專利名稱：在電子器件中形成sti區(qū)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體工藝，尤其是集成電路(IC)制造，更具體 地涉及形成淺溝隔離(STI)區(qū)的步驟。本發(fā)明的方法導(dǎo)致表現(xiàn)出改善的 寄生邊緣電流泄漏和窄寬度效應(yīng)(narrowwidth effect)的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
在CM0S工藝中，形成淺溝隔離(STI)區(qū)以提供半導(dǎo)體襯底上的不 同器件之間的電隔離。這種類型隔離的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)較高的封裝密度。 然而，STI的缺點(diǎn)是晶體管可以由氧化物減薄引起的邊緣泄漏、溝道區(qū) 上柵極控制的二維效應(yīng)、以及該邊緣區(qū)域的摻雜劑損耗。另外，在這些 半導(dǎo)體器件的寬度按比例縮小時(shí)，邊緣泄漏導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的閾值電壓 Vt的較大減小。存在幾種方式用于改善邊緣泄漏及其相關(guān)聯(lián)的窄寬度效應(yīng)。其示例 是增加邊緣處的氧化物厚度或者STI溝槽側(cè)壁的注入。第一個(gè)選項(xiàng)通常 導(dǎo)致封裝密度的減小，而后一個(gè)選項(xiàng)具有以下缺點(diǎn)在STI間隙填充的 常規(guī)高溫步驟期間，注入的摻雜劑在較大面積上擴(kuò)散。US6，562，697描述了一種用于在集成電路中形成有源區(qū)的方法。將 刻蝕停止層形成于襯底的頂部上，并且將凹槽形成為通過刻蝕停止層進(jìn) 入襯底。所述方法包括刻蝕停止層的回蝕。隨后，使用該已回蝕的刻蝕 停止層作為注入掩模執(zhí)行注入以形成有源區(qū)。在US6, 562， 697中描述的方法的缺點(diǎn)是通過進(jìn)行刻蝕停止層的回 蝕，不但刻蝕了該層的側(cè)邊，而且減小了該層的厚度。這引入了刻蝕停 止層厚度的附加變化，這對(duì)于總的隔離結(jié)構(gòu)具有消極的影響。濕法刻蝕 始終是應(yīng)該從側(cè)邊刻蝕掉的刻蝕停止層的量和所述層的剩余厚度之間的 相互制約。太薄的氮化物層可能除了對(duì)于隔離結(jié)構(gòu)的消極影響之外，對(duì)
于隔離結(jié)構(gòu)的邊緣處的附加注入還不是良好的阻擋層。此外，所述方法還表現(xiàn)出以下缺點(diǎn)刻蝕停止層的回蝕暗示著回蝕 距離非常難以控制，并且因此注入?yún)^(qū)域的最終位置難以控制。此外，由 于晶片內(nèi)部刻蝕速率的變化，所獲得的尺寸依賴于刻蝕的刻蝕速率和持 續(xù)時(shí)間。這可能由于晶片內(nèi)刻蝕速率的變化導(dǎo)致晶片上不同位置處的刻 蝕停止層的較大厚度變化。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出了一種用于在電子器件中形成隔離區(qū)的方法， 以及所產(chǎn)生的器件。該方法產(chǎn)生了具有改善特性的器件。 以上目的是通過根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)是可以產(chǎn)生表現(xiàn)出改善的窄寬度效應(yīng)和邊緣泄 漏的器件。本發(fā)明的具體和優(yōu)選方面將在所附獨(dú)立權(quán)利要求和從屬權(quán)利要求 中闡述?？梢赃m當(dāng)?shù)貙膶贆?quán)利要求的特征與獨(dú)立權(quán)利要求的特征、并 且與其他從屬權(quán)利要求的特征結(jié)合，并不僅象權(quán)利要求中明確闡述的那樣。本發(fā)明提出了一種在電子器件的制造工藝中形成隔離區(qū)的方法。