包括具有底部氮化物襯墊和上氧化物襯墊的淺溝槽隔離(sti)區域的電子器件和相關方法
2023-04-29 22:06:46
包括具有底部氮化物襯墊和上氧化物襯墊的淺溝槽隔離(sti)區域的電子器件和相關方法
【專利摘要】一種電子器件可以包括襯底、覆蓋襯底的掩埋氧化物(BOX)層、覆蓋BOX層的至少一個半導體器件和在襯底中並且與至少一個半導體器件相鄰的至少一個STI區域。至少一個STI區域與襯底限定側壁表面並且可以包括對側壁表面的底部分加襯的氮化物層、對側壁表面的在底部分以上的上部分加襯的氧化物層和在氮化物與氧化物層之間的絕緣材料。
【專利說明】包括具有底部氮化物襯墊和上氧化物襯墊的淺溝槽隔離(STI)區域的電子器件和相關方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子器件領域，並且更具體地涉及半導體器件和相關方法。
【背景技術】
[0002]超薄本體和掩埋氧化物(BOX)器件(UTBB)是有吸引力的器件結構，因為它們可以允許提高的半導體器件縮放。UTBB通常包括作為溝道區域的超薄Si本體，該Si本體被全耗盡並且有益於短溝道效應(SCE)控制。另外就更薄BOX(約25nm或者更薄)而言，與具有更厚BOX(多於50nm)的ETSOI (極薄絕緣體上矽)器件相比，UTBB提供更佳縮放能力和用於通過施加合理反向偏置來調節閾值電壓(Vt)的能力。
[0003]淺溝槽隔離(STI)區域通常在UTBB器件中用來相互電隔離半導體器件(例如場效應電晶體(FET))。然而就超薄層而言，典型處理操作可能在STI區域的界面引起斷片(divot)，這些斷片可能造成從器件源極/漏極區域到Si襯底的短接。
[0004]各種方式已經一般用於增強STI隔離結構。在Anderson等人的第2012 / 0119296號公開美國專利中闡述一個這樣的示例，該專利涉及溝槽生成的電晶體結構，其中電晶體的源極和漏極由絕緣體上矽(SOI)晶片的操縱襯底的半導體材料中的摻雜區域限定。柵極電極可以由SOI晶片的半導體層限定，該半導體層被絕緣層從操縱襯底分離。
[0005]儘管存在這樣的配置，特別是在比如在UTBB器件中使用相對小的尺度時對於STI區域可能仍然希望進一步增強。
【發明內容】
[0006]鑑於前文，本發明的目的在於提供一種具有在淺溝槽隔離(STI)區域與對應半導體器件之間的增強的界面特性的電子器件。
[0007]這一目的和其它目的、特徵及優點由一種電子器件提供，該電子器件可以包括:襯底、覆蓋襯底的掩埋氧化物(BOX)層、覆蓋BOX層的至少一個半導體器件和在襯底中並且與至少一個半導體器件相鄰的至少一個STI區域。至少一個STI區域與襯底限定側壁表面，並且可以包括對側壁表面的底部分加襯的氮化物層、對側壁表面的在底部分以上的上部分加襯的氧化物層和在氮化物與氧化物層之間的絕緣材料。因而，STI區域可以有利地減少在STI區域與對應半導體器件之間的界面處的電短接。
[0008]更具體而言，例如氮化物層可以包括氮化矽(SiN)層，並且氧化物層可以包括氧化鉿(HfO2)層。例如氧化物層可以在BOX層以上延伸，並且氮化物層可以在BOX層以下終止。另外，至少一個STI區域的上表面可以豎直地在BOX層以上。此外，絕緣材料可以不同於氮化物和氧化物層。舉例而言，絕緣材料可以包括二氧化矽(SiO2)。
[0009]至少一個半導體器件可以例如包括至少一個場效應電晶體電晶體(FET)。更具體而言，至少一個FET可以包括凸起的源極和漏極區域以及在它們之間的溝道區域。此外，至少一個STI區域可以在至少一個半導體器件的相對側上包括多個STI區域。[0010]一種用於製作電子器件的方法包括:在襯底中形成至少一個STI區域，該襯底具有覆蓋襯底的BOX層。這可以通過至少以下操作來完成:在襯底中形成溝槽從而與襯底形成側壁表面，用氮化物層對側壁表面的底部分加襯，用氧化物層對側壁表面的在底部分以上的頂部分加襯，並且在氮化物和氧化物層內沉積絕緣材料。該方法還可以包括形成與至少一個STI區域相鄰的覆蓋BOX層的至少一個半導體器件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是包括增強的STI區域的根據本發明的電子器件的示意截面圖。
