用于在溝槽中形成半導(dǎo)體區(qū)的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種方法，包括對半導(dǎo)體襯底位于相對的隔離區(qū)之間的部分進(jìn)行凹槽化以形成凹槽。在凹槽化步驟之后，半導(dǎo)體襯底的部分包括頂面。頂面包括平整表面以及具有（111）表面平面的傾斜表面。傾斜表面包括連接至平整表面的底部邊緣，以及連接至隔離區(qū)中的一個(gè)的頂部邊緣。該方法還包括進(jìn)行外延以在凹槽中生長半導(dǎo)體材料，其中半導(dǎo)體材料自平整表面和所述傾斜表面生長，并對半導(dǎo)體材料進(jìn)行退火。本發(fā)明還公開了一種用于在溝槽中形成半導(dǎo)體區(qū)的方法。
【專利說明】用于在溝槽中形成半導(dǎo)體區(qū)的方法
[0001]本申請為以下共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請的部分繼續(xù)申請:2013年2月I日遞交的、名稱為“Methods for Forming Semiconductor Regions in Trenches”、N0.13/757，615的專利申請，在此通過引用并入本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種用于在溝槽中形成半導(dǎo)體區(qū)的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管的速度與MOS晶體管的驅(qū)動(dòng)電流緊密相關(guān)，該驅(qū)動(dòng)電流與電荷的遷移率更為緊密相關(guān)。例如，當(dāng)NMOS晶體管的溝道區(qū)中的電子遷移率高時(shí)，NMOS晶體管具有高驅(qū)動(dòng)電流，而當(dāng)PMOS晶體管的溝道區(qū)中的空穴遷移率高時(shí)，PMOS晶體管具有高驅(qū)動(dòng)電流。因而，鍺、硅鍺以及組III和組V元素的化合物半導(dǎo)體材料(在下文中稱為II1-V化合物半導(dǎo)體)是用于形成高電子遷移率和/或空穴遷移率的較好的候選。
[0004]在集成電路形成工藝中使用硅、硅鍺以及II1-V化合物半導(dǎo)體的現(xiàn)存的問題是這些半導(dǎo)體材料的薄膜的形成困難。當(dāng)前，沒有合適的塊生長方法。因此，通常通過在諸如硅或碳化硅襯底的襯底上外延生長薄膜來共同形成鍺、硅鍺以及II1-V化合物半導(dǎo)體。然而，現(xiàn)有可用的襯底材料不具有與II1-V化合物半導(dǎo)體的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)緊密匹配的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)。例如，硅的晶格常數(shù)是大約5.43A，鍺的晶格常數(shù)是大約5.66A,而GaAs (其為常用的II1-V化合物半導(dǎo)體)的晶格常數(shù)為5.65A。因此，從其他襯底生長的所得到的含鍺半導(dǎo)體和II1-V化合物半導(dǎo)體存在較高缺陷密度。因此，開發(fā)了多種方法以減少所生長的半導(dǎo)體的缺陷密度。一種已知方法是在淺溝槽隔離區(qū)中形成凹槽、然后在凹槽中生長鍺、硅鍺、或者II1-V化合物半導(dǎo)體。盡管使用該方法形成的半導(dǎo)體相比于從均厚硅晶圓生長出的半導(dǎo)體通常具有較低的缺陷密度，但缺陷密度仍然經(jīng)常較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種方法，包括:
[0006]對半導(dǎo)體襯底位于相對的隔離區(qū)之間的部分進(jìn)行凹槽化以形成凹槽，其中，在所述凹槽化的步驟之后，所述半導(dǎo)體襯底的所述部分包括頂面，所述頂面包括:
[0007]平整表面；以及
[0008]具有(111)表面平面的傾斜表面，其中所述傾斜表面包括連接至所述平整表面的底部邊緣以及連接至其中一個(gè)所述隔離區(qū)的頂部邊緣；
[0009]進(jìn)行外延以在所述凹槽中生長半導(dǎo)體材料，其中所述半導(dǎo)體材料自所述平整表面和所述傾斜表面生長；以及
[0010]對所述半導(dǎo)體材料進(jìn)行退火。[0011]在可選實(shí)施例中，所述頂部邊緣位于所述凹槽的第一深度處，所述底部邊緣位于所述凹槽的第二深度處，并且所述第一深度和所述第二深度具有小于約0.6的比率。
