本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體處理，并且在特殊實(shí)施例中，涉及具有掩埋隔離層的襯底及其形成方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體器件被使用在各種電子和其他應(yīng)用中。半導(dǎo)體器件包括集成電路或分立器件等，其通過在半導(dǎo)體晶片之上沉積一個(gè)或多個(gè)類型的材料薄膜并且圖案化材料薄膜而在半導(dǎo)體晶片上形成以形成集成電路。

半導(dǎo)體器件在通常是塊材半導(dǎo)體晶片的半導(dǎo)體晶片上制造。塊材半導(dǎo)體晶片使用直拉、區(qū)熔或其他工藝形成。絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)襯底是得到普及的另一類型襯底。由于改進(jìn)的器件區(qū)域隔離的可能性，這些襯底越來越受到喜愛并且導(dǎo)致具有減少的泄漏電流和寄生效應(yīng)的器件。然而，制造SOI晶片需要對(duì)塊材晶片的附加處理。例如，SOI晶片使用諸如SIMOX工藝的氧注入工藝或使用諸如智能剝離(Smart Cut)工藝的晶片鍵合工藝形成，在晶片鍵合工藝中，兩個(gè)晶片被鍵合在一起。因此，生產(chǎn)SOI晶片的加工成本比傳統(tǒng)塊材晶片高很多。附加地，由于制造工藝的困難，這些晶片的供應(yīng)是有限的。此外，使用傳統(tǒng)接觸形成工藝，SOI晶片的底層不能被電接觸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法包括在第一橫向外延過生長(zhǎng)區(qū)域中形成開口以暴露在開口內(nèi)的半導(dǎo)體襯底的表面。該方法還包括在開口內(nèi)的半導(dǎo)體襯底的暴露的表面處，形成絕緣區(qū)域；以及使用橫向外延生長(zhǎng)工藝，使用第二半導(dǎo)體材料填充開口以形成第二橫向外延過生長(zhǎng)區(qū)域。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)備選實(shí)施例，一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括使用各向異性蝕刻工藝在半導(dǎo)體襯底中形成多個(gè)第一開口和多個(gè)柱。多個(gè)第一開口中的每一個(gè)與多個(gè)第一開口中的另一個(gè)被多個(gè)柱中的一個(gè)分隔開。該方法還包括使用各向同性蝕刻工藝，通過通過多個(gè)第一開口延伸，在半導(dǎo)體襯底中形成多個(gè)第二開口；處理在多個(gè)第二開口處的半導(dǎo)體襯底的暴露的表面以形成保形襯墊；以及使用橫向外延生長(zhǎng)工藝，從半導(dǎo)體襯底的多個(gè)柱在多個(gè)第一開口中，生長(zhǎng)橫向外延過生長(zhǎng)區(qū)域。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)備選實(shí)施例，一種方法包括在半導(dǎo)體襯底之上形成多個(gè)掩模區(qū)域。多個(gè)掩模區(qū)域暴露半導(dǎo)體襯底的部分同時(shí)覆蓋半導(dǎo)體襯底的其他部分。使用橫向外延生長(zhǎng)工藝，橫向外延過生長(zhǎng)區(qū)域通過半導(dǎo)體襯底的暴露的表面而形成。該方法還包括在橫向外延過生長(zhǎng)區(qū)域中形成多個(gè)開口；以及在橫向外延過生長(zhǎng)區(qū)域中形成掩埋腔。

附圖說明

為了更加完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考結(jié)合附圖的以下描述，其中：

圖1A、圖1B、圖2A、圖2B、圖2C、圖3A、圖3B、圖3C、圖3D、圖3E、圖4、圖5和圖6圖示了制造根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的一個(gè)實(shí)施例，該半導(dǎo)體器件包括掩埋絕緣層，

其中圖1A圖示在形成第一掩模之后的半導(dǎo)體襯底的橫截面圖，

其中圖1B圖示在制造期間半導(dǎo)體襯底的俯視圖的示例性實(shí)施例，

其中圖2A圖示在形成橫向外延過生長(zhǎng)層之后的半導(dǎo)體器件，

其中圖2B圖示在形成第二掩模以及圖案化橫向外延過生長(zhǎng)層之后的半導(dǎo)體器件，

其中圖2C圖示在第二掩模中的開口之間形成絕緣層之后的半導(dǎo)體器件，

其中圖3A-圖3E圖示在開口的下表面處形成絕緣層的方法，其中圖3A圖示在高縱橫比開口中形成保形襯墊之后的半導(dǎo)體器件，其中圖3B圖示在形成保形襯墊之后的半導(dǎo)體器件，其中圖3C圖示在拋光填充材料之后的半導(dǎo)體器件，其中圖3D圖示在蝕刻保形襯墊之后的半導(dǎo)體器件，其中圖3E圖示在去除填充材料之后的半導(dǎo)體器件，

