隔离结构的形成方法
【专利摘要】一种隔离结构的形成方法，包括：提供衬底；进行氧离子注入，以在衬底距离衬底表面一定深度的位置形成掺杂区；进行氧离子注入之后，在衬底内形成沟槽；形成沟槽之后，进行热处理以在掺杂区位置形成埋氧化层，沟槽露出埋氧化层；形成覆盖沟槽底部和侧壁的绝缘层。通过氧离子注入方法在衬底距离表面一定深度的位置形成埋氧化层，与现有隔离结构的形成方法相比，该方法更为简单。另外，由于隔离结构中的埋氧化层是利用氧离子注入方法形成，而不是利用绝缘体上硅衬底中的绝缘层来充当，因而能够降低隔离结构的制造成本。
【专利说明】隔离结构的形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体【技术领域】，特别是涉及一种隔离结构的形成方法。
【背景技术】
[0002]隔离结构用于将衬底上的相邻两个有源区电隔离。在衬底的有源区形成模拟电路(Analog Circuit)时，为了使模拟电路获得较好的抗干扰性能，所述隔离结构除了包括沟槽隔离结构之外，还包括:离衬底表面一定距离的埋氧化层(Buried Oxide)，该埋氧化层与沟槽隔离结构构成封闭的隔离结构。
[0003]现有一种隔离结构的形成方法包括:如图1所示，提供衬底1，衬底I采用绝缘体上娃衬底(Silicon On Insulat1n),包括底部娃层11、顶部娃层13、及位于底部娃层11和顶部硅层13之间的绝缘层12，绝缘层12用作埋氧化层；在顶部硅层13内形成底部延伸至绝缘层12的沟槽隔离结构2。
[0004]上述隔离结构形成方法中，埋氧化层是由绝缘体上硅衬底中的绝缘层来充当，由于绝缘体上硅衬底的成本较高，导致增加了隔离结构的制造成本。
[0005]现有另一种隔离结构的形成方法包括:先在衬底内形成埋氧化层，再在衬底内形成沟槽隔离结构。其中，所述埋氧化层的形成方法包括:
[0006]如图2所示，提供单晶硅衬底3，利用热氧化工艺在单晶硅衬底3表面形成氧化硅层、及位于氧化硅层上的多晶硅种子层，对该多晶硅种子层及氧化硅层进行图形化，以在单晶硅衬底3表面形成岛状堆叠结构4，岛状堆叠结构4包括氧化硅层41、及多晶硅种子层42，氧化硅层41作为所述埋氧化层。
[0007]如图3所示，进行外延生长，以在单晶硅衬底3及岛状堆叠结构4上形成外延层，其中，覆盖在单晶硅衬底3表面的外延层为单晶硅外延层5，覆盖在岛状堆叠结构4表面的外延层为多晶硅外延层6。然后，在单晶硅外延层5及多晶硅外延层6上形成盖帽层7。
[0008]如图4所示,进行快速热处理(Rapid Thermal Process,简称RTP),使多晶娃种子层42、以及多晶硅外延层6 (如图3所示)熔化(此时单晶硅衬底3以及单晶硅外延层5仍呈固态)，快速热处理之后随着温度逐渐下降，多晶硅种子层42、以及多晶硅外延层6 (如图3所示)发生再结晶，使其材料由多晶硅变为单晶硅，以形成单晶硅层8。因此，单晶硅外延层5、单晶硅层8和单晶硅衬底3的材料相同，三者共同构成基底，作为埋氧化层的氧化硅层41离该基底表面有一定距离。
[0009]如图5所示，进行化学机械研磨，以去除盖帽层7 (如图4所示)。
[0010]上述隔离结构形成方法中，埋氧化层的形成方法较为复杂。
【发明内容】
[0011]本发明要解决的问题是:现有在衬底内形成封闭隔离结构的方法中形成埋氧化层的方法较为复杂、成本较高。
[0012]为解决上述问题，本发明提供一种隔离结构的形成方法，包括:[ΟΟ?3] 提供衬底；
[0014]进行氧离子注入，以在所述衬底距离衬底表面一定深度的位置形成掺杂区；
[0015]进行所述氧离子注入之后，在所述衬底内形成沟槽；
[0016]形成所述沟槽之后，进行热处理以在所述掺杂区位置形成埋氧化层，所述沟槽露出所述埋氧化层。
[0017]可选的，所述氧离子注入的工艺参数包括:氧离子注入剂量为lX1017atom/cm3至5 X 1018atom/cm3,氧离子注入能量为 10Kev 至 2.5Mev。
[0018]可选的，所述热处理是在含氧气的气体氛围中进行，以在形成所述埋氧化层的同时，形成覆盖所述沟槽底部和侧壁、材料为氧化硅的绝缘层。
[0019]可选的，所述含氧气的气体氛围还包括氢气。
[0020]可选的，所述含氧气的气体还包括惰性气体。
[0021]可选的，所述惰性气体为氮气和氩气的混合气体。