[0012]在可選實(shí)施例中，所述方法還包括進(jìn)行平坦化以使所述半導(dǎo)體材料的頂面與所述隔離區(qū)的頂面齊平，其中在所述平坦化之后進(jìn)行所述退火。
[0013]在可選實(shí)施例中，使用氮?dú)?N2)作為處理氣體進(jìn)行所述退火。
[0014]在可選實(shí)施例中，以大約800° C至大約900° C之間的溫度進(jìn)行所述退火。
[0015]在可選實(shí)施例中，對所述半導(dǎo)體襯底的所述部分進(jìn)行凹槽化的步驟包括使用包括四甲基氫氧化銨(TMAH)的蝕刻溶液來對所述半導(dǎo)體襯底的所述部分進(jìn)行蝕刻，其中所述TMAH的濃度在大約5%至大約95%之間。
[0016]在可選實(shí)施例中，所述方法還包括:進(jìn)行平坦化以使所述半導(dǎo)體材料的頂面與所述隔離區(qū)的頂面齊平；以及，在所述平坦化之后，對所述隔離區(qū)進(jìn)行凹槽化。
[0017]在可選實(shí)施例中，在對所述隔離區(qū)進(jìn)行凹槽化的步驟之后，所述隔離區(qū)的剩余部分的頂面高于所述傾斜表面的所述頂部邊緣。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種方法，包括:
[0019]對半導(dǎo)體襯底位于相對的隔離區(qū)之間的部分進(jìn)行凹槽化以形成凹槽，其中，在所述凹槽化的步驟之后，所述半導(dǎo)體襯底的所述部分包括頂面，所述頂面包括:
[0020]平整表面；以及
[0021]具有連接至所述平整表面的(111)表面平面的傾斜表面；
[0022]進(jìn)行外延以在所述凹槽中生長半導(dǎo)體材料，其中所述半導(dǎo)體材料自所述平整表面和所述傾斜表面生長；
[0023]進(jìn)行平坦化以使所述半導(dǎo)體材料的頂面與所述隔離區(qū)的頂面齊平；以及
[0024]對所述半導(dǎo)體材料進(jìn)行退火，其中用氮?dú)?N2)作為退火的處理氣體，在大約800° C至大約900° C之間的溫度下進(jìn)行所述退火。
[0025]在可選實(shí)施例中，所述傾斜表面包括:連接至所述平整表面的底部邊緣；以及，頂部邊緣，所述頂部邊緣位于所述凹槽的第一深度處，所述底部邊緣位于所述凹槽的第二深度處，并且所述第一深度和所述第二深度具有小于大約0.6的比率。
[0026]在可選實(shí)施例中，對所述半導(dǎo)體襯底的所述部分進(jìn)行凹槽化的步驟包括使用包括四甲基氫氧化銨(TMAH)的蝕刻溶液來對所述半導(dǎo)體襯底的所述部分進(jìn)行蝕刻，其中所述TMAH的濃度在大約5%至大約95%之間。
[0027]在可選實(shí)施例中，在所述平坦化之后，對所述隔離區(qū)進(jìn)行凹槽化。
[0028]在可選實(shí)施例中，在對所述隔離區(qū)進(jìn)行凹槽化的步驟之后，所述半導(dǎo)體材料的高于所述隔離區(qū)的剩余部分的頂面的部分形成半導(dǎo)體鰭，所述方法還包括:在所述半導(dǎo)體鰭的側(cè)壁和頂面上形成柵極電介質(zhì)；在所述柵極電介質(zhì)上形成柵電極；以及，在所述柵電極的相對側(cè)上形成源極區(qū)和漏極區(qū)。
[0029]在可選實(shí)施例中，在對所述隔離區(qū)進(jìn)行凹槽化的步驟之后，所述隔離區(qū)的剩余部分的頂面高于所述傾斜表面的頂部邊緣。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供了一種方法，包括:
[0031]對半導(dǎo)體襯底位于相對的隔離區(qū)之間的部分進(jìn)行凹槽化以形成凹槽，其中，在所述凹槽化的步驟之后，所述半導(dǎo)體襯底的所述部分包括頂面，所述頂面包括:[0032]平整表面；以及
[0033]具有(111)表面平面的傾斜表面，所述傾斜表面包括連接至所述平整表面的底部邊緣、以及頂部邊緣，其中所述頂部邊緣位于所述凹槽的第一深度處，并且所述底部邊緣位于所述凹槽的第二深度處，所述第一深度和所述第二深度具有小于大約0.6的比率；
[0034]進(jìn)行外延以在所述凹槽中生長半導(dǎo)體材料，其中所述半導(dǎo)體材料自所述平整表面和所述傾斜表面生長；
[0035]進(jìn)行平坦化以使所述半導(dǎo)體材料的頂面與所述隔離區(qū)的頂面齊平；以及
[0036]在平坦化之后，對所述半導(dǎo)體材料進(jìn)行退火，其中，用氮?dú)?N2)作為所述退火的處理氣體，以大約800° C至大約900° C之間的溫度進(jìn)行所述退火。
