抑制淺溝槽隔離工藝中雙峰效應(yīng)的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種抑制淺溝槽隔離工藝中雙峰效應(yīng)的方法，包括步驟：依次形成硬質(zhì)掩模層；定義有源區(qū)并將有源區(qū)外部的硬質(zhì)掩模層去除；進(jìn)行離子注入將離子注入到有源區(qū)周側(cè)的硅襯底中；進(jìn)行熱推阱將離子從有源區(qū)外部擴(kuò)散到有源區(qū)的邊緣區(qū)域中；進(jìn)行淺溝槽刻蝕；在淺溝槽的表面形成第三氧化層；填充淺溝槽氧化層；對淺溝槽氧化層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨。本發(fā)明方法通過在用硬質(zhì)掩模層定義出有源區(qū)后，進(jìn)行離子注入并進(jìn)行熱推阱工藝將注入在有源區(qū)外部的離子擴(kuò)散到有源區(qū)的邊緣區(qū)域中，能提高有源區(qū)邊緣的摻雜濃度，從而能提高有源區(qū)邊緣處的金屬氧化物半導(dǎo)體器件的閾值電壓，降低有源區(qū)邊緣處器件漏電，能有效抑制淺溝槽隔離工藝中雙峰效應(yīng)。
【專利說明】抑制淺溝槽隔離工藝中雙峰效應(yīng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路制造工藝方法，特別是涉及一種抑制淺溝槽隔離工藝中雙峰效應(yīng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在用淺溝槽隔離的金屬氧化物半導(dǎo)體工藝中，現(xiàn)有制備淺溝槽隔離工藝包括如下步驟:
[0003]在硅襯底表面形成依次形成犧牲氧化層和氮化硅；由犧牲氧化層和氮化硅組成硬質(zhì)掩模層。
[0004]采用光刻工藝定義出有源區(qū)。
[0005]采用刻蝕工藝將有源區(qū)外部的硬質(zhì)掩模層去除。
[0006]進(jìn)行淺溝槽刻蝕，在有源區(qū)外部形成的硅襯底中形成淺溝槽。
[0007]進(jìn)行淺溝槽氧化，在淺溝槽的底部表面和側(cè)壁表面形成氧化層。
[0008]進(jìn)行淺溝槽填充，在淺溝槽中填充淺溝槽氧化層。
[0009]進(jìn)行淺溝槽化學(xué)機(jī)械研磨，對淺溝槽氧化層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨。
[0010]之后去除有源區(qū)上部的硬質(zhì)掩模層，形成由淺溝槽氧化層隔離出有源區(qū)的結(jié)構(gòu)。
[0011]當(dāng)采用上述現(xiàn)有工藝形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，并在有源區(qū)中形成金屬氧化物半導(dǎo)體時(shí)，會存在如下問題:
[0012]如圖1所示，有源區(qū)有淺溝槽氧化層103隔離，金屬氧化物半導(dǎo)體的多晶硅柵極104覆蓋于有源區(qū)上方，被多晶硅柵104覆蓋的區(qū)域?yàn)闇系绤^(qū)。源區(qū)101和漏區(qū)102分別形成于多晶硅柵極104兩側(cè)的有源區(qū)中，從源區(qū)101到漏區(qū)102的方向?yàn)闇系赖拈L度方向，和溝道長度垂直的方向?yàn)闇系赖膶挾确较颉Ｔ谔摼€105所示的區(qū)域處，該區(qū)域?yàn)橛性磪^(qū)和淺溝槽氧化層103交界的邊緣區(qū)域，在虛線105中的有源區(qū)的邊緣位置處，該處的有源區(qū)的摻雜濃度會受到淺溝槽氧化層103的影響而變小，同時(shí)該處的有源區(qū)上方形成的柵氧化層也會受到淺溝槽氧化層103的影響而變薄。有源區(qū)邊緣位置處的摻雜濃度的變小以及其上方的柵氧化層的變薄最終都會造成該邊緣處的開啟電壓偏低，即在有源區(qū)邊緣處的器件的開啟電壓小于未受到淺溝槽氧化層103影響的有源區(qū)中間區(qū)域處的器件的開啟電壓，也即在有源區(qū)邊緣處會形成一個(gè)開啟電壓較小的寄生金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)管。開啟電壓的變小，會使有源區(qū)邊緣處的漏電增大。當(dāng)器件的溝道寬度越來越小時(shí)，這種寄生金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)管形成的影響會加大，最后會使得窄溝道器件的一致性變差。由于寄生金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)管的存在，最后在金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)管開啟過程中，寄生金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)管會先開啟，形成一個(gè)電流峰；接著當(dāng)柵極電壓到達(dá)有源區(qū)中間區(qū)域的金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)管的開啟電壓時(shí)，有源區(qū)中間區(qū)域的金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)管開啟，形成第二電流峰，所以現(xiàn)有淺溝槽隔離工藝中會存在雙峰效應(yīng)。
