專(zhuān)利名稱(chēng)：制造半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括形成分 層結(jié)構(gòu)，該分層結(jié)構(gòu)從下到上依次包括襯底、下刻蝕停止層、犧牲層 和上刻蝕停止層；形成穿過(guò)半導(dǎo)體層和上刻蝕停止層的第一組和第二 組溝槽；以及穿過(guò)第一組溝槽，用對(duì)上刻蝕停止層和下刻蝕停止層具 有選擇性的刻蝕來(lái)刻蝕犧牲層，以在空腔上提供半導(dǎo)體層的支撐部 分。尤其是，但不僅僅是，本發(fā)明涉及將半導(dǎo)體薄膜從在其上被進(jìn)行 處理的襯底轉(zhuǎn)移出來(lái)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前半導(dǎo)體器件技術(shù)越來(lái)越要求在其上能夠處理各種類(lèi)型的器 件的薄的半導(dǎo)體主體。需要更快、更小和更可靠的最終產(chǎn)品的器件參 數(shù)要求驅(qū)使著降低厚度的這個(gè)要求。薄的半導(dǎo)體薄膜可以通過(guò)采用絕 緣體上硅(S0I)或，優(yōu)選地懸空硅(SON)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中分別在絕緣 層或空腔上支撐著薄膜，而同時(shí)器件處理正在進(jìn)行。 一旦前端工藝和 后端工藝處理完成，則器件被轉(zhuǎn)移至用于最終產(chǎn)品的晶片。
W0-2005/093824公開(kāi)了一種制造半導(dǎo)體器件的示例方法，其中 半導(dǎo)體主體是由絕緣體或空腔上的載體襯底支撐的，在此將其通過(guò)引 文并入。采用鉆蝕技術(shù)來(lái)去除半導(dǎo)體主體和襯底之間的犧牲層?，F(xiàn)在 將參照?qǐng)D1A到1D來(lái)給出W0-2005/093824所公開(kāi)的工藝要點(diǎn)。在此， 將盡可能采用W0-2005/093824的圖中所用的標(biāo)號(hào)。
從包括襯底1的半導(dǎo)體主體2開(kāi)始形成分層結(jié)構(gòu)。在襯底1上 生長(zhǎng)SiGe外延層11。在外延層11上生長(zhǎng)硅層12。在硅層12上生長(zhǎng) 另一SiGe層8。在第二SiGe層8上生長(zhǎng)硅層9。在該層結(jié)構(gòu)上沉積 硬掩模層M。采用光刻形成硬掩模M圖案。形成穿過(guò)硅層9和穿過(guò)第 二 SiGe層8的兩組凹槽或溝槽。如圖1B (i)中的截面圖所示，形
成了第一組溝槽4和第二組溝槽5。圖1B(ii)所示的平面圖從該分
層結(jié)構(gòu)上方示出了這些溝槽的布局。圖1的截面圖是通過(guò)圖IB (ii)
的線ni-in截取的。
應(yīng)該理解，圖1的溝槽的特殊布局并不完全對(duì)應(yīng)于
W0-2005/093824所公開(kāi)的布局。然而，這不應(yīng)該分散提供該方法所 采用的要點(diǎn)?？梢钥闯龅氖牵诙M溝槽5的形狀類(lèi)似于凹槽，并且 其寬度尺寸小于第一溝槽4的寬度尺寸。
參照?qǐng)D1C，在半導(dǎo)體主體2的表面上沉積電介質(zhì)層6。選擇該 層6的厚度和溝槽4和5的尺寸，使層6給第一組溝槽4僅僅提供均 勻的涂層，而第二組溝槽5或凹槽被電介質(zhì)層6完全填充。
然后，通過(guò)經(jīng)由第一組溝槽4進(jìn)行各向同性濕法刻蝕來(lái)形成空 腔20。用對(duì)作為上刻蝕停止層和下刻蝕停止層的兩個(gè)SiGe層8、 11 具有選擇性的刻蝕來(lái)對(duì)硅層12進(jìn)行刻蝕。
所公開(kāi)的方法提供了在空腔20上支撐的半導(dǎo)體主體9。隨后， 可將該空腔氧化以形成SOI類(lèi)型的器件。電介質(zhì)填充的溝槽5連同剩 余的硅材料12水平地提供了對(duì)懸置的半導(dǎo)體主體9的支撐。這個(gè)水 平支撐限制了執(zhí)行鉆蝕的程度。如果硅的懸置面積的橫向尺寸增加， 則這種結(jié)構(gòu)的失敗可能性也會(huì)增加。因此，與整個(gè)晶片面積相比，該 方法被限制為只能提供相對(duì)較小面積的SOI或S0N。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其包括以下
步驟
形成分層結(jié)構(gòu)，該分層結(jié)構(gòu)從下到上依次包括襯底、下刻蝕停
止層、犧牲層、上刻蝕停止層和半導(dǎo)體層；
