專利名稱：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法及相應(yīng)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法及相應(yīng)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
晶體管器件有源區(qū)邊緣的STI凹陷(divot)削弱了設(shè)置閾值電壓(Vt)的可控性，因為在邊緣處出現(xiàn)難以控制的場強度效應(yīng)。另一方面，如果希望可以獲得的晶體管導(dǎo)通電流增大，則利用STI凹陷圍繞平坦柵極區(qū)是有用的。迄今為止，通過多個連續(xù)的濕法刻蝕步驟，已經(jīng)影響了這種凹陷的深度并因此影響了這種不利效果的大小。在這種情形中，由于填充氮化物層的回縮(pull-back)、有源區(qū)的氧化以及可能的犧牲氧化物氧化，有源區(qū)出現(xiàn)一定的邊緣鈍化。
在通常的MOS晶體管器件的情形中，晶體管器件的邊緣被柵極氧化物和柵極導(dǎo)體包圍，這是使晶體管器件邊緣處的閾值電壓減小為低于溝道中心區(qū)域中的閾值電壓并因此產(chǎn)生在閾值電壓之下出現(xiàn)泄漏電流的問題的因素。尤其在DRAM存儲器件的晶體管器件的情形中，極低的閾值電壓可能導(dǎo)致由于低于閾值電壓的泄漏電流而產(chǎn)生保持時間問題。
理想地，這種晶體管器件的閾值電壓在每一處都應(yīng)等于晶體管器件中心區(qū)域中的閾值電壓。
US 2001/0014513 A1公開了一種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，在該方法中，可以避免STI凹陷。在這種已知方法的情形中，在去除填充氮化物硬掩模之后，將旋涂(spin-on)玻璃涂敷于STI填充物和位于有源區(qū)頂部的氧化物層。由此填充STI溝槽中的凹陷和縫隙。此后，進行退火步驟，以加稠玻璃層，并且最終，對結(jié)構(gòu)進行平坦化，直至有源區(qū)頂部，其中最初存在的凹陷和縫隙仍然填滿旋涂玻璃。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的改進制造方法以及一種相應(yīng)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，獲得了有源區(qū)的改進輪廓。
根據(jù)本發(fā)明，此問題通過權(quán)利要求1中所規(guī)定的制造方法以及根據(jù)權(quán)利要求9的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)解決。
本發(fā)明所基于的思想在于在氫氣氣氛中執(zhí)行熱處理，以從有源區(qū)的邊緣按如下方式形成鈍化有源區(qū)的頂部連續(xù)地合并入填充物的頂部中。
根據(jù)本發(fā)明，只有有源區(qū)之上的氧化物去除影響STI凹陷的深度。因此，邊緣鈍化本質(zhì)上由氫工藝之前STI氧化物回縮的深度以及隨后H2熱處理工藝的溫度支配。由此，可以獲得對凹陷的更優(yōu)工藝控制。
按照有利的方式，根據(jù)本發(fā)明，可以避免有源區(qū)的邊緣，并因此避免有源區(qū)的這種邊緣被稍后的柵極結(jié)構(gòu)包圍。另外，還可以最大化稍后在其中設(shè)置的MOS晶體管器件的導(dǎo)通狀態(tài)中的最大電流。因此，由于工藝以自對準(zhǔn)方式停止，或者說一旦獲得了最低能量狀態(tài)，可以設(shè)置有源區(qū)頂部的曲率半徑以及電有效凹陷深度。
這兩個方面對于芯片上的最大電場強度的改變具有積極效果，由此改進了Vt控制，因此，例如在由此制成半導(dǎo)體存儲器件的情形中，改進了保持時間分布。在試驗中，與沒有進行邊緣鈍化的傳統(tǒng)方法相比，對于相同的導(dǎo)通電流，額外的H2步驟額外導(dǎo)致閾值電壓Vt增加了大約120mV。
從屬權(quán)利要求是本發(fā)明各個主題的有利發(fā)展和改進。
根據(jù)一個優(yōu)選發(fā)展，在形成鈍化之后，在頂部上形成柵極電介質(zhì)層和柵極導(dǎo)體層。
根據(jù)進一步的優(yōu)選發(fā)展，在應(yīng)用氫熱處理之前，以氣態(tài)或液態(tài)HF溶液來執(zhí)行氫終結(jié)化。
根據(jù)進一步的優(yōu)選發(fā)展，在5到15torr范圍中的壓力下、優(yōu)選地在10torr壓力下，以及在750℃到875℃范圍中的溫度下、優(yōu)選地在825℃下執(zhí)行氫氣氣氛中的熱處理。
根據(jù)進一步的優(yōu)選發(fā)展，在相對兩側(cè)與有源區(qū)相鄰形成兩個STI溝槽，并且具有各自的絕緣填充物，所述絕緣填充物都延伸到有源區(qū)的頂部之上；并且在兩個STI溝槽中，在絕緣填充物中形成各自的STI凹陷，所述凹陷與有源區(qū)相鄰，并且未覆蓋有源區(qū)的未覆蓋頂部的邊緣。
根據(jù)進一步優(yōu)選的發(fā)展，為了形成STI溝槽，在頂部上形成填充氧化物層和覆蓋填充氮化物層，并且相應(yīng)地圖案化，使用圖案化的填充氧化物層和填充氮化物層作為掩模通過刻蝕步驟形成STI溝槽，通過沉積工藝以及隨后的向回拋光工藝形成填充物，其中進行拋光直至填充氮化物層的頂部，并且通過逐步去除填充氮化物層和填充氧化物層形成STI凹陷。
