專利名稱：用于襯底的各向異性蝕刻的非晶蝕刻停止的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蝕刻用在集成電路中的襯底的領(lǐng)域，且尤其涉及各向異性濕法蝕刻以及使用非晶蝕刻停止區(qū)的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在蝕刻其上已經(jīng)形成了結(jié)構(gòu)的襯底中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題是微負(fù)載。微負(fù)載是在單個(gè)襯底上不同區(qū)域中不同密度結(jié)構(gòu)對(duì)這些不同區(qū)域中的蝕刻幾何形狀的影響。在具有不同結(jié)構(gòu)密度的區(qū)域中的不同蝕刻幾何形狀的實(shí)例在圖1中示出。區(qū)域1是具有形成于襯底120上的相對(duì)高密度的結(jié)構(gòu)110的區(qū)域。用于圖1中的實(shí)例的結(jié)構(gòu)110是具有側(cè)壁間隔物140的晶體管柵130。在該實(shí)例中，蝕刻襯底以形成隨后用摻雜的材料回填的凹槽，從而形成源/漏區(qū)。區(qū)域2是具有形成于襯底120上的相對(duì)低密度的結(jié)構(gòu)110的區(qū)域?？梢允蔷w管柵130的源/漏區(qū)的蝕刻區(qū)域150在區(qū)域1和2中具有不同的蝕刻幾何形狀。在相對(duì)稠密區(qū)域1中的蝕刻區(qū)域150對(duì)側(cè)壁間隔物和晶體管柵的底切比區(qū)域2中的蝕刻區(qū)域150的底切面積更小，并且也傾向于具有比區(qū)域2中的蝕刻區(qū)域150小的深度。例如，如圖1中所示，在區(qū)域1中的底切區(qū)域160只底切側(cè)壁間隔物140，但是區(qū)域2中的底切區(qū)170底切了側(cè)壁間隔物140和晶體管柵130。由于微負(fù)載導(dǎo)致在襯底上形成與在相同襯底上的其它器件相比具有不相容結(jié)構(gòu)的器件，因此微負(fù)載是影響集成電路性能的明顯問(wèn)題。
在過(guò)去已通過(guò)在襯底上形成虛擬結(jié)構(gòu)來(lái)處理微負(fù)載，以使在襯底上的結(jié)構(gòu)密度在襯底上處處相等。由于虛擬結(jié)構(gòu)在襯底上占用可更好地利用的空間并且由于在結(jié)構(gòu)之間的大空間是為特定器件要求所需要的，因此虛擬結(jié)構(gòu)不理想。
在過(guò)去已通過(guò)在襯底內(nèi)部形成蝕刻停止以控制蝕刻深度來(lái)處理微負(fù)載?，F(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)通過(guò)用外來(lái)元素如硼(B)、磷(P)和砷(As)摻雜襯底來(lái)在襯底中形成蝕刻停止。該蝕刻停止有助于控制各向異性濕法蝕刻的深度。通過(guò)使用具有各向異性濕法蝕刻的蝕刻停止，可以控制被蝕刻區(qū)域的深度以及被蝕刻區(qū)域的寬度(底切)。使用元素如硼、磷和砷的缺點(diǎn)在于它們會(huì)從蝕刻停止區(qū)擴(kuò)散到它們可以引起對(duì)形成于襯底中或襯底上的器件的電干擾的區(qū)域中。
雙間隔物工藝已經(jīng)用于抵抗由微負(fù)載引起的橫向底切效果。在該方法中，由首先在柵極的任一側(cè)上形成窄的側(cè)壁間隔物來(lái)控制橫向底切。然后，用各向異性干法蝕刻來(lái)蝕刻孔并然后用感興趣的材料填充該孔。然后形成另一個(gè)側(cè)壁間隔物，并用外來(lái)元素注入間隔物之間的襯底。但是，該方法要求很多步驟，而且不能完全地防止由于微負(fù)載導(dǎo)致的不相容底切的問(wèn)題，而且當(dāng)?shù)浊杏糜诮Y(jié)構(gòu)如源/漏尖端擴(kuò)展區(qū)域時(shí)不能使用該方法。


圖1是示出在現(xiàn)有技術(shù)的蝕刻之后的微負(fù)載的襯底的例圖。
圖2a-2j示例了形成具有源/漏注入?yún)^(qū)并使用非晶注入?yún)^(qū)作為蝕刻停止的晶體管。
圖3a-3g示例了形成沒(méi)有源/漏注入?yún)^(qū)的晶體管并使用非晶注入?yún)^(qū)作為蝕刻停止的可選實(shí)施例。
圖4a-4d示例了形成懸臂的方法。
具體實(shí)施例方式
