專利名稱：具有擴(kuò)展的有源區(qū)的半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開一般地涉及半導(dǎo)體加工，并且更特別地涉及形成具有擴(kuò)展的有源區(qū)的半導(dǎo) 體器件。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體加工技術(shù)通常強(qiáng)加與有源空間和有源寬度有關(guān)的各種維度限制。例如，代 表性的90nm節(jié)點(diǎn)CMOS技術(shù)可以允許140nm的最小有源空間和IlOnm的最小有源寬度。典 型地，此類維度限制被強(qiáng)加以允許半導(dǎo)體加工期間的制造容差以及保證充分的器件隔離。 特別地，強(qiáng)加此類維度限制可以導(dǎo)致更容易的有源區(qū)的圖案化以及隨后的由淺溝槽產(chǎn)生的 間隙的填充。但是，此類維度限制降低了設(shè)計(jì)靈活性。例如在特定情況下較寬的有源區(qū)對(duì)于增 加驅(qū)動(dòng)電流是期望的，但是由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和工藝方法所強(qiáng)加的嚴(yán)格維度限制而不能實(shí)施。 作為例子，在SRAM單元中，較寬的有源區(qū)只能以增加單元尺寸為代價(jià)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因而，有在基 本符合由與特定半導(dǎo)體加工技術(shù)有關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)則所強(qiáng)加的維度限制時(shí)形成具有擴(kuò)展的有 源區(qū)的半導(dǎo)體器件的需求。


由附圖以實(shí)例的方式例示本發(fā)明，而非限制本發(fā)明，其中相似的附圖標(biāo)記表示相 似的元件。附圖中的元件基于簡(jiǎn)潔和清楚而例示，且不必定按比例繪制。圖1是在加工步驟期間的半導(dǎo)體器件的截面圖；圖2是在加工步驟期間的半導(dǎo)體器件的截面圖；圖3是在加工步驟期間的半導(dǎo)體器件的截面圖；圖4是在加工步驟期間的半導(dǎo)體器件的截面圖；圖5是在加工步驟期間的半導(dǎo)體器件的截面圖；圖6是在加工步驟期間的半導(dǎo)體器件的截面圖；圖7是在加工步驟期間的半導(dǎo)體器件的截面圖；圖8是在加工步驟期間的半導(dǎo)體器件的截面圖；圖9是在加工步驟期間的半導(dǎo)體器件的截面圖；圖10是在加工步驟期間的半導(dǎo)體器件的截面圖；以及圖11是在加工步驟期間的圖10的半導(dǎo)體器件的頂視圖。
具體實(shí)施例方式以實(shí)例的方式，在相同的集成電路中，可以形成具有不同寬度的有源區(qū)，其中兩種 類型的有源區(qū)都處于最小允許節(jié)距(pitch)。這通過(guò)允許在相同的集成電路中具有標(biāo)準(zhǔn)驅(qū) 動(dòng)電流器件和較高驅(qū)動(dòng)電流器件而允許增加的設(shè)計(jì)靈活性。在一個(gè)方面，提供形成半導(dǎo)體 器件的方法。該方法包括形成與第一有源區(qū)相鄰的溝槽。該方法還包括用絕緣材料填充該溝槽。該方法還包括在該溝槽的中心部分上形成掩蔽特征物以在該掩蔽特征物的第一側(cè)與 第一有源區(qū)之間暴露該溝槽的第一側(cè)。該方法還包括蝕刻到該溝槽的第一側(cè)內(nèi)以在該溝槽 中留下第一凹部。該方法還包括在第一凹部中生長(zhǎng)第一外延區(qū)以將第一有源區(qū)擴(kuò)展成包括 第一凹部，并由此形成擴(kuò)展的第一有源區(qū)。在另一方面，提供一種形成半導(dǎo)體器件的方法。該方法包括提供半導(dǎo)體襯底。該 方法還包括形成圍繞有源區(qū)的溝槽，該溝槽限定該有源區(qū)的邊界。該方法還包括用絕緣材 料填充該溝槽以形成隔離區(qū)。該方法還包括在該隔離區(qū)上形成掩蔽特征物，其中該掩蔽特 征物具有與該有源區(qū)間隔開的邊緣，以在該掩蔽特征物的邊緣與該有源區(qū)之間提供該隔離 區(qū)的暴露區(qū)域。