專利名稱：一種淺溝槽隔離制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制造方法，特別涉及淺溝槽隔離制作方法。
背景技術(shù)：
目前的半導(dǎo)體集成電路(IC)器件普遍制作在襯底上。IC器件通常包括各種分立電路元件(discrete circuit elements)。為了隔離分立電路元件，使得每個分立電路元件都能夠獨立工作且不會受到其他元件狀態(tài)的影響，在制作IC器件之前，先將襯底分為彼此隔離的有源區(qū)(Active Area，AA)，然后在AA中制作分立電路元件。隨著IC器件集成度的提高，現(xiàn)在通常采用淺溝槽隔離(Shallow Trench Insulation, STI)技術(shù)在襯底中形成STI。 典型的分立電路元件有金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,M0S)器件。MOS器件的結(jié)構(gòu)包括:AA、源極、漏極和柵極；其中， 有源區(qū)位于襯底中，柵極位于AA上方，柵極兩側(cè)的AA分別進行離子注入形成源極和漏極， 源極與襯底之間，及漏極與襯底之間的界面形成PN結(jié)。MOS器件加電壓后，柵極下方由于電場的作用形成導(dǎo)電溝道。根據(jù)導(dǎo)電溝道中摻雜雜質(zhì)形成的載流子類型，MOS又分為空穴型導(dǎo)電溝道(P型溝道)的空穴型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(PM0Q和電子型導(dǎo)電溝道 (η型溝道)的電子型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(匪0幻。眾所周知，在同樣條件下， 空穴的遷移率遠小于電子的遷移速率，所以與NMOS相比PMOS有功耗大且響應(yīng)速度慢的顯著缺點。隨著半導(dǎo)體IC器件對功耗和響應(yīng)速度的要求越來越高，如何增大PMOS導(dǎo)電溝道中空穴的遷移率成為了亟待解決的問題。現(xiàn)有技術(shù)中普遍采用的增大PMOS的導(dǎo)電溝道中空穴的遷移率，減小PMOS功耗和提高響應(yīng)速度的方法有有源區(qū)表面注入重金屬原子，例如鍺原子或錫原子，利用鍺和錫的原子量大于硅的特點，使有源區(qū)表面非晶化，提高PMOS的導(dǎo)電溝道中摻雜雜質(zhì)的激活濃度，從而增大PMOS導(dǎo)電溝道中載流子(空穴)的遷移率。但是，隨著IC技術(shù)的發(fā)展，僅采用有源區(qū)表面注入重金屬原子使有源區(qū)表面非晶化的方法已經(jīng)不能滿足PMOS器件性能的需要。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是采用一種有別于有源區(qū)表面非晶化的技術(shù)， 來增大PMOS的導(dǎo)電溝道中載流子的遷移率，從而降低PMOS的功耗，提高響應(yīng)速度。為解決上述問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實現(xiàn)的一種淺溝槽隔離制作方法，提供具有襯底的晶片，所述襯底表面依次具有二氧化硅襯墊和氮化硅層，依次刻蝕所述氮化硅層、所述二氧化硅襯墊和所述襯底，在所述氮化硅層和所述二氧化硅襯墊中形成窗口，在所述襯底中形成淺溝槽，該方法還包括所述氮化硅層表面和所述淺溝槽表面沉積二氧化硅，填充所述淺溝槽；化學(xué)機械研磨去除所述氮化硅層上沉積的二氧化硅，露出所述氮化硅層時停止所述化學(xué)機械研磨；
以所述氮化硅層和所述二氧化硅襯墊為掩膜，重金屬離子摻雜所述淺溝槽中的二氧化硅，形成重金屬離子摻雜層，所述重金屬離子摻雜層與后續(xù)制作的空穴型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管導(dǎo)電溝道處在同一水平位置；所述晶片退火。所述重金屬離子摻雜的方法是離子注入。所述重金屬離子摻雜的雜質(zhì)是鍺或者銻。所述重金屬離子摻雜鍺的能量范圍是30千電子伏特到160千電子伏特；所述重金屬離子摻雜鍺的劑量范圍是1E15原子/平方厘米到1E16原子/平方厘米；所述重金屬離子摻雜銻的能量范圍是40千電子伏特到250千電子伏；所述重金屬離子摻雜銻的劑量范圍是1E15原子/平方厘米到1E16原子/平方厘米；所述重金屬離子摻雜的方法是離子注入，所述離子注入的離子束與晶片器件面的法線所成角度的范圍是0度到11度。所述晶片退火采用普通的退火熱處理工藝或快速高溫退火工藝；普通的退火熱處理的溫度范圍是800攝氏度到1100攝氏度，退火的時間范圍是30分鐘到120分鐘；快速高溫退火的退火溫度范圍是1000 1300攝氏度，退火時間范圍是10秒到1分鐘，溫度變化速率是50攝氏度每秒到250攝氏度每秒。