[0022]可选的，所述热处理的工艺参数包括:温度为900°C至1300°C，时间为30min至800min,氧气的流量为Islm至20slm,氢气的流量为0.1slm至1slm,氮气的流量为0.1slm至20slm,気气的流量为0.1slm至20slm。
[0023]可选的，还包括:形成位于所述绝缘层上的填充层，所述填充层将所述沟槽填充满。
[0024]可选的，所述填充层的材料为氧化硅、氮化硅或多晶硅。
[0025]可选的，还包括:形成将所述沟槽填充满的绝缘层。
[0026]可选的，所述掺杂区的形成方法包括:
[0027]在所述衬底上形成掩模层，所述掩模层具有露出衬底的开口 ；
[0028]以所述掩模层为掩模进行氧离子注入，以在所述开口下方的衬底内形成所述掺杂区；
[0029]形成所述掺杂区之后，去除所述掩模层。
[0030]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0031]通过氧离子注入方法在衬底距离表面一定深度的位置形成埋氧化层，与现有隔离结构的形成方法相比，该方法更为简单。另外，由于隔离结构中的埋氧化层是利用氧离子注入方法形成，而不是利用绝缘体上硅衬底中的绝缘层来充当，因而能够降低隔离结构的制造成本。
[0032]进一步地，在进行所述热处理以形成埋氧化层的步骤中，衬底内的沟槽可以释放在热处理步骤中产生的应力。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1是现有一种隔离结构的剖面结构示意图；
[0034]图2至图5是现有一种隔离结构形成方法中隔离结构在不同制作阶段的剖面结构示意图；
[0035]图6至图11是本发明的第一实施例中衬底在不同制作阶段的剖面结构示意图；
[0036]图12至图13是本发明的第三实施例中衬底在不同制作阶段的剖面结构示意图；
[0037]图14是本发明的第四实施例中衬底在其中一个制作阶段的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0038]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0039]如图6所示，提供衬底100。
[0040]在本实施例中，衬底100为硅衬底。在其他实施例中，衬底100也可以为其他含有硅的衬底。
[0041]继续参照图6所示，进行氧离子注入，以在衬底100距离表面一定深度的位置形成惨杂区110。
[0042]在本实施例中，掺杂区110的形成方法包括:在衬底100上形成掩模层120，掩模层120具有露出衬底100的开口 121 ;以掩模层120为掩模进行氧离子注入，以在开口 121下方的衬底100内形成掺杂区110 ;如图7所示，形成掺杂区110之后去除掩模层120 (如图6所示)。
[0043]在具体实施例中，掩模层120为光刻胶层。在其他实施例中，掩模层120也可以为氧化娃层与光刻胶层的叠层结构，光刻胶层位于氧化娃层上方；或者，掩模层120也可以为氮化娃层与光刻胶层的叠层结构，光刻胶层位于氮化娃层上方；或者，掩模层120也可以为氮化娃层、氧化娃层与光刻胶层的叠层结构，氧化娃层位于氮化娃层上方，光刻胶层位于氧化硅层上方。当然，掩模层120并不能局限于所给实施例，也可以为其他适于用作掩模的材料。
[0044]在具体实施例中，所述氧离子注入的工艺参数包括:氧离子注入剂量为I X 1017atom/cm3 至 5 X 1018atom/cm3,氧离子注入能量为 10Kev 至 2.5Mev。
[0045]在进行所述氧离子注入步骤中，还可以对衬底100进行加热，以增加氧离子的活性。在具体实施例中，在进行所述氧离子注入时，衬底100的温度为400°C至600°C。
[0046]如图8所示，在衬底100内形成沟槽130。
[0047]在本实施例中，沟槽130的形成方法包括:在衬底100上形成掩模层140，掩模层140具有露出衬底100的开口(未标识)；以掩模层140为掩模进行刻蚀，以在衬底100内形成沟槽130，所述刻蚀方法可以为干法刻蚀。在具体实施例中，掩模层140为氧化硅-氮化硅-氧化硅叠层结构。
[0048]在本实施例中，沟槽130位于掺杂区110的周围，换言之，沟槽130在衬底表面上的投影，将掺杂区110在衬底表面上的投影包围起来；沟槽130的底部位于掺杂区110下方，且沟槽130的侧壁露出埋氧化层110。