該方法還包括蝕刻到該暴露區(qū)域內(nèi)以形成凹部。該方法還包括用半導(dǎo)體材 料填充該凹部以形成作為填充有半導(dǎo)體材料的該凹部和該有源區(qū)的組合的擴(kuò)展的有源區(qū)。在又一方面，提供一種半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件包括具有頂表面的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。 該半導(dǎo)體器件還包括從該頂表面延伸到第一深度的絕緣材料的隔離區(qū)。該半導(dǎo)體器件還包 括具有中心部分和相鄰部分的半導(dǎo)體材料的有源區(qū)，其中(1)該中心部分從該頂表面至 少延伸到該第一深度；( 該相鄰部分具有在該頂表面處的頂部和在不大于第二深度處的 底部；C3)該第二深度小于該第一深度；(4)該相鄰部分從該頂部到該底部在該中心部分與 隔離區(qū)之間；并且(5)該隔離區(qū)直接在該相鄰部分的底部下。圖1是加工步驟期間的半導(dǎo)體器件10的截面圖。半導(dǎo)體器件10可以利用傳統(tǒng)半 導(dǎo)體加工設(shè)備使用半導(dǎo)體襯底12形成。這里描述的半導(dǎo)體襯底12可以是任意半導(dǎo)體材料 或材料組合，諸如砷化鎵、硅鍺、絕緣體上硅(SOI)、硅、單晶硅等，以及上述材料的組合。盡 管本發(fā)明的實(shí)施例用體硅襯底來(lái)描述，但是也可以使用符合本發(fā)明的其它類型的襯底，包 括S0I?？梢栽谝r底12的頂表面上生長(zhǎng)墊氧化物層14。以實(shí)例的方式，墊氧化物層可以是 5nm至25nm厚。接著，可以在墊氧化物層上沉積氮化物層16。以實(shí)例的方式，氮化物層可 以是50nm至200nm厚。接著，使用半導(dǎo)體加工技術(shù)，可以形成有源區(qū)對(duì)、26、觀和30，使得 這些有源區(qū)分別由溝槽18、20和22分離?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2，可以使用絕緣材料填充溝槽18、20和22以形成淺溝槽隔離區(qū)32、 34和36。接著，可以使用例如化學(xué)機(jī)械拋光來(lái)平坦化淺溝槽隔離區(qū)的頂表面?，F(xiàn)在參照?qǐng)D3，可以使用例如濕法磷蝕刻從有源區(qū)對(duì)、26、觀和30去除氮化物層 16。接著，可以使用例如氫氟酸蝕刻去除墊氧化物層14。如圖3所示，作為去除墊氧化物層 的結(jié)果，可以形成諸如溝槽凹陷區(qū)(trench divot)46的溝槽凹陷區(qū)。接著，可以生長(zhǎng)犧牲 氧化物層38、40、42和44。接著，如圖4所示，可以形成圖案化的光致抗蝕劑層，其包括光致 抗蝕劑區(qū)段48、50和52。參照?qǐng)D5，可以在蝕刻之前修整光致抗蝕劑區(qū)段48、50和52 (也 稱為掩蔽特征物)。以實(shí)例的方式，修整可以包括灰化。作為實(shí)例，形成于淺溝槽隔離區(qū)34 上的掩蔽特征物50可以在兩側(cè)上留下暴露區(qū)域。每個(gè)暴露區(qū)域可以在掩蔽特征物50的邊 緣與相應(yīng)的有源區(qū)之間?，F(xiàn)在參照?qǐng)D6，可以去除犧牲氧化物層38、40、42和44以及溝槽隔離區(qū)32、34和36 中的氧化物的一部分，產(chǎn)生凹部討、56、58和60。以實(shí)例的方式，使用氫氟酸(HF)的各向同 性干法蝕刻或各向異性氧化物干法蝕刻可以被用作該步驟的一部分。在一個(gè)實(shí)施例中，凹 部的深度可以是30nm至lOOnm。接著，如圖7所示，可以去除光致抗蝕劑區(qū)段48、50和52?，F(xiàn)在參照?qǐng)D8，可以外延生長(zhǎng)硅以形成外延區(qū)62和66。該步驟導(dǎo)致有源區(qū)的選擇性加寬。因此，例如，作為所生長(zhǎng)的外延區(qū)的結(jié)果，原始的有源區(qū)64和68被加寬。但是，同 時(shí)，未被圖案化的區(qū)域受例如犧牲氧化物層38和44的保護(hù)。