專利名稱：半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)形成方法和用所述方法形成的隔離結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體集成電路通常包含有源區(qū)和位于有源區(qū)之間的隔離區(qū)，這些隔離區(qū)在制造有源器件之前形成?，F(xiàn)有技術(shù)中形成隔離區(qū)域的方法主要有局部氧化隔離工藝(LOCOS)或淺溝槽隔離工藝(STI)。LOCOS工藝是在晶片表面淀積一層氮化硅，然后再進行刻蝕，對部分凹進區(qū)域進行氧化生長氧化硅。有源器件在氮化硅所確定的區(qū)域生成。對于隔離技術(shù)來說，局部氧化隔離在電路中的有效局部氧化隔離仍然存在問題。其中一個問題就是在氮化硅邊緣生長的“鳥嘴”(bird’s beak)現(xiàn)象，如圖1所示，其是由于在氧化的過程中氮化硅和硅之間的熱膨脹性能不同造成的。這個“鳥嘴”占用了實際的空間，增大了電路的體積。性能方面，在氧化過程中，對晶片產(chǎn)生應(yīng)力破壞。因此LOCOS工藝只適用于大尺寸器件的設(shè)計和制造。
隨著半導(dǎo)體工藝進入深亞微米時代，0.18μm以下的元件例如MOS電路的有源區(qū)隔離層已大多采用淺溝槽隔離工藝(STI)來制作。STI隔離工藝是在MOS電路中解決局部氧化隔離造成的“鳥嘴”問題的有效方法。在這種工藝中，先在襯底上形成淺溝槽，元件之間用刻蝕的淺溝槽隔開，再利用化學(xué)氣相淀積(CVD)在淺溝槽中填入介電質(zhì)，例如氧化硅，在側(cè)壁氧化和填入介電質(zhì)之后，用化學(xué)機械研磨(CMP)的方法使晶片表面平坦化。
由于深亞微米元件的淺溝槽的深寬比(Aspect Ratio)比較高，所以一般采用高密度等離子化學(xué)氣相淀積法(High-Density-Plasma CVD，HDP-CVD)來填充氧化硅。HDP-CVD工藝是同時使用淀積用反應(yīng)氣體與濺射用的氫、氦等氣體，以便同時進行淀積與濺射反應(yīng)。在這種STI氧化物填充工藝中使用硅烷(SiH4)、氧氣(O2)和氫氣(H2)利用高密度等離子淀積(HDP-CVD)和濺射(Sputtering)工藝形成氧化硅膜。圖2A至2D為STI溝槽填充過程中填充的氧化硅膜產(chǎn)生缺陷的示意圖。在為了良好的溝槽填充而調(diào)整工藝時，如果濺射率小于淀積率，也就是在欠濺射的情況下，當襯底200的溝槽210的寬度小到一定程度時，在回流的過程中從一側(cè)的氧化硅層220上濺射出的氧化硅會再淀積到角部的氧化硅層上，從而形成凸角230，如圖2A所示。繼續(xù)生長的話，其結(jié)果會導(dǎo)致在填入溝槽的氧化硅層220中形成孔洞(void)240，如圖2B所示。因此，HDP-CVD工藝的濺射率要適當增加，以便使溝槽上方氧化層的兩側(cè)斜面互相遠離，以防止兩側(cè)的凸角向中心匯合形成孔洞，如美國專利US5,872,058公開的技術(shù)方案所描述的。但是，濺射率也不能過高，若出現(xiàn)過濺射的情況，在角部金屬和抗反射膜(ARC)層的濺射會產(chǎn)生削角問題。在此情況下淀積氧化硅層220時，溝槽210頂角部分的襯底200會被削去，如圖2C所示，致使有源區(qū)遭到破壞，引起漏電流的產(chǎn)生。在制造10-100納米水平的器件時，STI溝槽的變得更加微細，填充工藝的控制變得更加困難和復(fù)雜，溝槽的填充極易出現(xiàn)上述缺陷，而且由于工藝特性本身的原因，溝槽的填充不可避免地會出現(xiàn)凸臺的現(xiàn)象，影響到電子元件的性能。如圖2D所示，深亞微米級至納米級器件，例如微量電子晶體管(a few electron transistor)和/或三維空間立體晶體管架構(gòu)(three dimension transistor architecture)的制造中需要發(fā)展非常均勻平坦的隔離和絕緣結(jié)構(gòu)。如果用化學(xué)機械研磨(CMP)方法對凸臺進行研磨時，極易對有源區(qū)造成損傷，而且極微細的STI隔離結(jié)構(gòu)的表面電阻(sheet resistance)通常不高，難以保證有效的隔離。因此，在制造深亞微米至納米級器件時需要找到表面更加平坦、表面電阻更高的隔離結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種新的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)及其形成方法，以能夠在制造深亞微米至納米級器件的過程中形成表面平坦、表面電阻更高、絕緣性能更加優(yōu)良的隔離結(jié)構(gòu)。