[0049]在具体实施例中，沟槽130的深度为1000A至4um。
[0050]如图9所示，进行热处理以在掺杂区110(如图8所示)位置形成埋氧化层150。在本实施例中，沟槽130的侧壁露出埋氧化层150。
[0051 ] 所述热处理具有以下作用:I)促使掺杂区110的氧离子与衬底100发生化学反应，并生成均匀的埋氧化层150 ；2)对在刻蚀形成沟槽130过程中对衬底100造成的损伤进行修复。
[0052]在进行所述热处理过程中，会在衬底100内形成较大的应力，由于衬底100内已经形成有沟槽130，使得所述热处理过程中所产生的应力会得到释放。
[0053]在本实施例中，所述热处理是在含惰性气体的气体氛围中进行，以便于更均匀地对衬底100进行加热。所述惰性气体含氮气、氩气中的一种或两种。
[0054]在本实施例中，所述气体氛围还包括氧气。这样一来，在热处理步骤的同时，氧气可以与衬底100发生化学反应，以形成覆盖在沟槽130底部和侧壁上、材料为氧化硅的绝缘层160，绝缘层160并未填充满沟槽130。由于沟槽130的侧壁有露出埋氧化层150，故覆盖在沟槽130侧壁上的绝缘层160能够与埋氧化层150实现“无缝连接”，即绝缘层160与埋氧化层150连成一个整体。
[0055]在具体实施例中，所述热处理是在含氧气、氮气及氩气的气体氛围中进行，所述热处理的工艺参数包括:温度为900°C至1300°C，时间为30min至800min，氧气的流量为Islm至20slm,氮气的流量为0.1slm至20slm, IS气的流量为0.1slm至20slm。
[0056]在其他实施例中，所述气体氛围除了包括氧气、氮气及氩气之外，还可以包括氢气，以提高绝缘层160的形成速度。在这种情况下,氢气的流量为0.1slm至lOslm。
[0057]形成位于绝缘层上的填充层，填充层将沟槽填满。
[0058]在本实施例中，所述填充层的形成方法包括:如图10所示，形成覆盖在掩模层140上、填充在沟槽130内的填充材料层171 ;如图11所示，进行平坦化处理，以去除掩模层140及沟槽130外多余的填充材料层171(如图10所示)，形成位于绝缘层160上的填充层170，填充层170将沟槽130填充满，在具体实施例中，所述平坦化处理可以为化学机械研磨。
[0059]将沟槽130填充满的绝缘层160及填充层170构成沟槽隔离结构。由于绝缘层160与埋氧化层150连成一个整体，使得所述沟槽隔离结构、以及埋氧化层150构成一个U型封闭隔离结构。所述U型封闭隔离结构可以在衬底100内定义出用于形成半导体器件的有源区。在该U型封闭隔离结构的作用下，位于该有源区的半导体器件可以与相邻有源区的半导体器件有效地电隔离。
[0060]在本实施例中，填充层170的材料为氧化硅、氮化硅或多晶硅。在其他实施例中，填充层170也可以为其他适于填充在沟槽内的材料(该材料可以为导电材料、也可以为绝缘材料)，并不局限于本实施例。
[0061]绝缘层160具有以下作用:作为应力过渡层，防止填充层170对衬底100施加的应力过大致使衬底100发生位错，以致形成在衬底100内的器件在未工作状态下会产生漏电流。
[0062]由上述可知，通过氧离子注入方法在衬底距离表面一定深度的位置形成埋氧化层，再在衬底内形成与埋入氧化层连成一个整体的沟槽隔离结构，即可形成封闭的隔离结构。与现有隔离结构的形成方法相比，该方法更为简单。另外，由于隔离结构中的埋氧化层是利用氧离子注入方法形成，而不是利用绝缘体上硅衬底中的绝缘层来充当，因而能够降低隔离结构的制造成本。
[0063]第二实施例
[0064]第二实施例与第一实施例之间的区别在于:在第二实施例中，所述热处理步骤未在含氧气的气体氛围中进行，使得在衬底内形成埋氧化层的同时，未在沟槽的侧壁和底部形成绝缘层。在这种情况下，形成埋氧化层之后，可以先在沟槽的侧壁和底部形成绝缘层，再在绝缘层上形成填充层，该绝缘层和填充层将沟槽填充满，填充层的材料可以为导电材料或绝缘材料；或者，形成埋氧化层之后，可以直接形成填充满沟槽的绝缘层。
[0065]第三实施例