[0012]圖2是圖示用於製作圖1的電子器件的方法的流程圖。
[0013]圖3-圖8是更具體地圖示用於製作圖1的電子器件的方法步驟的系列示意截面圖。
[0014]圖9是與圖3-圖8中所示方法步驟對應的流程圖。
【具體實施方式】
[0015]現在下文將參照附圖更完全地描述本發明，在附圖中示出本發明的優選實施例。然而本發明可以用許多不同形式來體現而不應解釋為限於這裡闡述的實施例。實際上，提供這些實施例使得本公開內容將透徹而完整並且將向本領域技術人員完全傳達本發明的範圍。相似標號全篇指代相似單元。
[0016]首先參照圖1，先描述電子器件30。在所示示例中，電子器件30是UTBB結構，該UTBB結構示例地包括襯底31、覆蓋襯底的掩埋氧化物層32和覆蓋BOX層的一個或者多個半導體器件33。在所示示例中，襯底31是矽襯底，但是也可以在不同實施例中使用其它適當襯底(例如鍺等)。另外，本例中的半導體器件33是包括凸起的源極和漏極區域34、35以及柵極36的場效應電晶體(FET)。在典型實現方式中，如以下將進一步討論的那樣，被STI區域37相互分離的多個半導體器件33 (例如FET)可以形成於UTBB晶片上。凸起的源極和漏極區域34、35可以是各種類型，諸如本徵矽、原位硼摻雜SiGe、原位磷摻雜Si / SiC
坐寸ο
[0017]柵極36示例地包括覆蓋溝道層41的柵極絕緣層40和覆蓋柵極絕緣層的柵極電極42。柵極接觸43覆蓋柵極電極層42。電介質側壁間隔物44如圖所示與柵極接觸層43相鄰。相應源極和漏極矽化物區域70、71以及接觸46、47在凸起源極和漏極區域34、35上。
[0018]作為背景，由於相對薄的BOX層32，UTBB器件原本可能易受在CMOS器件製造中使用的HF清理所影響。更具體而言，STI區域37由絕緣體38(諸如二氧化矽(SiO2))填充，該絕緣體可能在HF清理等期間凹陷，從而在STI區域和源極/漏極區域34、35的界面產生斷片。這可能引起從源極/漏極區域34、35到襯底31的短接。例如，在沉積用於源極和漏極接觸46、47的娃化物區域70、71時,娃化物凝聚可能出現於斷片內，這可能引起短接。另一潛在短接原因是由於形成凸起源極和漏極區域34、35而在斷片中過量生長外延矽。又一潛在短接原因可能是向斷片中結轉(carry over)的用於接觸46、47的源極/漏極接觸材料的過量蝕刻/沉積。
[0019]已經嘗試的用於減少這一類短接的一種技術是形成魯棒STI襯墊。結晶的氧化鉿(HfO2)STI襯墊是已經使用的一種材料。這一材料具有對許多溼法蝕刻劑的強抗性，並且也強到足以在退火時在接觸蝕刻工藝期間阻止幹法反應離子蝕刻(RIE)材料。然而常規方式是沉積HfO2襯墊、然後簡單地用絕緣體(諸如SiO2)填充STI區域37。另外，這一工藝可能不穩定，並且它也可能對後續化學機械拋光/平坦化(CMP)步驟太敏感。
[0020]還參照圖2，先描述用於製作UTBB電子器件30的示例方式。參照流程圖100，在塊101處開始，該方法主要包括在塊102處通過在襯底32中形成溝槽62 (見圖4)來形成STI區域37，從而與襯底和BOX層32限定側壁表面，並且在塊103處用氮化物層51 (例如SiN)對側壁表面的底部分50加襯。該方法還示例地包括在塊104處用氧化物層53(例如HfO2)對側壁表面的在底部分50以上的頂部分52加襯，並且在塊105處在氮化物和氧化物層內沉積絕緣材料38。該方法還包括在塊106處形成與STI區域37相鄰的覆蓋BOX層32的半導體器件33，這結束圖2中所示方法(塊107)。