為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)的形成方法包括提供半導(dǎo)體襯底；在襯底上生長絕緣層；在絕緣層上形成光刻膠掩膜；圖案化光刻膠掩膜，從而在絕緣層表面定位第一區(qū)域和第二區(qū)域；向第一區(qū)域中注入粒子；除去光刻膠；對襯底進行退火，使注入的粒子均勻分布從而形成隔離結(jié)構(gòu)。
注入到第一區(qū)域中的粒子為高能離子化碳原子。
所述隔離結(jié)構(gòu)為表面平坦的隔離結(jié)構(gòu)。
離子化碳原子的注入能量為5KeV～180KeV。
離子化碳原子的注入劑量的流量密度為4×1014～5×1016每平方厘米。
離子化碳原子的注入深度為100～5000。
所述退火溫度為500℃-800℃。
注入?yún)^(qū)域中離子化碳原子的體密度為5×1019～1021每立方厘米。
所述第二區(qū)域確定的襯底區(qū)域為有源區(qū)。
所述絕緣層為氧化硅層或氮氧化硅層。
所述半導(dǎo)體襯底為包括有源區(qū)和隔離區(qū)的平面結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明提供的另一種半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)的形成方法是首先在襯底上生長絕緣層；在絕緣層上形成光刻膠掩膜；圖案化光刻膠掩膜，從而在絕緣層表面定位第一區(qū)域和第二區(qū)域；在第一區(qū)域上刻蝕絕緣層和襯底表面形成淺溝槽；在淺溝槽內(nèi)形成氧化層；向淺溝槽底部的襯底中注入粒子；除去光刻膠；對襯底進行退火，使注入的粒子均勻分布；在淺溝槽中回填氧化層形成隔離結(jié)構(gòu)。
注入到淺溝槽中的粒子為高能離子化碳原子。
所述離子化碳原子的注入能量為5KeV～180KeV。
離子化碳原子的注入劑量的流量密度為4×1014～5×1016每平方厘米。
離子化碳原子的注入深度為100～5000。
所述退火溫度為500℃-800℃。
退火后注入到淺溝槽中離子化碳原子的體密度為5×1019～1021每立方厘米。
所述第二區(qū)域確定的襯底區(qū)域為有源區(qū)。
所述絕緣層為氧化硅層或氮氧化硅層。
所述半導(dǎo)體襯底為包括有源區(qū)和隔離區(qū)的平面結(jié)構(gòu)。
相應(yīng)地，本發(fā)明提供的一種半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底；在襯底上形成的有源區(qū)；和在有源區(qū)之間形成的隔離區(qū)；所述隔離區(qū)中包含注入的粒子，所述粒子為離子化碳原子。
所述離子化碳原子在隔離區(qū)中的體密度為5×1019～1021每立方厘米。
所述離子化碳原子的注入深度為100～5000。
所述半導(dǎo)體襯底為包括有源區(qū)和隔離區(qū)的平面結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一種半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底；在襯底上形成的有源區(qū)；在有源區(qū)之間形成的淺溝槽隔離區(qū)；以及在淺溝槽隔離區(qū)下方由注入粒子組成的底層隔離區(qū)。
所述粒子為離子化碳原子。
所述離子化碳原子在隔離區(qū)中的體密度為5×1019～1021每立方厘米。
所述離子化碳原子的注入深度為100～5000。
所述半導(dǎo)體襯底為包括有源區(qū)和隔離區(qū)的平面結(jié)構(gòu)。
