一種形成兩相鄰深n阱的隔離結構的方法

2023-06-15 19:09:11

專利名稱：一種形成兩相鄰深n阱的隔離結構的方法
技術領域：
本發明涉及矽半導體器件技術領域，特別涉及一種形成兩相鄰深N阱的隔離結構的方法。
背景技術：
深N阱(de印η-well, DNW)多應用於射頻電路中，深N阱的一個關鍵用處就是為器件提供獨立的襯底，由於電路頻率較高時會對襯底產生幹擾，所以必須將高頻器件隔離或者把敏感器件包在深N阱中以使得襯底耦合噪聲變小。在半導體器件製造過程中會出現兩相鄰深N阱的情況，由此通常在兩相鄰深N阱之間形成隔離結構以實現器件間的隔離。圖1顯示了現有技術中兩相鄰深N阱的隔離結構的示意圖。圖1中，兩相鄰深N 阱11和12設置在P型矽襯底10中。其中，隔離結構包括在該兩相鄰深N阱11和12之間的淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation，STI) 13以及在該淺溝槽隔離13下的隔離P阱 14。兩相鄰深N阱11和12的深度深於淺溝槽隔離13。此外，氧化層15形成於淺溝槽隔離 13和隔離P阱14之間。然而，利用現有的形成兩相鄰深N阱的隔離結構的方法，兩相鄰深N阱之間的最小間隔無法做到很小，例如0. 18 μ m工藝中最小間隔為5 μ m,這是由於更小的間隔將會導致兩相鄰深N阱之間的擊穿電壓降低，進而造成器件的可靠性問題甚至失效。圖2至圖4顯示了現有技術中形成兩相鄰深N阱的隔離結構的方法的各步驟示意圖。首先，提供一 P型矽襯底10，如圖2所示；然後，通過光刻工藝在該P型矽襯底10上形成光刻膠圖形16，以該光刻膠圖形16為掩膜通過離子注入工藝形成兩相鄰深N阱11和12，如圖3所示；接著，去除光刻膠圖形16，在該P型矽襯底10中的兩相鄰深N阱11和12之間形成淺溝槽隔離13，該過程中在填充刻蝕出的溝槽之前會在該溝槽底部形成氧化層15，如圖4所示；之後，通過離子注入工藝在該淺溝槽隔離13下形成隔離P阱等，這裡就不再詳述。從圖4中可以看出， 由於形成淺溝槽隔離13的過程中在刻蝕出溝槽之後會進行退火工藝以修復由刻蝕工藝導致的晶格損傷，該退火工藝使得之前形成的兩相鄰深N阱11和12發生了明顯的橫向擴散， 這將導致兩相鄰深N阱11和12之間的擊穿電壓大大降低，進而造成器件的可靠性問題甚至失效。為了提高兩相鄰深N阱之間的擊穿電壓，人們也做了很多的嘗試，例如調節深N阱和隔離P阱的注入離子的劑量及能量、調節P型矽襯底中的離子濃度等，然而在兩相鄰深N 阱之間的間隔小於3. 6 μ m時效果甚微。

發明內容
本發明的目的在於提供一種形成兩相鄰深N阱的隔離結構的方法，以有效提高兩相鄰深N阱之間的擊穿電壓，並實現兩相鄰深N阱之間的更小間隔。本發明提供一種形成兩相鄰深N阱的隔離結構的方法，所述隔離結構包括在所述兩相鄰深N阱之間的淺溝槽隔離，所述兩相鄰深N阱的深度深於所述淺溝槽隔離，其中，該方法包括以下步驟步驟1，提供P型矽襯底；步驟2，在所述P型矽襯底中形成所述淺溝槽隔離；步驟3，在所述淺溝槽隔離的兩側形成所述兩相鄰深N阱。在上述的形成兩相鄰深N阱的隔離結構的方法中，所述隔離結構還包括在所述淺溝槽隔離下的隔離P阱，形成所述隔離P阱的步驟在步驟3之後。