專利名稱：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。更具體而言，本發(fā)明涉及具有增強(qiáng)的性 能的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，半導(dǎo)體器件和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的尺寸持續(xù)減小。 作為半導(dǎo)體器件和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)尺寸持續(xù)按比例減小的結(jié)果，在半導(dǎo)體技術(shù)
中使得在持續(xù)減小尺寸的情況下制造具有持續(xù)增強(qiáng)的性能的半導(dǎo)體器件變 得越來(lái)越重要。
在半導(dǎo)體技術(shù)中同樣提供了增強(qiáng)的半導(dǎo)體器件性能的另外的趨勢(shì)為在 不同晶向的半導(dǎo)體襯底上制造半導(dǎo)體器件。通常，選擇特定的晶向來(lái)優(yōu)化
電子遷移率和空穴遷移率。例如，需要在包含硅的半導(dǎo)體襯底上的{100} 晶面上制造nFET器件以獲得增強(qiáng)的電子遷移率，同時(shí)需要在包含硅的半 導(dǎo)體襯底上的{110}晶面上制造pFET器件以獲得增強(qiáng)的空穴遷移率。 使用多晶向村底制造的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的實(shí)例為本領(lǐng)域所公知。 半導(dǎo)體器件尺寸確定會(huì)繼續(xù)減小，結(jié)果需要在尺寸減小的情況下制造
增強(qiáng)性能的半導(dǎo)體器件。為此，需要通過(guò)使用多晶向半導(dǎo)體襯底來(lái)獲得優(yōu) 點(diǎn)的另外的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了具有多個(gè)晶向的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法。同時(shí)，本發(fā) 明還提供了并入了這樣的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體電路。
根據(jù)本發(fā)明的一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括具有位于其上的半導(dǎo)體臺(tái)面的隔離 襯底。所述半導(dǎo)體臺(tái)面包括通過(guò)在其間插入的隔離區(qū)域與包括不同于第一
摻雜區(qū)域的第二摻雜區(qū)域的第二端相分隔的包括所述第一摻雜區(qū)域的第一 端。所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括使用所述第一端的側(cè)壁表面和頂表面作為第一 溝道區(qū)域定位的第一器件。所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括使用所述第二端的側(cè)壁 表面而不是頂表面作為第二溝道區(qū)域定位的第二器件。在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 中，所述第 一器件從所述半導(dǎo)體臺(tái)面的水平頂表面晶向獲益以及所述第二 器件從所述半導(dǎo)體臺(tái)面的垂直側(cè)壁表面晶向獲益。
一種根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體電路在其中并入了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
一種才艮據(jù)本發(fā)明的方法包括在隔離襯底之上形成半導(dǎo)體臺(tái)面。所述方 法提供了這樣的半導(dǎo)體臺(tái)面，所述半導(dǎo)體臺(tái)面包括通過(guò)在其間插入定位的 隔離區(qū)域與包括不同于第一摻雜區(qū)域的第二摻雜區(qū)域的第二端相分隔的包 括所述第 一摻雜區(qū)域的第 一端。根據(jù)本發(fā)明的方法還包括形成使用所述第 一端的側(cè)壁表面和頂表面作為第一溝道區(qū)域定位的第一器件。根據(jù)本發(fā)明 的方法還包括形成使用所述第二端的側(cè)壁表面而不是頂部表面作為第二溝 道區(qū)域定位的第二器件。所述方法提供了所述第一器件從所述半導(dǎo)體臺(tái)面 的水平頂表面晶向獲益以及所述第二器件從所述半導(dǎo)體臺(tái)面的垂直側(cè)壁表 面晶向獲益。


根據(jù)以下優(yōu)選的實(shí)施方式的說(shuō)明范圍理解本發(fā)明的目標(biāo)、特征、優(yōu)點(diǎn)。 在形成本公開(kāi)的部分材料的附圖的范圍中理解優(yōu)選的實(shí)施方式的說(shuō)明，其
中
圖1至圖14示出了示例了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的漸進(jìn) 階段的結(jié)果的一系列示意性截面和平面視圖15至圖24示出了示例了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 的漸進(jìn)階段的結(jié)果的 一 系列示意性截面和平面視圖；以及