由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點半導(dǎo)體集成電路器件在晶片上包括眾多有源器件區(qū)和在有源器件區(qū)之間形成的隔離區(qū)。這些隔離區(qū)是制造有源器件之前首先形成的。本發(fā)明半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)及其制造方法是利用高能量離子化碳原子從晶片表面注入到晶片內(nèi)部形成隔離區(qū)域。本發(fā)明的優(yōu)點主要表現(xiàn)在(1)利用碳離子注入的方法能夠形成表面電阻很高的隔離區(qū)域。這是由于碳離子的尺寸比硅原子小，碳原子用適當?shù)哪芰亢蛣┝勘蛔⑷牒?，在隨后退火階段適當?shù)臏囟瓤刂葡绿荚訑U散到鄰近硅晶體的空穴晶格內(nèi)的穩(wěn)定位置，由于碳原子和硅原子都是四價原子，碳原子與臨近的碳原子和/或硅原子會形成穩(wěn)定的共價鍵，碳和硅原子晶格結(jié)構(gòu)的能階間隙(energy bandgap)比硅硅原子晶格結(jié)構(gòu)的能階間隙至少高出一倍；在室溫條件下，構(gòu)成表面電阻極高的絕緣隔離區(qū)域，從而大大提高了有源區(qū)之間的絕緣隔離性能；(2)利用生長或填充的方法形成隔離區(qū)極易造成隔離區(qū)不平坦的現(xiàn)象。本發(fā)明的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)及其制造方法采用離子注入的方法形成隔離區(qū)，可以方便地控制隔離區(qū)的寬度和深度，在半導(dǎo)體器件中采用本發(fā)明的隔離結(jié)構(gòu)能夠在密度極高的有源區(qū)域之間形成納米級寬度的隔離區(qū)，且隔離區(qū)表面平坦程度很高，非常有利于深亞微米至納米級器件的制造。


圖1為在氮化硅邊緣生長的“鳥嘴”(bird’s beak)現(xiàn)象的示意圖；圖2A至2D為STI溝槽填充過程中填充的氧化硅膜產(chǎn)生缺陷的示意圖；圖3為本發(fā)明隔離結(jié)構(gòu)形成方法第一實施例的示意圖；圖4為利用本發(fā)明隔離結(jié)構(gòu)形成方法第一實施例形成的隔離結(jié)構(gòu)剖面圖；圖5為本發(fā)明隔離結(jié)構(gòu)形成方法第二實施例的示意圖；圖6為利用本發(fā)明隔離結(jié)構(gòu)形成方法第二實施例形成的隔離結(jié)構(gòu)剖面圖；
圖7為本發(fā)明隔離結(jié)構(gòu)形成方法第三實施例的示意圖；圖8為利用本發(fā)明隔離結(jié)構(gòu)形成方法第三實施例形成的隔離結(jié)構(gòu)剖面圖；圖9為本發(fā)明半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)形成方法的流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。
離子注入法被廣泛地應(yīng)用于大規(guī)模集成電路中N型和P型MOS晶體管、以及CMOS晶體管的制造中。以合適的摻雜濃度將合適的元素離子注入到晶片中對于在柵級氧化物下方形成開關(guān)通道和控制晶體管閾值電壓是非常重要的。通過注入不同的離子，可用來形成有源器件結(jié)構(gòu)并控制器件的電流電壓特性，例如減少熱載流子遷移、降低耗盡層漏電流的產(chǎn)生等。本發(fā)明提供了一種新的隔離結(jié)構(gòu)的概念，在表面生長了氧化層的硅晶片上，選擇性的使用離子化碳原子注入法在有源器件區(qū)之間形成平面化的隔離區(qū)。使用不同加速能量和劑量的碳離子多次注入，然后經(jīng)過在適當溫度下的退火處理，以達到所要求的碳離子深度和體密度的均勻分布，形成高電阻的絕緣隔離區(qū)。本發(fā)明選擇了從低能量到高能量的多次碳離子注入，配合以中度至高度的劑量來達到初步的碳離子深度和體密度分布。采用中高溫度退火，以減少任何氧離子和晶格間隙內(nèi)碳離子的作用，并避免碳離子的析出，提高硅晶片晶格內(nèi)碳化硅和碳碳共價鍵形成的比例。
本發(fā)明半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)的形成方法作為一種新的隔離結(jié)構(gòu)形成方法，采用離子注入的方式，向晶片表面注入高能量離子化碳原子，碳離子擴散到晶片內(nèi)部與硅原子或臨近的碳離子組成共價鍵形成隔離結(jié)構(gòu)，隔離結(jié)構(gòu)眾多的有源區(qū)域彼此隔離。通過控制注入碳離子劑量和注入能量，可以達到控制碳離子注入深度和體密度的目的。在隨后的中高溫退火過程中，碳離子會因受熱而向晶片的硅晶體中擴散，最終均勻分布在襯底內(nèi)部的特定區(qū)域內(nèi)。由于碳離子小于晶格頂端的硅原子，碳離子會進入硅晶體的晶格內(nèi)，與硅原子形成共價鍵，或者與臨近的碳離子之間形成共價鍵。碳原子和硅原子都是四價元素，因此它們之間形成的共價鍵非常穩(wěn)定堅固。所形成的隔離區(qū)具有極好的絕緣性能。這里將本發(fā)明的碳離子注入形成的隔離結(jié)構(gòu)稱之為碳離子注入隔離結(jié)構(gòu)(CIIIcarbon ion implantation isolation)，縮寫為CI3。
