TWI276156B - Formation of active area using semiconductor growth process without STI integration - Google Patents

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Description

1276156 五 發明說明（1) 發明所屬之技術領域 本發明係大體上關认、μ 使用無STI整合半導體t導體裝置及更特定言之係 先前技術 生長方法之主動區域形成方法。' 半導體積體電路包括、… 裝置，這些裝置，如電曰曰轉夕形成於半導體本體如基材的 動區域，主動區域典型:係形成於在半導體本體的主 如，對以尺寸大於〇. 5微絕緣區域與另-個隔離。例 用場氧化物隔離，已知7、：形成的半導體裝置典型上使 孀产。· 25微米及更低的’較小尺寸的積體電路， (STI)。 、體電路，典型上使用淺溝隔離 弟1 a〜1 c圖說明带士 法。如第h圖所示，^：=溝隔離主動區域20的典型方 物及氧化物層的組合=導體基材10。典型上為石夕氮化 在要形成隔離# γ # 、、、'罩層1 2形成於基材1 0上。開口 1 4 挪、住同離的區域形成於遮罩層12。儘管未示出，估 標準光阻微影（如對qn太丄 禾不出，使用 ?、八如對90奈米及更低使用硬遮罩）。· 現在參照第lb圖，溝渠16係使用遮罩層12蝕刻為遮 罩，半導體基材1 〇相鄰溝渠丨6的部分2 〇為主動區域，電晶 ^及其他裝置形成於主動區域2〇。如在第lc圖所示，溝渠 的以絕緣材料填充以隔離在主動區域的裝置與另一個。卞 淺溝隔離的一個議題為溝渠填充，高密度電漿（HDp ) 廣泛用於此方法，已嘗試許多方法條件以進行最適化。因 頂部溝渠關鍵尺寸（CD)變得愈來愈小，然而，HDP沉積因 為所形成的空隙變得非常困難。當CD自90奈米變得更小及 J276156
五、發明說明（2) ^=1深度變得更深以得到更佳隔離時此問題只會變得 則量為縱橫比(ar)，其係定義為sti深度比 難。…知知識為當AR超過3時氧化物填充變得更為困 為避免這些問題，主要焦點已指 積與回蝕的合併。扃i+ ?曰门改良方法條件及沉 佳迴銲特徵而：用ί ί 已因為低Κ介電體的較 佳填充特作 匕們’忒4法為較佳迴銲特徵會產生較 使幸的是’低κ介電體具它們自己的問題。 二sTI的另一個問題為其涉及許多方法· <驟，—個RIE，内襯氧化物、填充力 生、細遮罩 數目的方法步驟造成高成本。所以 種：：：：大 離的問題的低成本方法之需求。 生-種避免淺溝隔 發明内容 較佳：η用二導體生長方法提供主動區域形成的本發明 平乂狂/、體具施例，這些及其他 ^ ^ 技術優點普遍達到。 、gι也解決或克服，及 根據本發明較佳具體實施 ^ f ^ ，絕緣層以露出該半導體本體，如/導體本體。移除部 •，如矽’磊晶地生長於該露出半導本：。+導體材 如電晶體，可接著形成於該生長-種裝置’ 根據本發明另一個較佳导？才枓。 包括半導體基材及由半導體材料形成=放:種半導體裝置 材上的數個主動區域。每一個主動===導體基 具介面於該主動區 ^276156 〜^_. 、發明說明（3) 〜 =”體材料接觸該基材的半導體材料的基材處。許多 區於該基材上及相㈣主動區域使得每—個主動 2由隔離區域與另一個主動區域隔離。電晶體，或其： 置’可形成於該主動區域。 