這里描述的是使用通過(guò)注入在襯底中為電中性的元素形成的非晶蝕刻停止層的方法和器件。在以下的描述中，列舉出很多具體細(xì)節(jié)。然而本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解這些具體細(xì)節(jié)對(duì)于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例不是必要的。雖然描述了本發(fā)明的某些示范性實(shí)施例并示于附圖中，但是應(yīng)當(dāng)理解，這種實(shí)施例僅僅是示例性的而不限制當(dāng)前發(fā)明，且本發(fā)明不限于示出和描述的具體結(jié)構(gòu)和設(shè)置，這是由于本領(lǐng)域技術(shù)人員可作出修改。在其它情況下，為了不必要的使得本發(fā)明的實(shí)施例含糊不清，沒(méi)有特別詳細(xì)地列舉出公知的半導(dǎo)體制造工藝、技術(shù)、材料、設(shè)備等。
描述了通過(guò)用在襯底中為電中性的元素注入襯底的形成非晶蝕刻停止層的方法。在它們擴(kuò)散到襯底中的其它區(qū)域中的情況下，在襯底中為電中性的元素的使用防止了元素的電干擾。非晶蝕刻停止層可用在晶體管的制造中或用作硬掩模以形成其它器件，如懸臂。
在一個(gè)實(shí)施例中，非晶蝕刻停止區(qū)域可形成于襯底中以制造晶體管。襯底200提供于圖2a中。該襯底200可以是單晶或多晶半導(dǎo)體材料，如硅或鍺。在圖2a中，示例出單晶硅襯底200在y平面中具有[100]晶向，在x平面中具有[110]晶向，且在x和y平面的對(duì)角線平面中具有[111]晶向。襯底200根據(jù)形成的是PMOS或NMOS晶體管而含有p型和n型阱。在圖2a中示例的襯底的區(qū)域可以是摻雜有p型摻雜劑如硼或鎵的p型，或可選地是摻雜有n型摻雜劑如磷或砷的n型阱。柵電介質(zhì)205形成于襯底200上。柵電介質(zhì)205可以是如氮氧化層的材料。柵極210形成于柵電介質(zhì)205上方。柵極210可以通過(guò)多晶硅層的毯覆沉積和隨后將多晶硅層圖案化成為柵極210來(lái)形成。隔離區(qū)215形成于襯底200中，以將n型阱與p型阱分離，并因此隔離相鄰的晶體管。場(chǎng)隔離區(qū)215例如是通過(guò)將溝槽蝕刻到襯底200中以及隨后用沉積的氧化物來(lái)填充溝槽和平坦化來(lái)形成的淺溝槽隔離(STI)區(qū)。
如圖2b中示例的，硬掩模220形成于柵極210上方以在隨后的注入工藝中保護(hù)柵極210。摻雜劑230注入到襯底200中以形成源-漏尖端區(qū)225。對(duì)于PMOS晶體管，摻雜劑230是p型摻雜劑如硼或鎵，襯底200在隔離區(qū)215之間的該區(qū)域中是n型阱。對(duì)于NMOS晶體管，摻雜劑230是n型摻雜劑如磷或砷，襯底200在隔離區(qū)215之間的該區(qū)域中是p型阱。源/漏尖端注入?yún)^(qū)225可具有小于接近10nm的深度和跨越柵極210和隔離區(qū)215之間區(qū)域的寬度。
圖2c示例了將凹槽235蝕刻到襯底中的實(shí)施例。在通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的常規(guī)工藝蝕刻凹槽235之前形成側(cè)壁間隔物240。然后蝕刻襯底以形成凹槽235。可通過(guò)使用化合物如氣態(tài)的Cl2、SF6或HBr的各向異性等離子體蝕刻來(lái)蝕刻凹槽235，該氣態(tài)的化合物將蝕穿源/漏尖端注入?yún)^(qū)域225和襯底200。凹槽235可具有接近40nm和1000nm范圍內(nèi)的寬度，和在接近40nm和200nm范圍內(nèi)的深度。
然后可將離子種類245注入到在圖2d中示例的襯底200中的凹槽235的底部中，以形成非晶蝕刻停止區(qū)250。在注入離子種類245之前，在柵極310上方形成硬掩模325，以在注入期間保護(hù)柵極。通過(guò)用注入工藝斷裂襯底200的鍵來(lái)形成非晶蝕刻停止區(qū)250。將襯底200的鍵斷裂至它們對(duì)于濕法各向異性蝕刻劑產(chǎn)生蝕刻停止區(qū)的程度。在斷裂襯底200的鍵中包括的參數(shù)包括離子種類245的加速能量、離子半徑和質(zhì)量。對(duì)于不從襯底200的表面反射的注入的幾乎所有低能量條件都將斷裂襯底200的鍵，并形成非晶區(qū)如非晶蝕刻停止區(qū)250?？梢砸越咏?×e14原子/cm2和1×e15原子/cm2之間的劑量、和接近1KeV和20KeV范圍的注入能量將離子種類245注入到凹槽235的底部中，以在非晶蝕刻停止區(qū)250中形成接近1×e21原子/cm3濃度的離子種類245。注入能量可取決于被注入的離子種類245，且在一個(gè)實(shí)施例中，注入能量盡可能地低，以避免對(duì)襯底200的不必要的損傷。離子種類245可注入到接近50nm的深度或可沉積到凹槽235的底部表面上。