其中圖4圖示在開口的下表面處形成絕緣層的備選方法，

其中圖5圖示在第二掩模中的開口之間形成另一橫向外延過生長(zhǎng)層之后的半導(dǎo)體器件，

其中圖6圖示在第二橫向外延過生長(zhǎng)層的平面化之后的半導(dǎo)體器件，

圖7A圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在用第二外延過生長(zhǎng)層填充之前，半導(dǎo)體器件的開口的俯視截面圖；

圖7B圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在用第二外延過生長(zhǎng)層填充之前，半導(dǎo)體器件的開口的俯視截面圖；

圖7C圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在用第二外延過生長(zhǎng)層填充之前，半導(dǎo)體器件的開口的俯視截面圖；

圖8-圖10圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在各個(gè)制造階段期間的半導(dǎo)體器件，

其中圖8圖示在去除絕緣層之后的半導(dǎo)體器件，其中圖9圖示在開口的底部處形成絕緣層之后的半導(dǎo)體器件，其中圖10A和圖10B圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在形成嵌入外延層內(nèi)的腔之后的半導(dǎo)體器件；

圖11-圖19圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)備選實(shí)施例，在各個(gè)制造階段期間的半導(dǎo)體器件，

其中圖11圖示在襯底之上形成蝕刻掩模之后的半導(dǎo)體器件，

其中圖12圖示在襯底中形成深開口之后的半導(dǎo)體器件，

其中圖13圖示在鈍化深開口的側(cè)壁之后的半導(dǎo)體器件，

其中圖14圖示在各向同性蝕刻工藝之后的半導(dǎo)體器件，

其中圖15圖示在下部開口上形成側(cè)壁襯墊之后的半導(dǎo)體器件，

其中圖16圖示在填充下部開口之后的半導(dǎo)體器件，

其中圖17圖示在從深開口去除側(cè)壁鈍化之后的半導(dǎo)體器件，

其中圖18圖示在使用橫向外延過生長(zhǎng)層填充深開口之后的半導(dǎo)體器件，

其中圖19圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在平面化之后的半導(dǎo)體器件；

圖20圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，形成到襯底的接觸過孔的可能性；

圖21圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在切割道處的較薄的外延區(qū)域；

圖22A-圖22B圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在釋放蝕刻之后的半導(dǎo)體器件，釋放蝕刻導(dǎo)致包括外延層的懸掛結(jié)構(gòu)；以及

圖23A-圖23B圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，針對(duì)掩埋隔離區(qū)域使用多個(gè)層的半導(dǎo)體器件。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的實(shí)施例公開在沒有傳統(tǒng)SOI晶片的缺點(diǎn)的情況下，形成具有掩埋隔離區(qū)域的襯底的各種方法。在各種實(shí)施例中，在沒有與形成SOI晶片相關(guān)聯(lián)的附加工藝復(fù)雜性情況下，形成掩埋隔離區(qū)域。有利地，本發(fā)明的實(shí)施例使用塊材半導(dǎo)體晶片作為開始襯底。這避免了傳統(tǒng)SOI晶片涉及的較高成本和可用性問題。此外，使用現(xiàn)有可用的工藝步驟以及在沒有昂貴工藝步驟或設(shè)備的情況下，傳統(tǒng)襯底被轉(zhuǎn)換為類SOI襯底。

本發(fā)明的各種實(shí)施例公開在塊材襯底內(nèi)形成掩埋隔離層的不同方法。以下說明描述各種實(shí)施例。將使用圖1-圖6描述使用橫向外延過生長(zhǎng)工藝生產(chǎn)掩埋隔離的實(shí)施例。將使用圖8-圖10描述生產(chǎn)掩埋腔和可選地掩埋隔離的另一個(gè)實(shí)施例。將使用圖11-圖19描述使用各向同性蝕刻工藝生產(chǎn)掩埋隔離的備選實(shí)施例。圖7圖示俯視圖以圖示在多個(gè)橫向外延過生長(zhǎng)層之間的可能的結(jié)構(gòu)關(guān)系。

圖1A、圖1B、圖2A、圖2B、圖2C、圖3A、圖3B、圖3C、圖3D、圖3E、圖4、圖5和圖6圖示制造根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括掩埋絕緣層的半導(dǎo)體器件的一個(gè)實(shí)施例。

圖1A圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在形成第一掩模之后的半導(dǎo)體襯底的橫截面圖。

