专利名称：浅沟槽隔离结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制作方法，且特别涉及一种浅沟槽隔离的制作方法。
背景技术：
浅沟槽隔离技术(Shallow Trench Isolation)是一种在集成电路中广泛使用的 器件隔离技术。由于STI工艺制备的隔离结构本身具有所占面积相对较小的优势，因此，其 逐渐成为先进制程所采用的主流器件隔离结构。图Ia Ie所示为目前在器件上制作STI结构的方法，该制作方法的步骤如下(1)在硅衬底101上生长衬垫氧化层102 (为氧化硅)，接着淀积硬掩膜层103 (为 氮化硅)；(图la)(2)在硬掩膜层103上涂覆光刻胶104并曝光显影；(图lb)(3)刻蚀器件至硅衬底并去除光刻胶；(图Ic)(4)利用各向异性的干法刻蚀，在硅衬底上形成陡峭的沟槽106 ；(图Id)(5)在沟槽内填满氧化物(为氧化硅)，然后化学机械研磨进行平坦化，以在硅衬 底上形成氧化物插塞107，并去除硬掩膜层103。(图Ie)这样，在硅片的非有源区就形成了氧化层的隔离区，以作为器件的STI隔离。然而，上述STI结构的制作方法，在步骤(5)中，受填充设备的台阶覆盖能力限制， 深宽比不能超过某一限制，浅沟槽在自身深度一定的情况下，宽度不能低于某一极限尺寸， 当器件的尺寸日趋减小的今日，这种技术的应用范围逐渐受到限制。
发明内容
本发明提出一种浅沟槽隔离结构的制作方法，不受二氧化硅淀积填充工艺的“深 宽比”限制，可以把浅沟槽的宽度尺寸做的更小，所以可以提高器件集成度、进而提高集成 度、降低成本；并且流程更加简洁，节约成本。为了达到上述目的，本发明提出一种浅沟槽隔离结构的制作方法，用于在绝缘体 上硅中制作浅沟槽隔离结构，绝缘体上硅依次包括硅衬底层、氧化掩埋层和单晶硅顶层，浅 沟槽隔离结构的制作方法包括以下步骤在单晶硅顶层上淀积一层二氧化硅和氮化硅作为硬质遮幕层(hard mask) 0涂覆光刻胶并曝光显影，干蚀刻法刻掉硬质遮幕层，去除残留光刻胶，暴露出单晶 硅顶层上需要制作浅沟槽隔离结构的位置；自单晶硅顶层上方进行氧离子注入；高温退火以在顶层单晶硅形成二氧化硅隔离区。优选的，其中退火处理的温度是800°C 1250°C范围内。可选的，本文采用二氧化硅和氮化硅作为硬质遮幕层，在实际应用中，也可采用其 他结构或材质作为硬质遮幕层。本发明还提出了在体硅工艺中制作浅沟槽隔离结构的制作方法，包括以下步骤
在硅衬底上淀积一层二氧化硅和氮化硅作为硬质遮幕层；涂覆光刻胶并曝光显影，干蚀刻法刻掉硬质遮幕层，去除残留光刻胶，暴露出硅衬 底上需要制作浅沟槽隔离结构的位置；自硅衬底上方进行氧离子注入；高温退火以在硅衬底内形成二氧化硅隔离区。本发明提出了简洁的方法，直接利用氧离子注入在器件中形成浅沟槽隔离结构， 不需要填充和化学机械研磨，从而简化了 STI结构的制作流程，节约制作成本。本发明提出 的制作方法，不受二氧化硅淀积填充工艺的“深宽比”限制，可以把浅沟槽的宽度尺寸做的 更小，所以可以提高器件集成度、进而提高集成度、降低成本
图Ia Ie所示为目前在器件上制作STI结构的方法；图2所示为本发明较佳实施例中浅沟槽隔离结构的制作方法流程图；图3a 3e所示为在图2所示的各个流程中的器件结构示意图。
具体实施例方式为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。图2所示为本发明较佳实施例中浅沟槽隔离结构的制作方法流程图；图3a 3e 所示为在图2所示的各个流程中的器件结构示意图。本实施例是以在注氧隔离(S印aration by Implanted Oxygen, SIM0X)绝缘体 上硅(SOI)结构上形成STI为例。在实际应用中，也可以采用其他工艺制作的绝缘体上硅 (SOI)，例如 Smart Cut 方法。本实施例中的SOI结构依次包括衬底层201、氧化掩埋层202和单晶硅顶层203， (如图3a所示的结构)本实施例提供的制作方法包括以下步骤步骤S301 在单晶硅顶层203上淀积一层二氧化硅和氮化硅作为硬质遮幕层 204(hard mask)(如图3b所示的结构)；步骤S302 在硬着遮幕层上涂覆光刻胶205并曝光显影(如图3c所示的结构)；步骤S303 干蚀刻法刻掉未被光刻胶覆盖的硬质遮幕层，去除残留光刻胶，暴露 出单晶硅顶层203上需要制作浅沟槽隔离结构的位置(如图3d所示的结构)。