所 述方法包括在襯底的頂部上形成已構(gòu)圖的掩模層和第一層，所述已構(gòu)圖的掩模 層具有側(cè)壁；在已構(gòu)圖的掩模層的側(cè)壁處形成隔板；使用已構(gòu)圖的掩模層和隔板作為掩模，在襯底中形成溝槽； 通過填充溝槽形成淺溝隔離區(qū)；使用至少已構(gòu)圖的掩模層作為掩模，執(zhí)行第一離子注入；以及 去除己構(gòu)圖的掩模層。所述方法還可以包括在執(zhí)行第一離子注入之前，至少部分地，即 部分地或完全地去除所述隔板。所去除的隔板材料的量是(對(duì)于某些注 入?yún)?shù)而言)控制將有多少注入離子到達(dá)襯底、并且他們將到達(dá)襯底的 什么位置的參數(shù)之一。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以在執(zhí)行第一離子
注入之前，完全地去除所述隔板。通過根據(jù)本發(fā)明方法形成的諸如集成電路之類的半導(dǎo)體器件表現(xiàn) 出受抑制的窄寬度效應(yīng)和邊緣電流泄漏，而沒有影響較大的寬度效應(yīng)。 此外，根據(jù)本發(fā)明的方法對(duì)于在邊緣處執(zhí)行附加注入的那部分區(qū)域的臨 界尺寸(CD)具有較好的控制。隔板的使用使得能夠?qū)崿F(xiàn)比當(dāng)使用回蝕 掩模層時(shí)(如同現(xiàn)有技術(shù)中公知方法的情況)更好的受控區(qū)域。隨著技 術(shù)特征尺寸越來越按比例縮小，這變得更加重要。所述隔板可以通過沉積第一層并且回蝕所述層以形成隔板來形成。例如，第一層可以是TEOS (原硅酸四乙酯)或HT0 (高溫氧化)氧化物。 重要的是可以將用于形成第一層的材料相對(duì)于己構(gòu)圖的掩模層和襯底選 擇性地進(jìn)行刻蝕。可以通過刻蝕工藝來執(zhí)行部分地去除隔板。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，襯底位于平面中，可以沿與襯底平 面大致垂直的方向執(zhí)行第一離子注入。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以沿與襯 底平面大致垂直的方向成角度ct的方向執(zhí)行第一離子注入。角度oc典型 地在0至45。的范圍。如果在注入之前沒有去除隔板，需要在相對(duì)于與 襯底平面大致垂直的方向成非零度角上執(zhí)行所述注入?？梢酝ㄟ^采用 le'2至le'4cnf3之間的劑量、10至50keV之間的能量注入離子來執(zhí)行第一離子注入。根據(jù)本發(fā)明，所述方法還可以包括第二注入步驟。 根據(jù)結(jié)合附圖的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其他特性、特征和 優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的，所述附圖作為示例示出了本發(fā)明的原理。僅作為 示例給出該描述，而不是限制本發(fā)明的范圍。以下引用的圖指附圖。


圖1至圖11示出了在根據(jù)本發(fā)明方法的實(shí)施例的集成電路中的隔 離結(jié)構(gòu)的工藝中的連續(xù)步驟。在不同的圖中，相同的附圖標(biāo)記指的是相同或類似的元件。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明將相對(duì)于具體實(shí)施例、并且參考特定附圖進(jìn)行描述，但是本 發(fā)明不局限于此，而是僅由所附權(quán)利要求限制。不應(yīng)該將權(quán)利要求中的 參考符號(hào)解釋為限制本發(fā)明的范圍。所述附圖僅是示意性的，而非限制性的。在圖中為了說明性的目的，將一些元件的尺寸進(jìn)行放大，沒有按 比例繪制。其中在該說明書和權(quán)利要求中使用的術(shù)語(yǔ)"包括"不排除其 他元件和步驟。