形成穿過(guò)半導(dǎo)體層和上刻蝕停止層的第一組溝槽； 形成穿過(guò)半導(dǎo)體層、上刻蝕停止層、犧牲層和下刻蝕停止層的
第二組溝槽；
填充第二組溝槽，以提供半導(dǎo)體層和襯底之間的支撐結(jié)構(gòu)； 穿過(guò)第一組溝槽，用對(duì)上刻蝕停止層和下刻蝕停止層具有選擇
性的刻蝕來(lái)刻蝕犧牲層。
通過(guò)提供半導(dǎo)體層和襯底之間的垂直支撐結(jié)構(gòu)，可鉆蝕更大面 積的半導(dǎo)體層。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)能被擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)附著在體襯底上的全晶片半 導(dǎo)體薄膜，這將帶來(lái)如在本申請(qǐng)中將進(jìn)一步討論的大量相關(guān)優(yōu)點(diǎn)和應(yīng) 用。而且，與上述方法的產(chǎn)品相比，本發(fā)明所提供的垂直支撐結(jié)構(gòu)增 加了機(jī)械穩(wěn)定性。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，第二組溝槽最初是在與形成第一組 溝槽相同的工藝步驟期間形成的，形成的這兩組溝槽均穿過(guò)半導(dǎo)體層 和上刻蝕停止層，該方法進(jìn)一步包括以下步驟
在刻蝕透第二組溝槽的底部、犧牲層和下刻蝕停止層之前，在 第一組溝槽的底部沉積阻擋層，以覆蓋犧牲層的暴露表面；以及
在選擇性刻蝕犧牲層的所述步驟之前，刻蝕掉至少一部分阻擋 材料，以暴露犧牲層。通過(guò)在相同工藝步驟中形成第一和第二組溝槽， 有利的是只需要一個(gè)掩模組。
在這種情況下，第一和第二組溝槽中的一組優(yōu)選地比另一組寬， 以及該方法還包括在形成溝槽后在半導(dǎo)體層上沉積一層的步驟，該沉 積層的厚度可以填充較窄的一組溝槽，但是不能填充較寬的一組溝 槽。有利的是，通過(guò)采用不同尺寸的溝槽以填充一組而不填充另一組， 這將掩模組的數(shù)量降到最小。
在第一優(yōu)選實(shí)施例中，第二組溝槽比第一組寬，以及沉積層充 當(dāng)在第一組溝槽底部的沉積阻擋材料，以覆蓋犧牲層的暴露表面。有 利的是，提供犧牲層入口的溝槽比對(duì)應(yīng)于支撐結(jié)構(gòu)的溝槽窄。通常第 一組所需的溝槽比第二組所需的多，因此該實(shí)施例減小了被溝槽(即 對(duì)于器件制造是無(wú)用的溝槽)所使用的硅層的面積。
在第二優(yōu)選實(shí)施例中，第一組溝槽比第二組溝槽寬，以及其中 在第一組溝槽的底部沉積阻擋材料的步驟涉及氧化其底部，以及該方 法還包括在刻蝕透其底部之前從第二組溝槽去除沉積層材料的步驟。 氧化的步驟是簡(jiǎn)單的，其用以在第一組溝槽的底部提供阻擋材料，而 同時(shí)更深地刻蝕第二組溝槽。
優(yōu)選地，該方法還包括在刻蝕掉犧牲層后，用絕緣材料填充第
一組溝槽，以便提供懸空半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。然后，可執(zhí)行在支撐半導(dǎo)體層 上的半導(dǎo)體器件和/或電路的處理。
由晶片規(guī)模的垂直支撐結(jié)構(gòu)提供的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是僅僅通過(guò)打 斷垂直連接，半導(dǎo)體層或薄膜就能輕易地從襯底分離出來(lái)。這個(gè)過(guò)程
還可以通過(guò)簡(jiǎn)單地在刻蝕溶液中對(duì)半導(dǎo)體層或襯底進(jìn)行水浴(bath)
或，可選地，通過(guò)對(duì)其施加壓力水或氣流來(lái)完成。
由本發(fā)明提供的另一顯著優(yōu)點(diǎn)是在仍然附著于體襯底的同時(shí)支
撐薄膜可被劃分為多個(gè)分離的芯片。這可通過(guò)以下步驟執(zhí)行在分離 半導(dǎo)體層的步驟之前，在處理過(guò)的半導(dǎo)體層上沉積掩模層；形成掩模 層圖案以暴露半導(dǎo)體層表面的被選部分；干法刻蝕透暴露部分，以將 處理過(guò)的半導(dǎo)體層劃分為多個(gè)分立部分，每個(gè)部分均被支撐結(jié)構(gòu)的各 個(gè)部分支撐著。而且，用來(lái)劃分薄膜的所采用的標(biāo)準(zhǔn)刻蝕工藝可降低
所使用的切割路徑的寬度。例如，掩模層所暴露的剩余部分的尺寸可 小于l|im。
由本發(fā)明提供的另一顯著優(yōu)點(diǎn)是在分離半導(dǎo)體層后，可以多次 重新使用襯底以重復(fù)本方法，因此顯著地降低了整個(gè)工藝的襯底成 本。