在上述的形成兩相鄰深N阱的隔離結構的方法中，所述隔離結構還包括在所述淺溝槽隔離下的隔離P阱，形成所述隔離P阱的步驟在步驟2和步驟3之間。在上述的形成兩相鄰深N阱的隔離結構的方法中，所述兩相鄰深N阱的間隔範圍為 2. 7 3. 6 μ m。在上述的形成兩相鄰深N阱的隔離結構的方法中，所述兩相鄰深N阱的深度範圍為 0. 1 2. 5 μ m。在上述的形成兩相鄰深N阱的隔離結構的方法中，所述兩相鄰深N阱通過磷離子注入工藝形成，其注入劑量範圍為1.0X IO13 3. OX IO13CnT2，注入能量範圍為100 2000 千電子伏。與現有技術相比，本發明提供的一種形成兩相鄰深N阱的隔離結構的方法，通過在形成淺溝槽隔離的步驟之後形成兩相鄰深N阱，使得該兩相鄰深N阱避免了由形成淺溝槽隔離的步驟中的退火工藝導致的橫向擴散，從而有效提高兩相鄰深N阱之間的擊穿電壓，進而實現兩相鄰深N阱之間的更小間隔。


圖1為現有技術中兩相鄰深N阱的隔離結構的示意圖；圖2至圖4為現有技術中形成兩相鄰深N阱的隔離結構的方法的各步驟示意圖；圖5為本發明的形成兩相鄰深N阱的隔離結構的方法的流程圖；圖6至圖8為本發明的形成兩相鄰深N阱的隔離結構的方法的各步驟示意圖；圖9為分別根據現有方法和本發明的方法形成兩相鄰深N阱的隔離結構後得到的擊穿電壓的對比圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、特徵更明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步的說明。本發明的核心思想在於，通過在形成淺溝槽隔離的步驟之後形成兩相鄰深N阱， 使得該兩相鄰深N阱避免了由形成淺溝槽隔離的步驟中的退火工藝導致的橫向擴散，從而有效提高兩相鄰深N阱之間的擊穿電壓。請綜合參閱圖5至圖8，圖5為本發明的形成兩相鄰深N阱的隔離結構的方法的流程圖，而圖6至圖8為該方法的各步驟示意圖。這裡，隔離結構包括在兩相鄰深N阱之間的淺溝槽隔離。其中，該方法包括以下步驟Si，提供P型矽襯底20，如圖6所示。S2，在P型矽襯底20中形成淺溝槽隔離23，如圖7所示。具體地，形成淺溝槽隔離 23的過程包括首先，通過光刻和刻蝕工藝在P型矽襯底20中刻蝕出溝槽；然後，通過氧化工藝在該溝槽中形成氧化層25 ；接著，對該溝槽進行填充；最後進行化學機械拋光(CMP)工藝以實現平坦化。這裡需要注意的是，在刻蝕出溝槽之後會進行退火工藝以修復由刻蝕工藝導致的晶格損傷。S3，在該淺溝槽隔離23的兩側形成兩相鄰深N阱21和22，如圖8所示。兩相鄰深N阱21和22的深度深於淺溝槽隔離23。具體地，通過光刻工藝在P型矽襯底20中的淺溝槽隔離23上形成光刻膠圖形26，以該光刻膠圖形沈為掩膜通過離子注入工藝形成兩相鄰深N阱21和22，之後去除光刻膠圖形26。其中，該兩相鄰深N阱21和22的間隔範圍為2. 7 3. 6 μ m，深度範圍為0. 1 2. 5 μ m。例如，通過磷離子注入工藝形成該兩相鄰深 N阱21和22，注入劑量範圍為1. OX IO13 3. 0X 1013cm_2，注入能量範圍為100 2000千電子伏。由此，通過在形成淺溝槽隔離的步驟之後形成兩相鄰深N講，使得該兩相鄰深N阱避免了由形成淺溝槽隔離的步驟中的退火工藝導致的橫向擴散，從而有效提高兩相鄰深N 阱之間的擊穿電壓。