圖25示出了示例了并入了根據(jù)實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體電路版 圖的示意性平面#見(jiàn)圖。
具體實(shí)施例方式
下面在上述

的范圍內(nèi)更詳細(xì)地說(shuō)明包括半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和制造半 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法以及并入該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體電路的本發(fā)明。由于附圖 是為了示例性的目的，所以它們不必按比例繪制。
參考圖1至圖14，示出的為根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的 一 系列截面圖。 本發(fā)明的該實(shí)施例包括本發(fā)明的笫一實(shí)施例。圖l示出了根據(jù)該實(shí)施例在 其制造的早期階段的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)截面圖。
圖1示出了襯底10。隔離層12位于襯底IO之上。半導(dǎo)體臺(tái)面14位 于隔離層12之上。溝道停止介質(zhì)層16位于半導(dǎo)體臺(tái)面(mesa) 14之上。
每個(gè)前述村底10和層12/14/16包括半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中的常規(guī)材料并 具有半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中的常規(guī)尺寸。使用半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中的常規(guī)方法形
成每個(gè)前述襯底10和層12/14/16。
雖然半導(dǎo)體材料最普遍，但襯底10包括導(dǎo)體材料、半導(dǎo)體材料或介質(zhì) 材料?？蓸?gòu)成襯底10的半導(dǎo)體材料的非限制性的實(shí)例包括硅、鍺、硅鍺合 金、碳化硅、硅鍺碳化物合金、以及化合物半導(dǎo)體材料?；衔锇雽?dǎo)體材 料的非限制的實(shí)例包括砷化鎵、砷化銦以及磷化銦半導(dǎo)體材料。
隔離層12包括隔離材料。隔離材料的非限制性的實(shí)例包括介質(zhì)隔離材 料和半導(dǎo)體隔離材料。半導(dǎo)體隔離材料作為二極管隔離起作用。介質(zhì)隔離
材料通常更普遍。介質(zhì)隔離材料包括，但不受限于硅的氧化物、氮化物和 氧氮化物。并不排除其它元素的氧化物、氮化物和氧氮化物。使用多種方 法中的任何一種形成介質(zhì)隔離材料。非限制的實(shí)例包括熱或等離子體氧化 或氮化方法、化學(xué)氣相淀積方法、物理氣相淀積方法、以及之后是高溫退 火的氧離子注入。典型地，隔離層12包括具有約2nm到約200nm厚度的 包含硅的介質(zhì)隔離材料。
作為上述的替代，隔離層12還包括結(jié)隔離材料。在這樣的情況下，其 中襯底10包括半導(dǎo)體襯底，作為介質(zhì)隔離材料的替代的隔離層12包括外 延淀積的結(jié)隔離材料例如硼摻雜或砷摻雜的硅鍺合金結(jié)隔離材料。還根據(jù) 構(gòu)成襯底10的半導(dǎo)體材料考慮可選的半導(dǎo)體結(jié)隔離材料。
半導(dǎo)體臺(tái)面14包括同樣構(gòu)成襯底IO的多種半導(dǎo)體材料中的任何一種。 典型地，半導(dǎo)體臺(tái)面14包括硅或硅鍺合金半導(dǎo)體材料。典型地，半導(dǎo)體臺(tái) 面14具有約10nm到約100nm的厚度，約5nm到約200nm的線寬(沿 兩個(gè)方向)。半導(dǎo)體臺(tái)面14具有水平頂面晶向和垂直側(cè)壁表面晶向。水平 頂面晶向包括{100}取向的面并且垂直側(cè)壁表面晶向包括{110}取向的面。 此外，將配置最終的結(jié)構(gòu)以便在{110}面內(nèi)沿<110>方向?qū)б趝100}取向的 面中的FET溝道電流；當(dāng)沿<110>方向?qū)б谠撁嬷械碾娏鲿r(shí)在這樣的 {110}面中的空穴遷移率是高度各向異性的并且受益最多。如將在下文進(jìn)一 步說(shuō)明的內(nèi)容中所示例的，第一晶體管(即典型nFET)最終位于半導(dǎo)體 臺(tái)面14的右方的頂和側(cè)壁部分內(nèi)，而第二晶體管(即典型pFET)僅使用 半導(dǎo)體臺(tái)面的左方側(cè)壁而不使用其頂面定位。該實(shí)施例和本發(fā)明還構(gòu)思了 用于半導(dǎo)體臺(tái)面14的可選的水平和垂直晶向。適宜的晶向可由本領(lǐng)域的技 術(shù)人員容易地辨別。選擇特定的晶向以便nFET可從半導(dǎo)體臺(tái)面14的垂直 或水平晶向中的一個(gè)獲益，同時(shí)pFET從半導(dǎo)體臺(tái)面14的垂直或水平晶向 中的另一個(gè)獲益。典型地在半導(dǎo)體臺(tái)面14的適宜的部分內(nèi)的增強(qiáng)的電子遷 移率或空穴遷移率的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)這樣的有益效果。
