[发明专利]一种高能离子注入工艺中形成高深宽比隔离的方法

说明书

本发明提出一种高能离子注入工艺中形成高深宽比隔离的方法，包括下列步骤：步骤一：准备硅基片，并在所述硅基片上方由下到上依次设置硅基片外延层、研磨停止层、掩模图形层；步骤二：对上述结构进行高深宽比硅沟槽刻蚀，沟槽底部位于硅基片并接近硅基片外延层；步骤三：在上述结构外侧选择性外延生长单层或者多层单晶硅，所述单晶硅填满整个沟槽；步骤四：化学机械研磨沟槽上方的外延生长单晶硅，停止在所述研磨停止层上，最后去除剩余研磨停止层。本发明可以克服高能离子注入工艺深度极限以及光刻的CD或者深宽比极限，可以解决CMOS图形传感器产品的光二极管像素单元往更小尺寸，更深深度推进的技术难题。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，且特别涉及一种高能离子注入工艺中形成高深宽比隔离的方法。

背景技术

图1a、图1b是现有离子注入进行隔离的工艺流程图，图1a中硅基片10上设置有基片外延层31和注入牺牲层11，所述注入牺牲层11上间隔设置有掩膜图形层21，对图1a所示结构进行离子注入处理形成图1b所示结构，硅基片10上间隔分布有基片外延层31和注入层32。但是在某些高能注入隔离的工艺中，线宽(space)已经要求到0.15um，光刻胶高度达到4um厚度，深宽比已经大于20，这个要求已经超过了传统光刻工艺的极限；在这种高深宽比的工艺要求下，一般采用tri-layer的技术，利用刻蚀对光刻胶、硬掩模层、注入阻挡层这三层之间的选择比变化，把光刻胶的图形转移到下面的注入阻挡层上。但是当注入阻挡层的厚度和关键尺寸的比例太大的时候，锥形或者保龄球的形貌就容易出现。如果注入阻挡层太厚，硬掩模层容易出现边缘过刻蚀的问题，导致注入阻挡层在图形边缘出现毛刺现象；同时高能注入机的极限也限制了某些深阱应用，例如CMOS图形传感器光二极管的深阱隔离。

发明内容

本发明提出一种高能离子注入工艺中形成高深宽比隔离的方法，可以克服高能离子注入工艺深度极限以及光刻的CD或者深宽比极限，可以解决CMOS图形传感器产品的光二极管像素单元往更小尺寸，更深深度推进的技术难题。

为了达到上述目的，本发明提出一种高能离子注入工艺中形成高深宽比隔离的方法，包括下列步骤：

步骤一：准备硅基片，并在所述硅基片上方由下到上依次设置硅基片外延层、研磨停止层、掩模图形层；

步骤二：对上述结构进行高深宽比硅沟槽刻蚀，沟槽底部位于硅基片并接近硅基片外延层；

步骤三：在上述结构外侧选择性外延生长单层或者多层单晶硅，所述单晶硅填满整个沟槽；

步骤四：化学机械研磨沟槽上方的外延生长单晶硅，停止在所述研磨停止层上，最后去除剩余研磨停止层。

进一步的，所述研磨停止层为二氧化硅或者氮化硅。

进一步的，所述掩模图形层为一次曝光的光刻胶。

进一步的，所述掩模图形层为一次曝光和刻蚀形成的图形，膜质为氧化膜或者氮化膜。

进一步的，所述沟槽刻蚀后的深宽比大于10：1。

进一步的，所述沟槽刻蚀深度比硅基片外延层厚度大1um-2um，形成所述沟槽底部位于硅基片外延层下方。

进一步的，所述单层单晶硅和硅基片外延层是不同的掺杂类型。

进一步的，所述多层单晶硅的第一层和硅基片外延层掺杂类型相同，外延结束后的沟槽关键尺寸和目标尺寸一致。

进一步的，所述步骤四中单晶硅不填满整个沟槽，在所述沟槽中留出空隙用于沉积介质膜，所述介质膜填满整个沟槽。

进一步的，所述介质膜为二氧化硅。

进一步的，所述介质膜沉积工艺为热氧化法或者原子层沉积或者旋涂法。