半导体装置及其制造方法_3

文档序号:9689170阅读:来源:国知局
形成图2的衬底结构的部分工艺过程的示意截面图。
[0049]如图8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。
[0050]然后,在衬底200中形成隔离区202,以限定初始鳍片结构901,如图9和10所示。初始鳍片结构901可以包括初始第一半导体材料区903。注意,初始第一半导体材料区903由部分的所述第一半导体材料层205形成而来。在某些实施例中,优选地,初始鳍片结构901还可以包括在第一半导体材料区903上的硬掩模907。该可选的硬掩模907由可选的硬掩模层207形成而来。
[0051]示例性地,上述在衬底200中形成隔离区202可以包括: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909,如图9所示,从而限定所述初始鳍片结构901 ;填充沟槽909以形成隔离区202,如图10所示,例如通过诸如流式化学气相沉积(Flowable Chemical Vapour Deposit1n, FCVD)的 CVD 技术等来沉积绝缘(电介质)材料来填充沟槽909。然后,可以进行高温退火。
[0052]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901的上表面基本齐平,如图10所示。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907 (如果有的话)。然而,也可以在适当时通过其它步骤来去除该硬掩模。
[0053]之后,如图11所示,刻蚀初始鳍片结构901直至去除初始第一半导体材料区903的至少一部分。根据一些实施例,所述刻蚀初始鳍片结构的步骤还包括去除所示硬掩模907。替代地,衬底200也可以不具有硬掩模。
[0054]接着,如图12所示,在蚀刻后的第一半导体材料区903上形成(例如,通过外延生长或者选择性沉积)第三半导体材料1201,以形成中间鳍片结构1203,该中间鳍片结构用于形成所述第一鳍片结构。接着,如图13所示,对中间鳍片结构1203引入掺杂剂,以形成杂质区221 (见图2),使得所述杂质区221上半部的杂质浓度基本高于下半部的杂质浓度。这里,在一些实施例中,杂质区221可以完全处于第三半导体材料1201中;而在另一些实施例中,杂质区221也可能延伸到第三半导体材料1201下面的第一半导体材料区中。
[0055]在一个实施例中,杂质区221的顶部部分可以具有最高的杂质浓度,并且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。
[0056]应理解,根据不同的引入掺杂剂的方式和工艺条件等,杂质区221可以具有与图7A和7B所示的类似的杂质分布。还将理解,对于杂质区的浓度分布没有特别的限制,只要其上半部的杂质浓度(例如,平均杂质浓度)基本高于下半部的杂质浓度即可。
[0057]如此,形成了如图2所示的衬底结构。同样地,上述杂质区可以用于形成用于鳍片中沟道的沟道停止层。这里,杂质区221中杂质的分布更陡峭,换而言之,杂质分布得更窄,从而能够改善最终器件的性能。
[0058]再次回到图1,在步骤103,在杂质区221上形成第二半导体材料1401,以形成第二鳍片结构1403,如图14所示。如所示的,第二鳍片结构1403可以包括第一鳍片结构201以及第二半导体材料区1401。优选地,在所述杂质区上通过选择性生长或选择性沉积来形成第二半导体材料。
[0059]如上,提供了根据本公开一些实施例的半导体装置的制造方法。根据该方法,可以形成具有鳍片结构的半导体装置,并且鳍片结构中的杂质区具有陡峭(窄)的杂质分布。有利地,该杂质区可以用于形成沟道停止层,然而本发明不限于此。
[0060]在另一个实施例中,所述方法还可以包括:去除隔离区202的一部分,使得剩余的隔离区的上表面高于所述杂质区的上表面,如图15所示。
[0061]在某些实施例中,所述第一半导体材料与第二半导体材料可以相同或者不同。例如,第一半导体材料可以为Si,第二半导体材料为SiGe ;又例如,第一半导体材料可以为Si,第三半导体材料为SiGe,而第二半导体材料为Ge ;并且本发明并不限于此。
[0062]作为一个非限制性示例,第二半导体材料可以为下列材料之一:SiGe、S1、Ge。应理解,本领域普通技术人员可以根据第一半导体材料来选择并形成合适的第二半导体材料(和/或第三半导体材料),以形成本公开所教导的半导体装置。
[0063]作为示例,图1所示形成第二半导体材料可以包括下列之一:a)在包括由SiGe形成的顶部的第一鳍片结构上生长或者选择性地沉积Ge,例如,第一鳍片结构包括Si和在Si上生长的SiGe,并在该SiGe上生长Ge ;b)在由Si形成的第一鳍片结构上生长或者选择性地沉积Si ;c)在由Si形成的第一鳍片结构上生长或者选择性地沉积SiGe ;d)在由Ge形成的第一鳍片结构上生长或者选择性地沉积Ge ;以及e)在由SiGe形成的第一鳍片结构上生长或者选择性地沉积Ge。应理解,本公开并不限于这些材料。
[0064]还应理解,在形成第二半导体材料后某些潜在的相对高温工艺,例如退火或快速热退火工艺,高温沉积等等,有可能会使得第一鳍片结构中的杂质区中的杂质进一步扩散。例如,图2所示的杂质区中的杂质也可以扩散到外延生长的第二半导体材料中,从而使得装置(例如,最终装置或者处于后续工艺步骤中的装置)中的对应的杂质区211还可以包括所述第二半导体材料区的下部。
[0065]在一些实施例中,上述SiGe中Ge的浓度范围可以为约40原子百分比(原子%)至75原子%,例如为约55原子%。应理解,上述浓度范围仅仅是示例性的,并不用于限制本公开的范围。
[0066]图16是根据本公开另一实施例的形成半导体装置的方法的示意流程图。在步骤601,提供包括第一半导体材料层的衬底。在步骤603,对衬底引入掺杂剂,以在第一半导体材料层中形成杂质层,该杂质层具有第一杂质分布。在步骤605,在衬底中形成隔离区,以限定初始鳍片结构,该初始鳍片结构包括初始第一半导体材料区以及在初始第一半导体材料区中的初始杂质区。在步骤607,刻蚀初始鳍片结构直至去除初始杂质区的一部分,从而形成第一鳍片结构。所述方法还包括:在步骤609,在所述杂质区上形成第二半导体材料,以形成第二鳍片结构。
[0067]图17是根据本公开又一实施例的形成半导体装置的方法的示意流程图。在步骤701,提供包括第一半导体材料层的衬底。在步骤703,在衬底中形成隔离区,以限定初始鳍片结构,该初始鳍片结构包括初始第一半导体材料区。在步骤705,刻蚀初始鳍片结构直至去除初始第一半导体材料区的至少一部分。在步骤707,在刻蚀后的第一半导体材料区上生长第三半导体材料,以形成中间鳍片结构。在步骤709,对中间鳍片结构引入掺杂剂,以形成杂质区,该杂质区上半部的杂质浓度基本高于下半部的杂质浓度。如此,形成了所述第一鳍片结构。所述方法
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