[0037]在可選實(shí)施例中，對所述半導(dǎo)體襯底的所述部分進(jìn)行凹槽化的步驟包括使用包括四甲基氫氧化銨(TMAH)的蝕刻溶液來對所述半導(dǎo)體襯底的所述部分進(jìn)行蝕刻，其中所述TMAH的濃度低于大約30%。
[0038]在可選實(shí)施例中，所述方法還包括:在所述平坦化之后，對所述隔離區(qū)進(jìn)行凹槽化。
[0039]在可選實(shí)施例中，在對所述隔離區(qū)進(jìn)行凹槽化的步驟之后，所述隔離區(qū)的剩余部分的頂面高于所述傾斜表面的頂部邊緣。
[0040]在可選實(shí)施例中，在對所述隔離區(qū)進(jìn)行凹槽化的步驟之后，所述半導(dǎo)體材料的比所述隔離區(qū)的剩余部分的頂面高的至少一部分形成半導(dǎo)體鰭，所述方法還包括:在所述半導(dǎo)體鰭的側(cè)壁和頂面上形成柵極電介質(zhì)；在所述柵極電介質(zhì)上形成柵電極；以及，在所述柵電極的相對側(cè)上形成源極區(qū)和漏極區(qū)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]為更完整的理解本發(fā)明實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)將結(jié)合附圖所進(jìn)行的以下描述作為參考，其中:
[0042]圖1至圖9是根據(jù)一些示例性實(shí)施例的鰭式場效應(yīng)晶體管(FinFET)的制造過程的中間階段的橫截面圖。
[0043]圖10示出了外延區(qū)的缺陷密度與凹槽的深度的比率的函數(shù)，其中外延區(qū)生長凹槽中。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面，詳細(xì)討論本發(fā)明各實(shí)施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明提供了許多可以在各種具體環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的可應(yīng)用的概念。所討論的具體實(shí)施例僅僅示出了制造和使用本發(fā)明的具體方式，而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0045]提供一種通過在溝槽中外延再生長以形成半導(dǎo)體材料的方法。根據(jù)一些實(shí)施例來說明形成半導(dǎo)體鰭以及在半導(dǎo)體鰭上形成相應(yīng)的FinFET的中間階段。然后根據(jù)一些實(shí)施例來討論再生長方法的變形例。在通篇多個(gè)示圖以及示例性實(shí)施例中，相同的附圖標(biāo)記用于指代相同的元件。
[0046]圖1至圖8示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的形成半導(dǎo)體鰭和鰭式場效應(yīng)晶體管(FinFET)的中間階段的橫截面圖。參考圖1，提供了作為半導(dǎo)體晶圓100的一部分的襯底10。襯底10可為硅襯底，盡管其也可由諸如鍺、SiC, SiGe, GaAs、藍(lán)寶石等的其他材料形成。襯底10可具有(001)頂面，其又稱為(100)表面。諸如淺溝槽隔離(Shallow TrenchIsolation, STI)區(qū)的隔離區(qū)形成在襯底中。因此，襯底10包括位于STI區(qū)14之間的部分10A，以及STI區(qū)14下面的部分10B。STI區(qū)14的形成工藝可包括蝕刻襯底10以形成凹槽(被STI區(qū)14所占有)；用介電材料來填充凹槽；進(jìn)行平坦化(諸如化學(xué)汽相沉積(CMP))以去除多余的介電材料。介電材料的剩余部分形成STI區(qū)14。在一些實(shí)施例中，STI區(qū)14包括氧化硅。
[0047]襯底10的部分IOA位于STI區(qū)14之間，并且部分IOA的側(cè)壁與STI區(qū)14相接觸。在一些實(shí)施例中，部分IOA包括不含鍺的硅區(qū)。可選地，部分IOA包括硅鍺、純鍺、或包括組III和組V元素的化合物半導(dǎo)體(在下文中是指II1-V化合物半導(dǎo)體)。在圖1中，盡管部分IOA的頂面示出為與STI區(qū)14的頂面齊平，但是由于去除了硬掩模(未示出，可為氮化硅)和焊盤氧化物(未示出)，部分IOA的頂面也可低于STI區(qū)14的頂面。所繪制的虛線15用于示意性地示例說明部分IOA的相應(yīng)頂面。