參照?qǐng)D1A，在各種實(shí)施例中，襯底10可以是半導(dǎo)體襯底。在一些實(shí)施例中，襯底10可以是半導(dǎo)體塊材襯底或絕緣體上半導(dǎo)體襯底。襯底10的一些示例包括塊材單晶硅襯底(或在其上生長(zhǎng)的或在其中以其他方式形成的層)。在各種實(shí)施例中，襯底10可以包括毯覆外延層。在各種實(shí)施例中，襯底10可以是硅晶片、鍺晶片，或者可以是包括銻化銦、砷化銦、磷化銦、氮化鎵、砷化鎵、銻化鎵或其組合的化合物半導(dǎo)體襯底。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底10可以包括異質(zhì)外延層，諸如在硅晶片上生長(zhǎng)的氮化鎵。

在各種實(shí)施例中，第一掩模20包括圖案化的或結(jié)構(gòu)化的絕緣層。在一個(gè)實(shí)施例中，第一掩模20可以是氮化物。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一掩模20可以是氧化物。第一掩模20可以通過熱氧化或氮化，或者使用諸如化學(xué)氣相沉積、等離子體氣相沉積的氣相沉積工藝形成。

在一個(gè)實(shí)施例中，第一掩模20可以包括硬掩模材料。在各種實(shí)施例中，第一掩模20可以包括諸如氮化硅的氮化物材料。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，第一掩模20包括墊氧化層和在墊氧化層之上的氮化硅層。在一個(gè)備選實(shí)施例中，第一掩模20包括墊氧化層和在墊氧化層之上的氮化硅層。在另一個(gè)備選實(shí)施例中，第一掩模20包括墊氧化層、在墊氧化層之上的氮化物層以及在氮化物層之上的另一個(gè)氧化物層。在又一個(gè)備選實(shí)施例中，第一掩模20也包括其他材料，諸如碳和非晶材料。

在各種實(shí)施例中，第一掩模20可以使用傳統(tǒng)光刻來制造，例如，在掩模層之上沉積光刻膠層以及圖案化光刻膠及其下方的掩模層。備選地，第一掩模20也可以使用其他技術(shù)形成，諸如絲網(wǎng)印刷，以及其他圖案化技術(shù)。

圖1B圖示在制造期間，半導(dǎo)體襯底的俯視圖的一個(gè)示例性實(shí)施例。

如在圖1B中所圖示的，第一掩模20可以覆蓋半導(dǎo)體襯底10的大約一半的暴露區(qū)域。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，第一掩模20的圖案化區(qū)域的第一寬度w1與暴露的半導(dǎo)體襯底10的第二寬度w2大約相同。

圖2A圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在形成橫向外延過生長(zhǎng)層之后的半導(dǎo)體器件。

第一橫向外延過生長(zhǎng)層30在暴露的半導(dǎo)體襯底10上生長(zhǎng)。在各種實(shí)施例中，第一橫向外延過生長(zhǎng)層30與半導(dǎo)體襯底10具有相同的材料組成。在一個(gè)實(shí)施例中，第一橫向外延過生長(zhǎng)層30與襯底10包括硅。例如，硅可以具有(100)表面并且第一橫向外延過生長(zhǎng)層30也生長(zhǎng)為具有(100)表面。

然而，在一些實(shí)施例中，第一橫向外延過生長(zhǎng)層30可以具有與襯底10不同的組成。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底10可以包括(111)硅表面，而第一橫向外延過生長(zhǎng)層30可以包括氮化鎵。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一橫向外延過生長(zhǎng)層30可以包括在硅襯底10上生長(zhǎng)的磷化銦。

在各種實(shí)施例中，使用橫向外延過生長(zhǎng)工藝來沉積第一橫向外延過生長(zhǎng)層30。橫向外延過生長(zhǎng)工藝是在部分掩模襯底上的外延生長(zhǎng)方法。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，使用液相外延工藝來生長(zhǎng)第一橫向外延過生長(zhǎng)層30。在其他實(shí)施例中，也可以使用氣相外延工藝。

外延工藝在第一掩模20之間的開口中成核并且生長(zhǎng)以與襯底10垂直的方向進(jìn)行。在生長(zhǎng)表面生長(zhǎng)超出第一掩模20之后，外延在第一掩模20之上沿橫向方向發(fā)生。最終，外延層的相鄰部分融合在一起以形成包括第一橫向外延過生長(zhǎng)層30的單個(gè)層。由于小的成核表面，有利地形成相對(duì)無缺陷的第一橫向外延過生長(zhǎng)層30。