溝道停止介質(zhì)層16包括多種介質(zhì)材料中的任何一種。當(dāng)隔離層12包 括介質(zhì)材料時(shí)，非限制的實(shí)例包括構(gòu)成隔離層12的相同的介質(zhì)材料。典型 地，溝道停止介質(zhì)層16包括包含硅的介質(zhì)材料例如二氧化硅、或包含珪的 介質(zhì)材料的疊層(laminate)。典型地，溝道停止介質(zhì)層具有從約2nm到 約50nm的厚度。
圖2示出了位于半導(dǎo)體臺(tái)面14之上的溝道停止介質(zhì)層16，。 通過(guò)構(gòu) 圖溝道停止介質(zhì)層16得到溝道停止介質(zhì)層16，。使用半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的常 規(guī)光刻方法時(shí)，可構(gòu)圖溝道停止介質(zhì)層16以形成溝道停止介質(zhì)層16，。典 型地，構(gòu)圖溝道停止介質(zhì)層16以形成約暴露半個(gè)半導(dǎo)體臺(tái)面14的表面的 溝道停止介質(zhì)層16，。
圖3示出了位于半導(dǎo)體臺(tái)面14的一部分之上的犧牲二氧化硅層18。
在除了那些辟皮溝道停止介質(zhì)層16，覆蓋的珪表面之外的硅表面之上生長(zhǎng)該 層18,在該情況下在犧牲氧化期間層16不受氧離子影響。犧牲層18包括 通過(guò)硅表面熱氧化而形成的二氧化硅?？赏ㄟ^(guò)多種方法中的任何一種形成 犧牲層18。包含熱或等離子體氧化或氧氮化方法。典型地，犧牲層18包 括具有從約lnm到約5nm的厚度的熱氧化硅材料。
圖4首先示出了掩蔽了在圖3中示出的半導(dǎo)體臺(tái)面14的左側(cè)壁和頂部 的掩模層20。掩模層20典型地包括光致抗蝕劑掩模材料，但本發(fā)明不限 于僅由光致抗蝕劑掩模材料形成的掩模層。光致抗蝕劑材料的非限制的實(shí) 例包括正光致抗蝕劑材料、負(fù)光致抗蝕劑材料以及混合光致抗蝕劑材料。 典型地，當(dāng)掩模層20包括光致抗蝕劑材料時(shí)，掩模層20具有從約0.2微 米到約l微米的厚度。使用常規(guī)半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中的方法淀積構(gòu)成光致抗 蝕劑掩模層20的光致抗蝕劑材料。包括半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中常規(guī)的旋涂方法 和光刻方法。
圖4還示出了離子注入圖3中所示出的半導(dǎo)體臺(tái)面14的右方的頂表面 和側(cè)壁表面以將輕p摻雜區(qū)域形成到分隔半導(dǎo)體臺(tái)面14，的短劃線的右方 的結(jié)果。使用具有第一極性的第一摻雜劑離子22的劑量進(jìn)行離子注入，典 型地采用硼或鍺或銦。典型地，第一摻雜劑離子22的劑量提供從約lel8 到約lel9摻雜劑原子每立方厘米的在半導(dǎo)體臺(tái)面14，內(nèi)的摻雜劑濃度。第 一摻雜劑離子22的劑量旨在以對(duì)于使用半導(dǎo)體臺(tái)面14，的頂表面和右側(cè)壁 表面作為溝道區(qū)域的第一晶體管提供用于溝道區(qū)域的p阱或p型體的形式 摻雜半導(dǎo)體臺(tái)面14，。
圖5首先示出了從圖4的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剝離掩模層20的結(jié)果。使用半導(dǎo) 體制造領(lǐng)域中的常規(guī)方法和材料剝離掩模層20。包括濕法化學(xué)剝離方法和 干法等離子體剝離方法。還可以使用兩種方法的集合。
圖5還示出了掩蔽了圖4中所示出的半導(dǎo)體臺(tái)面14，的右側(cè)壁和頂部 部分的掩才莫層20'。在圖5的示意性截面圖中示出的掩模層20，與圖4中示 出的掩模層20關(guān)于尺寸和材料的成分通常是類(lèi)似或等價(jià)的。然而，掩模層 22，被定位以覆蓋半導(dǎo)體臺(tái)面14，的右方的頂部和側(cè)壁部分而不是半導(dǎo)體臺(tái)
面14，的左方的頂部和側(cè)壁部分。
圖5還示出了用于注入在圖4中示出的半導(dǎo)體臺(tái)面14，的左側(cè)頂部和 側(cè)壁部分以形成半導(dǎo)體臺(tái)面14"的n阱或n摻雜區(qū)域的第二摻雜劑離子 23。大體上以與圖4中所示例的笫一摻雜劑離子22的劑量相似的劑量和離 子注入條件提供第二摻雜劑離子23，除了采用的施主元素例如砷、磷以及 銻以外。這樣，該劑量的第二摻雜劑離子23具有與第一摻雜劑離子22的 第一極性不同的第二極性。
圖6首先示出從由圖5示例了其截面圖的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上剝離掩模層20， 的結(jié)果。使用半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中的常規(guī)方法和材料剝離掩模層20，。包括 但不限于濕法化學(xué)剝離方法和干法等離子體剝離方法。
圖6還示出了從半導(dǎo)體臺(tái)面14"的暴露的部分上剝離犧牲層18的結(jié) 果。使用半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中的常規(guī)方法和材料剝離犧牲層18。通常使用某 種形式的氫氟酸蝕刻劑剝離犧牲掩才莫層18。
圖6最終示出了位于從其上剝離了犧牲掩模層18的半導(dǎo)體臺(tái)面14" 的暴露部分之上的柵極介質(zhì)19。