[0048]接下來，如圖2中所示，蝕刻部分IOA的頂部以形成溝槽16。在一些實(shí)施例中，通過諸如濕蝕刻的各向同性蝕刻來進(jìn)行蝕刻，例如，使用氨(NH3)、四甲基氫氧化銨(TMAH)，氫氧化鉀(KOH)溶液等，作為蝕刻劑。作為蝕刻工藝的結(jié)果，傾斜面18A形成為部分IOA的頂面的一部分。在一些實(shí)施例中，傾斜面18A是在(111)表面平面上的(111)表面。部分IOA還包括連接至(111)表面18A的底部邊緣18D的平整表面18B，其中邊緣18D也是平整表面18B的端部邊緣。在一些實(shí)施例中，襯底10具有(001)頂面平面，因而平整表面18B也具有
(001)表面平面。因而,也形成于表面18A和18B之間的傾斜表面18A的傾斜角α為大約54.7 度。
[0049]在蝕刻步驟中，可調(diào)整工藝條件，以使(111)表面18Α具有大的面積。表面18Α的高度Hl可大于約20nm，其中高度Hl是從表面18A的頂部邊緣18C至底部邊緣18D測量得到的。在一些實(shí)施例中，為了增大(111)表面18A的面積，調(diào)整蝕刻溶液的濃度(或百分比)。例如，當(dāng)使用TMAH時(shí)，蝕刻溶液中的TMAH的濃度可低于大約30重量百分比。當(dāng)使用氨時(shí)，蝕刻溶液中的氨的濃度可為大約5重量百分比至大約95重量百分比之間?？蛇x地或同時(shí)地，為了增大(111)表面18A的面積，調(diào)整蝕刻溶液的溫度。在一些實(shí)施例中，蝕刻溶液的濃度為大約28° C至大約100° C之間。包括蝕刻溶液中的化學(xué)物質(zhì)的類型、蝕刻溶液中化學(xué)物質(zhì)的濃度以及溫度的多種因素結(jié)合影響(111)表面18A的面積，并且為產(chǎn)生大面積的(111)表面18A，一個(gè)因素的變化可能需要調(diào)整其他因素。
[0050]在一些實(shí)施例中，在蝕刻的開始階段，部分IOA的中間區(qū)被向下蝕刻，因此形成平整表面18B。隨著蝕刻工藝的進(jìn)行，平整表面18B降低，并且(111)表面18A在尺寸上增長。然而，(111)表面18A的頂部邊緣18C在蝕刻工藝的開始階段可以不被降低。頂部邊緣18C可為(111)表面18A與STI區(qū)14的接合點(diǎn)。隨著進(jìn)一步蝕刻部分10A，頂部邊緣18C可開始被降低，并且最后所得到的結(jié)構(gòu)在圖3中示出。
[0051]圖3示出了部分IOA的繼續(xù)蝕刻，以使表面18A的頂部邊緣18C隨著蝕刻工藝的進(jìn)行而被降低。在整個(gè)說明書中，頂部邊緣18C的深度被稱作深度Dl，頂部邊緣18C的深度從STI區(qū)14的頂面14A至頂部邊緣18C測量得到。平整表面18B的深度被稱作深度D2，平整表面18B的深度自STI區(qū)14的頂面14A開始測量得到。在繼續(xù)蝕刻過程中，(111)表面18A的面積可繼續(xù)增長，或者可保持大致不變。
[0052]圖4A和4B分別示出了圖2和圖3中示出的結(jié)構(gòu)的俯視圖和橫截面圖。圖2和圖3中的橫截面圖可從圖4A中的剖面線2/3-2/3得到。圖4B中的橫截面圖可從圖4A中的剖面線4B-4B得到。在一些實(shí)施例中，如圖4A中所示，溝槽16包括長邊16A和比長邊16A短的短邊16B。溝槽16的短邊16B可沿著襯底10的〈1_10>方向和〈_110>方向延伸，并與〈1-10〉方向和〈-110〉方向相平行，其中〈-110〉方向是與〈1-10〉方向相反的方向。溝槽16的長邊16A沿著〈110〉方向和襯底的〈-1-10〉方向延伸，并與〈110〉方向和襯底的〈-1_10>方向相平行。在一些實(shí)施例中，如圖4B所示，在與短邊16B平行的平面上，(111)表面18A相互結(jié)合，因而溝槽16具有V形底部。作為對比，如圖2和圖3所示，在與長邊16A平行的平面上，兩個(gè)(111)表面18A相互之間被平整表面18B分離。
