CN105575875A

CN105575875A - 相邻阱间隔离结构的制作方法及半导体器件

Info

Publication number: CN105575875A
Application number: CN201410542152.4A
Authority: CN
Inventors: 陈轶群; 王刚宁; 孙泓; 袁秉荣; 陈宗高; 蒲贤勇
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2014-10-14
Filing date: 2014-10-14
Publication date: 2016-05-11

Abstract

本申请公开了一种相邻阱间隔离结构的制作方法及半导体器件。其中，该制作方法包括以下步骤：在衬底中形成预备阱结构；刻蚀预备阱结构以形成贯穿预备阱结构的沟槽，并将位于沟槽两侧的预备阱结构分别作为阱；在沟槽中形成隔离结构。该制作方法通过在衬底中形成预备阱结构，然后刻蚀预备阱结构以形成贯穿预备阱结构的沟槽，并将位于沟槽两侧的预备阱结构分别作为阱，最后在沟槽中形成了隔离结构，从而将相邻阱隔离开。同时，该隔离结构的宽度明显小于现有技术中相邻阱之间的隔离距离，从而降低了相邻阱之间的隔离距离，进而提高了器件的集成度，并减少了器件的制作成本。

Description

相邻阱间隔离结构的制作方法及半导体器件

技术领域

本申请涉及半导体集成电路的技术领域，具体而言，涉及一种相邻阱间隔离结构的制作方法及半导体器件。

背景技术

在半导体器件的制作过程中，通常需要对衬底进行离子注入以在衬底中形成多个阱(well)，然后在阱中形成所需器件(例如晶体管)。特别是含有高压器件(HVdevice)的半导体器件，常常需要在衬底中形成多个深阱，再在深阱形成器件。

在上述制作过程中，需要在相邻阱之间形成隔离结构以实现相邻阱之间的隔离。目前，通常需要在相邻阱之间设置数微米的隔离距离，以实现相邻阱之间的隔离。这将导致器件的集成度发生降低，并增加了器件的制作成本。随着阱的工作电压的逐渐增加，相邻阱之间所需的隔离距离逐渐增大，使得器件的集成度更小、制作成本更高。

为了解决上述问题，本领域的技术人员还尝试在相邻阱之间形成导电类型相反的阱，例如在相邻DNW(深N阱)之间形成P阱，以期降低相邻阱之间的隔离距离。然而，该方法的效果十分有限。因此，如何在保持相邻阱之间的隔离性能，同时降低相邻阱之间的隔离距离，成为本领域中亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请旨在提供一种相邻阱间隔离结构的制作方法及半导体器件，以降低相邻阱之间的隔离距离。

为了实现上述目的，本申请提供了一种相邻阱间隔离结构的制作方法，该制作方法包括以下步骤：在衬底中形成预备阱结构；刻蚀预备阱结构以形成贯穿预备阱结构的沟槽，并将位于沟槽两侧的预备阱结构分别作为阱；在沟槽中形成隔离结构。

进一步地，形成隔离结构的步骤包括：在沟槽的侧壁上形成侧壁介质层；形成位于沟槽中、侧壁介质层之上的填充材料层，侧壁介质层和填充材料层构成隔离结构。

进一步地，在形成填充材料层的步骤之前，对沟槽进行离子注入以在沟槽底部的衬底中形成离子注入区，且注入离子的导电类型与阱的导电类型相反。

进一步地，阱为N阱，离子注入区中的注入离子为硼离子。

进一步地，在离子注入的步骤中，形成深度为10nm～3μm的离子注入区。

进一步地，形成预备阱结构的步骤包括：在衬底的表面上形成氧化物层；进行离子注入以在衬底中形成预备阱结构。

进一步地，形成沟槽的步骤包括：在氧化物层上形成掩膜层；依次刻蚀掩膜层、氧化物层、预备阱结构和衬底，以形成沟槽。

进一步地，形成填充材料层的步骤包括：形成覆盖沟槽、侧壁介质层和掩膜层的填充材料预备层；在形成填充材料层的步骤之后，去除位于掩膜层上的填充材料预备层，并将剩余填充材料预备层作为填充材料层；去除剩余掩膜层。