圖3為本發(fā)明隔離結(jié)構(gòu)形成方法第一實施例的示意圖。如圖3所示，在本發(fā)明隔離結(jié)構(gòu)形成方法的第一實施例中，首先在半導(dǎo)體襯底300表面生長氧化層310；氧化層的厚度大約在80-120左右，然后在氧化層310上涂布光刻膠330，利用曝光、顯影、等工藝形成隔離區(qū)320上方的窗口，區(qū)域340對應(yīng)的是有源區(qū)。本實施例中沒有去除隔離區(qū)320窗口上的氧化層310。此時用離子注入的方法向隔離區(qū)320中注入碳離子，碳離子穿過氧化層310進入到襯底中形成CIII隔離結(jié)構(gòu)。位于有源區(qū)340上面的光刻膠掩膜圖形330，用于防止碳離子注入有源區(qū)。在深亞微米至納米級器件的制造過程中，根據(jù)隔離結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要，通過調(diào)整碳離子注入的濃度和注入的能量，可以達到調(diào)整碳離子注入深度和體密度的目的。碳離子的注入通常需分為多次進行以達到深度和體密度的均勻分布。碳離子加速能量可以分為大于100KeV，介于50-100KeV，介于10-50KeV，低于10KeV。高能量時，使用低一些劑量。低能量時，使用高一些劑量。加速能量達到180KeV，碳離子可以達到5000的深度，注入劑量的流密度設(shè)置為4×1014至2×1015每平方厘米，用于形成深度較深的隔離結(jié)構(gòu)。加速能量低于10KeV，碳離子僅注入氧化層下100，注入劑量的流密度設(shè)置為2×1015至4×1016每平方厘米，用于形成深度較淺的隔離結(jié)構(gòu)。利用多次碳離子注入以達到深度為100～5000之間的均勻分布。本實施例中，為了使碳離子穿過氧化層310進入隔離區(qū)320中，碳離子的注入采用高能量低劑量的策略。在碳離子注入到襯底內(nèi)部之后，對襯底進行中高溫退火，使得碳離子受熱擴散。本發(fā)明實施例中的退火溫度為600℃左右。碳離子在退火過程中向硅晶體中擴散，由于碳原子比硅原子小，所以碳原子很容易進入硅晶體的晶格內(nèi)。同時需防止在退火過程中，達到飽和密度碳硅共溶態(tài)內(nèi)碳離子的析出。如提高退火溫度，則需縮短時間，快速退火。本發(fā)明采用碳離子作為注入粒子，出于兩點考慮首先，碳原子比硅原子小，容易進入晶格中；其次，碳和硅都是四價元素，碳離子與臨近的碳離子和硅原子極易形成穩(wěn)定的碳硅共價鍵和碳碳共價鍵，由這些共價鍵組成的隔離區(qū)域具有極高的表面電阻(sheet resistance)。其它元素在上述方面無法與碳元素相比。經(jīng)過上述工藝后，碳離子在CI3隔離結(jié)構(gòu)中的體密度為5×1019～1021每立方厘米，注入深度約為100～5000圖4為利用本發(fā)明隔離結(jié)構(gòu)形成方法第一實施例形成的隔離結(jié)構(gòu)剖面圖。如圖4所示，注入的碳離子在中高溫退火過程中擴散，進入到硅晶體的晶格中，占據(jù)了晶格中的空穴，與臨近的碳離子和硅原子形成穩(wěn)定牢固的共價鍵。因此，碳離子注入的區(qū)域420為高阻態(tài)的隔離結(jié)構(gòu)，其為襯底400上的有源區(qū)430之間提供良好的隔離邊界。由于碳離子是穿過氧化層410進入到襯底中的，而氧化層410是非常平坦的，因此氧化層410保證了隔離結(jié)構(gòu)420表面的平坦度。根據(jù)工藝需要去除氧化層410后，有源區(qū)430和隔離結(jié)構(gòu)420表面均非常平坦。在半導(dǎo)體器件中采用本發(fā)明的隔離結(jié)構(gòu)有利于后續(xù)深亞微米或納米級有源器件的制造。
圖5為本發(fā)明隔離結(jié)構(gòu)形成方法第二實施例的示意圖。如圖5所示，在本發(fā)明隔離結(jié)構(gòu)形成方法的第二實施例中，半導(dǎo)體襯底500表面生長氧化層510；在氧化層510上涂布光刻膠530，利用掩膜、光刻、刻蝕等工藝形成隔離區(qū)520上方的窗口，區(qū)域540對應(yīng)的是有源區(qū)。本實施例中將隔離區(qū)320上面的氧化層310去除。因此，本實施例中，向隔離區(qū)320中注入碳離子可采用高劑量低能量的策略。碳離子注入到襯底內(nèi)部之后，除去涂布光刻膠530，在600℃左右對襯底進行中高溫退火，使得碳離子受熱擴散，進入鄰近的晶格位置。