在各種實(shí)施例中，可以在多個(gè)階段中生長(zhǎng)第一橫向外延過生長(zhǎng)層30。在一個(gè)實(shí)施例中，生長(zhǎng)第一橫向外延過生長(zhǎng)層30的第一部分。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，該第一部分可以具有多達(dá)1微米的厚度。然后，第一部分被退火以最小化缺陷以及改進(jìn)第一橫向外延過生長(zhǎng)層30的第一部分的結(jié)晶度。在一個(gè)實(shí)施例中，可以執(zhí)行激光退火以產(chǎn)生對(duì)第一橫向外延過生長(zhǎng)層30的第一部分的局部加熱。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以執(zhí)行閃光退火以最小化退火工藝的熱時(shí)間同時(shí)最大化退火的峰值溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過具有例如1000℃到1080℃之間的峰值溫度的退火來執(zhí)行退火。

圖2B圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在形成第二掩模以及圖案化橫向外延過生長(zhǎng)層之后的半導(dǎo)體器件。

參照?qǐng)D2B，第二掩模50在第一橫向外延過生長(zhǎng)層30之上形成。第二掩模50可以與第一掩模20對(duì)齊使得在第一掩模20之間的區(qū)域被暴露。出于這個(gè)原因，第二掩模50可以比第一掩模20窄(從俯視角度)，從而當(dāng)開口40在第一橫向外延過生長(zhǎng)層30中形成時(shí)，暴露第一掩模20的一些區(qū)域。相應(yīng)地，在第一掩模20和第二掩模50之間的對(duì)齊誤差不會(huì)導(dǎo)致在正在形成的掩埋隔離層中的不連續(xù)。

使用第二掩模50作為蝕刻掩模，在第一橫向外延過生長(zhǎng)層30中形成開口40。在一個(gè)實(shí)施例中，蝕刻可以是等離子體工藝，盡管只要獲得各向異性蝕刻，也可以使用其他類型的蝕刻工藝。由于下面的第一掩模20的一部分沒有疊加在第二掩模50上，所以可以通過檢測(cè)何時(shí)開始蝕刻第一掩模20的區(qū)域，來停止蝕刻工藝。換言之，當(dāng)?shù)竭_(dá)第一掩模20的表面時(shí)，可以檢測(cè)到蝕刻工藝的終點(diǎn)。

圖2C圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在第二掩模中的開口之間形成絕緣層之后的半導(dǎo)體器件。

如在圖2C中所圖示的，在開口40中，在第二掩模50之間形成絕緣層60。在各種實(shí)施例中，絕緣層60僅僅在開口40的下表面處形成。

在一個(gè)實(shí)施例中，絕緣層60包括熱氧化物。在備選實(shí)施例中，絕緣層60包括材料堆疊，包括氧化物/氮化物、氧化物/氮化物/氧化物。在另外實(shí)施例中，絕緣層60包括氮化物。在一個(gè)實(shí)施例中，第一掩模20和絕緣層60包括相同的材料。

在一個(gè)實(shí)施例中，絕緣層60比第一掩模20厚以便覆蓋第一掩模20的暴露的表面。覆蓋第一掩模20的暴露的表面確保連續(xù)絕緣區(qū)域，并且避免隨后在第一掩模20和絕緣層60之間形成裂縫。

在一些實(shí)施例中，附加地，絕緣層60覆蓋襯底10的周邊區(qū)域，諸如半導(dǎo)體晶片的外周區(qū)域、在相鄰芯片之間的切割道。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，絕緣層60可以被沉積以具有與第一掩模20不同的應(yīng)變。例如，如果第一掩模20具有張應(yīng)力，則絕緣層60可以具有壓應(yīng)力。

可以在現(xiàn)在或是在隨后的制造期間執(zhí)行退火工藝，以回流第一掩模20、絕緣層60或者這兩層以便形成連續(xù)的掩埋絕緣層。

以上工藝的方面涉及，僅在開口40的下表面處形成絕緣層60。將使用圖3和圖4的放大橫截面圖來描述形成該層的工藝的實(shí)施例。

圖3A-圖3E圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在開口的下表面處形成絕緣層的方法。在圖3A-圖3E中描述的工藝可以是形成圖2C中所圖示的結(jié)構(gòu)的一種方式。

圖3A圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在高縱橫比開口中形成保形襯墊之后的半導(dǎo)體器件。

例如，如在圖1-圖2B中所描述的，在襯底10中形成開口。參照?qǐng)D3A，如所圖示的，保形襯墊310被沉積在開口、襯底10和掩埋掩模層305之上。在一個(gè)實(shí)施例中，保形襯墊310可以是使用熱氧化或熱氮化生長(zhǎng)的氧化物。在備選實(shí)施例中，可以使用諸如大氣壓化學(xué)氣相沉積(APCVD)或次大氣壓化學(xué)氣相沉積(SACVD)的保形沉積工藝，使用諸如正硅酸乙酯(TEOS)和臭氧氣體化學(xué)物質(zhì)的有機(jī)金屬前體，來沉積保形襯墊310。在TEOS和臭氧之間的反應(yīng)沉積氧化硅。在另外備選實(shí)施例中，可以使用低壓CVD(LPCVD)、等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD)等，來沉積保形襯墊310。

