專利名稱：半導(dǎo)體襯底隔離的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種通過SIMOX(Separation bylmplantedOxygen，注氧隔離)技術(shù)形成半導(dǎo)體襯底隔離的方法。
背景技術(shù)：
淺溝槽_離(Shallow trench isolation, STI)エ藝是在半導(dǎo)體襯底上形成_離區(qū)的一種標(biāo)準(zhǔn)エ藝，目前被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體行業(yè)，尤其是超大規(guī)模集成(ULSI)電路中。STIエ藝過程可以分為三個主要步驟槽刻蝕、氧化物填充和氧化物平坦化。相對于更早期 的隔離エ藝如局域氧化工藝(L0C0S)，STIエ藝更為復(fù)雜?，F(xiàn)有技術(shù)中已有利用SIMOX技術(shù)制造的絕緣體上娃晶片，即在聞溫條件下,將聞劑量氧離子注入到單晶硅中形成隔離層，在超高溫退火條件下形成頂層硅、ニ氧化硅埋氧層、體娃三層結(jié)構(gòu)的新型半導(dǎo)體材料，參見專利“Process for fabrication of a SIMOXsubstrate, US 6，740，565 B2”。綜上，有必要結(jié)合半導(dǎo)體微加工領(lǐng)域的如SMOX和/或其他技術(shù)開發(fā)更為簡易的隔離エ藝，以適應(yīng)半導(dǎo)體エ業(yè)的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的g在至少解決上述技術(shù)問題之一，特別是提供一種通過SMOXエ藝形成半導(dǎo)體襯底隔離的方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種半導(dǎo)體襯底隔離的形成方法，包括以下步驟提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上依次形成第一氧化物層和氮化物層；在所述氮化物層和第一氧化物層中形成開ロ，以暴露部分區(qū)域的所述半導(dǎo)體襯底；從所述開ロ處向所述半導(dǎo)體襯底注入氧離子；執(zhí)行退火操作，以使所述部分區(qū)域中至少表層所述半導(dǎo)體襯底形成第二氧化物層；去除所述氮化物層和所述第一氧化物層。優(yōu)選地，利用所述第二氧化物層作為隔離區(qū)，以形成所述半導(dǎo)體襯底的隔離。本發(fā)明結(jié)合SMOXエ藝，提出在半導(dǎo)體襯底的部分區(qū)域注入氧離子并經(jīng)過高溫退火以形成襯底隔離的方法。相對于傳統(tǒng)的STIエ藝，該方法エ藝流程更為簡易，并且適用于普通半導(dǎo)體襯底和SOI (Semiconductor-on-Insulator,絕緣體上半導(dǎo)體)襯底。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，本發(fā)明的附圖是示意性的，因此并沒有按比例繪制。其中圖1-8中示出本發(fā)明實施例的襯底隔離的形成方法的各個步驟對應(yīng)的器件結(jié)構(gòu)剖面圖。
具體實施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此夕卜，本發(fā)明提供了的各種特定的エ藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識到其他エ藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之 “上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。以下，將參照這些附圖對本發(fā)明實施例的各個步驟予以詳細(xì)說明。步驟SOl :提供半導(dǎo)體襯底100，如圖I所示。半導(dǎo)體襯底100可以包括任何適合的半導(dǎo)體襯底材料，具體可以是但不限于硅、鍺、鍺硅、SOI (例如絕緣體上硅襯底或絕緣體上硅鍺襯底)、碳化硅、神化鎵或者任何III/V族化合物半導(dǎo)體等。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)公知的設(shè)計要求(例如P型襯底或者n型襯底)，半導(dǎo)體襯底100可以包括各種摻雜配置。本發(fā)明實施例以絕緣體上娃襯底為例，所述絕緣體上娃襯底包括體娃襯底102,位于體娃襯底上的埋氧層(如氧化硅層)104，以及位于埋氧層104上的硅層106，其中，埋氧層的厚度優(yōu)選地為5nm_10nmo步驟S02 :在所述半導(dǎo)體襯底100上依次形成第一氧化物層108和氮化物層110，如圖2所示。在硅層106上形成所述第一氧化物層108的方法包括氧化所述半導(dǎo)體襯底表層(如硅層106表層)，或者，在所述半導(dǎo)體襯底上淀積第一氧化物層。其中，淀積可采用例如濺射、脈沖激光淀積(PLD)、金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積(MOCVD)、原子層淀積(ALD)、等離子體增強(qiáng)原子層淀積(PEALD)或其他合適的方法。本發(fā)明實施例中，第一氧化物層108可為氧化硅，厚度可為2nm-10nm，如5nm。接著，在第一氧化物層108上淀積ー層氮化物層110，氮化物層110的淀積同樣可以采用上述提及的為形成第一氧化物層的淀積方法中的任何ー種，氮化物層110用于作為硬掩膜，因此其厚度應(yīng)該足以阻擋后續(xù)的氧離子注入，本發(fā)明實施例中氮化物層110的厚度可為50nm-80nm,如 60nm。步驟S03 :在所述氮化物層110和第一氧化物層108中形成開ロ，以暴露部分區(qū)域的所述半導(dǎo)體襯底100。具體地，可以包括以下步驟首先，在氮化物層110上形成圖案化的光刻膠層112，以使部分區(qū)域的半導(dǎo)體襯底100上的氮化物層110暴露，如圖3所示。接著，刻蝕暴露的氮化物層110以及其下的第一氧化物層108，然后去除光刻膠層112。如圖4所示。