[0053]參考圖5，進(jìn)行外延，并在溝槽16(圖3)中再生長半導(dǎo)體區(qū)20。因此襯底部分IOA的頂面18A和18B成為襯底部分IOA和半導(dǎo)體區(qū)20的界面。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體區(qū)20從圖2中的結(jié)構(gòu)再生長，其中，當(dāng)平整表面18B被降低時(shí)，(111)表面18A的頂部邊緣18C不被降低。相應(yīng)的結(jié)構(gòu)與圖5中示出的結(jié)構(gòu)相似，除了半導(dǎo)體區(qū)20的底部是在虛線22示出的位置處。在可選實(shí)施例中，在圖3中示出的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行半導(dǎo)體區(qū)20的再生長，其中(111)表面18A的頂部邊緣18C被降低。圖5中示出了所得到的結(jié)構(gòu)。
[0054]在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體區(qū)20包括硅鍺，其中鍺的原子百分比大于零，并等于或者小于100%。當(dāng)鍺原子百分比為100%時(shí)，半導(dǎo)體區(qū)20由純鍺形成。在半導(dǎo)體區(qū)20包括硅鍺的實(shí)施例中，上面部分可具有比下面部分更大的鍺百分比。在可選實(shí)施例中，半導(dǎo)體區(qū)20 包括從 InAs、AlAs、GaAs、InP,GaN, InGaAs, InAlAs、GaSb、AlSb、A1P、GaP 以及它們的組合中選出的II1-V化合物半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體區(qū)20可為同質(zhì)區(qū)，其底部和頂部由同種材料形成并且具有相同的元素組成成分。半導(dǎo)體區(qū)20還可為異質(zhì)區(qū)，其底部和頂部包括不同的材料或具有不同的組成成分。例如，相比于下面部分，半導(dǎo)體區(qū)20的上面部分可與襯底10之間具有更大晶格失配。
[0055]由于襯底10和半導(dǎo)體區(qū)20具有不同的晶格常數(shù)，襯底10和半導(dǎo)體區(qū)20之間的界面會(huì)產(chǎn)生失配，該失配以23圖示性地示出。堆疊錯(cuò)誤25 (也為失配的部分)也隨著半導(dǎo)體區(qū)20的生長而生長。堆疊錯(cuò)誤(stacking faults)25可以半導(dǎo)體區(qū)20的〈111〉方向生長。堆疊錯(cuò)誤25在溝槽16(圖3)中生長，并可進(jìn)一步生長進(jìn)入溝槽16之上的半導(dǎo)體區(qū)20的部分中。
[0056]外延繼續(xù)進(jìn)行直至半導(dǎo)體區(qū)20的頂面20A高于STI區(qū)14的頂面14A。然后進(jìn)行平坦化以去除半導(dǎo)體區(qū)20的多余部分，該多余部分在STI區(qū)14的頂面14A上方。平坦化可包括化學(xué)汽相沉積(CMP)。在所得到的結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體區(qū)20的頂面20A與STI區(qū)14的頂面14A齊平。半導(dǎo)體區(qū)20的頂面20A可為(001)表面。圖6中還標(biāo)示了頂部邊緣18C的深度Dl和平整表面18B的深度D2。在這些實(shí)施例中，深度Dl是自半導(dǎo)體區(qū)20的頂面20A測量得到的(頂部邊緣18C)深度，并且深度D2是自半導(dǎo)體區(qū)20的頂面20A測量的(平整表面18B)深度。
[0057]再次參考圖6，對晶圓100進(jìn)行退火(由箭頭27表示)以消除或者至少減少半導(dǎo)體區(qū)20中的堆疊錯(cuò)誤25。圖7示出所得到的結(jié)構(gòu)，其中堆疊錯(cuò)誤25 (圖6)至少被減少，并且可基本消除。剩余的失配，如23所示，因此被限制在靠近襯底10和半導(dǎo)體區(qū)20之間的界面的區(qū)域，并且不會(huì)延伸至半導(dǎo)體區(qū)20的上區(qū)域。
[0058]在一些實(shí)施例中，退火在充滿包括氮?dú)?N2)的處理氣體的環(huán)境下進(jìn)行，然而也可以添加諸如氫氣(H2)的另外的氣體。處理氣體的壓力可在大約30托至大約760托之間。在一些實(shí)施例中，退火的溫度為大約800° C至大約900° C之間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在退火溫度的范圍內(nèi)，消除堆疊錯(cuò)誤的效果最大化。當(dāng)退火溫度在該范圍之外時(shí)，該效果至少被減少。