柵極介質(zhì)19包括多種柵極介質(zhì)材料中的任何一種。包括具有從約3.7 到約20的介電常數(shù)的通常常規(guī)的柵極介質(zhì)材料。這些柵極介質(zhì)材料包括但 不限于硅的氧化物、氮化物以及氧氮化物。還包括具有從約7到至少約100 的介電常數(shù)的通常較高的介電常數(shù)的柵極介質(zhì)材料。這些較高介電常數(shù)的 柵極介質(zhì)材料包括但不限于氧化鉿、鉿硅化物，氧化鈦，氧化鋁，氧化 鑭，鈥酸鋇鍶(barium-strontium-titantate ) ( BST )和鈥鋯酸鉛 (lead-zircontate-titantate) (PZT)?？墒褂枚喾N方法中的任何一種形成 柵極介質(zhì)19。非限制的實(shí)例包括熱或等離子體氧化或氮化方法、化學(xué)氣相 淀積方法(包括原子層化學(xué)氣相淀積方法)和物理氣相淀積方法(包括濺 射方法)。典型地，柵極介質(zhì)19包括具有從約10到約70埃的厚度的熱氧 化硅材料。
圖7示出了位于圖6的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之上并具體而言覆蓋半導(dǎo)體臺(tái)面 14"的頂和側(cè)壁表面的柵極電極24。柵極電極24包括多種柵極電極材料中
的任何一種。非限制的實(shí)例包括確定的金屬、金屬合金、金屬硅化物以及
金屬氮化物。還包括摻雜的多晶珪柵極材料和多晶化物(polycide)柵極 材料。使用適于柵極電極24的成分材料的多種方法中的任何一種淀積柵極 電極材料。方法的非限制性的實(shí)例包括鍍敷方法、化學(xué)氣相淀積方法以及 物理氣相淀積方法。典型地，在半導(dǎo)體臺(tái)面14"之上的柵極電極24具有從 約50nm到約200nm的厚度。
圖8示出了才艮據(jù)圖7的截面圖的示意性平面視圖。
圖8示出了隔離層12。溝道停止介質(zhì)層16，位于未另外具體示出的半 導(dǎo)體臺(tái)面14"的一部分之上。柵極介質(zhì)層19位于也未具體示出的半導(dǎo)體臺(tái) 面14，，的另一部分之上。柵極電極24覆蓋了溝道停止介質(zhì)層16，和柵極介 質(zhì)層19位于其上的半導(dǎo)體臺(tái)面14"。
圖9和圖IO示出了示例了圖7和圖8的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步處理結(jié)果 的示意性截面和平面^L圖。
圖9和圖10首先示出了位于覆蓋圖8中示出的半導(dǎo)體臺(tái)面14，的左方 的頂部和側(cè)壁部分的掩蔽層20"。另外掩蔽層20"基本上與圖4中示出的 掩蔽層20類(lèi)似或等價(jià)。圖9和圖10還示出了用于在鄰近柵極24的半導(dǎo)體 臺(tái)面14，，，的暴露的部分中形成源極/漏極區(qū)域25的一定劑量的第三摻雜劑 離子23，。該劑量的第三摻雜劑離子23，使用與第二摻雜劑離子23相同的 極性，雖然不必使用摻雜劑的相同化學(xué)成分。用于源^/漏極區(qū)域25的典 型的第三摻雜劑23，的濃度從約lel9到約le21摻雜劑原子每立方厘米，足 以將暴露的區(qū)域摻雜到簡(jiǎn)并水平。
圖11和圖12示出了示例了圖9和圖10中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步處理結(jié) 果的示意性截面和平面視圖。
圖11和圖12首先示出了從圖9和圖10的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上剝離掩模層 20"的結(jié)果。如以上所公開(kāi)的，使用與用于剝離前述掩模層20和20，的方 法和材料類(lèi)似或等價(jià)或相似的方法和材料剝離掩模層20"。
圖ll和圖12還示出了將源極漏極區(qū)域注入到圖9和圖IO中所示出的 半導(dǎo)體臺(tái)面14"，的左側(cè)中以形成半導(dǎo)體臺(tái)面14""的結(jié)果。離子注入使用
了具有與第一摻雜劑離子22的劑量相同的極性、但不必具有相同的摻雜劑 化學(xué)成分的第四摻雜劑離子22，的劑量。該第四摻雜劑離子22，的劑量將 另一對(duì)源極/漏極區(qū)域25提供到半導(dǎo)體臺(tái)面14""中。該對(duì)源極/漏極區(qū)域 25還典型地具有從約lel9到約le21摻雜劑原子每立方厘米的摻雜劑濃度。 選擇足夠低的注入能量使離子不能穿透溝道停止層16，。
如圖11的示意性截面圖所示出的，通過(guò)第四摻雜劑離子22，的劑量 產(chǎn)生的是半導(dǎo)體臺(tái)面14"",所述半導(dǎo)體臺(tái)面14""包含將半導(dǎo)體臺(tái)面14"，， 的右方的頂部和側(cè)壁用做溝道的第一晶體管Tl區(qū)域和僅僅將半導(dǎo)體臺(tái)面 14，，，，的左側(cè)壁用做溝道而不是左頂表面的第二晶體管T2區(qū)域。第一晶體 管T1區(qū)域與笫二晶體管T2區(qū)域通過(guò)隔離區(qū)域I分離，隔離區(qū)域I進(jìn)一步 包括在第一晶體管Tl區(qū)域與第二晶體管T2區(qū)域之間產(chǎn)生結(jié)隔離的n阱 In/p阱Ip結(jié)。這些n阱In和p阱Ip區(qū)域可通過(guò)常規(guī)方法(未示出)接觸 以進(jìn)一步改善電隔離。