其中當(dāng)使用表示單個(gè)元件的冠詞時(shí)，包括多個(gè)此種元件， 除非另有說明。此外，在描述和權(quán)利要求中使用的術(shù)語(yǔ)第一、第二、第三等用于在 類似的元件之間進(jìn)行區(qū)分，而不必用于描述先后次序或時(shí)間次序。應(yīng)該 理解的是如此使用的術(shù)語(yǔ)在合適的情況下是可交換的，并且這里描述的 本發(fā)明實(shí)施例能夠按照除了這里所述或所示的順序之外的順序進(jìn)行操作。此外，在描述和權(quán)利要求中使用的術(shù)語(yǔ)頂部、底部、上面、下面等 用于描述性目的，并且不必要用于描述相對(duì)位置。應(yīng)該理解的是這樣使 用的術(shù)語(yǔ)在合適的情況下是可交換的，并且這里描述的本發(fā)明實(shí)施例能 夠按照不同于這里所述或所示的取向進(jìn)行操作。本發(fā)明提出了一種用于在諸如集成電路之類的電子器件中形成隔 離區(qū)的方法。在以下描述中，將討論根據(jù)本發(fā)明方法的連續(xù)步驟。參考圖l，在第一步驟中，提供襯底41。在本發(fā)明實(shí)施例中，術(shù)語(yǔ) "襯底"可以包括任意下面的材料或可以使用的材料，或者在其上可以 形成器件、電路或外延層的任何材料。在其他替換實(shí)施例中，該"襯底" 可以包括諸如摻雜硅、砷化鎵(GaAs)、砷磷化鎵(GaAsP)、磷化銦(InP)、 鍺(Ge)、或硅鍺(SiGe)襯底的半導(dǎo)體襯底。例如，"襯底"可以包括 除了半導(dǎo)體襯底部分之外的、諸如Si02或S:UN4層之類的絕緣層。因此, 術(shù)語(yǔ)"襯底"也包括玻璃上硅、藍(lán)寶石上硅襯底。因此，術(shù)語(yǔ)"襯底" 用于一般地定義位于感興趣的層或部分下方的多層要素。同樣，"襯底" 可以是其上形成層的任意其他基底，例如玻璃或金屬層。在襯底41的頂部上生長(zhǎng)了諸如氧化層42之類的第一絕緣層。優(yōu)選 地，這是通過熱氧化實(shí)現(xiàn)的。然而，根據(jù)本發(fā)明還可以使用用于形成氧 化層的其他合適方式。典型地，第一氧化層42
模層43可以包括氮化物，但是在其他實(shí)施例中，掩模層43可以包括其 他合適的材料，假若其性能使得其作為用于拋光步驟(例如CMP (化學(xué) 機(jī)械拋光))的停止層，使得其對(duì)于第三絕緣層48的刻蝕(例如，濕法 氧化物刻蝕)具有抗蝕性，并且其對(duì)于各向異性襯底的刻蝕(例如產(chǎn)生 溝槽(如下所述)的干法Si刻蝕)具有抗蝕性。然而在另外的描述中，將掩模層43稱作氮化物層43。應(yīng)該理解的 是這只是為了易于解釋，并且不是為了限制。氮化物層43可以具有100 至200nm之間的厚度。支撐第一氧化物層42和氮化物層43的襯底41 如圖1所示。在接下來的步驟中，對(duì)氮化物層43進(jìn)行刻蝕以形成已構(gòu)圖的氮化 物層44 (圖2)。例如，這可以通過本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的光刻來實(shí) 現(xiàn)。例如，光刻工藝包括以下連續(xù)步驟。首先，例如通過旋涂將光致抗 蝕劑涂敷到襯底41上的氧化物層42頂部上的氮化物層43的頂部上。例 如，光致抗蝕劑層可以具有幾個(gè)微米的厚度、并且可以是由可以用作光 致抗蝕劑的任意合適的聚合物(例如聚乙烯肉桂酸酯、或基于熱塑性酚 醛樹脂(novolak)的聚合物)構(gòu)成。隨后，施加掩模以將圖案對(duì)齊到襯 底41上。然后通過UV光經(jīng)過掩模照射所述光致抗蝕劑層。在照射之后， 對(duì)光致抗蝕劑顯影，依賴于所使用光致抗蝕劑的類型，引起光致抗蝕劑 的已照射部分(正抗蝕劑)或未照射部分(負(fù)抗蝕劑)的去除。然后使 用己顯影的光致抗蝕劑層作為掩模對(duì)氮化物層43構(gòu)圖，其后典型地通過 使用有機(jī)溶劑去除光致抗蝕劑層的剩余部分。結(jié)果如圖2所示。