除了形成SON類(lèi)型的結(jié)構(gòu)之外，由所去除的犧牲層所提供的空 腔可被絕緣層填充以提供SOI結(jié)構(gòu)。


現(xiàn)在將參照下列附圖，僅僅通過(guò)示例的方式描述本發(fā)明的實(shí)施
例，其中
圖1A到1D示出了制造半導(dǎo)體器件的已知方法；
圖2A到2D示出了在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的方法中在不同 步驟的通過(guò)分層結(jié)構(gòu)的一部分的截面圖3示出了圖2所示的部分和作為整體的器件之間的關(guān)系；
圖4示出了半導(dǎo)體層從襯底分離的示例方法；
圖5示出了半導(dǎo)體層從襯底分離的另一示例方法；
圖6是通過(guò)從支撐襯底分開(kāi)時(shí)的顯示了半導(dǎo)體層和轉(zhuǎn)移襯底的
圖2的結(jié)構(gòu)的一部分的截面圖7A到7C示出了通過(guò)半導(dǎo)體層上分離單獨(dú)芯片的各個(gè)步驟的
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例而制造的分層結(jié)構(gòu)的一部分的截面圖；以及 圖8A到8F示出了通過(guò)在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的方法中的
不同步驟中的分層結(jié)構(gòu)的一部分的截面圖。
應(yīng)該理解，附圖僅僅是示意性的。在所有附圖中，使用相同的
標(biāo)號(hào)來(lái)表示相同或相似的部分。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的第一實(shí)施例共用了 W0-2005/093824的一些最初工藝步 驟，因此最初將參照?qǐng)D1A、 1B和1C來(lái)描述本發(fā)明的第一實(shí)施例。如 WO-2005/093824所公開(kāi)的方法中采用的一樣，本發(fā)明的方法采用了 選擇性刻蝕來(lái)對(duì)處于半導(dǎo)體薄膜和體襯底之間的犧牲層進(jìn)行刻蝕。如 圖1A所示，形成了分層或?qū)盈B結(jié)構(gòu)，該分層結(jié)構(gòu)從下到上依次包括 襯底1、下刻蝕停止層11、犧牲層12、上刻蝕停止層8和半導(dǎo)體層9。 在該示例中，體襯底1是硅的半導(dǎo)體襯底。在該襯底上，生長(zhǎng)了 SiGe 外延層ll，其厚度范圍是1到50nm，并且充當(dāng)下刻蝕停止層。該層 11的鍺含量介于10和30at.%。然后，在下刻蝕停止層11上生長(zhǎng)硅 外延層12，其厚度介于20和1000謹(jǐn)之間。硅層12充當(dāng)犧牲層，隨
后該層被對(duì)刻蝕停止層具有選擇性的刻蝕給刻蝕掉。然后，通過(guò)在犧 牲硅層12上生長(zhǎng)第二 SiGe層來(lái)形成上刻蝕停止層8。
然后，通過(guò)在上刻蝕停止層上沉積硅層來(lái)形成半導(dǎo)體層，硅層9 的厚度約為2pm。然后，在分層結(jié)構(gòu)2上沉積例如氮化硅的硬掩模層 M。該層可包括單個(gè)層，即例如氮化硅層，或電介質(zhì)層的聯(lián)合，諸如
氧化物-氮化物-氧化物層。
參照?qǐng)D1B，隨后，采用光刻和刻蝕來(lái)形成硬掩模M圖案，被刻
蝕部分對(duì)應(yīng)于溝槽形成的期望位置。然后，通過(guò)刻蝕透半導(dǎo)體層9 和刻蝕透上刻蝕停止層8來(lái)形成第一和第二組溝槽4、 5。
應(yīng)該理解，術(shù)語(yǔ)"溝槽"在所屬領(lǐng)域是共知的，并且假定其包 括產(chǎn)生于各向異性刻蝕透掩模M的凹槽。術(shù)語(yǔ)溝槽可包括凹槽、洞或
溝，其中平面截面形狀可以是例如圓形、矩形或細(xì)長(zhǎng)形。每個(gè)溝槽的 平面截面形狀可以(或可以不)在整個(gè)深度上基本上與基本上垂直的 側(cè)壁是規(guī)則的。圖1B示出了在整個(gè)深度上是規(guī)則的并且具有矩形平 面截面面積的第一組溝槽4。
如圖1B (ii)部分地示出，第二組溝槽5是細(xì)長(zhǎng)的，并且形成
了穿過(guò)半導(dǎo)體層8的溝槽格柵。該格柵延伸穿過(guò)分層結(jié)構(gòu)區(qū)域，在該 特定實(shí)施例中，該溝槽的寬度介于100到300nm之間。對(duì)于以下描述， 第二組溝槽可被稱(chēng)為支撐溝槽。
