专利名称：半导体衬底隔离的形成方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种通过SIMOX(Separation bylmplantedOxygen，注氧隔离)技术形成半导体衬底隔离的方法。
背景技术：
浅沟槽_离(Shallow trench isolation, STI)エ艺是在半导体衬底上形成_离区的一种标准エ艺，目前被广泛应用于半导体行业，尤其是超大規模集成(ULSI)电路中。STIエ艺过程可以分为三个主要步骤槽刻蚀、氧化物填充和氧化物平坦化。相对于更早期 的隔离エ艺如局域氧化工艺(L0C0S)，STIエ艺更为复杂。现有技术中已有利用SIMOX技术制造的绝缘体上娃晶片，即在闻温条件下,将闻剂量氧离子注入到单晶硅中形成隔离层，在超高温退火条件下形成顶层硅、ニ氧化硅埋氧层、体娃三层结构的新型半导体材料，參见专利“Process for fabrication of a SIMOXsubstrate, US 6，740，565 B2”。综上，有必要结合半导体微加工领域的如SMOX和/或其他技术开发更为简易的隔离エ艺，以适应半导体エ业的应用。
发明内容
本发明的目的g在至少解决上述技术问题之一，特别是提供一种通过SMOXエ艺形成半导体衬底隔离的方法。为达到上述目的，本发明提出一种半导体衬底隔离的形成方法，包括以下步骤提供半导体衬底；在所述半导体衬底上依次形成第一氧化物层和氮化物层；在所述氮化物层和第一氧化物层中形成开ロ，以暴露部分区域的所述半导体衬底；从所述开ロ处向所述半导体衬底注入氧离子；执行退火操作，以使所述部分区域中至少表层所述半导体衬底形成第二氧化物层；去除所述氮化物层和所述第一氧化物层。优选地，利用所述第二氧化物层作为隔离区，以形成所述半导体衬底的隔离。本发明结合SMOXエ艺，提出在半导体衬底的部分区域注入氧离子并经过高温退火以形成衬底隔离的方法。相对于传统的STIエ艺，该方法エ艺流程更为简易，并且适用于普通半导体衬底和SOI (Semiconductor-on-Insulator,绝缘体上半导体)衬底。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，本发明的附图是示意性的，因此并没有按比例绘制。其中图1-8中示出本发明实施例的衬底隔离的形成方法的各个步骤对应的器件结构剖面图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，下面通过參考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复參考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此夕卜，本发明提供了的各种特定的エ艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他エ艺的可应用于性和/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”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。以下，将參照这些附图对本发明实施例的各个步骤予以详细说明。步骤SOl :提供半导体衬底100，如图I所示。半导体衬底100可以包括任何适合的半导体衬底材料，具体可以是但不限于硅、锗、锗硅、SOI (例如绝缘体上硅衬底或绝缘体上硅锗衬底)、碳化硅、神化镓或者任何III/V族化合物半导体等。根据现有技术公知的设计要求(例如P型衬底或者n型衬底)，半导体衬底100可以包括各种掺杂配置。本发明实施例以绝缘体上娃衬底为例，所述绝缘体上娃衬底包括体娃衬底102,位于体娃衬底上的埋氧层(如氧化硅层)104，以及位于埋氧层104上的硅层106，其中，埋氧层的厚度优选地为5nm_10nmo步骤S02 :在所述半导体衬底100上依次形成第一氧化物层108和氮化物层110，如图2所示。在硅层106上形成所述第一氧化物层108的方法包括氧化所述半导体衬底表层(如硅层106表层)，或者，在所述半导体衬底上淀积第一氧化物层。其中，淀积可采用例如溅射、脉冲激光淀积(PLD)、金属有机化学气相淀积(MOCVD)、原子层淀积(ALD)、等离子体增强原子层淀积(PEALD)或其他合适的方法。本发明实施例中，第一氧化物层108可为氧化硅，厚度可为2nm-10nm，如5nm。接着，在第一氧化物层108上淀积ー层氮化物层110，氮化物层110的淀积同样可以采用上述提及的为形成第一氧化物层的淀积方法中的任何ー种，氮化物层110用于作为硬掩膜，因此其厚度应该足以阻挡后续的氧离子注入，本发明实施例中氮化物层110的厚度可为50nm-80nm,如 60nm。步骤S03 :在所述氮化物层110和第一氧化物层108中形成开ロ，以暴露部分区域的所述半导体衬底100。具体地，可以包括以下步骤首先，在氮化物层110上形成图案化的光刻胶层112，以使部分区域的半导体衬底100上的氮化物层110暴露，如图3所示。