本發明較佳具體實施例的優點為隨著STI方法的免 該絕列如，溝渠填充議題不存在因為 以靳且’不需利用次微影技術或 及r曰1” 充溝渠。較佳具體實施例的方法為簡單的 車又目刚所使用隔離技術需要較少步 #施方式 本較佳具體實施例的製造及使用詳細於下文討論，缺 可庫發明提供可以廣範圍特定内文具體化的許； 本；討論特定具體實施例僅為製造及使用 ^月的特疋方式之說明，及不限制本發明範圍。 為你iL明以特定内文相關於較佳具體實施例敘述，稱之 ί::;:1整合半導體生長方法之主動區域形成。在該 =具體實施例中，本發明包括硬基材1 上 及用做用於裝置形成的主動區域。如 二 ^施用於其他材料及基材。 論’本發明 驟之第2:二圖Λ示用：敘述本發明較佳具體實施例的步 供半；體本體面：&視圖。首先參考第2a圖，提 包括5ΐ 體實施例中，該半導體本體 括早曰曰石夕基材。在其他具體實施例中’其他半導體如 鍺、石夕-鍺、砷化鎵（及其他）可被使用。而且 導體
1276156 五、發明說明（5) 半：體材料相同。然而，在其他具體實施例中，， 该情況。例如，為形成應變半導體層，一層矽^求不為 本體30，如石夕—鍺基材或於基材上錯/長於 他貫例中，可使用其他材料組合。 ㈢。在其 在該杈佳具體實施例中，該絕緣層3 2係形 於約100奈米及50 0奈米之間，較佳為約3〇〇夺米為厚度介 J體實施例中’該厚度可更大(如，多至約二。奈么其他 户口，低至約i 〇奈米）’該石夕層4〇較佳為生長至約此，更 厗度。在次佳具體實施例中，該矽4〇 二匕相同 的高度及可執行進一步絕緣體沉積(未、示出== 絕緣體36上方的區域。 ）从填充該 現在參考第2e圖，該矽層40的頂部表面平面 土：該=、緣區域36的頂部表面為平面的，保留在該絕ς區 或36之間的該矽層40的部分42可用做主動區域，儘管較佳 為該主動區域42及絕緣區域36為共平面的，此不為必要 的。該平面化步驟較佳為使用化學—機械拋光（CMp)執行， 其他平面化技術，如回蝕，可替代地使用。在替代具體實 ^例中，熱氧化物（未示出）可在該主動區域上生長及接 ^被移除以得到新的矽表面。 在替代具體實施例中，其係說明於第3圖，該矽層4 〇 生長至小於該絕緣體3 6厚度之厚度，此方法可用於避免在 第2e圖所示的平面化步驟。在高度的差別受限於之後絕緣 體沉積方法以完全覆蓋該結構拓僕的能力。第3圖説明該 主動區域42的頂部表面與該絕緣區域36的頂部表面如何不 1276156
·: 五、發明說明（6) 共平面的 法之後所 比較 域42可以 圖的結構 該主動區 及結果為 3 0應以單 域42之間 y斤無法測 不同材料 的一個實例，例如，階高可類似於在標準ST!方 達到的。 第2e圖結構與第^圖結構’可了解本發明主動區 相同方式用做先前技藝的主動區域2〇。不像第卜 ，第2e圖的具體貫施例包括在該半導體本體3〇及 域42之間的介面44。較佳為，高品質薄膜4〇生長 介面可被最小化（例如’經生長薄膜4〇及該基材 一層出現）。如此，較佳為在該基材3〇與主動區 的介面44在截面視圖為如使用TEM或SEM顯微圖片 知的。然而’當然，若該基材3 〇與主動區域4 2由 形成則該介面4 4為可測知的。 然而，與第1 c圖的該ST I絕緣體丨8及基材2 〇之間的介 面相較，在该半導體本體3 〇及該絕緣區域3 6之間的介面為 非常平坦的。在先前技藝中，該溝渠16被蝕刻及，結果， 平滑介面為不可能的。另一方面，在第2圖的具體實施例 中，沒肴任何溝渠被蝕刻進入基材及所以較平滑介面為可 能。 提供第2f圖以說明裝置46，在此情況的3電晶體，其 ^形成於該主動區域42。在典型具體實施例中，許多電晶 %(例如，數千或數百萬）係形成於單一晶片。在CM〇s裝置 的情況下，一些該主動區域42係以n-形式不純物摻雜及其 他該主動區域係以ρ -形式不純物摻雜。如在該技藝中所 知’ η-通道電晶體形成於該ρ-摻雜主動區域及ρ_通道電晶 體形成於該η -摻雜主動區域。在替代具體實施例中，其他