第一組溝槽4中的每一個(gè)均具有矩形平面截面，并且位于分層 結(jié)構(gòu)上的規(guī)則的重復(fù)圖案中，這些圖案在由支撐溝槽5形成的柵格之 間隔開(kāi)。這些溝槽的寬度介于200到600nm之間(大約比支撐溝槽寬 兩倍)。對(duì)于以下描述，第一組溝槽可被稱(chēng)為訪問(wèn)溝槽。
從圖1B可以看出，訪問(wèn)溝槽比支撐溝槽寬。在分層結(jié)構(gòu)上沉積 電介質(zhì)層6。通常，電介質(zhì)層6由薄的氧化層和較厚的氮化層組成， 薄的氧化層的主要作用是覆蓋硬掩模M中的氮化層的側(cè)壁。由于溝槽 寬度的差異，以及電介質(zhì)層6的選擇厚度，較窄的支撐溝槽5被完全 地填充，而在較寬的訪問(wèn)溝槽4中，側(cè)壁僅僅被電介質(zhì)形成襯里。如 圖1C所示，執(zhí)行間隙壁刻蝕(各向異性刻蝕)以去除處在訪問(wèn)溝槽 4的底部以及硬掩模M的表面上的電介質(zhì)層材料6。
然后，參照?qǐng)D2A，執(zhí)行氧化步驟以對(duì)在每個(gè)訪問(wèn)溝槽底部的區(qū) 域進(jìn)行氧化。這些被氧化的區(qū)域22充當(dāng)訪問(wèn)溝槽底部的阻擋，以覆 蓋犧牲層12的暴露表面。然后，如圖2B所示，例如采用氮化物濕法 刻蝕來(lái)從溝槽4、 5去除電介質(zhì)材料6。
然后，執(zhí)行各向異性刻蝕來(lái)刻蝕透第二組溝槽5的底部、犧牲 層12和下刻蝕停止層11 (圖2C)。在訪問(wèn)溝槽4的底部的氧化物區(qū) 域22組織了任何對(duì)其的刻蝕。
然后，在半導(dǎo)體層上沉積例如二氧化硅的電介質(zhì)層。再次如圖 2D所示，選擇電介質(zhì)的厚度，使其填充支撐溝槽5，但是僅僅形成訪 問(wèn)溝槽4的壁的襯里。然后，執(zhí)行各向異性刻蝕來(lái)暴露犧牲層12的 表面，并且以從硬掩模M的上表面去除電介質(zhì)(圖2E)。
以與W0-2005/093824中所公開(kāi)的工藝相同的方式，用對(duì)上刻蝕 停止層8和下刻蝕停止層11具有選擇性的刻蝕，將犧牲硅層12刻蝕 到使其基本上被去除的程度，從而留下了在硅薄膜9下的空腔30。 然而，根據(jù)本發(fā)明，可以去除整個(gè)晶片上的整個(gè)犧牲層，以留下由填 充溝槽5提供的垂直支撐結(jié)構(gòu)來(lái)支撐空腔30上的硅薄膜9。如圖2F 所示，還去除了上和下SiGe刻蝕停止層8、 11。然而，應(yīng)該理解這 不是必要的。
通過(guò)垂直附著物將鉆蝕的硅薄膜9附著在底下的體硅1上。由 晶片規(guī)模的附著物所提供的機(jī)械穩(wěn)定性使薄膜9能在其上具有處理 過(guò)的半導(dǎo)體器件。而且，在去除SiGe刻蝕停止層8、 ll的情況下， 處理溫度的選擇具有較大的自由度。
參照?qǐng)D2G，在犧牲層12被刻蝕掉后，用絕緣材料28來(lái)填充訪 問(wèn)溝槽4，以便提供SON結(jié)構(gòu)。在這種情況下，材料28是通過(guò)保形 氧化物沉積方法(例如TE0S或另外的低壓CVD方法)沉積的氧化物。 理想的保形沉積會(huì)在訪問(wèn)溝槽側(cè)壁、薄膜9的底面和晶片1的上面的 表面上沉積相同量的氧化物。該工藝規(guī)定訪問(wèn)溝槽4的寬度必須足夠 地小于空腔30的深度，否則空腔將被完全地填充。
可選地，可采用諸如產(chǎn)生HDP氧化物的高密度等離子體CVD，或 等離子體增強(qiáng)CVD方法之類(lèi)的非保形氧化物沉積。在這種情況下，將 不會(huì)在訪問(wèn)溝槽側(cè)壁或薄膜9的底面上沉積氧化物。將僅僅在訪問(wèn)溝 槽開(kāi)口中的最初晶片1的頂部上和在所有朝上的表面上沉積氧化物。 因此，從底部向上地填充了訪問(wèn)溝槽，從而提供了從薄膜9經(jīng)由訪問(wèn) 溝槽4到襯底1的另外的垂直連接。雖然這將使空腔30的絕大部分 未被填充，但是有利的是，它能提高附著在最初襯底1上的薄膜的堅(jiān) 固性(雖然存在在最后分離步驟期間需要打斷附加連接的代價(jià))。
為了獲得空腔30的填充(保形沉積)和在支撐結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加 連接(非保形沉積)之間的平衡，可形成半保形沉積層，以便在空腔 30被填充前，訪問(wèn)溝槽側(cè)壁沉積將關(guān)閉溝槽。
應(yīng)該理解，可采用諸如氮化硅之類(lèi)的其它絕緣材料來(lái)填充訪問(wèn) 溝槽4。
在填充訪問(wèn)溝槽4之后，執(zhí)行平面化(例如CMP)步驟以提供如 圖2G所示的結(jié)構(gòu)。