在已構(gòu)圖的氮化物層44a的頂部上沉積第二絕緣層45 (參見圖3)。 例如，第二絕緣層45可以是氧化層45，例如TEOS或HTO氧化物層。重 要的是可以相對(duì)于已構(gòu)圖的氮化物層44和襯底41選擇性地刻蝕形成第 二層45的材料。在另外的描述中，第二層45也稱為第二氧化物層45。 然而，這并非限制本發(fā)明，因?yàn)橹粚⑵溆脕硪子诮忉尅５诙趸飳?5 可以具有20至80nm之間的厚度。在隨后的步驟中，對(duì)第二氧化物層45 各向異性地進(jìn)行回蝕以形成氧化物隔板46 (參見圖4)。氧化物隔板46 的尺寸將由第二氧化層45的厚度來確定，氧化物隔板46從該第二氧化 層45形成。例如，可以通過使用終點(diǎn)檢測(cè)很好地控制隔板刻蝕。按照那 種方式，可以補(bǔ)償刻蝕速率的變化。與本發(fā)明的方法相對(duì)比，利用濕法 刻蝕(如現(xiàn)有技術(shù)方法所公知的情況下)獲得的尺寸依賴于刻蝕的刻蝕 速率和持續(xù)時(shí)間。這將導(dǎo)致由于晶片內(nèi)的刻蝕速率變化引起的較大變化、 或者由于圖案密度差別引起的刻蝕速率差。接下來，在襯底41中沒有被已構(gòu)圖的氮化物層44或隔板46覆蓋 的位置處刻蝕溝槽47，例如在該示例中是氧化物隔板?？涛g工藝可以是 任意合適的刻蝕工藝，所述刻蝕工藝對(duì)形成隔板46的材料(例如氧化 物)、以及對(duì)形成掩模層43的材料(即，在該示例中是氮化物)是選擇 性的。該步驟如圖5所示。在下一個(gè)步驟中，將襯底41中的溝槽47用第三絕緣層48填充。 優(yōu)選地，這可以通過使用襯里氧化、隨后進(jìn)行氧化物填充來實(shí)現(xiàn)。該氧 化物填充是通過沉積第三氧化物層48來執(zhí)行的，所述第三氧化物層48 具有這樣的厚度，使得其覆蓋到目前為止在工藝中獲得的整個(gè)結(jié)構(gòu)。這 如圖6所示。由于HDP氧化物沉積期間沉積和濺射的結(jié)合，第三氧化物 層48頂部上的峰是典型的HDP (高密度等離子體)氧化物。然而，如果 將其他方法用于沉積第三氧化物層48，第三氧化物層48表面的頂部可 以具有不同的形狀。所述第三氧化物層48應(yīng)該具有良好的間隙填充能 力。此后，通常執(zhí)行高溫致密化作用?？梢栽?000至120(TC的溫度執(zhí) 行襯里氧化和致密化。然后，對(duì)第三氧化物層48進(jìn)行平面化。例如，這 是通過對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的諸如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)之類的 拋光工藝來實(shí)現(xiàn)的。平面化之后的結(jié)構(gòu)如圖7所示。因?yàn)樵谘趸锖偷?化物之間存在一定的CMP工藝選擇性，拋光之后第三氧化物層48的水平 面和已構(gòu)圖的氮化物層44的水平面可能有些差別，如可以從圖7中所看 到的。在可選擇的另外步驟中，執(zhí)行濕法氧化。那樣，將氧化物隔板46 至少部分地(即，部分地或完全地)去除，并且將第三氧化物層48部分 地去除(如圖8所示)，從而形成淺溝隔離(STI〉區(qū)49。接下來，執(zhí)行如圖9所示的第一注入步驟。使用至少已構(gòu)圖的氮化 物層44作為掩模執(zhí)行第一離子注入。這意味著只將離子注入到襯底41 沒有由已構(gòu)圖的氮化物層44覆蓋的那部分上，而不會(huì)注入到被其他離子