[0021]現在將參照圖3-圖8和圖9的流程圖110進一步具體描述用於電子器件30的製作工藝。在塊111處開始，可以在一些實施例中提供襯底31、BOX層32和超薄矽層41 (以後被圖案化以提供溝道)作為UTBB晶片。可以在塊112處形成覆蓋矽層41的焊盤氧化物層60並且在SiN膜上沉積SiN膜61 (圖3)。舉例而言，SiN膜61可以具有約為50至80nm的範圍中的厚度，焊盤氧化物層60可以具有約為5nm的厚度，並且矽層41可以具有約為IOnm或者更少的厚度，但是可以在不同實施例中使用其它尺度。
[0022]然後可以在塊113處執行光刻以限定和保護有源(RX)區域，從而可以蝕刻用於STI區域37的溝槽62。然後可以在塊114處在溝槽62內並且在SiN膜61之上沉積保形SiN襯墊51 (圖4)。然後例如使用高縱橫比工藝(HARP) SiO2沉積用絕緣體38填充加襯的溝槽62 (塊115)，但是可以在不同實施例中使用其它適當絕緣體。在塊116處執行退火步驟，該退火步驟可以是用於HARP SiO2的相對高溫退火(例如1050-1150°C )。然後可以在塊117處執行CMP步驟以向下平坦化至SiN膜61的水平面(圖5)。然後可以在塊118處將HF酸用於去光滑(deglazing)，這將去除留在SiN層61上的任何殘留物，繼而為在塊119處進行熱磷酸蝕刻(例如H2PO4)以去除SiN層(圖6)。HF去光滑也將蝕刻STI區域37並且有些減少絕緣材料38。另外，熱磷酸也將向SiN襯墊51中滲透並且從溝槽62的上部分52去除SiN。如圖6中所見，這將在有源區域與STI區域37之間的側壁界面留下間隙。作為結果，溝槽62的上部分(並且因此HfO2層63)可以豎直地在BOX層32以上，並且SiN層51可以在BOX層以下終止(即因此HfO2層從BOX層以下延伸至BOX層以上用於增強對短接的防範)。
[0023]然後，在塊120處沉積保形HfO2層53以填充SiN襯墊51的蝕刻所引起的間隙(圖7)。因此將理解，在塊117處的上述CMP處理之後而不是之前沉積HfO2襯墊53，這減少HfO2襯墊的CMP變化。也就是說，由於在形成HfO2襯墊53之前執行CMP處理，因此將在HfO2襯墊中沒有如以上所言的由CMP處理引起的斷片。
[0024]然後可以在塊121處使用選擇性RIE蝕刻(即對SiO2有選擇性)以從焊盤氧化物層60的表面去除HfO2 (圖8)。可以執行RIE蝕刻，使得在溝槽62以內的HfO2層53將保持大部分完整。然後可以在塊123處沉積SiN密封膜(未示出)以密封溝槽62內的HfO2層53，繼而為在塊124處進行高溫退火，以使HfO2結晶並且提供在抗溼法蝕刻和幹法蝕刻二者方面的魯棒襯墊。更具體而言，可以用通常執行的常規井退火步驟實現使在襯底界面的HfO2層53結晶，因此在這樣的實施例中無需執行額外退火步驟。
[0025]然後可以在塊125使用另一熱磷酸等以去除SiN密封膜，繼而為在塊127執行HF蝕刻以去除焊盤氧化物層60。同樣在這一點，HfO2襯墊53很抗HF酸，因此更少受斷片形成所影響。然後可以在塊128處執行更多常規處理步驟以形成柵極36、凸起的源極/漏極區域34、35、矽化物區域70、71以及接觸46、47，並且完成圖1中所示半導體器件33，這結束圖9中所示方法(塊129)。
[0026]以上描述的方式相應地提供在晶片內和從晶片到晶片對STI表面的所需控制並且可以與標準STI形成工藝可比較。另外，有需要對標準STI形成工藝的相對少量改變而僅添加以上描述的少數附加步驟。另外應當注意，STI區域37的上表面可以在有源區域以上(即在BOX層32以上)，這原本可能在如以上描述的常規HfO2襯墊形成工藝中難以控制。
[0027]從在前文描述和關聯附圖中呈現的教導中受益的本領域技術人員將想到本發明的許多修改和其它實施例。因此理解本發明不限於公開的具體實施例並且修改和實施例旨在於包含在所附權利要求的範圍內。
【權利要求】