进一步地，填充材料层为介质材料层或多晶硅层。

本申请还提供了一种半导体器件，包括至少两个阱，以及位于相邻阱之间的隔离结构，其特征在于，隔离结构由本申请上述的制作方法制作而成。

应用本申请的技术方案，本申请通过在衬底中形成预备阱结构，然后刻蚀预备阱结构以形成贯穿预备阱结构的沟槽，并将位于沟槽两侧的预备阱结构分别作为阱，最后在沟槽中形成了隔离结构，从而将相邻阱之间隔离开。同时，该隔离结构的宽度明显小于现有技术中相邻阱之间的隔离距离，从而降低了相邻阱之间的隔离距离，进而提高了器件的集成度，并减少了器件的制作成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了本申请实施方式所提供的相邻阱间隔离结构的制作方法的流程示意图；

图2示出了在本申请实施方式所提供的相邻阱间隔离结构的制作方法中，衬底的表面上形成氧化物层，并进行离子注入以在衬底中形成预备阱结构后的基体的剖面结构示意图；

图3示出了在图2所示的氧化物层上形成掩膜层后的基体的剖面结构示意图；

图4示出了依次刻蚀图3所示的掩膜层、氧化物层、预备阱结构和衬底，以形成贯穿预备阱结构的沟槽，并将位于沟槽两侧的预备阱结构分别作为阱后的基体的剖面结构示意图；

图5示出了在图4所示的沟槽的侧壁上形成侧壁介质层后的基体的剖面结构示意图；

图6示出了对图5所示的沟槽进行离子注入以在沟槽底部的衬底中形成离子注入区后的基体的剖面结构示意图；

图7示出了形成覆盖沟槽、侧壁介质层和掩膜层的填充材料预备层后的基体的剖面结构示意图；以及

图8示出了去除位于掩膜层上的填充材料预备层，并将剩余填充材料预备层作为填充材料层，以及去除剩余掩膜层后的基体的剖面结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

正如背景技术中所介绍的，现有相邻阱之间的隔离距离较大，导致器件的集成度发生降低，并增加了器件的制作成本。本申请的发明人针对上述问题进行研究，提出了一种相邻阱间隔离结构的制作方法。如图1所示，该制作方法包括以下步骤：在衬底中形成预备阱结构；刻蚀预备阱结构以形成贯穿预备阱结构的沟槽，并将位于沟槽两侧的预备阱结构分别作为阱；在沟槽中形成隔离结构。

上述制作方法通过在衬底中形成预备阱结构，然后刻蚀预备阱结构以形成贯穿预备阱结构的沟槽，并将位于沟槽两侧的预备阱结构分别作为阱，最后在沟槽中形成了隔离结构，从而将相邻阱隔离开。同时，该隔离结构的宽度明显小于现有技术中相邻阱之间的隔离距离，从而降低了相邻阱之间的隔离距离，进而提高了器件的集成度，并减少了器件的制作成本。

下面将更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

图2至图8示出了本申请提供的相邻阱间隔离结构的制作方法中，经过各个步骤后得到的基体的剖面结构示意图。下面将结合图2至图8，进一步说明本申请所提供的相邻阱间隔离结构的制作方法。

首先，在衬底10中形成预备阱结构30′。在一种优选的实施方式中，形成预备阱结构30′的步骤包括：在衬底10的表面上形成氧化物层20，并进行离子注入以在衬底10中形成预备阱结构30′，进而形成如图2所示的基体结构。

上述氧化物层20用于避免衬底10在离子注入的过程中受到损伤，氧化物层20可以为SiO₂等。形成氧化物层20的工艺可以为化学气相沉积或溅射等，其具体工艺参数可以参照现有技术，在此不再赘述。上述衬底10的材料可以为单晶硅或绝缘体上硅等，作为示例，本实施方式中衬底10的材料为单晶硅。