阻擋層覆蓋的那部分上，導(dǎo)致形成注入?yún)^(qū)51。調(diào)節(jié)注入的能量以避免注入物質(zhì)穿透氮化物(典型地為100至200nm厚)進(jìn)入溝道區(qū)。然而，所 述能量應(yīng)該足夠高以使注入物質(zhì)能夠穿透絕緣材料(例如，氧化物層， 如果在襯底41的頂部上存在)。例如，在將要提供注入?yún)^(qū)51的位置處仍 然存在的絕緣材料的厚度可以為0至60nm的范圍。另外，在前一個(gè)步驟 期間已經(jīng)選擇性地去除的隔板材料的量也是確定注入到襯底中的材料 (即離子)的量和位置的參數(shù)之一。根據(jù)本發(fā)明可以使用的典型能量范 圍在10至50keV之間。根據(jù)本發(fā)明的方法可以使用范圍在1^至le"cirf3 的典型注入劑量。在圖9給出的示例中，沿大致與襯底41平面垂直的方向執(zhí)行離子 注入，如通過箭頭50所示。然而在根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可以 執(zhí)行傾斜注入，即注入方向可以與襯底41的平面大致垂直的方向成oc 角，如圖IO所示。對(duì)于角度oc的典型值可以是O至45°之間。通過使 用該傾斜注入，甚至可以更精確地控制注入?yún)^(qū)51的延伸?？梢哉J(rèn)為這是 一種精細(xì)的調(diào)節(jié)方法。如果需要，可以利用不同的掩模、不同的角度、 不同的注入能量和注入物質(zhì)來重復(fù)注入，以在相同襯底上優(yōu)化不同類型 的器件。在下一個(gè)步驟中，例如利用濕法刻蝕去除已構(gòu)圖的氮化物層44。為 此步驟，可以使用對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的任意合適的刻蝕工藝， 假若其對(duì)于氧化物是選擇性的，并且因此不會(huì)刻蝕氧化物層42和填充溝 槽47的氧化物49。圖ll示出了具有根據(jù)本發(fā)明方法形成得到的淺溝隔 離(STI)區(qū)49的襯底41，所述STI區(qū)49包括邊緣處的附加注入?yún)^(qū)51。在進(jìn)一步的步驟中，可以在注入?yún)^(qū)51和在第一離子注入時(shí)遮蔽的 區(qū)域中執(zhí)行第二注入操作?；旧希偸且笤摬襟E確定閾值電壓。通 常該第二注入步驟包括采用典型地范圍在le"至5e'3cnf3的劑量、范圍從 10keV最高到1. 5MeV的能量進(jìn)行的多次注入。注入角度典型地可以是0 度到IO度之間。在該步驟之后，去除已構(gòu)圖的掩模44，如圖11所示。絕緣層42、 49 (例如氧化物層)的最終厚度(尤其在去除掩模44的界面處)可能依 賴于將隔板46回蝕到什么程度而變化(即，部分去除隔板46時(shí)回蝕到
層42以上的水平面、或者完全去除隔板46時(shí)回蝕到層42以下的水平面； 或者甚至至少部分地去除隔板46下面的絕緣層)。在其邊緣處形成具有附加注入?yún)^(qū)51的STI區(qū)49之后，可以如本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員所公知地執(zhí)行集成電路的進(jìn)一步處理，即諸如晶體管之 類的電子器件可以形成于如圖11所示結(jié)構(gòu)的頂部上。根據(jù)本發(fā)明的方法，當(dāng)在形成STI區(qū)49之后執(zhí)行離子注入，并且 因此在要求高溫的工藝步驟之后，可以利用與本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知 的標(biāo)準(zhǔn)阱注入相同的熱預(yù)算來執(zhí)行附加注入，從而避免太多的擴(kuò)散。根據(jù)本發(fā)明方法形成的諸如集成電路之類的半導(dǎo)體器件表現(xiàn)出抑 制的窄寬度效應(yīng)和邊緣電流泄漏，而沒有影響較大的寬度。對(duì)于窄寬度 器件，抑制泄漏電流一個(gè)或兩個(gè)量級(jí)依賴于注入離子的劑量是可實(shí)現(xiàn)的。 同樣依賴于注入離子的劑量，可以完全地抑制窄寬度減小。另外，與現(xiàn) 有技術(shù)方法相比，根據(jù)本發(fā)明的方法具有在邊緣處執(zhí)行附加離子注入的 區(qū)域中CD的更好控制。通過使用隔板46，可以實(shí)現(xiàn)比當(dāng)使用回蝕掩模 層時(shí)(如US 6， 562， 697的情況)好得多的受控區(qū)域。