當(dāng)半導(dǎo)體臺(tái)面具有{100}水平頂表面晶向和{110}垂直側(cè)壁表面晶向 時(shí)，第一晶體管Tl是典型的nFET同時(shí)第二晶體管T2是典型的pFET。 根據(jù)以上的描述選擇第一、第二、第三以及第四摻雜劑離子22、 23、 22， 以及23，的極性。
圖13和圖14示出了圖11和圖12中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步處理的結(jié)果 的示意性截面和平面視圖。
圖13和圖14示出了從圖11和圖12中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剝離掩模層20"， 以提供完成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的結(jié)果。
完成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底IO。隔離層12位于村底10之上。半導(dǎo)體 臺(tái)面14，，，，位于隔離層12之上。溝道停止介質(zhì)層16，覆蓋半導(dǎo)體臺(tái)面14，，，， 的一部分。柵極介質(zhì)19覆蓋半導(dǎo)體臺(tái)面14""的其它暴露的部分以及柵極 電極24覆蓋半導(dǎo)體臺(tái)面14""的中央部分留下半導(dǎo)體臺(tái)面14""的暴露的 源極/漏極區(qū)域25的部分。
圖14的完成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)因而包括具有頂表面晶向和與頂表面晶向 不同的側(cè)壁表面晶向的半導(dǎo)體臺(tái)面14""。半導(dǎo)體臺(tái)面14""的第二端(即，
左方)部分僅僅使用側(cè)壁作為溝道用于形成包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2的半導(dǎo) 體器件。半導(dǎo)體臺(tái)面14""的第一端部分使用半導(dǎo)體臺(tái)面14""的頂表面和 側(cè)壁表面用于形成包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管Tl的半導(dǎo)體器件。通過(guò)半導(dǎo)體臺(tái)面 14""的隔離區(qū)域I部分分隔晶體管Tl和晶體管T2，其中隔離區(qū)域I被充 分摻雜(即從約lel8到約lel9摻雜劑原子每立方厘米)形成p阱Ip/n阱 In結(jié)以提供第一晶體管Tl與第二晶體管T2之間的隔離。
圖15至圖24示出了示例了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 中的漸進(jìn)階段的結(jié)果的一系列示例性截面圖。本發(fā)明的該其它的實(shí)施例包 括本發(fā)明的第二實(shí)施例。
圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的該其它的實(shí)施例的在制造其的早期階段的 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。
圖15再次示出了襯底10。隔離層12位于襯底10之上。半導(dǎo)體層14a 和14b位于隔離層12之上并由同樣位于隔離層12之上的隔離區(qū)域13所 分隔。溝道停止介質(zhì)層16，位于半導(dǎo)體層14a和14b頂上。與圖1中相似 標(biāo)號(hào)的結(jié)構(gòu)和層標(biāo)號(hào)類(lèi)似或相同地標(biāo)號(hào)圖10中相似標(biāo)號(hào)的結(jié)構(gòu)和層。相似 標(biāo)號(hào)的結(jié)構(gòu)和層包括在第一實(shí)施例的范圍中公開(kāi)的材料和具有在第一實(shí)施 例的范圍中公開(kāi)的尺寸以及通過(guò)在第一實(shí)施例的范圍中公開(kāi)的方法形成。
在第二實(shí)施例中，典型地使用在圖1中示例的第一次為半導(dǎo)體臺(tái)面14 和其上的溝道停止介質(zhì)層16提供附加的構(gòu)圖的光刻方法形成溝道停止介
質(zhì)層16，和其下的半導(dǎo)體層14a和14b。然后，在產(chǎn)生的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之上淀 積并平坦化均厚(blanket)隔離區(qū)域材料層以形成圖15中示例的隔離區(qū) 域13。
隔離層13包括構(gòu)成圖1中示例的隔離層12的多種隔離介質(zhì)材料中的 任寸可一種。
圖16首先示出了覆蓋插入半導(dǎo)體層14a與14b之間的中心隔離區(qū)域 13并跨越到溝道停止介質(zhì)層16，定位的掩模層20""。使用與溝道停止介質(zhì) 層16，相接的掩模層20""作為從圖15中示例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上剝離兩個(gè)外 側(cè)的隔離區(qū)域13的蝕刻掩模。使用半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的常規(guī)方法和材料剝離兩個(gè)外側(cè)的隔離區(qū)域13。非限制的實(shí)例包括濕法化學(xué)方法和千法等離子體 方法。