[0059]此外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明減少堆疊錯(cuò)誤的效果與溝槽16 (圖3)的輪廓有關(guān)，包括例如D1/D2比率以及(111)表面18A的面積。當(dāng)D1/D2比率為約0.6或者更小并且(111)表面18A的面積較大時(shí)，退火可導(dǎo)致缺陷密度的顯著減小。相反地，當(dāng)D1/D2比率大于0.6(例如，大于約0.65)和/或(111)表面18A的面積較小時(shí)，即使使用相同的退火條件，退火對減小堆疊錯(cuò)誤幾乎沒有影響。因此，調(diào)整溝槽16的輪廓并與退火結(jié)合可獲得減少堆疊錯(cuò)誤的最好結(jié)果。
[0060]還進(jìn)行另外的實(shí)驗(yàn)以在半導(dǎo)體區(qū)20生長之后對其進(jìn)行退火。在這些實(shí)驗(yàn)中，在進(jìn)行(圖6中所示的)CMP之前進(jìn)行退火。該實(shí)現(xiàn)表明盡管退火能夠?qū)е聹p小堆疊錯(cuò)誤，但是半導(dǎo)體區(qū)20中的鍺原子會(huì)堆積，從而導(dǎo)致不均勻的鍺分布。
[0061]然后，可在半導(dǎo)體區(qū)20上形成場效應(yīng)晶體管(FET)。例如，圖8和圖9示出了根據(jù)一些實(shí)施例的場效應(yīng)晶體管(FET) 26的形成過程的橫截面圖。參考圖8，例如通過蝕刻步驟使STI區(qū)14凹槽化。因此，半導(dǎo)體區(qū)20的頂部高于STI區(qū)14的頂面14A。半導(dǎo)體條區(qū)20的該部分形成半導(dǎo)體鰭24，半導(dǎo)體鰭24可用于形成FinFET26，如圖9所示。在一些實(shí)施例中，STI區(qū)14的頂面14A高于平整表面18B，并可高于頂部邊緣18C。
[0062]參考圖9，形成柵極電介質(zhì)30和柵電極32。也形成FinFET26的其他部件，其他部件包括源極區(qū)34、漏極區(qū)36、源極和漏極硅化物區(qū)38、源極和漏極接觸插塞40以及層間電介質(zhì)(ILD)42。柵極電介質(zhì)30可由諸如氧化硅、氮化硅、氮氧化物、它們的多層以及它們的組合的介電材料形成。柵極電介質(zhì)30還可包括高k介電材料。示例性高k材料可具有大于約4.0,甚至大于約7.0的k值。柵電極32可由摻雜多晶娃、金屬、金屬氮化物、金屬娃化物等形成。所示出的柵極電介質(zhì)30和柵電極32具有后柵極結(jié)構(gòu)，其中柵極電介質(zhì)30和柵電極32在ILD42形成之后形成。因此,柵極電介質(zhì)30包括柵電極32和ILD42之間的垂直部分。在可選實(shí)施例中，F(xiàn)inFET26的柵極電介質(zhì)和柵電極還具有前柵極結(jié)構(gòu)。
[0063]如圖9中所得到的FinFET26還可包括半導(dǎo)體區(qū)20和下層襯底部分10A。此外，深度Dl和D2被標(biāo)示出，其中頂面18A和18B (亦為界面)以及深度Dl和D2的細(xì)節(jié)是與圖3至圖5中所示出的基本相同，在此不再贅述。
[0064]FinFET26的性能，諸如驅(qū)動(dòng)電流離子以及漏電流，與再生長的半導(dǎo)體區(qū)20 (圖5-9)的特性有關(guān)。優(yōu)選盡可能地減少半導(dǎo)體區(qū)20中的位錯(cuò)和堆疊錯(cuò)誤。在樣本硅晶圓上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示出半導(dǎo)體區(qū)20的缺陷密度與(111)表面18A的面積有關(guān)，并且增加
(111)表面18A的面積導(dǎo)致半導(dǎo)體區(qū)20中的缺陷密度減少，反之亦然。當(dāng)不形成(111)表面18A時(shí)，也即意味著Dl等于D2，缺陷密度非常大。(111)表面18A面積的增大還意味著D1/D2比率增大。圖10示出了缺陷(堆疊錯(cuò)誤)密度作為D1/D2比率的函數(shù)。如圖10所示，當(dāng)D1/D2比率小于約0.5時(shí)，缺陷密度高，并且當(dāng)D1/D2比率為約0.5時(shí)缺陷密度開始明顯下降。當(dāng)D1/D2比率為約0.6或更大時(shí)，缺陷密度下降至非常低的水平，并且開始穩(wěn)定。圖10還示出了當(dāng)D1/D2比率接近約0.7時(shí)，缺陷密度穩(wěn)定在低水平。從溝槽中再生長的半導(dǎo)體區(qū)的二次電子顯微鏡(SEM)圖像揭示了當(dāng)D1/D2比率為大約0.6或更大時(shí)，缺陷被限制為靠近界面18B，并基本不會(huì)隨著半導(dǎo)體區(qū)20的進(jìn)一步生長而生長。因此，根據(jù)這些實(shí)施例，如圖3所示，將D1/D2比率控制得小于大約0.6以具有缺陷密度。另外，(111)表面18A的高度Hl可大于約20nm以維持低缺陷密度。此外，通過在半導(dǎo)體區(qū)20上進(jìn)行氮退火，已經(jīng)較低的缺陷可被進(jìn)一步減小，并且可基本消除堆疊錯(cuò)誤。
