[发明专利]浅槽隔离结构及其进行离子注入的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路中的浅槽隔离结构。

背景技术

浅槽隔离(STI)工艺用于制造半导体衬底的有源区之间的隔离区，所述隔离区为介质材料，并且通常为氧化硅(SiO₂)。现有的浅槽隔离结构如图1a所示，在衬底11上具有一个或多个浅槽隔离结构16，该浅槽隔离结构16的截面形状呈现为倒梯形，即开口处的宽度大于底部的宽度，其侧壁与底部的夹角为钝角，这种倒梯形的截面形状有利于填充沟槽。

请参阅图1b，现有的浅槽隔离结构进行离子注入的方法为：先在半导体衬底11上淀积一层硬掩膜层12，再在硬掩膜层12和衬底11上刻蚀出沟槽13，该沟槽13的开口宽度大于底部宽度。接着在沟槽13的两侧壁形成内侧墙14，再后在沟槽13底部进行离子注入形成掺杂区15。然后去除内侧墙14，再以介质材料填充沟槽13形成浅槽隔离结构16，最后去除硬掩膜层12。这种方法例如用于高压锗硅HBT(Hetero junction bipolar transistor，异质结双极型晶体管)器件的制造，沟槽底部的掺杂区15就是锗硅HBT器件的集电区埋层。

现有的浅槽隔离结构16中，由于沟槽13是倒梯形形貌，而且内侧墙14较薄，这就对形成掺杂区15的离子注入能量带来很大限制。为了避免离子注入穿透沟内侧墙14到达沟槽13的侧壁，必须采用低能量的离子注入，这就很难满足某些器件的要求(例如高压锗硅HBT器件的集电区埋层需要较高能量的离子注入)，从而对器件的性能产生影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新的浅槽隔离结构，这种浅槽隔离结构进行离子注入时可以采用高能量的离子注入，而不用担心离子注入会到达沟槽的侧壁。为此，本发明还要提供所述浅槽隔离结构进行离子注入的方法。

为解决上述技术问题，本发明浅槽隔离结构的截面形状呈现为正梯形，即开口处的宽度小于底部的宽度，其侧壁与底部的夹角为锐角；所述浅槽隔离结构包括内侧墙和填充结构两部分，所述填充结构的截面形状为矩形或倒梯形，倒梯形指开口处的宽度大于底部的宽度。

所述浅槽隔离结构进行离子注入的方法包括如下步骤：

第1步，在衬底上淀积一层硬掩膜层，并采用光刻和刻蚀工艺在所述硬掩膜层上刻蚀出浅槽隔离结构的位置；

第2步，采用刻蚀工艺在衬底上刻蚀出截面形状为正梯形的沟槽；

第3步，对沟槽底部进行离子注入，从而在沟槽的底部形成掺杂区；

第4步，在沟槽的两侧壁形成内侧墙，在制作内侧墙后沟槽的截面形状转变为矩形或倒梯形；

第5步，以介质材料填充沟槽形成填充结构，沟槽中的填充结构和内侧墙一起作为浅槽隔离结构；

第6步，去除硬掩膜层。

本发明浅槽隔离结构及其进行离子注入的方法由于采用了正梯形的沟槽截面形状，因此对沟槽底部进行离子注入时可以采用高能量的离子注入工艺，而不用担心会对沟槽的侧壁造成损害。为了避免填充正梯形的沟槽时出现空洞的问题，本发明先在沟槽中形成内侧墙，使沟槽剩余空间的截面形状为矩形或倒梯形，再进行介质材料的填充和平坦化。

附图说明

图1a是现有的浅槽隔离结构的示意图；

图1b是现有的浅槽隔离结构进行离子注入的示意图；

图2是本发明的浅槽隔离结构的示意图；

图3a～图3f为本发明浅槽隔离结构进行离子注入的方法的各步骤示意图。

图中附图标记说明：

11为衬底；12为硬掩膜层；13为沟槽；14为内侧墙；15为掺杂区；16为浅槽隔离结构；21为衬底；22为硬掩膜层；23为沟槽；24为内侧墙；25为掺杂区；26为填充结构；27为浅槽隔离结构。

具体实施方式

本发明的浅槽隔离结构如图2所示，在衬底21上具有一个或多个浅槽隔离结构27，该浅槽隔离结构27的截面形状呈现为正梯形，即开口处的宽度小于底部的宽度，其侧壁与底部的夹角为锐角，这种正梯形的截面形状有利于沟槽底部的离子注入。该浅槽隔离结构27为介质材料，优选为氧化硅。

进一步地，所述浅槽隔离结构27包括两部分，一部分是位于沟槽两侧壁的内侧墙24，另一部分是两个内侧墙24之间的填充结构26。所述填充结构26的截面形状为矩形或倒梯形。内侧墙24用于让沟槽的填充性更好。优选地，内侧墙24和填充结构26为同一种介质材料，例如均为氧化硅。

优选地，所述浅槽隔离结构27的侧壁与底部的夹角为80～90度。