此外，本方法中隔離結構還可以包括在淺溝槽隔離23下的隔離P阱。在淺溝槽隔離23下形成隔離P阱的步驟既可以在步驟S3之後，也可以在步驟S2和步驟S3之間。形成隔離P阱的步驟為現有技術中形成P阱的常用步驟，在此就不再詳述。下面請參閱圖9，圖9為分別根據現有方法和本發明的方法形成兩相鄰深N阱的隔離結構後得到的擊穿電壓的對比圖。這裡，兩相鄰深N阱的間隔為2.7μπι。圖9中，縱坐標為擊穿電壓值(單位為V)，橫坐標中「#1」、「#2」以及「#4」代表現有方法的3組實驗，而 #6」、「#8」、「#9」、「#11」以及「#12」代表本發明的方法的5組實驗。從圖9可以看出，現有方法得到的擊穿電壓值很小(基本小於IV)，而本發明的方法得到的擊穿電壓值基本大於 13V，這表明本發明的方法有效地提高了兩相鄰深N阱之間的擊穿電壓，進而也就能夠實現兩相鄰深N阱之間的更小間隔。綜上所述，本發明提供的一種形成兩相鄰深N阱的隔離結構的方法，通過在形成淺溝槽隔離的步驟之後形成兩相鄰深N阱，使得該兩相鄰深N阱避免了由形成淺溝槽隔離的步驟中的退火工藝導致的橫向擴散，從而有效提高兩相鄰深N阱之間的擊穿電壓，進而實現兩相鄰深N阱之間的更小間隔。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種形成兩相鄰深N阱的隔離結構的方法，所述隔離結構包括在所述兩相鄰深N阱之間的淺溝槽隔離，所述兩相鄰深N阱的深度深於所述淺溝槽隔離，其特徵在於，該方法包括以下步驟步驟1，提供P型矽襯底；步驟2，在所述P型矽襯底中形成所述淺溝槽隔離；步驟3，在所述淺溝槽隔離的兩側形成所述兩相鄰深N阱。
2.如權利要求1所述的形成兩相鄰深N阱的隔離結構的方法，其特徵在於，所述隔離結構還包括在所述淺溝槽隔離下的隔離P阱，形成所述隔離P阱的步驟在步驟3之後。
3.如權利要求1所述的形成兩相鄰深N阱的隔離結構的方法，其特徵在於，所述隔離結構還包括在所述淺溝槽隔離下的隔離P阱，形成所述隔離P阱的步驟在步驟2和步驟3之間。
4.如權利要求1 3中任一項所述的形成兩相鄰深N阱的隔離結構的方法，其特徵在於，所述兩相鄰深N阱的間隔範圍為2. 7 3. 6 μ m。
5.如權利要求1 3中任一項所述的形成兩相鄰深N阱的隔離結構的方法，其特徵在於，所述兩相鄰深N阱的深度範圍為0. 1 2.5 μ m。
6.如權利要求5所述的形成兩相鄰深N阱的隔離結構的方法，其特徵在於，所述兩相鄰深N阱通過磷離子注入工藝形成，其注入劑量範圍為1. OX IO13 3. OX 1013cm_2，注入能量範圍為100 2000千電子伏。
全文摘要
本發明公開了一種形成兩相鄰深N阱的隔離結構的方法，通過在形成淺溝槽隔離的步驟之後形成兩相鄰深N阱，使得該兩相鄰深N阱避免了由形成淺溝槽隔離的步驟中的退火工藝導致的橫向擴散，從而有效提高兩相鄰深N阱之間的擊穿電壓，進而實現兩相鄰深N阱之間的更小間隔。
文檔編號H01L21/02GK102194733SQ201010128888
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月19日 優先權日2010年3月19日
發明者徐俊 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司