離子種類245是在襯底中為電中性的元素，以使在其擴(kuò)散到襯底中時(shí)，不會(huì)電干擾在襯底200中或上的器件。在一個(gè)實(shí)施例中，在襯底200中為電中性的離子種類245可以是與形成襯底的元素相同的元素。在該實(shí)施例中，注入到硅襯底200中的元素可以是硅，或可選地，注入到鍺襯底200中的元素可以是鍺。在可選實(shí)施例中，在襯底中為電中性的離子種類245可以是在襯底200中具有低溶解度的元素，并由此不取代在襯底的晶格中的原子。在硅中為電中性的元素是具有大于硅的共價(jià)半徑尺寸1.2倍的離子半徑的元素，和具有小于硅的共價(jià)半徑尺寸的0.7倍的離子半徑的元素。硅的共價(jià)半徑接近111微微米(pm)，因此在硅中為電中性的元素是具有離子半徑大于130pm的元素和離子半徑小于80pm的元素。具有這些特定離子半徑的元素不取代硅晶格中的原子，并在硅中具有非常低的溶解度，由此使得這種元素在硅中為電中性。對(duì)于硅襯底符合離子半徑標(biāo)準(zhǔn)的離子種類245例如包括氧、氮、貴重元素(Ne、Ar、Kr等)和周期表中第I列的堿金屬(H、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr)和周期表的第II列的堿土金屬(Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra)。離子種類245可以是一種類型的元素或是元素組合。
圖2e和2f示例了可選實(shí)施例，其中代替如圖2c中示例的第一蝕刻凹槽235和隨后如圖2d中示例的用離子種類245注入凹槽235的底部，在將凹槽235蝕刻到襯底200中之前將離子種類245注入到襯底200中。在圖2e中，可將離子種類245注入到襯底200中以形成非晶蝕刻停止區(qū)250?？梢砸?×e15原子/cm2和1×e16原子/cm2之間的劑量、和在接近10KeV和40KeV范圍內(nèi)的注入能量將離子種類245注入到襯底200中。注入能量可以取決于被注入的雜質(zhì)材料245，且注入能量可以盡可能地低以避免對(duì)襯底200的損傷?？蓪㈦x子種類245注入至稍超出凹槽235深度的深度以形成圖2e的非晶蝕刻停止區(qū)250。如上關(guān)于圖2c和2d所述，離子種類245是在襯底200中為電中性的材料，且可以是上述的特定元素中的任一種。如圖2f中所示例的，然后通過(guò)使用化合物如Cl2、SF6或HBr的各向異性等離子體蝕刻，穿過(guò)非晶蝕刻停止區(qū)250的上部部分在襯底200中蝕刻凹槽235。非晶蝕刻停止區(qū)250不用作各向異性等離子體蝕刻的蝕刻停止，但是將用作各向異性濕法蝕刻的蝕刻停止，這是由于其用作掩模以保護(hù)襯底表面，如以下將描述的。凹槽235可以具有接近40nm和1000nm范圍內(nèi)的寬度，和接近40nm和200nm范圍內(nèi)的深度。
在圖2g中，用各向異性濕法蝕刻來(lái)蝕刻襯底200，以形成沿著[111]晶面具有陡峭斜面265的蝕刻底切區(qū)260。各向異性濕法蝕刻在非晶蝕刻停止區(qū)250上停止蝕刻，以使溝槽的底部是平坦的。側(cè)壁間隔物240、源/漏尖端注入?yún)^(qū)225和STI隔離區(qū)215不通過(guò)各向異性濕法蝕刻來(lái)蝕刻。各向異性濕法蝕刻可以是pH接近10或更高的堿性濕法蝕刻。濕法蝕刻可以由含堿如KOH(氫氧化鉀)、NaOH(氫氧化鈉)、NH4OH(氫氧化氨)或TMAH(氫氧化四甲基氨)的水溶液配制而成。例如，重量百分比為30％的NH4OH溶液可與水混合，以形成具有體積百分比在接近10％-100％范圍內(nèi)的NH4OH濃度、或尤其重量百分比在接近3％-30％范圍內(nèi)的NH4OH濃度的各向異性蝕刻溶液270。為了控制各向異性濕法蝕刻的速度，可在接近室溫下進(jìn)行該蝕刻。為了增加蝕刻速度，可提高溫度。進(jìn)行各向異性濕法蝕刻的溫度接近15℃和80℃之間，尤其接近24℃。蝕刻速度可以在接近10nm/分鐘和100nm/分鐘的范圍內(nèi)。在蝕刻溶液中不包括氧化劑，這是由于其會(huì)氧化襯底200并停止各向異性蝕刻，以使沿著[111]晶面不會(huì)產(chǎn)生陡峭面260?？梢晕g刻襯底200達(dá)接近1分鐘和10分鐘范圍內(nèi)的時(shí)間。蝕刻的時(shí)間越長(zhǎng)，就會(huì)獲得越多的橫向底切。橫向蝕刻底切區(qū)260的距離可以是側(cè)壁間隔物240的寬度，如圖2g中所示。因此，底切區(qū)的寬度在接近5nm-100nm的范圍內(nèi)，且尤其在接近10nm-30nm的范圍內(nèi)。