為了幫助理解所示的截面圖和整體晶片之間的關(guān)系，圖3示出 了連同由被填充的支撐溝槽5所產(chǎn)生的柵格的一個(gè)"單元"的放大截
面圖的晶片的一部分的平面圖。
如圖3所示，將整個(gè)晶片薄膜9通過(guò)由例如氧化硅組成的窄(通 常幾個(gè)100nm寬)連接陣列附著在體硅l上。在這種狀態(tài)下，能用前 端工藝和后端工藝對(duì)晶片進(jìn)行處理，以便處理在支撐的半導(dǎo)體層9 上的半導(dǎo)體器件和/或電路。 一旦這個(gè)被完成，支撐襯底就被附著在 硅薄膜的后部。有利的是，通過(guò)打斷支撐結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體層能輕易地從 襯底分離。
圖4示出了打斷支撐結(jié)構(gòu)以釋放處理過(guò)的硅薄膜9的一個(gè)示例 方法。半導(dǎo)體層9和襯底1在HF刻蝕溶液中進(jìn)行水浴(圖4a)。這 有助于打斷支撐結(jié)構(gòu)5的連接，以允許被處理器件從襯底1分開(kāi)(圖 4b)。被分開(kāi)的硅薄膜9是由支撐襯底40支撐的。
圖5示出了打斷支撐結(jié)構(gòu)以釋放處理過(guò)的硅薄膜9的另一示例 方法。在這種情況下，采用來(lái)自壓力水或氣槍的流來(lái)打斷該連接。
圖6示出了在其上具有被處理過(guò)的電路的半導(dǎo)體層9，該半導(dǎo)體 層9由支撐襯底40支撐并且從襯底1分離。 一旦進(jìn)行了該分離，最 初的體襯底1可被拋光，并且可被重新用于新的工藝。由于半導(dǎo)體薄 膜9是被外延生長(zhǎng)在襯底1上的，襯底厚度的唯一損失是由于拋光產(chǎn) 生的，因此可將襯底1多次用于該工藝。
由本發(fā)明的方法所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)所提供的另一優(yōu)點(diǎn)是可采用標(biāo)準(zhǔn) 的干法刻蝕來(lái)劃分處理過(guò)的半導(dǎo)體薄膜9，同時(shí)其仍然附著在襯底1 上。圖7A示出了在其上具有處理過(guò)的電路42的鉆蝕硅薄膜9。如圖 7B所示，在后端42上沉積SAW掩模50(或鋸切掩模，劃線路徑掩模 或密封圈)，并且形成SAW掩模50圖案。形成掩模層50圖案，以暴 露半導(dǎo)體層表面的被選部分，該部分對(duì)應(yīng)于需要?jiǎng)澐直∧?的部分。 相反，被SAW掩模50覆蓋的區(qū)域限定了半導(dǎo)體薄膜9上的單獨(dú)芯片。
要被刻蝕的層包括后端層42 (該層通常包括氧化物多堆疊層，
其最大總厚度為幾個(gè)微米)和小于lpm的硅薄膜。這個(gè)相對(duì)較薄的堆
疊允許采用標(biāo)準(zhǔn)的刻蝕工藝。鋸切路徑52的尺寸小于10拜，優(yōu)選地 小于lpm。與傳統(tǒng)的寬("70pm)鋸切路徑相比，這顯著地降低了半 導(dǎo)體面積損失。執(zhí)行干法刻蝕(圖7C)，分開(kāi)的芯片仍然附著在襯 底上。
應(yīng)該理解，不能以間距小于支撐溝槽5的柵格的間距來(lái)劃分芯片。
一旦芯片彼此分開(kāi)，則可以進(jìn)行如上所述的從支撐襯底1分離 的工藝。然而，還可以這樣設(shè)想，例如通過(guò)芯片分類(lèi)機(jī)，芯片還可以 單獨(dú)地從襯底1移出。例如，然后這種機(jī)器能用真空鑷子輕易地抓取 在其上具有芯片的硅薄膜9的期望部分。通過(guò)將芯片從襯底1拉掉， 可以輕易地打斷相關(guān)的支撐結(jié)構(gòu)，然后該芯片被直接放在芯片封裝 中。以此方式，可進(jìn)行一個(gè)芯片在另一個(gè)芯片上的多芯片的堆疊。根 據(jù)本發(fā)明的方法允許芯片在非常薄的半導(dǎo)體薄膜上制造，這能產(chǎn)生非 常薄的芯片堆疊。這對(duì)于小型化非常重要的應(yīng)用(諸如移動(dòng)電話)尤 其具有吸引力。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D8A到8F，描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。在第一實(shí)施 例中，所制成的訪問(wèn)溝槽4比支撐溝槽5寬。溝槽寬度的這個(gè)差異使 要采用的被選厚度的單個(gè)電介質(zhì)沉積能填充一組溝槽，而不能填充另 一組溝槽。在第二實(shí)施例中，支撐溝槽5比訪問(wèn)溝槽4寬。在第一實(shí) 施例中直到并且包括沉積硬掩模M的步驟(圖1A)的最初工藝步驟 與第二實(shí)施例的工藝步驟相同，并且將不給予進(jìn)一步的描述。現(xiàn)在參 照?qǐng)D8A，形成硬掩模M圖案，并且執(zhí)行刻蝕以形成兩組溝槽；相對(duì) 較窄的一組訪問(wèn)溝槽4 (寬度范圍為100-300nm)位于相對(duì)較寬的支 撐溝槽5 (寬度范圍為200-600nm)的柵格中間的空間關(guān)系中。