包括夾心(sandwich)的半導(dǎo)體層14a和14b以及隔離區(qū)域13的產(chǎn) 的結(jié)構(gòu)構(gòu)成才艮據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體臺(tái)面14。同樣與第一實(shí)施例 中的半導(dǎo)體臺(tái)面14相似，第二實(shí)施例中的半導(dǎo)體臺(tái)面14具有水平頂表面 晶向和垂直側(cè)壁晶向。用于前述表面的特定晶向與以上公開(kāi)的第 一實(shí)施例 一致。
圖17示出了位于半導(dǎo)體臺(tái)面14的左方的頂部和側(cè)壁部分的之上的掩 模層20。使用掩模層20作為用于蝕刻圖17結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體 臺(tái)面14上的溝道停止介質(zhì)層16，中的一個(gè)的蝕刻掩模。使用半導(dǎo)體制造領(lǐng) 域中的常規(guī)方法和材料蝕刻溝道停止介質(zhì)層16，。所述方法和材料將典型 地使用濕法化學(xué)蝕刻劑，雖然也可以使用干法等離子體蝕刻劑。典型地，
當(dāng)溝道停止層是二氧化硅時(shí)可使用稀或緩沖的氫氟酸。
圖18首先示出了從圖17的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剝離掩模層20的結(jié)果。使用半 導(dǎo)體制造領(lǐng)域中的常規(guī)方法和材料剝離掩模層20。包括濕法化學(xué)剝離方法 和干法等離子體剝離方法。
圖18還示出了位于溝道停止介質(zhì)層16，未覆蓋的部分半導(dǎo)體臺(tái)面14 (即，半導(dǎo)體層14a的側(cè)壁表面和半導(dǎo)體層14b的頂部和側(cè)壁部分)之上 的犧牲層18。犧牲層18包括半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中的常規(guī)材料，具有半導(dǎo)體 制造領(lǐng)域中的常規(guī)尺寸并使用半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中的常規(guī)方法形成。犧牲層 18還與第一實(shí)施例中示例的犧牲掩模層18類(lèi)似或相同，典型地由通過(guò)熱 氧化暴露的W面而形成的二氧化硅構(gòu)成。
圖19示出了圖18中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步處理結(jié)果的示意性截面圖。 圖19首先示出了與圖17中示出的掩模層20類(lèi)似或等價(jià)或相同地定位掩模 層20并確定其尺寸。
圖19還示出了與圖4中所示例的相似的第一摻雜劑實(shí)例22的劑量。 該劑量的笫一摻雜劑實(shí)例22用于注入在圖18中示例的半導(dǎo)體臺(tái)面14內(nèi)的
半導(dǎo)體層14b以提供圖19中示出的半導(dǎo)體層14b，和半導(dǎo)體臺(tái)面14，。與第 一實(shí)施例相似，該劑量的第一摻雜劑實(shí)例22具有第一極性。由于在臺(tái)面區(qū) 域14a與14b之間的隔離區(qū)域13起電隔離作用，所以在本實(shí)施例中該劑 量基本上低于圖4中示例的劑量，由此降低了第一實(shí)施例所需要的較高劑 量濃度。
圖20示出了剝離圖19示例的掩才莫層20并接著在半導(dǎo)體臺(tái)面14，的右 方的頂部和側(cè)部之上形成掩模層20，的結(jié)果。圖20還示出了用于摻雜半導(dǎo) 體臺(tái)面14，中的半導(dǎo)體層14a并在半導(dǎo)體臺(tái)面14"中形成半導(dǎo)體層14a"的 一定劑量的第二摻雜劑離子23。另外，第二摻雜劑離子23(具有與第一極 性不同的第二極性)的劑量與圖5中示出的笫一實(shí)施例中的笫二摻雜劑離 子23的劑量相似。由于在臺(tái)面區(qū)域14a與14b之間的隔離區(qū)域13起電隔 離作用，所以在本實(shí)施例中該劑量基本上低于圖5中所示例的劑量，由此 降低了第一實(shí)施例所需的較高劑量濃度，。
還應(yīng)注意，用與該實(shí)施例的圖19到20的步驟是可選的，如可以使用 (在柵極形成之后進(jìn)行的)暈(halo)離子注入設(shè)置FET的電特性和對(duì)于 器件間隔離不需要第 一 實(shí)施例的阱摻雜。
圖21首先示出了從半導(dǎo)體臺(tái)面14"中的半導(dǎo)體層14a和14b剝離犧牲 層18的結(jié)果。使用與用于剝離第一實(shí)施例中示例的犧牲層18的方法和材 料相類(lèi)似或等價(jià)的方法和材料剝離犧牲層18。
圖21還示出了通常形成柵極介質(zhì)19替代犧牲層18的結(jié)果。柵極介質(zhì) 19包括在第一實(shí)施例的范圍中公開(kāi)的材料，具有第一實(shí)施例的范圍中公開(kāi) 的尺寸并使用在第一實(shí)施例的范圍中公開(kāi)的方法形成。
圖22示出了位于圖21的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之上同時(shí)跨越半導(dǎo)體臺(tái)面14"的 柵極電極24。柵極電極24與在上述第一實(shí)施例的范圍中所公開(kāi)的柵極電 極24相類(lèi)似、等價(jià)或相同。