由于硅是外延生長(zhǎng)的，其具有 與原始的有源區(qū)相同的晶體取向。因此，使用該工藝，選擇的有源區(qū)可以被加寬以提供所需 的更多的驅(qū)動(dòng)電流。并且，使用相同的淺溝槽隔離區(qū)提供對(duì)于加寬的有源區(qū)和未加寬的有 源區(qū)二者的隔離。換言之，既符合由技術(shù)(諸如90nm CMOS)所強(qiáng)加的維度限制，又可以形 成加寬的有源區(qū)。盡管圖8將該步驟描述為硅的外延生長(zhǎng)，但是可以使用其它方法在凹部 中提供硅，只要所提供的硅具有與有源區(qū)中的原始的硅相同的晶體結(jié)構(gòu)和取向即可。接著，如圖9所示，可以拋光頂表面器件10以去除生長(zhǎng)的外延區(qū)，除了例如形成于 擴(kuò)展的有源區(qū)82和84中的外延生長(zhǎng)區(qū)之外。以實(shí)例的方式，該步驟可以使用化學(xué)機(jī)械拋光 技術(shù)進(jìn)行。作為該步驟的結(jié)果，有源區(qū)70和72可以具有與原始的寬度74相對(duì)的寬度76。 具體地，延長(zhǎng)78和80可以添加到原始寬度74，如圖9所示。擴(kuò)展的有源區(qū)82和84可以提 供附加的表面面積，導(dǎo)致更高的晶體管驅(qū)動(dòng)電流。但是，有源區(qū)的擴(kuò)展可以使淺溝槽隔離區(qū) 34變窄，如附圖標(biāo)記81所示。接著，如圖10所示，可以在有源區(qū)70和72上形成柵極電介 質(zhì)層86和88。并且，可以形成柵電極層90，如圖10所示。可以形成附加的間隔件(未示 出)以形成晶體管?，F(xiàn)在參照?qǐng)D11，其示出圖10的器件10的頂視圖。晶體管96和98可以被形成為 分別具有與有源區(qū)92和94對(duì)應(yīng)的溝道寬度，與原始寬度74相比具有擴(kuò)展的寬度76。在一 個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件10可以包括具有頂表面的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(例如，襯底12)。隔離區(qū) 32、34和36可以從襯底12的頂表面延伸到一定深度。有源區(qū)92可以具有中心部分(例 如，以由有源區(qū)74覆蓋的區(qū)域?yàn)榇?和相鄰部分(例如，以由有源區(qū)84覆蓋的區(qū)域?yàn)榇?表)。有源區(qū)的中心部分可以至少延伸到例如與隔離區(qū)32、34和36的深度相同的深度。相 鄰部分可以具有頂部，該頂部具有與該中心部分的頂表面處于同一平面的頂表面，并且該 相鄰部分可以具有在不大于一定深度處的底部，該一定深度小于該中心部分所延伸到的深 度。由各個(gè)視圖的組合明顯可見，隔離區(qū)32的至少一部分(在圖2中示出，但在圖11中未 示出)可以直接位于該相鄰部分的底部下。并且，說(shuō)明書和權(quán)利要求中的用語(yǔ)“前”、“后”、“底”、“上”、“下”等(如果有的話)，
被用于描述目的而非必定描述永久的相對(duì)位置。應(yīng)該理解所使用的用語(yǔ)在適當(dāng)情況下是可 互換的，使得這里描述的本發(fā)明的實(shí)施例例如能夠在不同于這里例示或描述的取向的其它 取向下操作。盡管這里參考具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是可以做出各種修改和改變，而不脫 離如以下權(quán)利要求中所提出的本發(fā)明的范圍。因而，說(shuō)明書和附圖應(yīng)該被視為示例性的而 不是限制性的概念，并且所有這些修改預(yù)期被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。這里針對(duì)具體實(shí)施 例描述的任何益處、優(yōu)點(diǎn)或?qū)τ诩夹g(shù)問(wèn)題的方案不預(yù)期被解釋為任何或所有權(quán)利要求的關(guān) 鍵、需要或必要特征或要素。并且，這里使用的用語(yǔ)“一個(gè)”被定義為一個(gè)或多于一個(gè)。并且，權(quán)利要求中的諸 如“至少一個(gè)”和“一個(gè)或更多個(gè)”的引導(dǎo)語(yǔ)的使用不應(yīng)該被解釋為暗示通過(guò)不定冠詞“一 個(gè)”引入的其它權(quán)利要求要素將包含此類引入的權(quán)利要求要素的任何特定權(quán)利要求限制到 僅包含一個(gè)此類要素的發(fā)明，即使當(dāng)同一權(quán)利要求包括導(dǎo)入語(yǔ)“一個(gè)或更多個(gè)”或“至少一 個(gè)”以及諸如“一個(gè)”的不定冠詞時(shí)。定冠詞的使用同樣如此。