以與第一實(shí)施例相似的方式，在溝槽陣列上沉積被選厚度的電 介質(zhì)層6。然后，進(jìn)行電介質(zhì)層6的間隙壁(各向異性)刻蝕以打開(kāi) 支撐襯底的底部。然而，在這種情況下，如圖8B所示，電介質(zhì)填充 訪問(wèn)溝槽4并且充當(dāng)在其底部的沉積阻擋材料，以覆蓋犧牲層12的 暴露表面。因此，有利的是，不需要在分離步驟中在訪問(wèn)溝槽的底部
形成氧化物阻擋層22。電介質(zhì)層6不填充而是僅僅覆蓋支撐溝槽5 的側(cè)壁。
參照?qǐng)D8C，然后執(zhí)行各向異性刻蝕來(lái)刻蝕透支撐溝槽5的底部、 犧牲層12和下刻蝕停止層11，從而加深了支撐溝槽5。然后，對(duì)支 撐溝槽5的底部進(jìn)行氧化，以便至少提供襯底1和硅薄膜9之間的一 部分支撐結(jié)構(gòu)80 (圖8D)。然后將電介質(zhì)間隙壁6的氮化物部分從 支撐溝槽5去除，保留薄的氧化物成分。然后，用諸如氧化硅之類(lèi)的 電介質(zhì)填充支撐溝槽5的剩余部分。然后，執(zhí)行平面化工藝(CMP) 或簡(jiǎn)單的各向異性干法刻蝕，以將這些多余材料從薄膜9的上表面去 除，并且平坦化薄膜9的上表面。
然后，如圖8E所示，執(zhí)行濕法氮化物刻蝕來(lái)將氮化物從訪問(wèn)溝 槽4去除。
填充支撐溝槽5和通過(guò)訪問(wèn)溝槽4訪問(wèn)犧牲層12的這個(gè)方法的 變型對(duì)于技術(shù)人員應(yīng)該是顯然的。例如，可在去除間隙壁6或未去除 間隙壁6的情況下，在單個(gè)步驟中或一部分一部分地填充支撐溝槽。
然后，執(zhí)行對(duì)SiGe刻蝕停止層8、 11具有選擇性的各向異性刻 蝕來(lái)通過(guò)訪問(wèn)溝槽4去除犧牲層12，以在支撐薄膜9下形成空腔30。 然后，如圖8F所示，也去除了刻蝕停止層。然后，以與第一所述實(shí) 施例類(lèi)似的方式，可執(zhí)行氧化步驟，以填充訪問(wèn)溝槽4和支撐溝槽5 (未示出)。
通過(guò)閱讀本公開(kāi)，其它變化和修改對(duì)于所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將是 顯然的。這種修改和變化可涉及在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)、制造和使用中已知的 并且可用來(lái)補(bǔ)充或代替在此所述的特性的等同特性和其它特性。
例如，所述的兩個(gè)實(shí)施例利用了以下優(yōu)點(diǎn)具有不同尺寸的訪 問(wèn)溝槽和支撐溝槽，其中單個(gè)電介質(zhì)沉積能夠填充較窄的溝槽，并且 因此在較窄的溝槽中提供了阻擋，從而節(jié)省了額外的工藝步驟。然而， 可設(shè)想用相似寬度、或基本上相同寬度的支撐溝槽和訪問(wèn)溝槽來(lái)實(shí)現(xiàn) 本方法，同時(shí)該方法仍然處于本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且因此可得到其優(yōu) 點(diǎn)。
所述的實(shí)施例在從降低光刻步驟數(shù)量的角度來(lái)看有優(yōu)勢(shì)的相同
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步驟中形成了訪問(wèn)溝槽和支撐溝槽。然而，應(yīng)該理解，訪問(wèn)溝槽和支 撐溝槽可在分離工藝步驟中形成，其中，在仍然處于本發(fā)明的范圍內(nèi) 的情況下，通常在單個(gè)刻蝕中提供了完全深度的支撐溝槽。而且，應(yīng) 該理解，可在第一組溝槽(訪問(wèn))之前形成第二組溝槽(支撐)。
應(yīng)該理解，除了用于半導(dǎo)體薄膜9的硅和用于刻蝕停止層的