圖3B圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在形成保形襯墊之后的半導(dǎo)體器件。

填充材料320然后被沉積到剩余的開口中。填充材料320可以是抗蝕劑、碳、酰亞胺、聚合物、模制材料以及善于填充深縱橫比開口的其他材料。填充材料320具有與保形襯墊310不同的蝕刻選擇性，使得這些材料都可以通過單獨(dú)的蝕刻工藝并且同時(shí)使它們暴露于該特定蝕刻工藝而被獨(dú)立地去除。使得填充材料320將如在圖3B中所圖示的開口過填充。盡管未示出，由于下面的開口，填充材料320的上表面可以包括粗糙度。

圖3C圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在拋光填充材料之后的半導(dǎo)體器件。

使用平面化工藝來拋光填充材料320的表面。在一個(gè)實(shí)施例中，平面化工藝在保形襯墊310上停止。在一個(gè)備選實(shí)施例中，平面化工藝也可以蝕刻通過保形襯墊310以暴露襯底10。在各種實(shí)施例中，平面化工藝可以包括化學(xué)機(jī)械拋光工藝。

在一些實(shí)施例中，如果使用備選工藝來部分填充開口，則可以跳過過填充和平面化。

圖3D圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在蝕刻保形襯墊之后的半導(dǎo)體器件。

參照?qǐng)D3D，使用蝕刻工藝蝕刻暴露的保形襯墊310。在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用定時(shí)的濕法蝕刻工藝。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以使用等離子體蝕刻工藝。蝕刻工藝在不蝕刻填充材料320的情況下，選擇性地去除保形襯墊310。

圖3E圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在去除填充材料之后的半導(dǎo)體器件。

現(xiàn)在可以在不蝕刻保形襯墊310的情況下，蝕刻暴露的填充材料320。在各種實(shí)施例中，填充材料320被蝕刻以暴露保形襯墊310。蝕刻工藝被選擇，使得在蝕刻填充材料320時(shí)，不蝕刻保形襯墊310。在一些實(shí)施例中，保形襯墊310可以用于終點(diǎn)檢測(cè)。

因此，僅在開口的下表面處，留下保形襯墊310層。如在圖5-圖6或圖10A-圖10B中所討論的，可以接著進(jìn)行隨后的處理。

圖4圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在開口的下表面處形成絕緣層的一個(gè)備選方法。

不同于在圖3A-圖3E中所描述的實(shí)施例，在這個(gè)實(shí)施例中，直接使用陽(yáng)極工藝形成絕緣層60。如果第一橫向外延過生長(zhǎng)層30通過第一掩模20電絕緣，那么如果電勢(shì)被施加于襯底10，僅僅襯底10的表面被充電。在這種情況下，可以使用陽(yáng)極氧化工藝以選擇性地氧化襯底10在開口40中的暴露的表面。

正電壓可以施加于襯底10并且相對(duì)負(fù)電壓通過陰極電極(CE)施加于電解液250。暴露的晶片表面形成電解工藝的陽(yáng)極。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，電解液250可以包括硝酸和水。在陽(yáng)極氧化工藝之后，可以執(zhí)行退火工藝。再次，如在圖5-圖6或圖10A-圖10B中所討論的，可以接著進(jìn)行隨后的處理。

圖5圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在第二掩模中的開口之間形成另一個(gè)橫向外延過生長(zhǎng)層之后的半導(dǎo)體器件。

從圖2C繼續(xù)，使用第一橫向外延過生長(zhǎng)層30的暴露的側(cè)壁，生長(zhǎng)第二橫向外延過生長(zhǎng)層70。第二橫向外延過生長(zhǎng)層70通過絕緣層60與襯底10隔離。絕緣層60和第一掩模20之間的重疊保證襯底10沒有表面被暴露，否則將會(huì)產(chǎn)生與襯底10電連接的縱條。

第二橫向外延過生長(zhǎng)層70填充開口40，從而形成在襯底10之上的單個(gè)層。可以允許第二橫向外延過生長(zhǎng)層70過填充，使得生長(zhǎng)在第二掩模50之上橫向繼續(xù)。第二橫向外延過生長(zhǎng)層70的生長(zhǎng)從第一橫向外延過生長(zhǎng)層30的側(cè)壁成核，并且相鄰表面融合在一起。相應(yīng)地，來自相鄰開口40的外延材料合并在一起以形成第二橫向外延過生長(zhǎng)層70的單個(gè)層。隨后的退火可以被執(zhí)行以改進(jìn)該層的結(jié)晶度。

