詳細說明本發明。 實施例1
以PMOS為例，如器件尺寸(寬度/長度)為0.22um/0.18um。 根據本發明的第一實施例的具有PMOS結構的淺溝隔離(STI)的制 作，通過如下步驟實現
首先在P型硅襯底1上依次形成氧化硅層2，厚度為IOOA，氮化硅層 3，厚度為1200 A，及光刻膠層4，厚度為4000 A，然后用常規的光刻、 顯影工藝，在光刻膠層4上定義出器件區域41和隔離區域42，如圖l所
按照常規方法，刻蝕去除隔離區域42的氮化硅層，再刻蝕隔離區域 42的氧化硅層到預定深度，如1300 A (包括氮化硅層和氧化硅層)，如 圖2所示；
去除光刻膠層4，用常規的去膠機去除，得到如圖3所示的結構；
接著，以氮化硅層3為掩模保護氧化硅層2和所覆蓋的硅襯底1，以 與硅襯底表面的垂直方向呈30。夾角，進行砷(As)離子注入，其注入能 量為160KeV，砷(As)離子的注入計量為1E13個/cm2，如圖4所示，得 到離子注入區域5，其注入深度為700A;
再以氮化硅層3為掩模，干式刻蝕硅襯底1到預定深度，如4000A， 形成淺溝隔離槽6，如圖5所示；
在淺溝隔離槽6的側壁上用熱氧法形成氧化硅薄襯膜7，如圖6所示；
用氧化硅填充所述淺溝隔離槽6中，如圖8所示；然后進行平坦化，可以采用化學機械研磨方法進行平坦化，形成淺溝 隔離(STI) 9，如圖9所示；
用熱磷酸去除氮化硅膜3，即完成了淺溝隔離9的制作。
圖10 12是實施例1的進行砷(As)離子注入得到的器件與沒有在淺
溝隔離區進行離子注入的器件的閾值電壓(Vt)、截止電流(I。ff)以及漏
極飽和電流(W)進行的比較結果圖。
從圖中可以看出在進行砷注入的分組中，閾值電壓上升，截止電流和
漏極飽和電流下降，從而降低器件再工作時的漏電流。由此看出砷的注入
實現了預期的目的。
實施例2
以NMOS為例，如器件尺寸(寬度/長度)為0.22um/0.18um。 根據本發明的第二實施例的具有NMOS結構的淺溝隔離(STI)的制
作，通過以下方法實現
首先在N型硅襯底1上形成氧化硅層2和氮化硅層3及光刻膠層4，
然后用常規的光刻、顯影方法定義出器件區域41和隔離區域42，如圖1
所示；
刻蝕去除隔離區域42的硅襯底上的氮化硅層，以及刻蝕氧化硅層到 預定深度，如1300 A (包括氮化硅層和氧化硅層)，如圖2所示；
去除器件區域41的光刻膠層4，用常規的去膠機去除，如圖3所示； 接著，以氮化硅層3為掩模保護氧化硅層2和所覆蓋的硅襯底1，以與硅 襯底表面的垂直方向呈45。夾角進行硼離子注入，注入能量為20KeV，硼 離子注入計量為2E13個/cm2，如圖4所示，得到離子注入區域5，其注入 深度為470A;
以氮化硅層3為掩模，干式刻蝕硅襯底1到預定深度，如4000A，形 成淺溝隔離槽6，如圖5所示；
在淺溝隔離槽6的側壁上用熱氧化法形成氧化硅薄襯膜7，如圖6所
示；
用氧化硅填充所述淺溝隔離槽6中，如圖8所示；
8然后進行平坦化，可以采用化學機械研磨方法進行平坦化，形成淺溝 隔離(STI) 9，如圖9所示；
用熱磷酸去除氮化硅膜3，即完成了淺溝隔離9的制作。 本實施例也達到了與實施例1類似的結果。
雖然列舉了 30度和45度的例子，本領域的技術人員都了解，通過在 注入時將粒子束以與垂直襯底方向成規定的角度注入即可達到所需的位置。
以上通過實施例對本發明進行了較詳細的說明，但不限于這些實施 例，本領域的技術人員應了解，在不脫離本發明的構思的情況下，還可以 有更多其他等效的實施例，而本發明的范圍由所附的權利要求的范圍決 定。
權利要求
1.小尺寸器件的淺溝隔離制作方法，包括在硅襯底上依次形成氧化硅層、氮化硅層和光刻膠層；依次用光刻、顯影，定義器件區域和隔離區域；刻蝕去除要形成隔離區域的硅襯底上的氮化硅層；刻蝕要形成隔離區域的硅襯底上的氧化硅層到預定厚度；以氮化硅為掩模，在要形成隔離區域的硅襯底以一預定角度進行離子注入；以氮化硅為掩模，干式刻蝕硅襯底到預定深度以形成淺溝隔離區域；在淺溝隔離區域的側壁上形成氧化硅薄襯膜；用硅氧化物填充淺溝隔離區域，并進行平坦化；去除氮化硅膜，完成淺溝隔離的制作。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的離子注入為N 型或P型離子注入。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的離子注入 的預定角度為30 45° 。
4. 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，離子注入深度為 700A。
5. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述的離子注入，在 PMOS時為N型離子。
6. 根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述的N型離子為磷、砷。
7. 根據權利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述的離子注入 能量為40kev 100kev(磷)，100kev 180kev(砷)，離子注入計量為1E12 5E13 個/cm2。
8. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述的離子注入，在 NMOS時為P型離子。
9. 根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述的P型離子為硼。
10. 根據權利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述的離子注入能量為10kev 50kev，離子注入計量為
11. 根據權利要求1所述的方法， 是通過熱氧化法形成。
12. 根據權利要求1所述的方法， 學機械研磨法。
13. 根據權利要求1所述的方法， 磷酸去除。1E12 5E13個/cm2。 其特征在于，所述的氧化硅薄襯膜其特征在于，所述的平坦化采用化其特征在于，所述的氮化硅是用熱
全文摘要
本發明涉及小尺寸器件的淺溝隔離的制作方法，該方法通過在硅襯底上依次形成氧化硅、氮化硅層后，形成器件區域和隔離區域的光刻膠圖案，并刻蝕掉隔離區上的氮化硅層和氧化硅層后，以預定角度向隔離區域注入離子，然后進行淺溝隔離的刻蝕，填充硅氧化物形成淺溝隔離。這樣形成的器件具有高閾值電壓和低漏電流，可以滿足小尺寸器件對低漏電流的要求。
文檔編號H01L21/76GK101295663SQ20071004020
公開日2008年10月29日 申請日期2007年4月28日 優先權日2007年4月28日
發明者楊大為, 辜良智, 馬桂英 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司