[0065]根據(jù)一些實(shí)施例，一種方法包括對半導(dǎo)體襯底的位于相對的隔離區(qū)之間的部分進(jìn)行凹槽化以形成凹槽。在凹槽化的步驟之后，半導(dǎo)體襯底的部分包括頂面。頂面包括平整表面，傾斜表面具有(111)表面平面。傾斜表面具有連接至平整表面的底部邊緣，以及連接至隔離區(qū)之一的頂部邊緣。該方法還包括進(jìn)行外延以在凹槽中生長半導(dǎo)體材料，其中半導(dǎo)體材料自平整表面以及傾斜表面生長，以及對半導(dǎo)體材料進(jìn)行退火。
[0066]根據(jù)其他實(shí)施例，一種方法包括對半導(dǎo)體襯底的位于相對的隔離區(qū)之間的部分進(jìn)行凹槽化以形成凹槽。在凹槽化的步驟之后，半導(dǎo)體襯底的部分具有頂面，其包括平整表面以及具有連接至平整表面的(111)表面平面的傾斜表面。進(jìn)行外延以在凹槽中生長半導(dǎo)體材料，其中半導(dǎo)體材料自平整表面和傾斜表面生長。進(jìn)行平坦化以使半導(dǎo)體材料的頂面與隔離區(qū)的頂面齊平。對半導(dǎo)體材料進(jìn)行退火。用氮?dú)?N2)作為退火的處理氣體，在大約800° C至大約900° C之間的溫度進(jìn)行退火。
[0067]根據(jù)另外的其它實(shí)施例，一種方法包括對半導(dǎo)體襯底的位于相對的隔離區(qū)之間的部分進(jìn)行凹槽化以形成凹槽。在凹槽化的步驟之后，半導(dǎo)體襯底的部分具有頂面，其包括平整表面以及具有(111)表面平面的傾斜表面。傾斜表面具有連接至平整表面的底部邊緣。傾斜表面還具有頂部邊緣，其中該頂部邊緣具有位于凹槽的第一深度處，并且底部邊緣位于凹槽的第二深度處。第一深度和第二深度具有小于大約0.6的比率。進(jìn)行外延以在凹槽中生長半導(dǎo)體材料，其中半導(dǎo)體材料自平整表面以及傾斜表面生長。進(jìn)行平坦化以使半導(dǎo)體材料的頂面與隔離區(qū)的頂面齊平。在平坦化之后，對半導(dǎo)體材料進(jìn)行退火。用氮?dú)?N2)作為退火的處理氣體，在大約800° C至大約900° C之間的溫度進(jìn)行退火，。
[0068]盡管已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明及其優(yōu)勢，但應(yīng)該理解，可以在不背離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明主旨和范圍的情況下，做各種不同的改變，替換和更改。而且，本申請的范圍并不僅限于本說明書中描述的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法和步驟的特定實(shí)施例。作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，通過本發(fā)明，現(xiàn)有的或今后開發(fā)的用于執(zhí)行與根據(jù)本發(fā)明所采用的所述相應(yīng)實(shí)施例基本相同的功能或獲得基本相同結(jié)果的工藝、機(jī)器、制造，材料組分、裝置、方法或步驟根據(jù)本發(fā)明可以被使用。因此，所附權(quán)利要求應(yīng)該將這樣的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟包括在范圍內(nèi)。此外，各權(quán)利要求構(gòu)成獨(dú)立的實(shí)施例，并且多個(gè)權(quán)利要求和實(shí)施例的組合包括在公開的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，包括: 對半導(dǎo)體襯底位于相對的隔離區(qū)之間的部分進(jìn)行凹槽化以形成凹槽，其中，在所述凹槽化的步驟之后，所述半導(dǎo)體襯底的所述部分包括頂面，所述頂面包括: 平整表面；以及 具有(111)表面平面的傾斜表面，其中所述傾斜表面包括連接至所述平整表面的底部邊緣以及連接至其中一個(gè)所述隔離區(qū)的頂部邊緣； 進(jìn)行外延以在所述凹槽中生長半導(dǎo)體材料，其中所述半導(dǎo)體材料自所述平整表面和所述傾斜表面生長；以及 對所述半導(dǎo)體材料進(jìn)行退火。