圖6圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在第二橫向外延過生長(zhǎng)層的平面化之后的半導(dǎo)體器件。

第二橫向外延過生長(zhǎng)層70被平面化以形成平坦的表面。在各種實(shí)施例中，可以使用化學(xué)機(jī)械拋光工藝執(zhí)行平面化。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，平面化工藝也可以用于去除第二掩模50。備選地，單獨(dú)的蝕刻工藝可以用于去除第二掩模50。

圖7A圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在用第二橫向外延過生長(zhǎng)層填充之前的半導(dǎo)體器件的開口的俯視截面圖。

在各種實(shí)施例中，在襯底10之上，第一掩?？梢跃哂懈鞣N形狀和密度。如在圖7B中所圖示的一個(gè)實(shí)施例中，制作第一掩模，并隨后制作開口40，使得開口40的形狀像接觸孔。

圖7B圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在用第二橫向外延過生長(zhǎng)層填充之前的半導(dǎo)體器件的開口的俯視截面圖。

參照?qǐng)D7B，開口40在襯底10的周邊區(qū)域中形成。例如，當(dāng)襯底10是半導(dǎo)體晶片時(shí)，半導(dǎo)體晶片的外周區(qū)域包括開口40。第二橫向外延過生長(zhǎng)層70可以生長(zhǎng)在開口40之上。

圖7C圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在用第二橫向外延過生長(zhǎng)層填充之前的半導(dǎo)體器件的開口的俯視截面圖。

如在圖7C中所圖示，在一個(gè)實(shí)施例中，第一掩模20(和第二掩模50)在襯底10之上形成為柱。在各種實(shí)施例中，開口40可以占據(jù)襯底10的主表面的表面積的20％到80％。

圖7A-圖7C的以上實(shí)施例可以應(yīng)用于上述和下述的任意其他實(shí)施例。

圖8-圖10圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在不同制造階段期間的半導(dǎo)體器件。本發(fā)明的實(shí)施例可以用于形成如將在下面描述的襯底10上方的掩埋腔。

圖8圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在去除絕緣層之后的半導(dǎo)體器件。

工藝跟隨在圖1、圖2A和圖2B中所描述的說明。相應(yīng)地，如以上所描述的，在各種實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)化第一掩模20，生長(zhǎng)第一橫向外延過生長(zhǎng)層30，以及使用第二掩模50來圖案化第一橫向外延過生長(zhǎng)層30以形成開口40。

參照?qǐng)D8，與圖2C不同，在開始附加的橫向外延過生長(zhǎng)工藝之前，去除第二掩模50。

圖9圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在開口的底部處形成絕緣層之后的半導(dǎo)體器件。

在去除絕緣層之后，如在其他實(shí)施例(例如，以上圖3和圖4)中所描述，在開口40的下表面處形成絕緣層60。在一個(gè)實(shí)施例中，在開口40的底部形成絕緣層60，如在各種實(shí)施例中所描述的，絕緣層60包括氧化物、氧化物/氮化物或氧化物/氮化物/氧化物堆疊。

圖10A和圖10B圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在形成嵌入外延層內(nèi)的腔之后的半導(dǎo)體器件。

在一個(gè)實(shí)施例中，描述了用于在外延層中形成腔的工藝，盡管在其他實(shí)施例中可以使用其他工藝。在一個(gè)示例性腔形成工藝中，三維(3-D)結(jié)構(gòu)被生成并且在包含擴(kuò)散增強(qiáng)元素的環(huán)境中被暴露于高溫工藝，導(dǎo)致3-D結(jié)構(gòu)的上部的關(guān)閉和空隙的相關(guān)聯(lián)的形成，空隙被襯底10完全密封，襯底10可以是如前所述的單晶襯底。當(dāng)襯底10包括單晶硅時(shí)，擴(kuò)散增強(qiáng)元素可以是氫，氫增強(qiáng)硅原子的固態(tài)擴(kuò)散，導(dǎo)致晶體襯底10的重新排列。在一個(gè)實(shí)施例中，包括開口40的襯底10被暴露在氫環(huán)境中并且被退火。例如，在各種實(shí)施例中，退火可以在400℃到550℃之間被執(zhí)行。

在氫退火期間，第一橫向外延過生長(zhǎng)層30的原子重新布置以在外延層110內(nèi)形成掩埋腔120，如在圖10A中所圖示。有利地，掩埋腔120和外延層110與襯底10隔離。