如圖2h中所示例的，底切區(qū)260可以在柵極210下方延伸至接近柵210的寬度的10％到20％范圍內(nèi)的距離。由于蝕刻襯底200至源/漏尖端注入?yún)^(qū)225的底部，因此源/漏尖端注入?yún)^(qū)225會(huì)影響底切區(qū)260的幾何形狀。因此，由于底切區(qū)260延伸出源/漏尖端注入?yún)^(qū)225并在柵極210下方延伸，因此其將留下在底切區(qū)260和柵電介質(zhì)205之間的襯底200的距離270。這防止底切區(qū)260被蝕刻得過(guò)于接近柵極。在柵極210下方的底切區(qū)260可以是在用摻雜的半導(dǎo)體回填充材料275如外延硅鍺回填充凹槽235和底切區(qū)260之后的晶體管的延伸尖端源/漏區(qū)，如圖2i中所示例的。如2j中所示例的，在回填充材料275的回填充工藝期間，由于回填充工藝的溫度，可再結(jié)晶非晶蝕刻停止區(qū)250。在回填充工藝期間，襯底200的溫度可達(dá)到接近600℃和650℃范圍內(nèi)的溫度。在雜質(zhì)材料245與襯底200為相同元素的實(shí)施例中，非晶蝕刻停止區(qū)250的再結(jié)晶將使得該區(qū)域與襯底200的剩余區(qū)域相似。圖2j中示例了具有源/漏區(qū)285和通過(guò)在由上述蝕刻工藝形成的區(qū)域中沉積摻雜的半導(dǎo)體回填充材料275形成的延伸的尖端源/漏區(qū)290的晶體管280。
在圖3a-3g中示例的可選實(shí)施例中，可形成使用非晶蝕刻停止區(qū)制造的晶體管，而沒(méi)有源/漏注入?yún)^(qū)，以使各向異性濕法蝕刻的底切區(qū)在晶體管的側(cè)壁間隔物下方形成陡峭的蝕刻幾何形狀。襯底300提供于圖3a中。襯底300可以是單晶或多晶半導(dǎo)體材料如硅或鍺。在圖3a中，示例出單晶硅襯底200在y平面內(nèi)具有[100]晶向，在x平面內(nèi)具有[110]晶向，和在x和y平面的對(duì)角線平面內(nèi)具有[111]晶向。襯底300可根據(jù)形成的是PMOS還是NMOS晶體管而含有p型阱和n型阱。圖3a中示例的襯底的區(qū)域可以是摻雜有p型摻雜劑如硼或鎵的p型，或可選地可以是摻雜有n型摻雜劑如磷或砷的n型阱。柵電介質(zhì)305形成于襯底300上。柵電介質(zhì)305可以是例如氮氧化層的材料。柵極310形成于柵電介質(zhì)305上方。柵極310可以通過(guò)毯覆沉積多晶硅層和隨后將多晶硅層圖案化成柵極310來(lái)形成。隔離區(qū)315形成于襯底300中，以將n型阱與p型阱分離，并因此隔離相鄰的晶體管。場(chǎng)隔離區(qū)315例如可以是通過(guò)將溝槽蝕刻到襯底300中以及隨后用沉積氧化物填充溝槽來(lái)形成的淺溝槽隔離(SIT)區(qū)。
如圖3b中所示例的，通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的常規(guī)方法將一對(duì)側(cè)壁間隔物320形成于柵極310的任一側(cè)上。另外，硬掩模325可以形成于柵極310上。圖3c示例出在用注入材料335注入襯底300之前將凹槽330蝕刻到襯底300中的實(shí)施例。凹槽330可以通過(guò)使用化合物如氣態(tài)的Cl2、SF6或HBr的各向異性等離子體蝕刻來(lái)蝕刻。凹槽330可以具有在接近40nm和1000nm范圍內(nèi)的寬度，和在接近40nm和200nm范圍內(nèi)的深度。
然后可將離子種類335注入到襯底300中的凹槽330的底部中，如圖3d中所示例的，以形成非晶蝕刻停止區(qū)340。非晶蝕刻停止區(qū)340通過(guò)用注入工藝斷裂襯底300的鍵來(lái)形成。將襯底300的鍵斷裂至它們可以產(chǎn)生用于濕法各向異性蝕刻劑的蝕刻停止區(qū)的程度。在斷裂襯底300的鍵中包括的參數(shù)包括離子種類335的加速能量、離子半徑和質(zhì)量。對(duì)于不從襯底300的表面反射的注入的幾乎所有低能量條件都可斷裂襯底300的鍵，并形成非晶區(qū)如非晶蝕刻停止區(qū)340。以接近5×e14原子/cm2和1×e15原子/cm2之間的劑量、和在接近1KeV和20KeV范圍內(nèi)的注入能量可以將離子種類335注入到凹槽330的底部中，以在非晶蝕刻停止區(qū)340內(nèi)形成接近1×e21原子/cm3濃度的離子種類335。注入能量可取決于被注入的離子種類335，并在一個(gè)實(shí)施例中，注入能量盡可能地低，以避免對(duì)襯底300的不必要的損傷。離子種類335可注入至達(dá)接近50nm的深度，或可沉積到凹槽330的底部表面上。