步驟S04 :從開ロ處向半導(dǎo)體襯底100注入氧離子，如圖5所示。具體地，可以通過改變注入?yún)?shù)(如注入能量和注入劑量)以調(diào)節(jié)向開ロ處的半導(dǎo)體襯底100(即本發(fā)明實施中的硅層106)中注入的氧離子數(shù)量，然后通過后續(xù)的熱處理過程在開ロ處對應(yīng)的半導(dǎo)體襯底100中形成第二氧化物層。在本發(fā)明實施例中，可以使形成的第二氧化物層的底部到達(dá)絕緣體上硅襯底的埋氧層104。其中，注入?yún)?shù)可以參考專利“Process forfabrication of a SIMOX substrate, US 6，740，565B2”,例如注入能量為10KeV-150KeV，注入劑量為2E17-2E18個離子/cm2。在本發(fā)明實施例中，優(yōu)選地，可以以至少兩次離子注入操作注入氧離子，以使注入的氧離子在半導(dǎo)體襯底100的深度方向上濃度分布盡量均勻。另外，實際運(yùn)用中，離子注入?yún)^(qū)域通常會橫向擴(kuò)展而導(dǎo)致被第一氧化物層108覆蓋的部分半導(dǎo)體襯底被氧化，在本發(fā)明實施例中，即被第一氧化物層108覆蓋的部分硅層106被氧化，如圖5中橫向箭頭所示區(qū)域X所示，因此，為了得到預(yù)設(shè)尺寸的隔離區(qū)，在步驟C設(shè)計光刻掩膜板的尺寸吋，設(shè)計開ロ的尺寸小于隔離區(qū)的尺寸，從而利于修正該部分誤 差。步驟S05 :執(zhí)行退火操作，以使所述部分區(qū)域中至少表層半導(dǎo)體襯底100形成第二氧化物層114，如圖6所示。在本發(fā)明實施例中，通過退火將注入氧離子的部分區(qū)域中的硅層106形成氧化硅層，即第二氧化物層114。退火エ藝的參數(shù)可以參考專利“Processfor fabrication of aSIMOX substrate,US 6，740，565B2”，例如在 800°C _1200°C 的高溫下，保持 3 小時-6 小時。步驟S06 :去除氮化物層110和第一氧化物層108，如圖7和圖8所示。例如可以以氫氟酸執(zhí)行所述去除操作；或者先以熱磷酸去除所述氮化物層110，如圖7所示，再以氫氟酸去除所述第一氧化物層108，如圖8所示。至此，即形成了半導(dǎo)體襯底100中的隔離區(qū)，如圖8所示。在本發(fā)明實施例中，經(jīng)歷上述操作的第二氧化物層114構(gòu)成隔離區(qū)，暴露的襯底的硅層106構(gòu)成有源區(qū)。本發(fā)明結(jié)合SMOXエ藝，提出在半導(dǎo)體襯底的部分區(qū)域注入氧離子并經(jīng)過高溫退火以形成襯底隔離的方法。相對于傳統(tǒng)的STIエ藝，該方法エ藝流程更為簡易，并且適用于普通半導(dǎo)體襯底和絕緣體上半導(dǎo)體襯底。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體襯底隔離的形成方法，其特征在于，包括以下步驟 提供半導(dǎo)體襯底； 在所述半導(dǎo)體襯底上依次形成第一氧化物層和氮化物層； 在所述氮化物層和第一氧化物層中形成開ロ，以暴露部分區(qū)域的所述半導(dǎo)體襯底； 從所述開ロ處向所述半導(dǎo)體襯底注入氧離子； 執(zhí)行退火操作，以使所述部分區(qū)域中至少表層所述半導(dǎo)體襯底形成第二氧化物層； 去除所述氮化物層和所述第一氧化物層。
2.如權(quán)利要求I所述的形成方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底包括體硅襯底、硅鍺襯底、絕緣體上硅襯底或絕緣體上硅鍺襯底。
3.如權(quán)利要求I所述的形成方法，其特征在于，形成所述第一氧化物層的方法包括氧化所述半導(dǎo)體襯底表層，或者，在所述半導(dǎo)體襯底上淀積第一氧化物層。
4.如權(quán)利要求I所述的形成方法，其特征在于，注入氧離子時的注入能量為10KeV-150KeV，注入劑量為 2E17-2E18 個離子 /cm2。
5.如權(quán)利要求I所述的形成方法，其特征在干，以至少兩次離子注入操作注入氧離子。
6.如權(quán)利要求I所述的形成方法，其特征在于，利用所述第二氧化物層作為隔離區(qū)。
7.如權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在干，所述開ロ的尺寸小于所述隔離區(qū)的尺寸。
8.如權(quán)利要求I所述的形成方法，其特征在于，執(zhí)行所述退火操作時的エ藝參數(shù)包括退火溫度為800°C -1200°C，退火時間為3小時-6小時。
9.如權(quán)利要求I所述的形成方法，其特征在干，以氫氟酸執(zhí)行所述去除操作、或者先以熱磷酸去除所述氮化物層再以氫氟酸去除所述第一氧化物層。
全文摘要
本發(fā)明提出一種半導(dǎo)體襯底隔離的形成方法，包括以下步驟提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上依次形成第一氧化物層和氮化物層；在所述氮化物層和第一氧化物層中形成開口，以暴露部分區(qū)域的所述半導(dǎo)體襯底；從所述開口處向所述半導(dǎo)體襯底注入氧離子；執(zhí)行退火操作，以使所述部分區(qū)域中至少表層所述半導(dǎo)體襯底形成第二氧化物層；去除所述氮化物層和所述第一氧化物層。相對于傳統(tǒng)的STI工藝，本發(fā)明提供的方法工藝流程更為簡易，并且適用于普通半導(dǎo)體襯底和絕緣體上半導(dǎo)體襯底。
文檔編號H01L21/762GK102646622SQ20111004158
公開日2012年8月22日 申請日期2011年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月21日
發(fā)明者尹海洲, 朱慧瓏, 駱志炯 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所, 北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司