除非另有聲明，諸如“第一”和“第二”的用語(yǔ)被用來(lái)在此類用語(yǔ)描述要素之間進(jìn) 行任意區(qū)分。因此，這些用語(yǔ)不必定預(yù)期表示此類要素的時(shí)間或其它優(yōu)先權(quán)。
權(quán)利要求
1.一種在半導(dǎo)體層中和上形成半導(dǎo)體器件的方法，包括 形成與第一有源區(qū)相鄰的溝槽；用絕緣材料填充所述溝槽；在所述溝槽的中心部分上形成掩蔽特征物以在所述掩蔽特征物的第一側(cè)與所述第一 有源區(qū)之間暴露所述溝槽的第一側(cè)；蝕刻到所述溝槽的第一側(cè)內(nèi)以在所述溝槽中留下第一凹部；以及 在所述第一凹部中生長(zhǎng)第一外延區(qū)以將所述第一有源區(qū)擴(kuò)展成包括所述第一凹部，并 由此形成擴(kuò)展的第一有源區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一有源區(qū)具有在第一方向延伸的第一寬 度，該方法還包括在所述擴(kuò)展的第一有源區(qū)上和中形成第一晶體管，所述第一晶體管具有位于溝道上的 柵極，該溝道在所述第一方向延伸，其中所述第一晶體管具有大于所述第一寬度的溝道寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括對(duì)所述擴(kuò)展的第一有源區(qū)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述第一有源區(qū)具有在第一方向延伸的第一寬 度，該方法還包括在所述化學(xué)機(jī)械拋光的步驟之后，在所述擴(kuò)展的第一有源區(qū)上和中形成第一晶體管， 所述第一晶體管具有位于溝道上的柵極，該溝道在所述第一方向延伸，其中所述第一晶體 管具有大于所述第一寬度的溝道寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述蝕刻的步驟之前修整所述掩蔽特征物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述修整步驟的特征還在于包括灰化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述形成溝槽的步驟的特征還在于所述溝槽位于所述第一有源區(qū)和第二有源區(qū)之間；所述形成掩蔽特征物的步驟的特征還在于在所述掩蔽特征物的第二側(cè)與所述第二有 源區(qū)之間暴露所述溝槽的第二側(cè)；所述蝕刻的步驟的特征還在于蝕刻到所述溝槽的第二側(cè)內(nèi)以在所述溝槽中留下第二 凹部；并且所述生長(zhǎng)的步驟的特征還在于在所述第二凹部中生長(zhǎng)第二外延區(qū)以將所述第二有源 區(qū)擴(kuò)展成包括所述第二凹部，并由此形成擴(kuò)展的第二有源區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括對(duì)所述擴(kuò)展的第一有源區(qū)和所述擴(kuò)展的第二 有源區(qū)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括在所述化學(xué)機(jī)械拋光的步驟之后，形成柵極，該柵極在所述擴(kuò)展的第一有源區(qū)和所述 擴(kuò)展的第二有源區(qū)上延伸，包括在所述第一外延區(qū)和所述第二外延區(qū)上延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述形成掩蔽特征物的步驟的特征還在于所述 掩蔽特征物包括光致抗蝕劑，該方法還包括在所述蝕刻步驟之前修整所述光致抗蝕劑。
