[发明专利]半导体结构及其形成方法

说明书

一般地说，本发明涉及半导体隔离技术。准确地说，本发明涉及这样的浅沟槽隔离(STI)，其中绝缘材料隆起在半导体表面之上。更准确地说，本发明涉及能减少漏电的DRAM单元的晶体管的隔离结构。

当代CMOS技术使用由沟槽邻接或耦合的场效应晶体管。所述沟槽被用作浅沟槽隔离(STI)或形成沟槽电容存储单元。

在半导体器件接近任一类型的沟槽的边缘或角处，一直以来都产生寄生漏电通道。在下述论文描述的漏电机理中，寄生漏电通道由于在沟槽角附近栅极电场增强而造成，此文是T.Furukawa和J.A.Mandelman在1988年l0月9-14日的Proceedings of theElectrochemical Society Meeting(电化学学会会议)上发表的“Processand Device Simulation of Trench Isolation Corner Parasitic Device沟槽隔离角寄生器件的工艺与器件模拟”。电场由于角的曲率半径小和接近栅极导体而增强。使角变尖和使接近角处的栅极介质变薄的处理方法会使问题恶化。此外，关于角电场增强的最坏情况是，栅极导体包围着沟槽角。在形成氧化物之后对氧化物刻蚀期间，隔离沟槽中的氧化物填充物凹进到硅表面以下时会发生这种情况。

由于电场增强，角有比器件平面部分的低的阈值电压(Vt)。这样，就形成了电流导电的平行通道。可是，对于当代技术使用的器件宽度而言，器件的上平面部分流过大部分导通电流。沟槽角导电是一种寄生导电，它通常只对亚阈值(sub-threshold)漏电有相当的贡献。这种沿着角的寄生漏电电流最容易在窄MOSFET的亚阈值电流曲线的隆起部分看到。

正如从Andres Bryant，W.Haensch，S.Geissler，Jack Mandelman，D.Poindexter和M.Steger在1993年8月在IEEE Electron DeviceLetters，Vol.14，No.8发表的“The Current-Carrying Corner Inherent toTrench Isolation，沟槽隔离固有的载流角”所描述的那样，角器件在例如要求窄沟道宽度以达到高密度的DRAM的应用中甚至能支配导通电流。这种平行载流角器件对于低备用功率逻辑应用的备用电流和对于DRAM单元的漏电来说变成主要的MOSFET消耗源。此外，存在着这样的利害关系：由于在角处电力线聚集产生的增强的电场强度会冲击介质的完整性。

D.Foty，J.Mandelman，和T.Furukawa在1989年10月在Proceedingof the Electrochemical Society Meeting(电化学学会会议)上发表的论文“Behavior of an NMOS Trench-Isolated Corner Parasitic Device at LowTemperature低温下NMOS沟槽隔离角寄生器件的特性”提出，角寄生器件随温度降低的改善没有平面亚阈值斜率那么多。这样，角寄生器件在低温下可能比平面器件有更多问题。

这种角漏电问题通常用提高阈值调整(tailor)离子注入剂量来控制，不过这会使器件特性变坏。这样，需要有另外控制角的方案。

T.Ishijima等在1990年的Proceedings of the IEDM(IEDM会报)的p257上发表的论文“A Deep-Submicron Isolation Technology withT-shaped Oxide(TSO)Structure带T形氧化物(TSO)结构的深亚微米隔离工艺”中提出沟槽侧壁倒置(inversion)的问题。该文提出使用一对校准光学掩模来在邻近隔离沟槽拐角处形成T形氧化物和沿着沟槽的侧壁使用沟道截断(stop)硼离子注入。这种结构使器件离开沟槽侧壁，并提供硼来提高沿着侧壁的Vt。可是，当在这双掩模和离子注入方案中有光学掩模对准公差时，就增大了隔离，从而使得这方案不够理想。虽然M.M.Armacost等的共同转让的待批的专利申请“A Corner ProtectedShallow Trench Isolation Device，角受保护的浅沟槽隔离器件”提供一种方案来保护角而又不增大隔离，但仍然有角变尖和氧化物变薄的根本问题。这样，需要有控制角寄生的改进方法，而下述的发明就提供这种改进方法。

因此，本发明的一个目的是避免角落漏电而又不会使器件特性变坏。