一種淺溝槽隔離制作方法，該方法進一步包括所述重金屬離子摻雜之前，形成光刻圖案，以光刻圖案為掩膜進行重金屬離子摻雜；所述重金屬離子摻雜之后去除殘留光刻圖案。所述光刻圖案的開口寬度小于所述氮化硅層和所述二氧化硅襯墊的開口寬度；所述光刻圖案的開口寬度范圍是50納米到200納米。一種淺溝槽隔離制作方法，該方法進一步包括露出所述氮化硅層時，所述化學(xué)機械研磨再持續(xù)2 10秒。所述化學(xué)機械研磨后，所述窗口中沉積的二氧化硅的高度大于或等于所述淺溝槽的深度。由上述的技術(shù)方案可見，本發(fā)明在填充淺溝槽的二氧化硅中摻雜重金屬離子，形成的重金屬離子摻雜層，與PMOS導(dǎo)電溝道處在同一水平位置，由重金屬離子摻雜層形成具有張應(yīng)力的淺溝槽隔離，進而通過有源區(qū)向PMOS器件導(dǎo)電溝道施加壓應(yīng)力，增大PMOS導(dǎo)電溝道中載流子的遷移率，從而降低PMOS器件功耗，提高PMOS器件響應(yīng)速度。


圖1為本發(fā)明STI制作方法流程圖；圖2 7為按圖1流程制作STI的各剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案、及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例， 對本發(fā)明進一步詳細說明。本發(fā)明提出一種淺溝槽隔離(STI)制作方法，在STI的表面摻雜重金屬離子，增加STI的壓應(yīng)力，從而通過有源區(qū)將STI產(chǎn)生的壓應(yīng)力施加到PMOS器件的導(dǎo)電溝道中，從而提高PMOS器件的響應(yīng)速度。具體實施例一現(xiàn)有技術(shù)中多采用硅材料作為襯底，稱為硅襯底。硅襯底可以是摻雜類型為電子型的η型硅襯底或者摻雜類型為空穴型的P型硅襯底。下面以具有硅襯底的晶片(Wafer) 為例，結(jié)合圖2 7，詳細說明圖1所示的本發(fā)明NMOS器件的STI制作方法，其步驟如下步驟101、圖2為本發(fā)明中STI制作方法的步驟101的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，晶片器件面依次沉積二氧化硅襯墊201和氮化硅層202 ；本步驟中，本步驟中，在晶片器件面依次沉積二氧化硅襯墊201和氮化硅層202， 就是在硅襯底200的表面依次沉積二氧化硅襯墊201和氮化硅層202，沉積二氧化硅襯墊 201和氮化硅層202是為了在后續(xù)步驟中起到遮蔽和保護有源區(qū)的作用，沉積二氧化硅襯墊201和氮化硅層202的方法可以采用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)等方法，具體步驟為現(xiàn)有技術(shù)，不再贅述。步驟102、圖3為本發(fā)明中STI制作方法的步驟102的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，晶片器件面第一光刻后，依次刻蝕氮化硅層202、二氧化硅襯墊201和硅襯底200，在氮化硅層202和二氧化硅襯墊201中形成窗口，在硅襯底200中形成淺溝槽203 ；本步驟中，第一光刻是指，在晶片表面涂覆一層光刻膠，然后按照需要的掩模板圖案進行曝光和顯影，使光刻膠圖案化形成第一光刻圖案；接著，以第一光刻圖案為掩膜，刻蝕去除沒有被第一光刻圖案覆蓋的部分氮化硅層202和部分二氧化硅襯墊201，并在去除了二氧化硅襯墊201的硅襯底200位置形成淺溝槽203，刻蝕之后還要去除殘留的光刻膠。步驟103、圖4為本發(fā)明中STI制作方法的步驟103的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，晶片器件面沉積二氧化硅204，填充淺溝槽203 ；本步驟中，沉積二氧化硅204的方法是高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDPCVD)、 電子回旋加速共振(Electron Cycling Oxidetron Resonance, ECR)等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)或普通化學(xué)氣相沉積(CVD)；沉積的二氧化硅204穿過氮化硅層202和二氧化硅襯墊201中的窗口填充淺溝槽203，同時也會沉積在氮化硅層202上。