[0066]第三实施例与第一实施例之间的区别在于:在第三实施例中，如图12所示，在衬底100内形成掺杂区110之后，在衬底100内形成位于掺杂区110上方的沟槽130，沟槽130的底部露出埋氧化层I1 ;然后，如图13所示，进行所述热处理，以在掺杂区110 (如图12所示)所在位置形成埋氧化层150，并在沟槽130的侧壁和底部形成绝缘层160，沟槽130的底部露出埋氧化层150，绝缘层160与埋氧化层150连成一个整体。
[0067]第四实施例
[0068]第四实施例与第一实施例之间的区别在于:在第四实施例中，如图14所示，掺杂区I1在衬底表面上的投影，将沟槽130在衬底表面上的投影包围起来，使得对应沟槽130位置的掺杂区110被去除，沟槽130的底部位于掺杂区110下方，沟槽130的侧壁露出掺杂区 110。
[0069]需说明的是，绝缘层的形成方法并不局限于上述实施例，在其他实施例中，也可以利用化学气相沉积方法形成所述绝缘层。
[0070]需特别指出的是，在上述实施例及附图中，进行所述热处理之前，沟槽均有露出掺杂区，使得热处理以形成埋氧化层之后，沟槽可以露出埋氧化层。在其他实施例中，进行所述热处理之前，沟槽也可以不露出掺杂区，但应保证沟槽与掺杂区之间的衬底材料(不含氧离子)较少，这样一来，在热处理过程中，掺杂区中的氧离子会扩散至沟槽与掺杂区之间的衬底材料内，使得热处理之后，沟槽与掺杂区之间的衬底材料也能够形成埋氧化层，进而使得沟槽能够露出埋氧化层。
[0071]本发明中，各实施例采用递进式写法，重点描述与前述实施例的不同之处，各实施例中的相同部分可以参照前述实施例。
[0072]虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
【权利要求】
1.一种隔离结构的形成方法，其特征在于，包括: 提供衬底； 进行氧离子注入，以在所述衬底距离衬底表面一定深度的位置形成掺杂区； 进行所述氧离子注入之后，在所述衬底内形成沟槽； 形成所述沟槽之后，进行热处理以在所述掺杂区位置形成埋氧化层，所述沟槽露出所述埋氧化层。
2.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述氧离子注入的工艺参数包括:氧离子注入剂量为I X 1017atom/cm3至5 X 1018atom/cm3,氧离子注入能量为10Kev至2.5Mev。
3.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述热处理是在含氧气的气体氛围中进行，以在形成所述埋氧化层的同时，形成覆盖所述沟槽底部和侧壁、材料为氧化硅的绝缘层。
4.根据权利要求3所述的形成方法，其特征在于，所述含氧气的气体氛围还包括氢气。
5.根据权利要求4所述的形成方法，其特征在于，所述含氧气的气体氛围还包括惰性气体。
6.根据权利要求5所述的形成方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气和氩气的混合气体。
7.根据权利要求6所述的形成方法，其特征在于，所述热处理的工艺参数包括:温度为900°C至1300°C，时间为30min至800min，氧气的流量为Islm至20slm，氢气的流量为0.1slm至1slm,氮气的流量为0.1slm至20slm, IS气的流量为0.1slm至20slm。
8.根据权利要求3所述的形成方法，其特征在于，还包括:形成位于所述绝缘层上的填充层，所述填充层将所述沟槽填充满。
9.根据权利要求8所述的形成方法，其特征在于，所述填充层的材料为氧化硅、氮化硅或多晶硅。
10.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，还包括:形成将所述沟槽填充满的绝缘层。
11.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述掺杂区的形成方法包括: 在所述衬底上形成掩模层，所述掩模层具有露出衬底的开口 ； 以所述掩模层为掩模进行氧离子注入，以在所述开口下方的衬底内形成所述掺杂区； 形成所述掺杂区之后，去除所述掩模层。
【文档编号】H01L21/762GK104517889SQ201310462446
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】杨广立, 王刚宁, 俞谦荣, 汪铭 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司