在一個(gè)備選實(shí)施例中，執(zhí)行貝內(nèi)西亞(Venecia)工藝，使得沿著開口40的上部產(chǎn)生橋狀上層130，留下多個(gè)腔140。這在圖10B中圖示。

相應(yīng)地，可以繼續(xù)進(jìn)一步處理以形成器件結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的示例可以是光電器件、具有諸如MEMS器件的移動(dòng)部件的器件等。

圖11-圖19圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)備選實(shí)施例，在各個(gè)制造階段期間的半導(dǎo)體器件。

在另外的實(shí)施例中，如使用圖11-圖19進(jìn)一步描述的，掩埋氧化物可以使用各向同性蝕刻工藝被執(zhí)行。該實(shí)施例可以包括與先前的實(shí)施例相似的工藝步驟。

圖11圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在襯底之上形成蝕刻掩模之后的半導(dǎo)體器件。如在圖11中所圖示，第一掩模20在襯底10之上形成。第一掩模20可以根據(jù)在先前實(shí)施例中所描述的那樣形成。

圖12圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在襯底中形成深開口之后的半導(dǎo)體器件。

接著，如在圖12中所圖示，與先前實(shí)施例相似，深開口210在襯底10中形成。在一個(gè)實(shí)施例中，深開口210可以是溝槽。在另一個(gè)實(shí)施例中，深開口210可以被成形為像接觸孔，使得深開口210的長(zhǎng)度和寬度相似。在各種實(shí)施例中，可以使用等離子體工藝來形成深開口210，盡管在各種實(shí)施例中可以使用其他各向異性工藝。

圖13圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在鈍化深開口的側(cè)壁之后的半導(dǎo)體器件。

接著參照?qǐng)D13，深開口210的側(cè)壁被用側(cè)壁間隔件220鈍化。側(cè)壁間隔件220可以通過在溝槽中沉積襯墊形成，襯墊可以是氧化物、氮化物或者氧化物和氮化物的組合或者包括一層或多層氧化物和氮化物的堆疊。使用各向異性工藝，蝕刻溝槽底部區(qū)域中的襯墊以形成側(cè)壁間隔件220。在一個(gè)實(shí)施例中，各向異性工藝可以是反應(yīng)離子蝕刻工藝。

圖14圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在各向同性蝕刻工藝之后的半導(dǎo)體器件。

接著如在圖14中所圖示，各向同性蝕刻工藝可以用來形成下部開口230。各項(xiàng)同性蝕刻工藝可以是濕法蝕刻工藝。在一些實(shí)施例中，各向同性蝕刻工藝可以包括干法蝕刻工藝，包括各向同性等離子體蝕刻工藝。

圖15圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在下部開口上形成側(cè)壁間隔件之后的半導(dǎo)體器件。

如使用圖15-圖18將被描述的，下部開口230被填充有絕緣材料。在一個(gè)實(shí)施例中，這可以使用單個(gè)干法或濕法氧化工藝執(zhí)行。在一些實(shí)施例中，如這里進(jìn)一步描述的，這可以使用多個(gè)工藝步驟執(zhí)行。熱氧化工藝可以用來氧化下部開口230的暴露的表面。如圖15所圖示的，執(zhí)行硅消耗氧化工藝，直到來自相鄰下部開口230的氧化物襯墊240融合在一起，形成連續(xù)襯墊層。

圖16圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在填充下部開口之后的半導(dǎo)體器件。

參照?qǐng)D16，絕緣填充材料250可以用來填充下部開口230。在各個(gè)實(shí)施例中，絕緣填充材料250可以包括低k電介質(zhì)材料、氧化物或氮化物。絕緣填充材料250可以是能夠在不留下空隙或腔的情況下填充到高縱橫比開口中的材料。例如，絕緣填充材料250可以被選擇以具有良好的回流性質(zhì)，使得其在沉積期間或在隨后的回流退火期間回流。

圖17圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在從深開口去除側(cè)壁鈍化之后的半導(dǎo)體器件。

使用諸如濕法蝕刻工藝的蝕刻工藝，去除側(cè)壁間隔件220。在一個(gè)實(shí)施例中，可以在不去除絕緣填充材料250的情況下，選擇性地去除側(cè)壁間隔件220。

圖18圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在使用橫向外延過生長(zhǎng)層填充深開口之后的半導(dǎo)體器件。