在本步驟沉積二氧化硅204之前，還可以先在淺溝槽203表面生長柔性氧化層 (Lining Oxide, L0)，其作用是防止STI中二氧化硅204與硅襯底200的界面處發(fā)生尖端放 H1^ ο步驟104、圖5為本發(fā)明中STI制作方法的步驟104的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖5所示，化學(xué)機械研磨(Chemical Mechanical Polishing, CMP)去除部分二氧化硅204，露出氮化硅層202 ；本步驟中，氮化硅層202作為CMP的停止層；采用終點檢測法控制CMP的結(jié)束，當(dāng)露出氮化硅層202時，立即停止CMP。為了便于后續(xù)步驟105的重金屬離子(heavy ion)摻雜，還可以延長CMP時間，也就是在露出氮化硅層202時，并不立即停止CMP，而是再將CMP持續(xù)2 10秒的時間，例如 2秒、5秒和10秒。在適當(dāng)減小氮化硅層202和二氧化硅襯墊201的窗口中沉積的二氧化硅204高度的同時，還必須保證二氧化硅204的高度大于等于淺溝槽203的深度。降低二氧化硅204高度的目的是為了減小重金屬離子摻雜的深度，使重金屬離子摻雜更容易控制。
步驟105、圖6為本發(fā)明中STI制作方法的步驟105的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖5所示，晶片器件面第二光刻后，重金屬離子摻雜206 二氧化硅204 ；本步驟中，第二光刻是指，在晶片表面涂覆一層光刻膠，然后按照需要的掩模板圖案進行曝光和顯影，使光刻膠圖案化形成第二光刻圖案205 ；接著，以第二光刻圖案205為掩膜，對填充在淺溝槽203中的二氧化硅204進行重金屬離子摻雜206 ；重金屬離子摻雜 206采用離子注入的方法，重金屬離子摻雜206的雜質(zhì)是重金屬離子，例如鍺或者銻；以重金屬離子摻雜鍺為例，重金屬離子摻雜206的能量范圍是30千電子伏特(KeV)到160KeV， 例如，30KeV、IOOKeV和160KeV ；重金屬離子摻雜206的劑量范圍是1E15原子/平方厘米到 1E16原子/平方厘米，例如，1E15原子/平方厘米、0. 5E16原子/平方厘米和1E16原子/ 平方厘米；離子注入的離子束與晶片器件面的法線所成角度稱為注入角度，注入角度的范圍是0度到11度，例如0度、5度和11度；重金屬離子摻雜銻為例，重金屬離子摻雜206的能量范圍是40KeV到250KeV，例如，40KeV、150KeV和250KeV ；重金屬離子摻雜206的劑量范圍是1E15原子/平方厘米到1E16原子/平方厘米，例如，1E15原子/平方厘米、0. 5E16原子/平方厘米和1E16原子/平方厘米；注入角度范圍是0度到11度，例如0度、5度和11 度；本步驟會在填充淺溝槽203的二氧化硅204中形成重金屬離子摻雜層207，重金屬離子摻雜層207與后續(xù)制作的PMOS的導(dǎo)電溝道處在同一水平位置；在后續(xù)退火形成STI的步驟中，由于重金屬的原子量大于硅原子和氧原子，因此會在重金屬離子摻雜層207的所在位置產(chǎn)生張應(yīng)力，具有張應(yīng)力的STI通過有源區(qū)向PMOS器件的導(dǎo)電溝道施加壓應(yīng)力，從而增強PMOS器件的導(dǎo)電溝道中載流子的遷移率，降低PMOS器件的功耗，提高PMOS器件的響應(yīng)速度。本步驟中，第二光刻圖案205的開口寬度比以第一光刻圖案為掩膜刻蝕形成的氮化硅層202和二氧化硅襯墊201的開口略窄，這是因為淺溝槽203的側(cè)壁與底部的夾角并不垂直而是一個約80度的夾角(銳角)，淺溝槽203呈從開口到底部逐漸變窄的形狀，所以使用比氮化硅層202和二氧化硅襯墊201的開口略窄的第二光刻圖案205為掩膜，可以更好地避免重金屬離子摻雜的的雜質(zhì)進入硅襯底200。防止由于重金屬離子進入硅襯底200 從而改變硅襯底200的表面特性，導(dǎo)致硅襯底200龜裂；第二光刻圖案205的開口范圍是50 納米(nm)到 200nm，例如，50nm，IOOnm 禾口 200nm。需要說明的是，也可以不進行晶片器件面第二光刻，以氮化硅層202和二氧化硅襯墊201為掩膜進行重金屬離子摻雜。步驟106、圖7為本發(fā)明中STI制作方法的步驟105的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖7所示，去除殘留的第二光刻圖案205后，晶片退火形成STI208。本步驟中，去除殘留的第二光刻圖案可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員習(xí)知的方法；退火后形成的STI208將硅襯底200隔離為彼此絕緣的有源區(qū)。本步驟中，退火可以采用普通的退火熱處理工藝或快速高溫退火(RTA)工藝；其中，普通的退火熱處理的溫度范圍是800 1100攝氏度，退火的時間范圍是30分鐘到120 分鐘；RTA退火溫度范圍是1000 1300攝氏度，退火時間范圍是10秒到1分鐘，溫度變化速率使50攝氏度每秒到250攝氏度每秒。