上述离子注入的工艺参数(例如注入离子的种类、注入离子的剂量及能量等)可以根据欲形成预备阱结构30′的导电类型及深度等进行设定。举例而言，当预备阱结构30′为N阱时，注入离子为P型离子，例如磷离子等。当预备阱结构30′的注入深度为0.1～1μm时，注入离子的剂量为1.0E13～3.0E13atoms/cm²，注入离子的能量为10kev～1Mev。

完成在衬底10中形成预备阱结构30′的步骤之后，刻蚀预备阱结构30′以形成贯穿预备阱结构30′的沟槽50，并将位于沟槽50两侧的预备阱结构30′分别作为阱30。具体地，形成沟槽50的步骤包括：首先，在氧化物层20上形成掩膜层40，进而形成如图3所示的基体结构；然后，依次刻蚀掩膜层40、氧化物层20、预备阱结构30′和衬底10，以形成沟槽50，进而形成如图4所示的基体结构。

在该步骤中，所形成沟槽50的宽度(一般小于1μm)明显小于现有技术中相邻阱30之间的隔离距离(通常大于或等于6μm)，从而降低了相邻阱30之间的隔离距离，进而提高了器件的集成度，并减少了器件的制作成本。同时，本领域的技术人员还可以根据控制所形成沟槽50的宽度，以实现调节相邻阱30之间的隔离距离。

上述掩膜层40可以为本领域常见的掩膜材料，例如氮化硅等，形成掩膜层40的工艺可以为化学气相沉积或溅射等。刻蚀掩膜层40、氧化物层20、预备阱结构30′和衬底10的步骤包括：在掩膜层40上形成光刻胶层；光刻光刻胶层，以在光刻胶层中形成开口，且开口的位置与欲形成沟槽50的位置相对应；沿该开口刻蚀掩膜层40、氧化物层20、预备阱结构30′和衬底10，以在衬底10中形成沟槽50。

形成光刻胶及光刻光刻胶的工艺可以参照现有技术进行进行。刻蚀掩膜层40、氧化物层20、预备阱结构30′和衬底10的工艺可以为干法刻蚀，更优选为等离子体刻蚀。刻蚀的工艺参数可以根据欲形成沟槽50的高度进行，其具体工艺参数可以参照现有技术，在此不再赘述。

完成蚀预备阱结构30′以形成贯穿预备阱结构30′的沟槽50，并将位于沟槽50两侧的预备阱结构30′分别作为阱30的步骤之后，在沟槽50中形成隔离结构。在一种优选的实施方式中，该步骤包括：首先，在沟槽50的侧壁上形成侧壁介质层61，进而形成如图5所示的基体结构；然后，对沟槽50进行离子注入以在沟槽50底部的衬底10中形成离子注入区70，且注入离子的导电类型与阱30的导电类型相反，形成如图6所示的基体结构；接下来，形成覆盖沟槽50、侧壁介质层61和掩膜层40的填充材料预备层63′，进而形成如图7所示的基体结构；最后，去除位于掩膜层40上的填充材料预备层63′，并将剩余填充材料预备层63′作为填充材料层63，且侧壁介质层61和填充材料层63构成隔离结构60，以及进一步去除剩余掩膜层40，进行形成如图8所示的基体结构。

上述优选实施方式中，侧壁介质层61可以为本领域常见的介质材料，例如SiO₂等，形成侧壁介质层61的工艺可以为热氧化或化学气相沉积等。填充材料预备层63′可以为介质材料层或多晶硅层，形成填充材料预备层63′的工艺可以为化学气相沉积或溅射等。去除位于掩膜层40上的填充材料预备层63′的工艺可以为化学机械抛光或刻蚀等。上述工艺为本领域现有技术，在此不再赘述。

上述离子注入的目的是进一步提高相邻阱30之间的隔离效果，进而提高器件的性能。注入离子的种类与阱30的导电类型有关。优选地，当阱30为N阱时，离子注入区中的注入离子可以为硼离子。当阱30为P阱时，注入离子可以为磷离子或砷离子。当然，注入离子的类型并不仅限于上述优选方式，且在该优选实施方式中也可以省略离子注入的步骤。