圖23和圖24示出了示例了將源極/漏極區(qū)域25形成到半導(dǎo)體臺(tái)面 14，，，，中的結(jié)果的示意性截面和平面視圖。使用根據(jù)以上公開(kāi)的本發(fā)明的第 一實(shí)施例并在圖9到圖12的范圍中所示例的分開(kāi)的離子注入工藝步驟形成
源極/漏極區(qū)域25。如之前所討論的，源極和漏極區(qū)域的形成還包括暈雜 質(zhì)的離子注入以調(diào)整FET閾值電壓和其它電特性。
作為形成源極和漏極區(qū)域的結(jié)果，在半導(dǎo)體臺(tái)面14""中定位并形成 第一晶體管Tl區(qū)域和第二晶體管T2區(qū)域。第一晶體管區(qū)域T1與第二晶 體管區(qū)域T2通過(guò)半導(dǎo)體臺(tái)面14""的隔離區(qū)域I部分相分隔。半導(dǎo)體臺(tái)面 14""的隔離區(qū)域部分包括隔離區(qū)域13。
圖23和圖24示出了示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一對(duì) 示例性截面和平面視圖。該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括具有通過(guò)構(gòu)成隔離區(qū)域13的隔 離區(qū)域I與第二晶體管T2相分隔的第一晶體管T2的半導(dǎo)體臺(tái)面14""。 第一晶體管Tl區(qū)域使用半導(dǎo)體臺(tái)面14""的頂表面和側(cè)壁表面作為溝道區(qū) 域。第二晶體管T2區(qū)域僅僅使用半導(dǎo)體臺(tái)面14""的側(cè)壁表面作為溝道區(qū) 域。
與第一實(shí)施例相似，第二實(shí)施例也提供了包括在增強(qiáng)電子和空穴遷移 率的范圍中受益的具有分離晶向溝道區(qū)域的第一晶體管Tl和第二晶體管 T2的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
圖25示出了示例了并入根據(jù)前迷實(shí)施例具體而言第二實(shí)施例的半導(dǎo) 體結(jié)構(gòu)S的半導(dǎo)體電路的示意性版圖。
示意性版圖示出了六晶體管靜態(tài)隨才;W!"取存儲(chǔ)器(SRAM)單元。結(jié) 構(gòu)S與前述實(shí)施例一致，具有為參考目的而示例的柵極電極24。結(jié)構(gòu)S更 直接地與圖24的平面視圖相對(duì)應(yīng)，其中適當(dāng)?shù)刂概闪司w管T1和晶體管 T2。具體地示例了柵極介質(zhì)19、溝道停止介質(zhì)層16，以及隔離區(qū)域13。結(jié) 構(gòu)S的源極側(cè)(即，Vss、 Tl)橫向延伸以提供包括字線40的過(guò)柵(pass gate) nFET器件。結(jié)構(gòu)S的基部未伸長(zhǎng)的部分的Vss部分包括作為T(mén)l器 件的下拉nFET器件。下拉nFET器件使用頂表面和側(cè)壁作為溝道區(qū)域。 結(jié)構(gòu)的Vdd部分包括僅使用側(cè)壁溝道用于器件的上拉pFET器件。上拉 pFET器件是T2器件?；ミB42互連結(jié)構(gòu)S中的器件。還指派了位線真44 和位線互^卜44'。
本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例示例了本發(fā)明而不是限制?？刹鹏迵?jù)本發(fā)明的優(yōu)選 實(shí)施例的方法、材料、結(jié)構(gòu)以及尺寸做出修正和修改，而仍然根據(jù)本發(fā)明 以及所附權(quán)利要求提供實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括隔離襯底，具有位于其上的半導(dǎo)體臺(tái)面，所述半導(dǎo)體臺(tái)面包括通過(guò)在其間插入的隔離區(qū)域與包括不同于第一摻雜區(qū)域的第二摻雜區(qū)域的第二端相分隔的包括所述第一摻雜區(qū)域的第一端；第一器件，使用所述第一端的側(cè)壁表面和頂表面作為第一溝道區(qū)域定位；以及第二器件，使用所述第二端的側(cè)壁表面而不是頂表面作為第二溝道區(qū)域定位，其中所述第一器件從所述半導(dǎo)體臺(tái)面的水平頂表面晶向獲益以及所述第二器件從所述半導(dǎo)體臺(tái)面的垂直側(cè)壁表面晶向獲益。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中配置所述第二器件以在所述第 二溝道區(qū)域中沿平行于所述側(cè)壁表面和所述頂部表面的方向傳導(dǎo)電流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一器件和所述第二器件 使用一個(gè)單柵極電極選通所述第一器件和所述第二器件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括位于在所述第二摻雜區(qū)域之 上的所述半導(dǎo)體臺(tái)面的水平頂表面之上的溝道停止介質(zhì)層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中 所述隔離襯底包括半導(dǎo)體材料；所述半導(dǎo)體臺(tái)面包括硅材料和硅鍺合金材料中的一種；以及 所述隔離村底包括所述硅材料和所述硅鍺合金材料中的另 一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述隔離襯底包括介質(zhì)隔離材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述隔離區(qū)域包括具有從約 1E18到約lE19摻雜劑原子每立方厘米的摻雜劑濃度的半導(dǎo)體材料中的pn 結(jié)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述隔離區(qū)域包括介質(zhì)隔離材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中 所述水平頂表面晶向是{100}晶面；以及 所述垂直側(cè)壁表面晶向是{110}晶面。