橫向外延過生長(zhǎng)工藝用于生長(zhǎng)外延填充區(qū)域260。外延層從襯底10的暴露的側(cè)壁成核。

圖19圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在平面化之后的半導(dǎo)體器件。

如在先前實(shí)施例中所描述的，可以進(jìn)行隨后的處理，包括平面化外延填充區(qū)域260，例如，使用化學(xué)機(jī)械平面化工藝來形成外延層270。外延層270被一系列互連的氣泡狀隔離區(qū)域與下面的襯底10隔離。在平面化期間，可以去除下面的第一掩模20。進(jìn)一步的處理可以如在傳統(tǒng)半導(dǎo)體制造中的那樣繼續(xù)，以在外延層270中生產(chǎn)期望的器件結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的實(shí)施例可以用在很多應(yīng)用中。在不縮小本發(fā)明的范圍至僅僅這些應(yīng)用的情況下，將在以下描述一些示例性應(yīng)用。這些應(yīng)用被提供僅僅用作示例。

圖20圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，形成到襯底的接觸過孔的可能性。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，在第一掩模20之間的一些開口在形成絕緣層60時(shí)被掩蔽，或者備選地，在產(chǎn)生層60之后，在那個(gè)區(qū)域中被局部去除。因此，第一橫向外延過生長(zhǎng)層30或者第二橫向外延過生長(zhǎng)層70填充這些空間。接觸83可以被制作為通過在第一掩模20中的這個(gè)開口以便接觸下面的襯底10。這解決傳統(tǒng)SOI襯底的重要問題。

圖21圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在切割道處的較薄的外延區(qū)域。

在備選實(shí)施例中，相對(duì)于在芯片區(qū)域601中，在切割道602中相鄰開口之間的距離較大，使得在那個(gè)區(qū)域中，橫向生長(zhǎng)外延層優(yōu)選地不互相接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，相對(duì)于在芯片區(qū)域601中，在切割道602中相鄰開口之間的距離大10％。因此，如所圖示，第二外延過生長(zhǎng)層70(或隨后的外延層)在切割道602處的厚度小于在芯片區(qū)域601處的厚度。在處理結(jié)束時(shí)執(zhí)行的切割工藝期間，較薄的第二外延過生長(zhǎng)層70更容易被切穿。在另外實(shí)施例中，在形成第二外延過生長(zhǎng)層70之后，填充物材料可以被沉積以填充在切割道602中未填充的部分。填充物的示例可以包括諸如碳、環(huán)氧樹脂、抗蝕劑、模制化合物等材料。

在各個(gè)實(shí)施例中，因此形成的掩埋氧化物層也可以用作減薄停止層以生產(chǎn)具有恒定厚度的晶片，從而最小化晶片間厚度變化。掩埋氧化物層用作自調(diào)節(jié)減薄停止層用于從背部執(zhí)行的減薄工藝。在其他示例中，在背蝕刻(例如，通過例如KOH、TMAH中的濕法蝕刻、CMP或其他研磨)期間，掩埋氧化物層可以用作停止件。

圖22A-圖22B圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在釋放蝕刻之后的半導(dǎo)體器件，釋放蝕刻導(dǎo)致包括外延層的懸掛結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的實(shí)施例可以用于產(chǎn)生微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件。圖22A圖示一個(gè)實(shí)施例，在該實(shí)施例中，連續(xù)掩埋絕緣層已經(jīng)被蝕刻掉(例如，使用氫氟酸)以形成腔605和上面的第二外延過生長(zhǎng)層70。在一些實(shí)施例中，絕緣層60可以具有不同的組成，因此具有對(duì)第一掩模20的不同的蝕刻選擇性。因此，如在圖22B中所示，絕緣層60或第一掩模20可以被選擇性地蝕刻來形成掩埋腔606。

圖23A-圖23B圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，針對(duì)掩埋隔離區(qū)域使用多個(gè)層的半導(dǎo)體器件。

如前所述，第一掩模20或絕緣層60可以包括多個(gè)層。出于說明的目的，絕緣層60包括第一層60A，第二層60B已沉積在第一層60A上。第一層60A可以是與第二層60B不同的材料。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，第一層60A是氮化物并且第二層60B是氧化物。這樣的結(jié)構(gòu)可以具有很多應(yīng)用。

圖23B圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，絕緣層的一個(gè)層被蝕刻的一個(gè)示例性應(yīng)用。參照?qǐng)D23B，在一個(gè)實(shí)施例中，第二層60B和第一掩模20被蝕刻以形成連續(xù)掩埋腔605。

盡管已經(jīng)參照說明性實(shí)施例，描述了本發(fā)明，但是本說明目的不是以限制的意義被解釋。參照本說明，說明性實(shí)施例的各種修改和組合，以及本發(fā)明的其他實(shí)施例，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將會(huì)是明顯的。因此，目的在于隨附權(quán)利要求涵蓋任何這樣的修改或?qū)嵤├?/p>