同时，本领域的技术人员可以根据本申请的教导，设定所形成离子注入区70的高度。优选地，在离子注入的步骤中形成深度为10nm～3μm的离子注入区70。

上述离子注入中注入离子的种类、注入离子的剂量及能量等参数可以根据欲形成离子注入区70的高度进行设定。可选地，上述离子注入的步骤中，注入离子的剂量为5E+11～5E+12atoms/cm²，注入离子的能量为10kev～1Mev。

由于前面步骤所形成沟槽50的宽度(一般小于1μm)明显小于现有技术中相邻阱30之间的隔离距离(通产大于或等于6μm)，因此该步骤中所形成隔离结构的宽度也明显小于现有技术中相邻阱30之间的隔离距离，从而降低了相邻阱30之间的隔离距离，进而提高了器件的集成度，并减少了器件的制作成本。当然，形成隔离结构的方法并不仅限于上述优选实施方式。例如，在该步骤中也可以直接在沟槽50中填充隔离材料(例如介质材料)以形成隔离结构。

同时，本申请还提供了一种半导体器件，包括至少两个阱，以及位于相邻阱之间的隔离结构，该隔离结构由本申请上述的制作方法制作而成。该半导体器件中相邻阱之间的隔离距离得以降低，进而提高了半导体器件的集成度，并减少了半导体器件的制作成本。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

(1)本申请通过在衬底中形成预备阱结构，然后刻蚀预备阱结构以形成贯穿预备阱结构的沟槽，并将位于沟槽两侧的预备阱结构分别作为阱，最后在沟槽中形成了隔离结构，从而将相邻阱之间隔离开。

(2)同时，该隔离结构的宽度明显小于现有技术中相邻阱之间的隔离距离，从而降低了相邻阱之间的隔离距离，进而提高了器件的集成度，并减少了器件的制作成本。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种相邻阱间隔离结构的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步骤：

在衬底中形成预备阱结构；

刻蚀所述预备阱结构以形成贯穿所述预备阱结构的沟槽，并将位于所述沟槽两侧的所述预备阱结构分别作为所述阱；

在所述沟槽中形成所述隔离结构。

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，形成所述隔离结构的步骤包括：

在所述沟槽的侧壁上形成侧壁介质层；

形成位于所述沟槽中、所述侧壁介质层之上的填充材料层，所述侧壁介质层和所述填充材料层构成所述隔离结构。

3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，在形成所述填充材料层的步骤之前，对所述沟槽进行离子注入以在所述沟槽底部的所述衬底中形成离子注入区，且注入离子的导电类型与所述阱的导电类型相反。

4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述阱为N阱，所述离子注入区中的注入离子为硼离子。

5.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，在所述离子注入的步骤中，形成深度为10nm～3μm的所述离子注入区。

6.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，形成所述预备阱结构的步骤包括：

在所述衬底的表面上形成氧化物层；

进行离子注入以在所述衬底中形成所述预备阱结构。

7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，形成所述沟槽的步骤包括：

在所述氧化物层上形成掩膜层；

依次刻蚀所述掩膜层、所述氧化物层、所述预备阱结构和所述衬底，以形成所述沟槽。

8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，形成所述填充材料层的步骤包括：

形成覆盖所述沟槽、所述侧壁介质层和所述掩膜层的填充材料预备层；

在形成所述填充材料层的步骤之后，去除位于所述掩膜层上的所述填充材料预备层，并将剩余所述填充材料预备层作为所述填充材料层；

去除剩余所述掩膜层。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的制作方法，其特征在于，所述填充材料层为介质材料层或多晶硅层。

10.一种半导体器件，包括至少两个阱，以及位于相邻所述阱之间的隔离结构，其特征在于，所述隔离结构由权利要求1至9中任一项所述的制作方法制作而成。