圖6為利用本發(fā)明隔離結(jié)構(gòu)形成方法第二實施例形成的隔離結(jié)構(gòu)剖面圖。如圖6所示，注入的碳離子在中高溫退火過程中產(chǎn)生擴散運動并進入到硅晶體的晶格中，占據(jù)了晶格中的空穴，與臨近的碳離子和硅原子形成穩(wěn)定牢固的共價鍵。因此，碳離子注入的區(qū)域620為高阻態(tài)的CI3隔離結(jié)構(gòu)，其為襯底600上的有源區(qū)630之間提供良好的隔離邊界。此外，由于隔離結(jié)構(gòu)620表面的氧化層被去除，因此襯底600的平坦程度保證了隔離結(jié)構(gòu)620表面的平坦度，在半導(dǎo)體器件中采用本發(fā)明的隔離結(jié)構(gòu)有利于后續(xù)有源區(qū)630上有源器件的制造。
圖7為本發(fā)明隔離結(jié)構(gòu)形成方法第三實施例的示意圖。如圖7所示，在本發(fā)明隔離結(jié)構(gòu)形成方法的第三實施例中，在半導(dǎo)體襯底700表面生長氧化層710后，利用掩膜、光刻、刻蝕等工藝在襯底700表面極淺溝槽(ExtremeShallow Trench；EST)720。在淺溝槽上生長氧化層720a，然后回填淺溝槽，本實施例向淺溝槽720的底部襯底中注入碳離子，形成底部下方具有CI3隔離結(jié)構(gòu)的極淺溝槽隔離(ESTI)。本實施例中，向淺溝槽720中注入碳離子亦采用高劑量低能量的策略。在碳離子注入到襯底內(nèi)部之后，在600℃左右對襯底進行中高溫退火，使得碳離子受熱擴散。碳離子在退火過程中向硅晶體中擴散，碳原子進入硅晶體的晶格內(nèi)，與臨近的碳離子和硅原子形成穩(wěn)定的碳硅共價鍵和碳碳共價鍵，在淺溝槽720底部下方形成表面電阻(sheetresistance)極高的CI3隔離結(jié)構(gòu)730。
圖8為利用本發(fā)明隔離結(jié)構(gòu)形成方法第三實施例形成的隔離結(jié)構(gòu)剖面圖。如圖8所示，注入的碳離子在高溫退火過程中產(chǎn)生擴散運動并進入到硅晶體的晶格中，占據(jù)了晶格中的空穴，與臨近的碳離子和硅原子形成穩(wěn)定牢固的共價鍵；淺溝槽內(nèi)氧化層820a和回填淺溝槽820與底部下方形成的CI3隔離結(jié)構(gòu)830。在有源區(qū)840之間就形成了底部下方具有極高表面電阻的CI3隔離結(jié)構(gòu)的、隔離性能更好、漏電流更小的ESTI隔離區(qū)。
表面極淺溝槽(EST)可以做的比淺溝槽(ST)淺的多，深度與寬度的比值(小于3比1)要遠比淺溝槽(ST)?。辉谛纬傻倪^程中，可以避免產(chǎn)生類似圖2A至2D所描述STI溝槽填充過程中填充的氧化硅膜產(chǎn)生的各種缺陷。這樣的工藝流程可以做到更小的隔離區(qū)和有源區(qū)。
本發(fā)明第二實施例和第三實施例中碳離子注入的深度和碳離子在CI3隔離結(jié)構(gòu)中的體密度因設(shè)計需要而有所不同。但碳離子注入的深度都在100～5000之間；碳離子在CI3隔離結(jié)構(gòu)中的體密度都為5×1019～1021每立方厘米。
圖9為本發(fā)明半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)形成方法的流程圖。如圖9所示，本發(fā)明的CI3隔離結(jié)構(gòu)形成方法包括提供半導(dǎo)體襯底(步驟S101)；在襯底上生長氧化層(S102)；在氧化層上涂布光刻膠(S103)；利用曝光、顯影、等工藝在氧化層上形成光刻掩膜圖形(S104)；利用在襯底表面的氧化層上定位有源區(qū)和隔離區(qū)光刻掩膜圖形；穿過氧化層向隔離區(qū)域中注入碳離子(S105)；除去涂布光刻膠(S106)，對襯底進行高溫退火，使注入的碳離子均勻分布形成CI3隔離結(jié)構(gòu)(S107)。由于氧化層表面的是平坦的，所以CI3隔離結(jié)構(gòu)就是表面平坦的隔離結(jié)構(gòu)。在制造過程中，碳離子的注入能量為5KeV～180KeV；碳離子的注入劑量的流量密度為5×1014～4×1016每平方厘米；碳離子的注入深度為100～5000；退火溫度為500℃-800℃；退火后注入?yún)^(qū)域中碳離子的體密度為5×1019～1021每立方厘米。上述的氧化層為氧化硅(SiO2)層或氮氧化硅(SiNO)層。本方法能夠形成寬度為納米級的CI3隔離結(jié)構(gòu)。此外，在步驟S105中還可以在隔離區(qū)上刻蝕氧化層和襯底表面形成淺溝槽，然后向淺溝槽底部的襯底中注入碳離子，然后繼續(xù)進行后續(xù)的工藝步驟，形成底部下方具有CI3隔離結(jié)構(gòu)的極淺溝槽隔離區(qū)(ESTI)。