第11頁 :1276156 五、發明說明（7) 形式的裝置如雙極電晶體、電容器及電阻器形成於該主動 區域4 2終極上方。 如上文所指出’說明於第2f圖的裝置46為MOS電晶 體。如在該技藝中所知，M〇s電晶體46包括放置於該主動 區，42的半導體材料内的源極區域48及汲極區域5〇及放置 ，该主動區域42的半導體材料上的閘極電極52。該電晶體 可使用已知方法步驟形成，亦可使用其他M〇s電晶體，如 具埋入式問極。 例所說明 域而幫助 何溝渠填 基材生長 五十百分 說明替代 形成於該 體及第4b 的方法的 的因為需 以上實 主動區 沒有任 接由該 可減少 及4b圖 凹槽48 導體本 所說明 為次佳 ’本發 解決伴 充為需 。使用 率 〇 具體實 半導體 圖顯示 相同點 要額外 •舞晶形成 實例中， 的矽係直 的總數目 第4a 形成前淺 槽48的半 在第2c圖 體實施例 i凹槽48。 儘管 欲以限制 例的各種 技藝者所 此種改良 明方向係藉由使用選擇矽 隨STI形成的問題。在此 要的因為用於該主動區域 此具體實施例，方法步驟 施例，其中在該絕緣層3 2 本體30。第4a圖顯示具凹 在絕緣3 2已|虫刻（亦即， )之後的結構，此替代具 遮罩及蝕刻步驟以形成該 本發明已參考說明性具體實施例敘述，該敘述不 方式建構。在參考該敘述時，該說明性具體實施 改良及組合，及本發明其他具體實施例為孰知該 明顯看出，所以所附申請專利範圍意欲包括任何 或組合。 1276156 __ 圖式簡單說明 第1 a- 1 c圖為習知方法流程的截面區段視圖。 第2a-圖為較佳具體實施例的方法流程的截面區段視 圖。 第3圖說明替代結構。 第4a-4b圖顯示替代具體實施例方法步驟。 主要元件符號說明： 12 遮罩層 16溝渠 30 半導體本體 3 4 光阻層 3 8 種晶層 42 主動區域 46 裝置 5 0 汲極區域 1 0半導體基材 14開口 2 0 主動區域 絕緣層 3 6 絕緣區域 4 0石夕層 4 4 介面 4 8 源極區域；凹槽
第13頁

Claims (1)

1276156 案號 94120706 六、 1· 2. 申請專利範圍 一種形成半導體裝 提供一半導體本體 於該半導體本體上 移除部分該絕緣層 於該露出半導體本 於該經生長半導體 根據申請專利範圍 體包括提供一純矽 4. 5. 6 · 根據申請專 括形成氧化 根據申請專 k介電體層£ 根據申請專 材料與該半 根據申請專 層包括在該 導體材料包 根據申請專 經填充溝渠 根據申請專 於該絕緣層 以一遮罩圖 其中移除部 蝕刻該絕緣 利範圍 物層。 利範圍 利範圍 導體材 利範圍 絕緣層 括完全 利範圍 的頂部 利範圍 上沉積 樣化該 分該絕 層。 置的方法，該方法包括： ， 形成一絕緣層； 以露出該半導體本體； 體上生長一半導體材料；及 材料中形成一裝置。 第1項的方法，其中提供一半導體本 基材。 第1項的方法，其中形成一絕緣層包 第1項的方法，其中該絕緣層包括高 第1項的方法，其中該半導體本體的 料相同。 第1項的方法，其中移除部分該絕緣 中蝕刻複數溝渠，及其中生長半 填充該溝渠。 第6項的方法，進一步包括平面化該 表面。 第1項的方法，進一步包括： 一光阻；及 光阻； 緣層包括使用該光阻作為一遮罩，