[0013]如圖2所示，是現(xiàn)有淺溝槽隔離工藝中5VNM0S器件的源漏電流和柵極電壓曲線；其中NMOS器件的溝道寬度為10微米，溝道長度為0.8微米，兩條曲線對應(yīng)的襯底偏壓Vsub分別為-2.5V和-3V ;如虛線框16所對應(yīng)的區(qū)域可知，器件在開啟過程中，曲線出現(xiàn)了雙峰效應(yīng)，即器件出現(xiàn)了兩次開啟，第一次開啟對應(yīng)于寄生金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)管的開啟，開啟電壓較??；第二次開啟對應(yīng)于中間區(qū)域 的金屬氧化物半導(dǎo)體的開啟，開啟電壓較大。其中寄生金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)管的開啟電壓較小，使得在金屬氧化物半導(dǎo)體未開啟時(shí)是器件產(chǎn)生漏電。隨著金屬氧化物半導(dǎo)體器件的溝道寬度(W)從10微米減小到0.42微米，器件的開啟電壓會明顯降低，漏電顯著增大。尤其是在襯底偏置電壓(Vb)增加的條件下，漏電增加更大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種抑制淺溝槽隔離工藝中雙峰效應(yīng)的方法，能提高淺溝槽隔離中的金屬氧化物半導(dǎo)體器件在有源區(qū)邊緣處的閾值電壓，降低有源區(qū)邊緣處器件的漏電，能抑制淺溝槽隔離工藝中雙峰效應(yīng)。
[0015]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的抑制淺溝槽隔離工藝中雙峰效應(yīng)的方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0016]步驟一、在硅襯底表面形成依次形成第一層二氧化硅和第二層氮化硅；由所述第一層二氧化硅和所述第二層氮化硅組成硬質(zhì)掩模層；
[0017]步驟二、采用光刻工藝定義出有源區(qū)，采用刻蝕工藝將有源區(qū)外部的所述硬質(zhì)掩模層去除，所述有源區(qū)表面上方的所述硬質(zhì)掩模層保留；
[0018]步驟三、以保留的所述硬質(zhì)掩模層為掩模進(jìn)行離子注入，該離子注入將離子注入到所述有源區(qū)周側(cè)的所述硅襯底中，該離子注入的離子類型和形成金屬氧化物半導(dǎo)體器件的溝道區(qū)的雜質(zhì)類型相同；
[0019]步驟四、進(jìn)行熱推阱，將步驟三注入的離子從所述有源區(qū)外部擴(kuò)散到所述有源區(qū)的邊緣區(qū)域中；
[0020]步驟五、采用刻蝕工藝對所述有源區(qū)外部的所述硅襯底中的硅進(jìn)行刻蝕，在所述有源區(qū)外部形成淺溝槽，所述有源區(qū)中的硅受所述硬質(zhì)掩模層的保護(hù)而不被刻蝕；
[0021]步驟六、在淺溝槽的底部表面和側(cè)壁表面形成第三氧化層；
[0022]步驟七、在所述淺溝槽中填充淺溝槽氧化層；
[0023]步驟八、對所述淺溝槽氧化層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨。
[0024]本發(fā)明方法通過在用硬質(zhì)掩模層定義出有源區(qū)后，直接以硬質(zhì)掩模層為掩模進(jìn)行離子注入，并進(jìn)行熱推阱工藝將注入在有源區(qū)外部的離子擴(kuò)散到有源區(qū)的邊緣區(qū)域中，該離子的類型和溝道區(qū)的注入離子類型相同，這樣就能夠最后實(shí)現(xiàn)提高有源區(qū)邊緣的摻雜濃度，從而能提高有源區(qū)邊緣處的金屬氧化物半導(dǎo)體器件的閾值電壓，降低有源區(qū)邊緣處器件漏電，即本發(fā)明消除了淺溝槽氧化層對有源區(qū)邊緣處的摻雜濃度降低、以及有源區(qū)邊緣處上方的柵氧化層變薄的影響，從而能有效抑制淺溝槽隔離工藝中雙峰效應(yīng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0026]圖1是現(xiàn)有淺溝槽隔離工藝中有源區(qū)邊緣的寄生金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)管的示意圖；
