半导体装置及其制造方法_2

文档序号:9689170阅读:来源:国知局
各个部件的尺寸并不必然按照实际的比例关系绘制,例如某些层的厚度或宽度可以相对于其他层有所夸大。
[0033]以下对示例性实施例的描述仅仅是说明性的,在任何意义上都不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
[0034]对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和装置可能不作详细讨论,但在适用这些技术、方法和装置情况下,这些技术、方法和装置应当被视为本说明书的一部分。
[0035]应注意,相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义或说明,则在随后的附图的说明中将不需要对其进行进一步讨论。
[0036]图1为根据本公开一个实施例的半导体装置的制造方法的简化流程图。如图1所示,在步骤101,提供衬底结构。图2示出了根据本公开一个实施例的衬底结构的示意截面图。如图2所示,该衬底结构包括一个或多个第一鳍片结构201以及用于隔离第一鳍片结构201的隔离区202。第一鳍片结构201包括第一半导体材料区211以及在第一半导体材料区211上部的杂质区221。优选地,所述杂质区上半部的杂质浓度基本高于下半部的杂质浓度,稍后将详细说明。典型地,隔离区202可以形成在相邻的第一鳍片结构201之间。通常,隔离区由电介质材料形成。另外,这里,优选地,隔离区202的上表面高于第一鳍片结构的上表面。
[0037]图3-6B示出了根据本公开一个实施例的形成图2的衬底结构的工艺过程。如图3所示,提供包括第一半导体材料层205的衬底200。在某些实现方式中,衬底200可以包括可选的硬掩模层207,如图3所不,该硬掩模层207可以由例如但不限于氮化娃(SixNy)形成。示例性地,上述衬底可以是例如硅(Si)衬底、锗(Ge)衬底、或硅锗(SiGe)衬底,等等,然而本公开并不限于此。例如,第一半导体材料层可以包括两个或更多个半导体材料层的叠层,诸如Si层以及在Si层上生长的SiGe层。从下面的说明,本领域技术人员将理解,该第一半导体材料层适于提供衬底的主表面。
[0038]接下来,如图4所示,对衬底200引入掺杂剂(例如,通过离子注入),以在所述第一半导体材料层205中形成杂质层401。具体地,对于PM0S器件,可以对衬底200注入磷(P)、砷(As)或者锑(Sb);对于NM0S器件,可以对衬底200注入硼⑶。应明白,图4所示杂质层401的位置仅仅是示例性地,可以通过改变引入掺杂剂的方法以及工艺条件,例如,调整离子注入的能量,来相应地调整杂质层401的位置。此外,在某些实施例中,还可以在形成杂质层401前对衬底200进行另外的离子注入,例如,以形成N阱或P阱(图中并未示出)。
[0039]杂质层401可以具有第一杂质分布。例如,初始地,该杂质层中杂质浓度在A所指示的中心或接近中心处最高,且随着杂质层向上和向下的延伸浓度逐渐降低,如图中箭头所示。然而,应理解,这样的杂质分布仅仅作为典型的浓度分布的一个示例,而并非是限制性的。
[0040]然后,在衬底200中形成隔离区202,以限定初始鳍片结构501如图5和6A所示。在形成前述杂质层之后,如图5所示,对衬底200进行图案化,例如通过光刻以及干法刻蚀在衬底中形成沟槽509,从而可以限定初始鳍片结构501。初始鳍片结构501可以包括初始第一半导体材料区503以及在所述初始第一半导体材料区503中的初始杂质区505。注意,初始第一半导体材料区503由部分的所述第一半导体材料层205形成而来,而初始杂质区505由部分的杂质层401形成而来。在某些实施例中,优选地,初始鳍片结构501还可以包括在第一半导体材料区503上的硬掩模507,如图5所示。该可选的硬掩模507由可选的硬掩模层207形成而来。
[0041]接着,如图6A所示,填充沟槽509以形成隔离区202,例如,通过诸如流式化学气相沉积(Flowable Chemical Vapour Deposit1n, FCVD)的 CVD 技术等沉积绝缘(电介质)材料来填充沟槽509。然后,可以进行高温退火(未示出),例如,可以在1050°C左右退火20分钟。注意,该高温退火也可能使得初始杂质区中的杂质进一步扩散。
[0042]可选地,可以针对所沉积的绝缘材料进行化学机械抛光,以使得隔离区202和初始鳍片结构501的上表面基本齐平,如图6A所示。另外,也可以通过该化学机械抛光去除第一鳍片结构中的硬掩模507 (如果有的话),如图6B所示。然而,应理解,也可以在适当时通过其它步骤来去除该硬掩模。替代地,衬底200也可以不具有硬掩模。
[0043]之后,刻蚀初始鳍片结构501直至去除初始杂质区505的一部分,从而形成包括第一半导体材料区211以及在第一半导体材料区的上部处的杂质区221的所述第一鳍片结构,如图2所示。如此使得剩余的杂质区上半部的杂质浓度(例如,平均杂质浓度)基本高于下半部的杂质浓度(例如,平均杂质浓度)。在一个实施例中,剩余的杂质区的顶部部分可以具有最高的杂质浓度,剩余的杂质区中的杂质浓度在深度方向向下逐渐减小,如图2中的箭头所示。然而,应当理解,这样的浓度分布仅仅是示例性的。根据一些实施例,所述刻蚀初始鳍片结构的步骤也可以包括去除所述硬掩模507。
[0044]图7A和7B示出了根据不同实现方式的剩余的杂质区的杂质分布的示例。这里假设杂质区在被刻蚀之前杂质分布类似正态分布,也就是说,在图7A和7B中,未被刻蚀的杂质区的杂质浓度分布分别包括各自图中的实线和虚线两者。图7A示出了根据一个实现方式将杂质区505的杂质浓度最高处A之上的部分全部去除的情况,如图7A中的实线所示。图中虚线分布所对应的部分被去除。杂质区505被去除直至杂质浓度最高处A之下的情况下的分布与图7A的类似,不同之处在于杂质深度轴的原点不再是A所在的位置,而是刻蚀后的杂质区表面的位置(在A之下)。
[0045]图7B示出了根据另一实现方式将杂质区505的杂质浓度最高处之上的部分中的一部分去除的情况,如图7B中的实线所示。同样,图中虚线分布所对应的部分被去除。另夕卜,还如图7B中所示,杂质深度轴的原点是刻蚀后的杂质区表面的位置(在A之上)。
[0046]将理解,在任一前述情况下,剩余的杂质区(S卩,杂质区211,见图2)上半部的杂质浓度(例如,平均杂质浓度)基本高于下半部的杂质浓度(例如,平均杂质浓度)。还将理解,对于剩余杂质区的浓度分布没有特别的限制,只要剩余的杂质区上半部的杂质浓度(例如,平均杂质浓度)基本高于下半部的杂质浓度(例如,平均杂质浓度)即可。
[0047]在一个实施例的应用中,上述剩余的杂质区可以用于形成用于鳍片中沟道的沟道停止层。该沟道停止层使得鳍片中的沟道在该停止层处不再反型,也即“停止”于该停止层。这里,由于初始杂质区505的一部分被去除,使得剩余的杂质区(S卩,杂质区221)中杂质的分布更“陡峭”(steep),换而言之,杂质分布得更窄,从而能够改善最终器件的性能。
[0048]图8-13是示出根据本公开另一些实施例的
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