離子種類335是一種在襯底中為電中性的元素，以使在其擴(kuò)散到襯底中時(shí)不會(huì)電干擾在襯底300中或上的器件。在一個(gè)實(shí)施例中，在襯底300中為電中性的離子種類335可以是與形成襯底的元素相同的元素。在該實(shí)施例中，注入到硅襯底300中的元素是硅，或可選地，注入到鍺襯底300中的元素是鍺。在可選實(shí)施例中，在襯底中為電中性的離子種類335可以是在襯底300中具有低溶解度的元素，并由此可以不取代在襯底晶格中的原子。在硅中為電中性的元素是具有大于硅的共價(jià)半徑尺寸1.2倍的離子半徑的元素，和具有小于硅的共價(jià)半徑尺寸的0.7倍的離子半徑的元素。硅的共價(jià)半徑接近111微微米(pm)，因此在硅中為電中性的元素是具有離子半徑大于130pm的元素和離子半徑小于80pm的元素。具有這些特定離子半徑的元素不取代在硅晶格中的原子并在硅中具有非常低的溶解度，由此使得這種元素在硅中為電中性。符合硅襯底的離子半徑標(biāo)準(zhǔn)的離子種類335例如包括氧、氮、貴重元素(Ne、Ar、Kr等)和周期表中第I列的堿金屬(H、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr)和周期表的第II列的堿土金屬(Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra)。離子種類335可以是一種類型的元素或是元素組合。在可選實(shí)施例中，可以在蝕刻凹槽330之前，將離子種類335注入到襯底300中，如上面關(guān)于圖2c和2f所示例的那樣。
在圖3e中，用各向異性濕法蝕刻來(lái)蝕刻襯底300以形成沿著[111]晶面具有陡峭斜面350的蝕刻底切區(qū)345。由于在各向異性濕法蝕刻中不存在氧化劑，因此產(chǎn)生陡峭的斜面350。各向異性濕法蝕刻在非晶蝕刻停止區(qū)340上停止蝕刻，以使溝槽的底部是平坦的。非晶蝕刻停止區(qū)340用作掩模，以保護(hù)襯底表面。側(cè)壁間隔物320和STI隔離區(qū)315不被各向異性濕法蝕刻所蝕刻。各向異性濕法蝕刻可以是具有pH接近10或更高的堿性濕法蝕刻。濕法蝕刻可以由含堿如KOH(氫氧化鉀)、NaOH(氫氧化鈉)、NH4OH(氫氧化氨)或TMAH(氫氧化四甲基氨)的水溶液配制而成。例如，重量百分比為30％的NH4OH溶液可與水混合，以形成具有體積百分比在接近10％-100％范圍內(nèi)的NH4OH濃度、或尤其重量百分比在接近3％-30％范圍內(nèi)的NH4OH濃度的各向異性蝕刻溶液270。為了控制各向異性濕法蝕刻的速度，可在接近室溫下進(jìn)行該蝕刻。為了增加蝕刻速度，可提高溫度。進(jìn)行各向異性濕法蝕刻的溫度接近15℃和80℃之間，尤其接近24℃。蝕刻速度可以在接近10nm/分鐘和100nm/分鐘的范圍內(nèi)?？梢晕g刻襯底300達(dá)足以在側(cè)壁間隔物320下方形成底切區(qū)345的時(shí)間，但是沒(méi)有長(zhǎng)到蝕刻到柵電介質(zhì)305的下方。在一個(gè)實(shí)施例中，蝕刻時(shí)間在接近1分鐘和10分鐘的范圍內(nèi)。蝕刻的時(shí)間越長(zhǎng)，就會(huì)獲得越大的橫向底切。橫向蝕刻底切區(qū)345的距離可以是側(cè)壁間隔物320的寬度，如圖3e中所示例的。因此，底切區(qū)的寬度在接近5nm-100nm的范圍內(nèi)，更尤其在接近10nm-30nm的范圍內(nèi)。
在圖3f中，凹槽330和底切區(qū)345用摻雜的半導(dǎo)體回填充材料355來(lái)回填充。在回填充工藝期間，襯底300可以達(dá)到接近600℃和650℃范圍內(nèi)的溫度。通過(guò)這些溫度，非晶蝕刻停止區(qū)340可以再結(jié)晶。在離子種類335是與襯底300相同元素的實(shí)施例中，非晶蝕刻停止區(qū)340的再結(jié)晶將使得該區(qū)域不能與襯底300的其它區(qū)域區(qū)分開(kāi)，如圖3g中所示例的那樣。圖3g示例了具有源/漏區(qū)360和通過(guò)在由上述蝕刻工藝形成的區(qū)域中沉積摻雜的半導(dǎo)體回填充材料355形成的源/漏尖端區(qū)365的晶體管。源/漏尖端區(qū)365具有尖角并且恰好沿著側(cè)壁間隔物320的底部邊緣形成。該幾何形狀提供最大摻雜的源/漏尖端區(qū)域剛好直到柵電介質(zhì)305和柵電介質(zhì)310，并會(huì)引起比具有圓形邊緣的源/漏區(qū)更好的器件性能。