第14頁 S 19 1276156 皇號9412_fi 六、申請專利範圍 I +生長半導體材料 $中形成一裝置包括 >、中形成一裝置包 装置之方法，該方 9·根據申請專利範圍第！項的方法 包括執行一選擇性磊晶法。 1 0 ·根據申請專利範圍第丨項的方法 形成一電晶體。 n •根據申請專利範圍第1 0項的方法 括形成一M0S電晶體。 12. 一種不使用淺溝隔離法形成半導 法包括.· 於一矽本體的頂部表面形成一絕 在該絕緣層中蝕刻複數溝渠，各; ^，以露出部分該半導體本體，·’渠延伸至該半導體 磊晶地生長矽以填充該溝渠；及 平面化該經填充溝渠的頂部表面。 1 3·根據申請專利範圍第1 2項的方法i、 f ί ί渠的其一中形成一電晶體裴ί〜步包括於該矽 Η•根據申請專利範圍第I2項的方法，、置。 包括形成氧化物層。 / ，其中形成—絕緣層 15·根據申請專利範圍第14項的方法， 氤〇括使用咼雄、度電漿法沉積氧化^中形成一絕緣層 16·根據申請專利範圍第14項的方 。 包括使用TE0S前躺體氣體沉積氧化物了形成—絕緣層 17.根據申請專利範圍項方^化^ 包括形成氮化物層方去，其中形成一絕緣層 18· 一種半導體裝置，包括： 第15頁 1276156
案t 941207f)fi 六、申請專利範圍 一半導體基材； 複數主動區域，由半導體材料形成及位於該半體基 材上，各主動區域具有在該基材上的介面，a 動區域的半導體材料接觸該基材的半導體ς ν =於該基材上及與該主動區域相 =離I 由一隔離區域而與另一主動區域 複數=體，各電晶體至少兩經推雜 亥 動區域的該半導體材料内及一電極配置 I的該半導體材料上。 罝於4主動£域 19·根據申請專利範圍第18項的裝置，其 東私 有一厚度，及其中該隔離區域具有一厚‘，^ ^ ς 主動區域的該厚度約等於該隔離區域的ς厚，、以 20·根據申請專利範圍第19項的裝 二又 該厚度及該主動區域❸=於=隔㈣ 之間。 旧為序度，丨於1〇〇奈米及50 0奈米 2 1 ·根據申請專利範圍第丨8項的裝 - MOS電晶體，Α包括？置的二爻/中各電晶體包括 ^ ^ ^ ^ '括置於5亥主動區域的半導體材料 内的一源極及一汲極區域及 + Tt 體材料上的一閘極電極。 、-主動區域的半導 22.根據申請專利範圍第21項的裝置，其中一 域以η-形式不純物摻 二以動區 式不純物摻雜，及二=該主動區域是以ρ-形 體。 、中禮複數電晶體包括CMOS電晶
1276156 一案號94120706 f年\公月%日 修正 六、申請專利範圍 ,2 3 ·根據申請專利範圍第丨8項的裝置，其中該電晶體包括 雙極電晶體。 24.根據申請專利範圍第18項的裂置，其中在該基材與該 主，區域間的該介面在截面中為無法測知的。 範圍第18項的裝置，其中該隔離區域包 括氧化物區域。 其中該隔離區域包 其中該隔離區域包 2 6 ·根據申e月專利範圍第1 8項的裝置 括氣化物區域。 27·根據申請專利範圍第1 8項的裝置 • 括高k介電體區域。 半導體材料與該半導體基材的i半域的 28·根據申請專利範圍第1 8項的裳置
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