接着，刻蚀暴露的氮化物层110以及其下的第一氧化物层108，然后去除光刻胶层112。如图4所示。步骤S04 :从开ロ处向半导体衬底100注入氧离子，如图5所示。具体地，可以通过改变注入參数(如注入能量和注入剂量)以调节向开ロ处的半导体衬底100(即本发明实施中的硅层106)中注入的氧离子数量，然后通过后续的热处理过程在开ロ处对应的半导体衬底100中形成第二氧化物层。在本发明实施例中，可以使形成的第二氧化物层的底部到达绝缘体上硅衬底的埋氧层104。其中，注入參数可以參考专利“Process forfabrication of a SIMOX substrate, US 6，740，565B2”,例如注入能量为10KeV-150KeV，注入剂量为2E17-2E18个离子/cm2。在本发明实施例中，优选地，可以以至少两次离子注入操作注入氧离子，以使注入的氧离子在半导体衬底100的深度方向上浓度分布尽量均匀。另外，实际运用中，离子注入区域通常会横向扩展而导致被第一氧化物层108覆盖的部分半导体衬底被氧化，在本发明实施例中，即被第一氧化物层108覆盖的部分硅层106被氧化，如图5中横向箭头所示区域X所示，因此，为了得到预设尺寸的隔离区，在步骤C设计光刻掩膜板的尺寸吋，设计开ロ的尺寸小于隔离区的尺寸，从而利于修正该部分误 差。步骤S05 :执行退火操作，以使所述部分区域中至少表层半导体衬底100形成第二氧化物层114，如图6所示。在本发明实施例中，通过退火将注入氧离子的部分区域中的硅层106形成氧化硅层，即第二氧化物层114。退火エ艺的參数可以參考专利“Processfor fabrication of aSIMOX substrate,US 6，740，565B2”，例如在 800°C _1200°C 的高温下，保持 3 小时-6 小时。步骤S06 :去除氮化物层110和第一氧化物层108，如图7和图8所示。例如可以以氢氟酸执行所述去除操作；或者先以热磷酸去除所述氮化物层110，如图7所示，再以氢氟酸去除所述第一氧化物层108，如图8所示。至此，即形成了半导体衬底100中的隔离区，如图8所示。在本发明实施例中，经历上述操作的第二氧化物层114构成隔离区，暴露的衬底的硅层106构成有源区。本发明结合SMOXエ艺，提出在半导体衬底的部分区域注入氧离子并经过高温退火以形成衬底隔离的方法。相对于传统的STIエ艺，该方法エ艺流程更为简易，并且适用于普通半导体衬底和绝缘体上半导体衬底。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
权利要求
1.一种半导体衬底隔离的形成方法，其特征在于，包括以下步骤 提供半导体衬底； 在所述半导体衬底上依次形成第一氧化物层和氮化物层； 在所述氮化物层和第一氧化物层中形成开ロ，以暴露部分区域的所述半导体衬底； 从所述开ロ处向所述半导体衬底注入氧离子； 执行退火操作，以使所述部分区域中至少表层所述半导体衬底形成第二氧化物层； 去除所述氮化物层和所述第一氧化物层。
2.如权利要求I所述的形成方法，其特征在于，所述半导体衬底包括体硅衬底、硅锗衬底、绝缘体上硅衬底或绝缘体上硅锗衬底。
3.如权利要求I所述的形成方法，其特征在于，形成所述第一氧化物层的方法包括氧化所述半导体衬底表层，或者，在所述半导体衬底上淀积第一氧化物层。
4.如权利要求I所述的形成方法，其特征在于，注入氧离子时的注入能量为10KeV-150KeV，注入剂量为 2E17-2E18 个离子 /cm2。
5.如权利要求I所述的形成方法，其特征在干，以至少两次离子注入操作注入氧离子。
6.如权利要求I所述的形成方法，其特征在于，利用所述第二氧化物层作为隔离区。
7.如权利要求6所述的形成方法，其特征在干，所述开ロ的尺寸小于所述隔离区的尺寸。
8.如权利要求I所述的形成方法，其特征在于，执行所述退火操作时的エ艺參数包括退火温度为800°C -1200°C，退火时间为3小时-6小时。
9.如权利要求I所述的形成方法，其特征在干，以氢氟酸执行所述去除操作、或者先以热磷酸去除所述氮化物层再以氢氟酸去除所述第一氧化物层。
全文摘要
本发明提出一种半导体衬底隔离的形成方法，包括以下步骤提供半导体衬底；在所述半导体衬底上依次形成第一氧化物层和氮化物层；在所述氮化物层和第一氧化物层中形成开口，以暴露部分区域的所述半导体衬底；从所述开口处向所述半导体衬底注入氧离子；执行退火操作，以使所述部分区域中至少表层所述半导体衬底形成第二氧化物层；去除所述氮化物层和所述第一氧化物层。相对于传统的STI工艺，本发明提供的方法工艺流程更为简易，并且适用于普通半导体衬底和绝缘体上半导体衬底。
文档编号H01L21/762GK102646622SQ20111004158
公开日2012年8月22日 申请日期2011年2月21日 优先权日2011年2月21日
发明者尹海洲, 朱慧珑, 骆志炯 申请人:中国科学院微电子研究所, 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司