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一器件包括nFET并 且所述第二器件包括pFET。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中在所述第二器件中的溝道電 流的方向?yàn)樵趝110}面內(nèi)沿<110>方向。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括所述半導(dǎo)體臺(tái)面的一端而 不是所述半導(dǎo)體臺(tái)面另 一端的橫向擴(kuò)展。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述橫向擴(kuò)展包括所述半導(dǎo) 體臺(tái)面的所述第一端。
14. 一種半導(dǎo)體電路，包括權(quán)利要求l的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體電路，其中所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括所述 半導(dǎo)體臺(tái)面的一端的橫向擴(kuò)展。
16. —種形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟在隔離襯底之上形成半導(dǎo)體臺(tái)面，所述半導(dǎo)體臺(tái)面包括通過(guò)在其間插 入定位的隔離區(qū)域與包括不同于第 一摻雜區(qū)域的第二摻雜區(qū)域的第二端相 分隔的包括所述第 一摻雜區(qū)域的第 一端；形成使用所述第一端的側(cè)壁表面和頂表面作為第一溝道區(qū)域定位的第 一器件；以及形成使用所述第二端的側(cè)壁表面而不是頂表面作為第二溝道區(qū)域定位 的第二器件，其中所述第 一器件從所述半導(dǎo)體臺(tái)面的水平頂表面晶向獲益以及所述第二器件從所迷半導(dǎo)體臺(tái)面的垂直側(cè)壁表面晶向獲益。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中形成所述半導(dǎo)體臺(tái)面使用包括半導(dǎo) 體材料的所述隔離襯底。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中形成所述半導(dǎo)體臺(tái)面使用包括介質(zhì) 隔離材料的所述隔離襯底。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中形成所述半導(dǎo)體臺(tái)面使用包括半導(dǎo)
20.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中形成所述隔離區(qū)域使用包括介質(zhì)隔 離材料的所述隔離區(qū)域。
全文摘要
一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括位于隔離襯底之上的半導(dǎo)體臺(tái)面。所述半導(dǎo)體臺(tái)面包括通過(guò)在其間插入的隔離區(qū)域與包括第二摻雜區(qū)域的第二端相分隔的包括第一摻雜區(qū)域的第一端。所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域具有不同的極性。所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括位于所述第二摻雜區(qū)域之上的所述半導(dǎo)體臺(tái)面的水平頂表面之上溝道停止介質(zhì)層。所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括使用所述第一端的側(cè)壁表面和頂表面作為第一溝道區(qū)域定位的第一器件，以及使用所述第二端的側(cè)壁而不是頂表面作為第二溝道區(qū)域定位的第二器件。一種源自前述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的相關(guān)的方法。還包括一種包括所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體電路。
文檔編號(hào)H01L27/12GK101179083SQ20071016683
公開(kāi)日2008年5月14日 申請(qǐng)日期2007年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月6日
發(fā)明者B·A·安德森, E·J·諾瓦克, J·H·蘭基 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司