至此，本發(fā)明提出的STI制作完畢。本發(fā)明提出了一種STI制作方法，該方法在填充淺溝槽的二氧化硅中摻雜重金屬離子，形成具有張應(yīng)力的STI后，STI通過有源區(qū)向PMOS器件的導(dǎo)電溝道施加壓應(yīng)力，從而增強PMOS導(dǎo)電溝道中載流子的遷移率，降低PMOS器件功耗，提高PMOS器件響應(yīng)速度。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種淺溝槽隔離制作方法，提供具有襯底的晶片，所述襯底表面依次具有二氧化硅襯墊和氮化硅層，依次刻蝕所述氮化硅層、所述二氧化硅襯墊和所述襯底，在所述氮化硅層和所述二氧化硅襯墊中形成窗口，在所述襯底中形成淺溝槽，其特征在于，該方法還包括所述氮化硅層表面和所述淺溝槽表面沉積二氧化硅，填充所述淺溝槽； 化學(xué)機械研磨去除所述氮化硅層上沉積的二氧化硅，露出所述氮化硅層時停止所述化學(xué)機械研磨；以所述氮化硅層和所述二氧化硅襯墊為掩膜，重金屬離子摻雜所述淺溝槽中的二氧化硅，形成重金屬離子摻雜層，所述重金屬離子摻雜層與后續(xù)制作的空穴型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管導(dǎo)電溝道處在同一水平位置； 所述晶片退火。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述重金屬離子摻雜的方法是離子注入。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述重金屬離子摻雜的雜質(zhì)是鍺或者鋪。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述重金屬離子摻雜鍺的能量范圍是30 千電子伏特到160千電子伏特；所述重金屬離子摻雜鍺的劑量范圍是1E15原子/平方厘米到1E16原子/平方厘米；所述重金屬離子摻雜銻的能量范圍是40千電子伏特到250千電子伏特；所述重金屬離子摻雜銻的劑量范圍是1E15原子/平方厘米到1E16原子/平方厘米；所述重金屬離子摻雜的方法是離子注入，所述離子注入的離子束與晶片器件面的法線所成角度的范圍是0度到11度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述晶片退火采用普通的退火熱處理工藝或快速高溫退火工藝；普通的退火熱處理的溫度范圍是800攝氏度到1100攝氏度，退火的時間范圍是30分鐘到120分鐘；快速高溫退火的退火溫度范圍是1000 1300攝氏度， 退火時間范圍是10秒到1分鐘，溫度變化速率是50攝氏度每秒到250攝氏度每秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括所述重金屬離子摻雜之前，光刻形成光刻圖案，以光刻圖案為掩膜進行重金屬離子摻雜；所述重金屬離子摻雜之后去除殘留光刻圖案。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述光刻圖案的開口寬度小于所述淺溝槽的開口寬度；所述光刻圖案的開口寬度范圍是50納米到200納米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括 露出所述氮化硅層時，所述化學(xué)機械研磨再持續(xù)2 10秒。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述化學(xué)機械研磨后，所述窗口中沉積的二氧化硅的高度大于或等于所述淺溝槽的深度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括 沉積所述二氧化硅之前，在所述淺溝槽中生長柔性氧化層。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種淺溝槽隔離制作方法，該方法在填充淺溝槽的二氧化硅中摻雜重金屬離子，形成的重金屬離子摻雜層與后續(xù)制作的PMOS導(dǎo)電溝道處在同一水平位置，由重金屬離子摻雜層形成具有張應(yīng)力的淺溝槽隔離，進而通過有源區(qū)向PMOS器件的導(dǎo)電溝道施加壓應(yīng)力，增強PMOS器件的導(dǎo)電溝道中載流子的遷移率，從而降低PMOS的功耗，提高PMOS器件的響應(yīng)速度。
文檔編號H01L21/762GK102543823SQ20101060955
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者趙猛 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司