SiGe之外的可使用其它材料。然而，為了獲得犧牲層12和頂部器件 層的無(wú)缺陷外延生長(zhǎng)，在結(jié)晶學(xué)和晶格常數(shù)方面，刻蝕停止層優(yōu)選地 與犧牲層和半導(dǎo)體薄膜具有十分類(lèi)似的材料。同時(shí)，刻蝕停止層的材 料應(yīng)該明顯地不同于犧牲層，從而選擇性刻蝕才是可能的。 一個(gè)選擇 是將SiGe用于犧牲層和半導(dǎo)體薄膜，同時(shí)將硅用于刻蝕停止層。在 這種情況下，最初的襯底可以是SiGe或具有為適應(yīng)應(yīng)力而首先生長(zhǎng) 的厚的SiGe緩沖層的Si (類(lèi)似于用于應(yīng)力增強(qiáng)型CMOS的Si)。作 為選擇，可使用SiC層(僅僅具有少量的碳)作為刻蝕停止層。
在上述的實(shí)施例中，支撐溝槽5被填充了電介質(zhì)，因此這形成 了支撐結(jié)構(gòu)。然而，設(shè)想可以采用各種材料，這些對(duì)于技術(shù)人員將是 顯然的。被選材料可以確定用來(lái)打斷支撐結(jié)構(gòu)以便分離薄膜的方法， 或由該方法確定。例如如果使用了氧化層，則可將HF溶液用于濕法 刻蝕，而在氮化物支撐結(jié)構(gòu)的情況下，可使用熱磷酸。
而且，所述實(shí)施例產(chǎn)生了 S0N配置。然而，可以設(shè)想空腔30隨 后被諸如氧化硅之類(lèi)的絕緣材料填充，以提供SOI配置。將要理解的 是，與薄膜輕易地從體襯底分開(kāi)相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)并不適用于這種情況。
除了在附圖中所公開(kāi)的柵格配置外，可替換的支撐溝槽布局對(duì) 于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯然的。例如，可采用六角形狀作為支撐 溝槽網(wǎng)絡(luò)。
而且，保持處于本發(fā)明的范圍內(nèi)的同時(shí)，訪問(wèn)溝槽的布局中的 修改是可能的。例如，在其中采用濕法刻蝕作為各向同性刻蝕來(lái)去除 犧牲層的情況下，期望的是不同方向上的訪問(wèn)溝槽洞的間隔為不等 的。這種刻蝕在某些結(jié)晶學(xué)方向上是優(yōu)選的，因此在刻蝕進(jìn)行較慢的 這些方向上的間隔較小是有利的。
總之，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其中包括犧牲層的
分層結(jié)構(gòu)被夾在兩個(gè)刻蝕停止層之間，并且采用半導(dǎo)體薄膜從體襯底 分開(kāi)來(lái)提供鉆蝕結(jié)構(gòu)。在分層結(jié)構(gòu)中形成穿過(guò)半導(dǎo)體層的厚度和穿過(guò) 上刻蝕停止層的訪問(wèn)溝槽和支撐溝槽。支撐溝槽在犧牲層和下刻蝕停 止層中延伸得更深，并且被填充。犧牲層被暴露并且通過(guò)對(duì)刻蝕停止 層具有選擇性的刻蝕被刻蝕掉，以形成空腔，并且實(shí)現(xiàn)經(jīng)由包括填充 的支撐溝槽的垂直支撐結(jié)構(gòu)而被附著在體襯底上的半導(dǎo)體薄膜。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其包括以下步驟形成分層結(jié)構(gòu)，該分層結(jié)構(gòu)至下而上包括襯底、下刻蝕停止層、犧牲層、上刻蝕停止層和半導(dǎo)體層；形成穿過(guò)所述半導(dǎo)體層和所述上刻蝕停止層的第一組溝槽；形成穿過(guò)所述半導(dǎo)體層、所述上刻蝕停止層、所述犧牲層和所述下刻蝕停止層的第二組溝槽；填充所述第二組溝槽，以提供所述半導(dǎo)體層和所述襯底之間的支撐結(jié)構(gòu)；通過(guò)所述第一組溝槽，用對(duì)所述上刻蝕停止層和所述下刻蝕停止層具有選擇性的刻蝕來(lái)刻蝕所述犧牲層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中首先在與形成所述第一組 溝槽相同的步驟中形成所述第二組溝槽，被形成的兩組溝槽均穿過(guò)所 述半導(dǎo)體層和穿過(guò)所述上刻蝕停止層，所述方法還包括以下步驟在刻蝕透所述第二組溝槽的底部、所述犧牲層和所述下刻蝕停 止層之前，在所述第一組溝槽的底部沉積阻擋材料，以覆蓋所述犧牲 層的暴露表面；以及在所述選擇性刻蝕所述犧牲層的步驟之前，至少刻蝕掉所述阻 擋材料的一部分，以暴露所述犧牲層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第一和第二組溝槽中的一組比另一組寬，以及其中所述方法還包括以下步驟在所述溝槽已經(jīng)形成之后，在所述半導(dǎo)體層上沉積一層，所述 層所具有的厚度能填充較窄的一組溝槽，而不能填充較寬的一組溝槽。