[0027]圖2是現(xiàn)有淺溝槽隔離工藝中不同溝道寬度的5VNM0S源漏電流和柵極電壓曲線.-^4 ，[0028]圖3是本發(fā)明實(shí)施例方法的流程圖；
[0029]圖4A-圖4H是本發(fā)明實(shí)施例方法各步驟中的器件結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]如圖3所示，是本發(fā)明實(shí)施例方法的流程圖。本發(fā)明實(shí)施例抑制淺溝槽隔離工藝中雙峰效應(yīng)的方法包括如下步驟:
[0031]步驟一、如圖4A所示，在硅襯底I表面形成依次形成第一層二氧化硅2和第二層氮化硅3 ;由所述第一層二氧化硅2和所述第二層氮化硅3組成硬質(zhì)掩模層。其中所述第一層二氧化硅2是作為犧牲氧化層。
[0032]步驟二、如圖4B所示，采用光刻工藝定義出有源區(qū)，采用刻蝕工藝將有源區(qū)外部的所述硬質(zhì)掩模層去除，所述有源區(qū)表面上方的所述硬質(zhì)掩模層保留。
[0033]步驟三、如圖4C所示，以保留的所述硬質(zhì)掩模層為掩模進(jìn)行離子注入，該離子注入將離子注入到所述有源區(qū)周側(cè)的所述硅襯底I中，即形成離子注入?yún)^(qū)4。該離子注入的離子類型和形成金屬氧化物半導(dǎo)體器件的溝道區(qū)的雜質(zhì)類型相同。
[0034]步驟四、如圖4D所示，進(jìn)行熱推阱，將步驟三注入的離子從所述有源區(qū)外部擴(kuò)散到所述有源區(qū)的邊緣區(qū)域中。即圖4C離子注入?yún)^(qū)4熱推阱后成為圖4D中的離子注入?yún)^(qū)4a，離子注入?yún)^(qū)4a擴(kuò)散到所述有源區(qū)的邊緣區(qū)域中。
[0035]步驟五、如圖4E所示，采用刻蝕工藝對所述有源區(qū)外部的所述硅襯底I中的硅進(jìn)行刻蝕，在所述有源區(qū)外部形成淺溝槽4，所述有源區(qū)中的硅受所述硬質(zhì)掩模層的保護(hù)而不被刻蝕。即由淺溝槽4所圍成的所述硅襯底I作為所述有源區(qū)。離子注入?yún)^(qū)4a位于所述有源區(qū)的邊緣區(qū)域中的部分為離子注入?yún)^(qū)4b，形成淺溝槽后，離子注入?yún)^(qū)4b保留。離子注入?yún)^(qū)4b會提高有源區(qū)邊緣的摻雜濃度，從而能提高有源區(qū)邊緣處形成的金屬氧化物半導(dǎo)體器件的閾值電壓，降低有源區(qū)邊緣處器件漏電，抑制淺溝槽隔離工藝中雙峰效應(yīng)。
[0036]步驟六、如圖4F所示，在淺溝槽4的底部表面和側(cè)壁表面形成第三氧化層5 ;本步驟中可以采用熱氧化工藝形成所述第三氧化層5。
[0037]步驟七、如圖4G所示，在所述淺溝槽4中填充淺溝槽氧化層6。
[0038]步驟八、對所述淺溝槽氧化層6進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，化學(xué)機(jī)械研磨直到所述淺溝槽氧化層6的表面和所述第二層氮化硅3相平。
[0039]以上通過具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種抑制淺溝槽隔離工藝中雙峰效應(yīng)的方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一、在硅襯底表面形成依次形成第一層二氧化硅和第二層氮化硅；由所述第一層二氧化硅和所述第二層氮化硅組成硬質(zhì)掩模層； 步驟二、采用光刻工藝定義出有源區(qū)，采用刻蝕工藝將有源區(qū)外部的所述硬質(zhì)掩模層去除，所述有源區(qū)表面上方的所述硬質(zhì)掩模層保留； 步驟三、以保留的所述硬質(zhì)掩模層為掩模進(jìn)行離子注入，該離子注入將離子注入到所述有源區(qū)周側(cè)的所述硅襯底中，該離子注入的離子類型和形成金屬氧化物半導(dǎo)體器件的溝道區(qū)的雜質(zhì)類型相同； 步驟四、進(jìn)行熱推阱，將步驟三注入的離子從所述有源區(qū)外部擴(kuò)散到所述有源區(qū)的邊緣區(qū)域中； 步驟五、采用刻蝕工藝對所述有源區(qū)外部的所述硅襯底中的硅進(jìn)行刻蝕，在所述有源區(qū)外部形成淺溝槽，所述有源區(qū)中的硅受所述硬質(zhì)掩模層的保護(hù)而不被刻蝕； 步驟六、在淺溝槽的底部表面和側(cè)壁表面形成第三氧化層； 步驟七、在所述淺溝槽中填充淺溝槽氧化層； 步驟八、對所述淺溝槽氧化層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨。
【文檔編號】H01L21/762GK103579079SQ201210271232
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月31日
【發(fā)明者】陳瑜, 羅嘯, 陳華倫 申請人:上海華虹Nec電子有限公司