11.一種形成半導(dǎo)體器件的方法，包括 提供半導(dǎo)體襯底；形成圍繞有源區(qū)的溝槽，該溝槽限定所述有源區(qū)的邊界； 用絕緣材料填充該溝槽以形成隔離區(qū)；在所述隔離區(qū)上形成掩蔽特征物，其中所述掩蔽特征物具有與所述有源區(qū)隔開的邊緣 以在所述掩蔽特征物的邊緣與所述有源區(qū)之間提供所述隔離區(qū)的暴露區(qū)域； 蝕刻到所述暴露區(qū)域內(nèi)以形成凹部；以及用半導(dǎo)體材料填充所述凹部以形成作為填充有半導(dǎo)體材料的所述凹部和所述有源區(qū) 的組合的擴(kuò)展的有源區(qū)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括 在所述蝕刻的步驟之前修整所述掩蔽特征物。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括在所述擴(kuò)展的有源區(qū)上形成柵極。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述形成柵極的步驟的特征還在于所述柵極在 填充有半導(dǎo)體材料的所述凹部上穿過(guò)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括對(duì)所述擴(kuò)展的有源區(qū)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述形成掩蔽特征物的步驟的特征還在于所述 暴露區(qū)域完全地圍繞所述有源區(qū)延伸。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括在所述有源區(qū)中和上形成晶體管，該晶體管具有柵極，該柵極在兩個(gè)不同的位置與填 充有半導(dǎo)體材料的所述凹部交叉。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述填充凹部的步驟的特征還在于外延生長(zhǎng)所 述半導(dǎo)體材料。
19.一種半導(dǎo)體器件，包括 具有頂表面的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；從所述頂表面延伸到第一深度的絕緣材料的隔離區(qū)；具有中心部分和相鄰部分的半導(dǎo)體材料的有源區(qū)，其中所述中心部分從所述頂表面至少延伸到所述第一深度；所述相鄰部分具有在所述頂表面處的頂部和在不大于第二深度處的底部；所述第二深度小于所述第一深度；所述相鄰部分從所述頂部到所述底部在所述中心部分與隔離區(qū)之間；并且 所述隔離區(qū)直接在所述相鄰部分的所述底部下。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體器件，還包括位于所述有源區(qū)的所述中心部分和 所述相鄰部分上的柵極。
全文摘要
在半導(dǎo)體層中和上實(shí)現(xiàn)制作半導(dǎo)體器件(10)的方法。與第一有源區(qū)(24、26、28、30)相鄰地形成溝槽(18、20、22)。用絕緣材料(32、34、36)填充溝槽。在溝槽的中心部分上形成掩蔽特征物(48、50、52)以在掩蔽特征物的第一側(cè)與第一有源區(qū)之間暴露溝槽的第一側(cè)。蝕刻到溝槽的第一側(cè)內(nèi)的步驟在溝槽中留下第一凹部(54、56、58、60)。在第一凹部中生長(zhǎng)第一外延區(qū)(62、66)以將第一有源區(qū)擴(kuò)展成包括第一凹部，并由此形成擴(kuò)展的第一有源區(qū)。
文檔編號(hào)H01L21/8244GK102113110SQ200980129750
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月30日
發(fā)明者C-C·付, G·C·阿伯林, M·D·霍爾 申請(qǐng)人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司