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述頂部邊緣位于所述凹槽的第一深度處，所述底部邊緣位于所述凹槽的第二深度處，并且所述第一深度和所述第二深度具有小于約0.6的比率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述方法還包括進(jìn)行平坦化以使所述半導(dǎo)體材料的頂面與所述隔離區(qū)的頂面齊平，其中在所述平坦化之后進(jìn)行所述退火。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，使用氮?dú)?N2)作為處理氣體進(jìn)行所述退火。
5.一種方法，包括: 對半導(dǎo)體襯底位于相對的隔離區(qū)之間的部分進(jìn)行凹槽化以形成凹槽，其中，在所述凹槽化的步驟之后，所述半導(dǎo)體襯底的所述部分包括頂面，所述頂面包括: 平整表面；以及 具有連接至所述平整表面的(111)表面平面的傾斜表面； 進(jìn)行外延以在所述凹槽中生長半導(dǎo)體材料，其中所述半導(dǎo)體材料自所述平整表面和所述傾斜表面生長； 進(jìn)行平坦化以使所述半導(dǎo)體材料的頂面與所述隔離區(qū)的頂面齊平；以及對所述半導(dǎo)體材料進(jìn)行退火，其中用氮?dú)?N2)作為退火的處理氣體，在大約800° C至大約900° C之間的溫度下進(jìn)行所述退火。
6.一種方法，包括: 對半導(dǎo)體襯底位于相對的隔離區(qū)之間的部分進(jìn)行凹槽化以形成凹槽，其中，在所述凹槽化的步驟之后，所述半導(dǎo)體襯底的所述部分包括頂面，所述頂面包括: 平整表面；以及 具有(111)表面平面的傾斜表面，所述傾斜表面包括連接至所述平整表面的底部邊緣、以及頂部邊緣，其中所述頂部邊緣位于所述凹槽的第一深度處，并且所述底部邊緣位于所述凹槽的第二深度處，所述第一深度和所述第二深度具有小于大約0.6的比率； 進(jìn)行外延以在所述凹槽中生長半導(dǎo)體材料，其中所述半導(dǎo)體材料自所述平整表面和所述傾斜表面生長； 進(jìn)行平坦化以使所述半導(dǎo)體材料的頂面與所述隔離區(qū)的頂面齊平；以及在平坦化之后，對所述半導(dǎo)體材料進(jìn)行退火，其中，用氮?dú)?N2)作為所述退火的處理氣體，以大約800° C至大約900° C之間的溫度進(jìn)行所述退火。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，對所述半導(dǎo)體襯底的所述部分進(jìn)行凹槽化的步驟包括使用包括四甲基氫氧化銨(TMAH)的蝕刻溶液來對所述半導(dǎo)體襯底的所述部分進(jìn)行蝕刻，其中所述TMAH的濃度低于大約30%。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述方法還包括:在所述平坦化之后，對所述隔離區(qū)進(jìn)行凹槽化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，在對所述隔離區(qū)進(jìn)行凹槽化的步驟之后，所述隔離區(qū)的剩余部分的頂面高于所述傾斜表面的頂部邊緣。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，在對所述隔離區(qū)進(jìn)行凹槽化的步驟之后，所述半導(dǎo)體材料的比所述隔離區(qū)的剩余部分的頂面高的至少一部分形成半導(dǎo)體鰭，所述方法還包括: 在所述半導(dǎo)體鰭的側(cè)壁和頂面上形成柵極電介質(zhì)； 在所述柵極電介質(zhì)上形成柵電極；以及 在所述柵電極的 相對側(cè)上形成源極區(qū)和漏極區(qū)。
【文檔編號】H01L21/336GK103972059SQ201310308715
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月1日
【發(fā)明者】李宜靜, 吳政憲, 柯志欣, 萬幸仁 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司