雖然本發(fā)明己以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當以權(quán)利要求所限定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供半導(dǎo)體襯底；在襯底上生長絕緣層；在絕緣層上形成光刻膠掩膜；圖案化光刻膠掩膜，從而在絕緣層表面定位第一區(qū)域和第二區(qū)域；向第一區(qū)域中注入粒子；除去光刻膠；對襯底進行退火，使注入的粒子均勻分布從而形成隔離結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于注入到第一區(qū)域中的粒子為高能離子化碳原子。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于所述隔離結(jié)構(gòu)為表面平坦的隔離結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于離子化碳原子的注入能量為5KeV～180KeV。
5.如權(quán)利要求2或4所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于離子化碳原子的注入劑量的流量密度為4×1014～5×1016每平方厘米。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于離子化碳原子的注入深度為100～5000。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于所述退火溫度為500℃-800℃。
8.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于注入?yún)^(qū)域中離子化碳原子的體密度為5×1019～1021每立方厘米。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于所述第二區(qū)域確定的襯底區(qū)域為有源區(qū)。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于所述絕緣層為氧化硅層或氮氧化硅層。
11.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于所述半導(dǎo)體襯底為包括有源區(qū)和隔離區(qū)的平面結(jié)構(gòu)。
12.一種半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供半導(dǎo)體襯底；在襯底上生長絕緣層；在絕緣層上形成光刻膠掩膜；圖案化光刻膠掩膜，從而在絕緣層表面定位第一區(qū)域和第二區(qū)域；在第一區(qū)域確定的襯底上形成淺溝槽；在淺溝槽內(nèi)形成氧化層；向淺溝槽底部的襯底中注入粒子；除去光刻膠；對襯底進行退火，使注入的粒子均勻分布；在淺溝槽中回填氧化層形成隔離結(jié)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于注入到淺溝槽中的粒子為高能離子化碳原子。
14.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于所述離子化碳原子的注入能量為5KeV～180KeV。
15.如權(quán)利要求13或14所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于離子化碳原子的注入劑量的流量密度為4×1014～5×1016每平方厘米。
16.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于離子化碳原子的注入深度為100～5000。
17.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于所述退火溫度為500℃-800℃。
18.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于退火后注入到淺溝槽中離子化碳原子的體密度為5×1019～1021每立方厘米。