1.一種電子器件，包括: 襯底； 覆蓋所述襯底的掩埋氧化物(BOX)層； 覆蓋所述BOX層的至少一個半導體器件；以及 在所述襯底中並且與所述至少一個半導體器件相鄰的至少一個淺溝槽隔離(STI)區域，所述至少一個STI區域與所述襯底限定側壁表面並且包括: 對所述側壁表面的底部分加襯的氮化物層， 對所述側壁表面的在所述底部分以上的頂部分加襯的氧化物層，以及 在所述氮化物層和所述氧化物層內的絕緣材料。
2.根據權利要求1所述的電子器件，其中所述氮化物層包括氮化矽(SiN)層。
3.根據權利要求1所述的電子器件，其中所述氧化物層包括氧化鉿(HfO2)層。
4.根據權利要求1所述的電子器件，其中所述氧化物層在所述BOX層以上延伸。
5.根據權利要求1所述的電子器件，其中所述氮化物層在所述BOX層以下終止。
6.根據權利要求1所述的電子器件，其中所述絕緣材料不同於所述氮化物層和所述氧化物層。
7.根據權利要求1所述的電子器件，其中所述至少一個STI區域的上表面豎直地在所述BOX層以上。`
8.根據權利要求1所述的電子器件，其中所述絕緣材料包括二氧化矽(SiO2)。
9.根據權利要求1所述的電子器件，其中所述至少一個半導體器件包括至少一個場效應電晶體(FET)。
10.根據權利要求9所述的電子器件，其中所述至少一個FET包括凸起的源極區域和漏極區域和在所述凸起的源極區域與漏極區域之間的溝道區域。
11.根據權利要求1所述的電子器件，其中所述至少一個STI區域在所述至少一個半導體器件的相對側上包括多個STI區域。
12.一種電子器件，包括: 襯底； 覆蓋所述襯底的掩埋氧化物(BOX)層； 覆蓋所述BOX層的至少一個半導體器件；以及 在所述襯底中並且與所述至少一個半導體器件相鄰的至少一個淺溝槽隔離(STI)區域，所述至少一個STI區域與所述襯底限定側壁表面並且包括: 對所述側壁表面的底部分加襯的氮化矽(SiN)層， 對所述側壁表面的在所述底部分以上的頂部分加襯的氧化鉿(HfO2)層，以及 在所述SiN層和所述HfO2層內的絕緣材料。
13.根據權利要求12所述的電子器件，其中所述HfO2層在所述BOX層以上延伸。
14.根據權利要求12所述的電子器件，其中所述SiN層在所述BOX層以下終止。
15.根據權利要求12所述的電子器件，其中所述絕緣材料不同於所述氮化物層和所述氧化物層。
16.一種用於製作電子器件的方法，包括: 通過至少以下操作在襯底中形成至少一個淺溝槽隔離(STI)區域，所述襯底具有覆蓋所述襯底的掩埋氧化物(BOX)層: 在所述襯底中形成溝槽從而與所述襯底限定側壁表面， 用氮化物層對所述側壁表面的底部分加襯， 用氧化物層對所述側壁表面的在所述底部分以上的頂部分加襯，並且在所述氮化物層和所述氧化物層內沉積絕緣材料；並且形成與所述至少一個STI區域相鄰的覆蓋所述BOX層的至少一個半導體器件。
17.根據權利要求16所述的方法，其中對所述側壁表面的所述底部分加襯還包括: 用所述氮化物層對所述溝槽加襯；並且 向下蝕刻掉所述氮化物層至所述底部分。
18.根據權利要求16所述的方法，還包括在用所述氧化物層對所述側壁表面的所述頂部分加襯之前執行化學機械平坦化(CMP)。
19.根據權利要求16所述的方法，其中所述氮化物層包括氮化矽(SiN)層。
20.根據權利要求16所述的方法，其中所述氧化物層包括氧化鉿(HfO2)層。
21.根據權利要求16所述的方法，其中所述氧化物層在所述BOX層以上延伸。
22.根據權利要求16所述的方法，其中所述氮化物層在所述BOX層以下終止。
23.根據權利要求16所述的方法，其中所述絕緣材料不同於所述氮化物層和所述氧化物層。`
【文檔編號】H01L29/06GK103633131SQ201310376795
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月21日 優先權日:2012年8月21日
【發明者】柳青, N·勞貝特, P·卡雷 申請人:意法半導體公司