在另一實(shí)施例中，非晶蝕刻停止區(qū)可用作正的地貌特征的掩模，其中非晶蝕刻停止區(qū)是淺的且在襯底表面附近。如圖4a-4d中示例的，可以使用非晶蝕刻停止層作為掩模和在單晶襯底上的濕法各向異性蝕刻來(lái)形成懸臂。襯底可以是單晶或多晶半導(dǎo)體材料如硅或鍺。在一個(gè)具體實(shí)施例中，半導(dǎo)體材料是單晶硅襯底。在圖4a中，提供單晶硅襯底400，單晶硅襯底400在y平面內(nèi)具有[100]晶向，在x平面內(nèi)具有[110]晶向，和在x和y平面的對(duì)角線平面內(nèi)具有[111]晶向。圖案化的光致抗蝕劑掩模410形成于襯底400上?？赏ㄟ^(guò)對(duì)光致抗蝕劑顯影來(lái)圖案化光致抗蝕劑掩模。示例出了襯底400和光致抗蝕劑掩模410的頂視圖和相同襯底400和光致抗蝕劑掩模410沿著虛線I-I的截面圖。如在頂視圖中所示例的，光致抗蝕劑掩模410具有正方形的“U-形”圖案。光致抗蝕劑掩模410可以是例如氧化硅或氮化硅的材料。光致抗蝕劑掩模410的厚度應(yīng)當(dāng)足夠厚以阻擋由注入到襯底400中的離子種類420穿透襯底400。光致抗蝕劑掩模410的厚度取決于注入能量，但是通常光致抗蝕劑掩模410可以具有小于接近10nm的厚度。在圖4b中，用離子種類420注入單晶硅襯底400以形成非晶區(qū)430。離子種類420可以是與形成襯底的元素相同的元素。在一個(gè)實(shí)施例中，注入到硅襯底400中的元素是硅，和在另一實(shí)施例中，注入到鍺襯底400中的元素是鍺。在可選實(shí)施例中，注入到襯底中以形成非晶區(qū)的元素可以是在襯底中為電中性的元素。在襯底中為電中性的元素可以是在襯底中具有低溶解度的那些元素，并由此其不取代在襯底的晶格中的原子。在硅中為電中性的元素是具有大于硅的共價(jià)半徑尺寸的1.2倍的離子半徑的元素，和具有小于硅的共價(jià)半徑尺寸的0.7倍的離子半徑的元素。硅的共價(jià)半徑接近111微微米(pm)，因此在硅中為電中性的元素是具有離子半徑大于130pm的元素和離子半徑小于80pm的元素。具有這些特定離子半徑的離子種類420不取代硅晶格中的原子，并在硅中具有非常低的溶解度，由此使得這種元素在硅中為電中性。對(duì)于硅襯底符合離子半徑標(biāo)準(zhǔn)的離子種類420例如包括氧、氮、貴重元素(Ne、Ar、Kr等)、周期表中第I列的堿金屬(H、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr)和周期表的第II列的堿土金屬(Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra)。離子種類420可以是一種類型的元素或是元素組合。以1×e15原子/cm2和1×e16原子/cm2之間的劑量、和在接近1KeV和20KeV范圍內(nèi)更尤其是接近5KeV的注入能量將離子種類420注入到襯底400中，以在襯底400中形成接近1×e21原子/cm3濃度的離子種類420。注入能量可以取決于被注入的離子種類420，且注入能量盡可能地低，以避免對(duì)襯底400的損傷。離子種類420可以注入至接近零納米(只在襯底表面上)和50nm范圍內(nèi)的深度。
然后如圖4c中所示例的除去光致抗蝕劑掩模410，以暴露出單晶硅襯底400的非注入?yún)^(qū)。在將光致抗蝕劑除去之前對(duì)襯底400的非注入?yún)^(qū)表現(xiàn)出光致抗蝕劑掩模410的“U形”區(qū)域，且二者具有相同的尺寸。在圖4d中，用各向異性濕法蝕刻溶液來(lái)蝕刻單晶硅襯底400，且非晶區(qū)430用作硬掩模。各向異性濕法蝕刻溶液可以是pH大于大約10的堿性濕法蝕刻。各向異性濕法蝕刻溶液可以形成有堿如KOH(氫氧化鉀)、NaOH(氫氧化鈉)、NH4OH(氫氧化氨)或TMAH(氫氧化四甲基氨)。例如，體積百分比為30％的NH4OH溶液可與水混合，以形成具有體積百分比在接近10％-100％范圍內(nèi)的NH4OH濃度、或尤其重量百分比在接近3％-30％范圍內(nèi)的NH4OH濃度的各向異性濕法蝕刻溶液。為了控制各向異性濕法蝕刻的速度，可在接近室溫下進(jìn)行該蝕刻。為了增加蝕刻速度，可以提高各向異性濕法蝕刻溶液的溫度。進(jìn)行各向異性濕法蝕刻的溫度接近15℃和80℃之間，尤其接近24℃。蝕刻速度可以在接近10nm/分鐘和100nm/分鐘的范圍內(nèi)?？梢晕g刻襯底400達(dá)接近1分鐘和10分鐘范圍內(nèi)的時(shí)間。