19.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于所述第二區(qū)域確定的襯底區(qū)域為有源區(qū)。
20.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于所述絕緣層為氧化硅層或氮氧化硅層。
21.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于所述半導(dǎo)體襯底為包括有源區(qū)和隔離區(qū)的平面結(jié)構(gòu)。
22.一種半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底；在襯底上形成的有源區(qū)；和在有源區(qū)之間形成的隔離區(qū)；所述隔離區(qū)中包含注入的粒子。
23.如權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)，其特征在于所述粒子為離子化碳原子。
24.如權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)，其特征在于所述離子化碳原子在隔離區(qū)中的體密度為5×1019～1021每立方厘米。
25.如權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)，其特征在于所述離子化碳原子的注入深度為100～5000。
26.如權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)，其特征在于所述半導(dǎo)體襯底為包括有源區(qū)和隔離區(qū)的平面結(jié)構(gòu)。
27.一種半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底；在襯底上形成的有源區(qū)；在有源區(qū)之間形成的淺溝槽隔離區(qū)；以及在淺溝槽隔離區(qū)下方由注入粒子組成的隔離區(qū)。
28.如權(quán)利要求27所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)，其特征在于所述粒子為離子化碳原子。
29.如權(quán)利要求27所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)，其特征在于所述離子化碳原子在隔離區(qū)中的體密度為5×1019～1021每立方厘米。
30.如權(quán)利要求27所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)，其特征在于所述離子化碳原子的注入深度為100～5000。
31.如權(quán)利要求27所述的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)，其特征在于所述半導(dǎo)體襯底為包括有源區(qū)和隔離區(qū)的平面結(jié)構(gòu)。
32.一種包括如權(quán)利要求22或27所述的隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)的形成方法包括提供半導(dǎo)體襯底；在襯底上生長氧化層；在氧化層上利用光刻膠形成光刻掩膜圖形；利用光刻掩膜圖形定位有源區(qū)和隔離區(qū)；向隔離區(qū)中注入碳原子；除去光刻膠以后，對襯底進行中高溫退火，使注入的碳原子均勻分布從而形成隔離結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)包括襯底和在襯底上形成的有源區(qū)；在有源區(qū)之間形成的隔離區(qū)；隔離區(qū)中包含注入的離子化碳原子。本發(fā)明的隔離結(jié)構(gòu)稱為碳離子注入隔離結(jié)構(gòu)(CIIIcarbon ion implantation isolation)，縮寫為CI
文檔編號H01L27/02GK101026121SQ20061002398
公開日2007年8月29日 申請日期2006年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月20日
發(fā)明者王津洲 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司