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述第二組溝槽比所述第 一組寬，以及其中所述沉積的層充當(dāng)所述第一組溝槽底部的沉積阻擋 材料，以覆蓋所述犧牲層的暴露表面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述第一組溝槽比所述第 二組寬，以及其中所述沉積的層是對(duì)所述第一組溝槽的側(cè)壁進(jìn)行覆蓋 的非氧化層，以及其中在第一組溝槽的底部沉積阻擋材料的步驟涉及 對(duì)其底部進(jìn)行氧化，以及所述方法還包括以下步驟在刻蝕透第二組溝槽底部的步驟之前，從第二組溝槽去除所述 沉積的層。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法，其還包括 以下步驟在刻蝕掉所述犧牲層后，用絕緣材料填充所述第一組溝槽，以 便提供懸空半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其還包括以下步驟 在所述支撐半導(dǎo)體層上處理半導(dǎo)體器件和/或電路；以及 通過(guò)打斷所述支撐結(jié)構(gòu)，將所述半導(dǎo)體層與所述襯底分離。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中通過(guò)在刻蝕溶液中對(duì)所述半導(dǎo)體層和襯底進(jìn)行水浴來(lái)打斷所述支撐結(jié)構(gòu)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中通過(guò)對(duì)所述支撐結(jié)構(gòu)施加 壓力水或氣流來(lái)打斷所述支撐結(jié)構(gòu)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7到9中的任一權(quán)利要求所述的方法，其還包括以下步驟在分離所述半導(dǎo)體層的步驟之前，在所述處理過(guò)的半導(dǎo)體層上沉積掩模層；形成所述掩模層圖案，以暴露所述半導(dǎo)體層表面的被選部分；干法刻蝕透所述暴露部分，以將所述處理過(guò)的半導(dǎo)體層劃分為 多個(gè)分立的部分，每部分均由所述支撐結(jié)構(gòu)的各個(gè)部分支撐著。
11. 根據(jù)權(quán)利要求io所述的方法，其中所述暴露部分的尺寸小 于ljxm。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7到11中的任一權(quán)利要求所述的方法，其中 在所述半導(dǎo)體層被分離之后，所述襯底被重新使用來(lái)重復(fù)所述方法。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1到5中的任一權(quán)利要求所述的方法，其中 用絕緣層填充由去除的犧牲層所提供的空腔，以提供絕緣體上半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述 第二組溝槽形成了所述半導(dǎo)體層上的溝槽柵格。
全文摘要
一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其中采用分層結(jié)構(gòu)來(lái)提供鉆蝕結(jié)構(gòu)，所述分層結(jié)構(gòu)包括犧牲層，該犧牲層被夾在兩個(gè)刻蝕停止層(8，11)之間，并且將半導(dǎo)體薄膜(9)從體襯底(1)分開(kāi)。在分層結(jié)構(gòu)中形成了穿過(guò)半導(dǎo)體層(9)厚度和穿過(guò)上刻蝕停止層(8)的訪問(wèn)溝槽(4)和支撐溝槽(5)。支撐溝槽在犧牲層(12)和下刻蝕停止層中延伸得更深，并且被填充。犧牲層被暴露并且通過(guò)對(duì)刻蝕停止層具有選擇性的刻蝕被刻蝕掉，以形成空腔(30)，并且犧牲層實(shí)現(xiàn)了經(jīng)由包括填充的支撐溝槽的垂直支撐結(jié)構(gòu)而被附著在體襯底上的半導(dǎo)體薄膜。
文檔編號(hào)H01L21/762GK101341590SQ200680047950
公開(kāi)日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2006年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月22日
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