蝕刻的時(shí)間越長(zhǎng)，凹槽450的尺寸越大。在各向異性濕法蝕刻溶液中不包括氧化劑，這是由于如果氧化了襯底400，則蝕刻會(huì)停止并且不會(huì)產(chǎn)生沿著[111]晶面的陡峭面460。對(duì)于如硅的襯底尤其是這樣。各向異性濕法蝕刻溶液會(huì)沿著[111]對(duì)角晶面460和沿著[100]垂直晶面蝕刻，以形成懸臂475。在其最終的形成中，可以將懸臂475成形為類似于在凹槽450上方向外突起的跳板。由于通過(guò)各向異性濕法蝕刻形成了懸臂475的核心的非晶區(qū)430的橫向底切，所以形成了懸臂475。由于沿著單晶硅襯底400的水平[110]晶面的各向異性濕法蝕刻溶液的幾何形狀，形成了凹槽450的平坦部分470。使用通過(guò)非晶區(qū)430形成的正方形“掩?！睂?dǎo)致形成了凹槽450的平坦部分470。凹槽450可以具有在接近1∶1和1∶5范圍內(nèi)的縱橫比。懸臂450可以用作施壓部件或accellerometer。
由此，已經(jīng)描述了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明不限于描述的實(shí)施例，而是可通過(guò)在以下附屬的權(quán)利要求的范圍和精神內(nèi)的修改和變化來(lái)實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括將凹槽蝕刻到襯底中，該凹槽具有底部；將離子種類注入到凹槽的底部中，以形成非晶蝕刻停止區(qū)，該離子種類在襯底中為電中性；和用各向異性濕法蝕刻來(lái)蝕刻襯底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中離子種類是與襯底相同的元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中襯底是硅且其中所述元素是硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中離子種類在襯底中具有低溶解度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中離子種類具有大于130pm的離子半徑或小于80pm的離子半徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中離子種類是貴重元素。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中襯底是具有垂直[100]晶面、水平[110]晶面和對(duì)角線[111]晶面的單晶，且其中用堿性各向異性濕法蝕刻來(lái)蝕刻單晶，使得相對(duì)于[100]晶面形成沿著[111]晶面的面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中堿性各向異性濕法蝕刻溶液具有接近10或更高的pH。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中堿性各向異性濕法蝕刻不包括氧化劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將元素注入到襯底中以形成非晶蝕刻停止區(qū)的步驟包括在接近5×e14原子/cm2和1×e15原子/cm2范圍內(nèi)的元素劑量。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將離子種類注入到襯底中以形成非晶蝕刻停止區(qū)的步驟包括在接近1KeV和20KeV范圍內(nèi)的注入能量。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將凹槽蝕刻到襯底中的步驟包括各向異性干法等離子體蝕刻。
13.一種方法，包括將離子種類注入到襯底中，以形成非晶蝕刻停止區(qū)，該離子種類在襯底中為電中性；將凹槽蝕刻到襯底中；和用各向異性濕法蝕刻來(lái)蝕刻襯底。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中用離子種類注入凹槽的步驟包括在接近e15原子/cm2和1×e16原子/cm2范圍內(nèi)的離子種類劑量。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中用離子種類注入凹槽的步驟包括在接近10KeV和40KeV范圍內(nèi)的注入能量。