隨著技術(shù)特征尺寸 越來越按比例縮小，這變得更加重要。隔板46的尺寸可以由第二氧化物 層45的厚度來控制，而可以使用端點(diǎn)檢測(cè)來執(zhí)行隔板46的刻蝕。應(yīng)該理解的是，盡管這里已經(jīng)針對(duì)根據(jù)本發(fā)明的器件討論了優(yōu)選實(shí) 施例、具體結(jié)構(gòu)和配置以及材料，在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下 可以作出形式和細(xì)節(jié)上的各種改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種在電子器件的制造工藝中形成隔離區(qū)(49)的方法，所述方法包括在襯底(41)的頂部上形成已構(gòu)圖的掩模層(44)和第一層(45)，所述已構(gòu)圖的掩模層(44)具有側(cè)壁；在已構(gòu)圖的掩模層(44)的側(cè)壁處形成隔板(46)；使用所述已構(gòu)圖的掩模層(44)和所述隔板(46)作為掩模，在所述襯底(41)中形成溝槽(47)；通過填充所述溝槽(47)形成淺溝隔離區(qū)(49)；至少使用所述已構(gòu)圖的掩模層(44)作為掩模，執(zhí)行第一離子注入；以及去除所述已構(gòu)圖的掩模層(44)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在執(zhí)行第一離子注入之前， 至少部分地去除所述隔板(46)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，隔板(46)是通過以下步驟形成沉積第一層(45);以及回蝕所述第一層(45)以形成隔板(46)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，沉積所述第一層(45)是通過 形成TE0S氧化物層來執(zhí)行的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，襯底(41)位于平面中，沿與 襯底(41)的平面大致垂直的方向執(zhí)行第一離子注入。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，襯底(41)位于平面中，沿與 襯底(41)的平面大致垂直的方向成角度oc的方向執(zhí)行第一離子注入。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過采用le"至le14cm—3之間 的劑量、10至50keV之間的能量注入離子來執(zhí)行所述第一離子注入。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括執(zhí)行第二注入步驟。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過執(zhí)行刻蝕工藝來部分地去除所述隔板(46)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造集成電路的方法，具體地涉及形成淺溝隔離(STI)區(qū)的步驟。根據(jù)本發(fā)明的方法導(dǎo)致具有減小窄寬度效應(yīng)和邊緣泄漏的電子器件和集成電路。這是通過在形成STI區(qū)之后、在STI區(qū)的邊緣附近執(zhí)行附加粒子注入步驟來實(shí)現(xiàn)的。
文檔編號(hào)H01L21/70GK101164158SQ200680004437
公開日2008年4月16日 申請(qǐng)日期2006年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月11日
發(fā)明者喬安·D·博特, 紀(jì)堯姆·迪布瓦 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司