光刻胶204 可以用旋转涂覆的方式均勻涂覆在单晶硅顶层203上，曝光显影之后，利用显影液将未曝 光的光刻胶洗掉。。步骤S304 进行氧离子注入。如图3c所示，将步骤S301所形成的结构进行氧离 子注入，氧离子自单晶硅顶层203上方进行注入。在这一步骤中，氧离子自硬质遮幕层204 暴露单晶硅顶层203的位置注入到单晶硅顶层203中，形成氧化物插塞207，形成如图3e所 示的结构。在步骤S304中，控制氧离子注入的剂量范围和能量范围能够控制氧化物插塞的 深度，即最终形成的STI结构的深度。步骤S305 高温退火，以在顶层单晶硅形成二氧化硅隔离区。至此，利用本发明提供的方法在SOI结构中制成了 STI结构。
值得注意的是，在步骤S304之后，执行了步骤S305，将整个结构进行高温退火处 理，退火温度在800°C 1250°C范围内，以形成二氧化硅隔离区。本发明提出了简洁的方法，用来在器件中形成浅沟槽隔离结构。由于绝缘体上硅工艺中浅沟槽隔离深度较浅，尤其适合使用这种制作方法，本文 按照SOI工艺进行说明；但本发明中的制作方法也可以用于体硅工艺中。本领域具有公知 常识者能够通过本发明合理地推测出，只需将本发明较佳实施例中的衬底层201、氧化掩埋 层202和单晶硅顶层203替换为硅衬底，即可将本发明中的各个步骤应用于制作体硅工艺 的器件中的STI结构。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明的核心 精神为，采用注入氧离子的方法形成二氧化硅隔离区。本发明所属技术领域中具有通常知 识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范 围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
一种浅沟槽隔离结构的制作方法用于在绝缘体上硅中制作浅沟槽隔离结构，所述绝缘体上硅依次包括硅衬底层、氧化掩埋层和单晶硅顶层，其特征是，所述浅沟槽隔离结构的制作方法包括以下步骤在所述单晶硅顶层上淀积一层二氧化硅和氮化硅作为硬质遮幕层；涂覆光刻胶并曝光显影，干蚀刻法刻掉硬质遮幕层，去除残留光刻胶，暴露出所述单晶硅顶层上需要制作浅沟槽隔离结构的位置；自所述单晶硅顶层上方进行氧离子注入；高温退火以在顶层单晶硅内形成二氧化硅隔离区。
2.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的制作方法，其特征是，其中退火处理的温 度是800°C 1250°C范围内。
3.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的制作方法，用于在体硅工艺中制作浅沟槽 隔离结构，其特征是，所述浅沟槽隔离结构的制作方法包括以下步骤在硅衬底上淀积一层二氧化硅和氮化硅作为硬质遮幕层；涂覆光刻胶并曝光显影，干蚀刻法刻掉硬质遮幕层，去除残留光刻胶，暴露出所述硅衬 底上需要制作浅沟槽隔离结构的位置；自所述硅衬底上方进行氧离子注入；高温退火以在硅衬底内形成二氧化硅隔离区。
4.根据权利要求3所述的浅沟槽隔离结构的制作方法，其特征是，其中退火处理的温 度是800°C 1250°C范围内。
全文摘要
本发明提出一种浅沟槽隔离结构的制作方法，用于制作浅沟槽隔离结构。绝缘体上硅依次包括硅衬底层、氧化掩埋层、单晶硅顶层。浅沟槽隔离结构的制作方法包括以下步骤在单晶硅顶层上淀积一层二氧化硅和氮化硅作为硬质遮幕层、涂覆光刻胶并曝光显影，干蚀刻法刻掉硬质遮幕层，去除残留光刻胶，暴露出单晶硅顶层上需要制作浅沟槽隔离结构的位置；自单晶硅顶层上方进行氧离子注入；高温退火以在顶层单晶硅形成二氧化硅隔离区。本发明提出的浅沟槽隔离结构的制作方法，不需要对浅沟槽进行二氧化硅淀积填充和化学机械研磨，能够提高器件集成度、进而提高集成度、制作流程更加简洁、降低成本。
文档编号H01L21/762GK101908500SQ20101019837
公开日2010年12月8日 申请日期2010年6月11日 优先权日2010年6月11日
发明者李乐 申请人:上海宏力半导体制造有限公司