16.一種方法，包括在具有垂直[100]晶面、水平[110]晶面和對(duì)角線[111]晶面的單晶硅襯底上方形成柵和在柵的兩側(cè)上形成一對(duì)側(cè)壁間隔物；在單晶硅襯底中沿著垂直[100]晶面用各向異性干法等離子體蝕刻來(lái)蝕刻凹槽；將硅注入到凹槽的底部中以形成非晶蝕刻停止；沿著對(duì)角線[111]晶面用具有至少接近10的pH且沒(méi)有氧化劑的各向異性濕法蝕刻來(lái)蝕刻凹槽；和用電子摻雜的硅鍺材料填充凹槽以形成源/漏區(qū)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，還包括在側(cè)壁間隔物下方的源/漏尖端注入?yún)^(qū)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，還包括含有氧化物的淺溝槽隔離區(qū)且其中各向異性濕法蝕刻不蝕刻淺溝槽隔離區(qū)或保護(hù)柵的硬掩模。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中用電子摻雜的硅鍺材料填充凹槽在柵下方形成外延源/漏尖端延伸區(qū)。
20.一種方法，包括提供具有晶格的襯底；和用在襯底中為電中性的離子種類斷裂襯底中的晶格，以形成蝕刻停止區(qū)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中斷裂襯底的晶格的步驟包括在晶格的晶面內(nèi)斷裂化學(xué)鍵。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中斷裂晶格的步驟包括足以斷裂晶格的化學(xué)鍵元素的加速能量、離子半徑和質(zhì)量的組合。
23.一種結(jié)構(gòu)，包括襯底，具有多個(gè)垂直[100]晶面、多個(gè)水平[110]晶面和多個(gè)對(duì)角線[111]晶面，該襯底具有成形為反截頂錐體的凹槽，其中反截頂錐體沿著對(duì)角線[111]平面具有四壁和沿著水平[110]平面具有平坦的底部；和非晶蝕刻停止區(qū)，含有在凹槽的平坦底部中的襯底中為電中性的元素，其中非晶蝕刻停止區(qū)用作掩模以保護(hù)襯底表面。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的結(jié)構(gòu)，其中襯底是單晶硅。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的結(jié)構(gòu)，其中元素是硅。
26.根據(jù)權(quán)利要求23的結(jié)構(gòu)，其中凹槽具有在接近1∶1和1∶5范圍內(nèi)的縱橫比。
27.根據(jù)權(quán)利要求23的結(jié)構(gòu)，還包括在凹槽上方向外突起的懸臂。
28.一種晶體管，包括結(jié)晶半導(dǎo)體襯底，具有多個(gè)垂直[100]晶面、多個(gè)水平[110]晶面和多個(gè)對(duì)角線[111]晶面；柵極，形成于結(jié)晶半導(dǎo)體襯底上方；一對(duì)側(cè)壁間隔物，在柵極的每一側(cè)壁上都有一個(gè)；和一對(duì)源/漏區(qū)，在每個(gè)側(cè)壁間隔物的下方都由一個(gè)源/漏區(qū)，且其中源/漏區(qū)由間隔物的底部和對(duì)角線[111]晶面限定。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的結(jié)構(gòu)，其中一對(duì)源/漏區(qū)在所述的一對(duì)側(cè)壁間隔物下方延伸達(dá)到所述一對(duì)側(cè)壁間隔物中的一個(gè)的寬度的距離。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的結(jié)構(gòu)，其中所述的一對(duì)源/漏區(qū)在柵極下方延伸達(dá)到在接近柵極寬度的10％和20％范圍內(nèi)的距離。
全文摘要
描述了用在襯底中為電中性的元素注入襯底來(lái)形成非晶蝕刻停止層的方法。使用在襯底中為電中性的元素防止在元素?cái)U(kuò)散到襯底中的其它區(qū)域時(shí)由該元素引起的電干擾。在晶體管或其它器件如懸臂的制造中，非晶蝕刻停止層可以用作硬掩模。
文檔編號(hào)H01L21/336GK1902736SQ200480039534
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2004年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月30日
發(fā)明者S·基廷, C·奧特 申請(qǐng)人:英特爾公司