在進一步優(yōu)選的發(fā)展中，有源區(qū)是平坦MOS晶體管的一部分。
根據(jù)進一步優(yōu)選的發(fā)展，有源區(qū)是凹入溝道陣列晶體管(RCAT)的一部分。


附圖中圖示了本發(fā)明的典型實施例，并且在下面的描述中更詳細地進行了解釋。
圖1A～E示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制造方法的連續(xù)方法階段的示意圖；以及圖2A～C示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制造方法的連續(xù)方法階段的示意圖。
在附圖中，相同標(biāo)號表示相同或功能相同的組件。
標(biāo)號列表1、1′半導(dǎo)體襯底O 頂部2 填充氧化物層3 填充氮化物層4、4′有源區(qū)
8 熱氧化物層9、9′氧化硅填充物5a、5b、5a′、5b′STI溝槽K、K′邊緣D1、D2、D1′、D2′STI凹陷KV、KV′ 邊緣鈍化10、10′ 柵極電介質(zhì)15、15′ 柵極導(dǎo)體7、8 源極、漏極區(qū)X 剖面線20溝槽具體實施方式
圖1A～1E示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制造方法的連續(xù)方法階段的示意圖。
在圖1A中，標(biāo)號1表示硅半導(dǎo)體襯底，向其頂部O涂敷了填充氧化物層2，并且在此之上，涂敷填充氮化物層3。
再參考圖1B，利用本身已知的方法，在填充氧化物層2和填充氮化物層3中形成掩模開口(未示出)，隨后利用所述掩模開口的幫助，向半導(dǎo)體襯底1中刻蝕STI溝槽5a、5b。然后，向STI溝槽5a、5b的內(nèi)壁提供熱氧化物層8，并且最終，以絕緣氧化硅填充物9填充STI溝槽5a、5b，并利用CMP(化學(xué)機械拋光)工藝對其進行平坦化，直至填充氮化物層3的頂部。這導(dǎo)致圖1B中所示的結(jié)構(gòu)，其中標(biāo)號4表示稍后將要形成的MOS晶體管的有源區(qū)。
參考圖1C，然后，首先利用相應(yīng)的濕法刻蝕工藝，去除填充氮化物層3。然后，在進一步的濕法刻蝕工藝中，去除有源區(qū)4之上的填充氧化物層2，在這種情形中，由于局部過度增加的濕法刻蝕速度，在有源區(qū)4的邊緣處在填充物9中形成凹陷D1和D2，此處，STI溝槽5a、5b的填充物9在有源區(qū)4的邊緣K處已經(jīng)回縮到有源區(qū)4中的半導(dǎo)體襯底的頂部O之下。
在當(dāng)今的技術(shù)條件下，有源區(qū)4的寬度典型地為90至100nm，并且凹陷D1、D2低于有源區(qū)4的頂部O的深度典型地為15至20nm。
然后，隨后的工藝步驟涉及利用氣態(tài)或液態(tài)HF溶液對有源區(qū)4的未覆蓋頂部O進行H終結(jié)化(H termination)。在所述H終結(jié)化過程中，去除有源區(qū)4的頂部O上可能留有的氧化物島。
此后，可以通過在H2氣氛中利用隨后的熱處理對有源區(qū)4的邊緣K重新成形，建立有源區(qū)4的邊緣鈍化KV，如圖1D所示。為此目的，這種熱處理步驟在10torr和875℃的條件下進行大約1到30秒。在10torr氫氣氣氛的所述壓力下，已經(jīng)證實750℃到875℃之間的溫度范圍是尤其合適的。在較高溫度下，有源區(qū)4的頂部O的刻畫、或者氧化物填充物9的氧化物去除、或者有源區(qū)4的硅去除以不希望的方式出現(xiàn)。
在這種情形中，通過重新排列硅原子改變了有源區(qū)4的頂部O的拓撲，直至獲得最低自由表面能量的狀態(tài)。這種狀態(tài)對應(yīng)于有源區(qū)4的頂部O的先前出現(xiàn)的邊緣K的邊緣鈍化KV。邊緣鈍化是連續(xù)的，并且還連續(xù)并入STI溝槽5a、5b的STI凹陷D1、D2中，這最終導(dǎo)致圖1D所示的工藝狀態(tài)。在這種情形中，有源區(qū)4的硅如同被鎖牢在STI溝槽5a、5b的氧化物填充物9的邊緣處。
由于這種邊緣鈍化KV，不再存在任何邊緣K，并且因此邊緣不會被稍后的柵極結(jié)構(gòu)包圍，如圖1E所示，其中10表示在有源區(qū)4的頂部O上的柵極氧化物層，并且15表示覆蓋柵極導(dǎo)體，例如，由多晶硅制成。
圖2A～2C示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制造方法的連續(xù)方法階段的示意圖。
根據(jù)圖2A至C的第二實施例涉及RCAT晶體管器件(RCAT＝Recessed Channel Array Transistor，凹入溝道陣列晶體管)，其中U形溝道沿著溝槽20穿過硅半導(dǎo)體襯底1′，具有柵極電介質(zhì)10′和柵極導(dǎo)體15′，如圖2A所示。標(biāo)號7和8分別表示源極區(qū)和漏極區(qū)。
圖2A表示這種類型的RCAT晶體管器件的縱向截面，而圖2B和2C圖示了沿著圖2A中的剖面線X的橫截面。
從圖2B可知，在橫向，有源區(qū)4′在兩側(cè)分別由STI溝槽5a′、5b′限制。在制造溝槽20期間，在有源區(qū)4′的邊緣K′處形成凹陷D1′、D2′。
在圖2B所示的工藝狀態(tài)之后，然后根據(jù)圖2C，如已經(jīng)結(jié)合第一實施例所述，以氣態(tài)或液態(tài)HF溶液對頂部O′進行H終結(jié)化。進行的最終步驟是在750℃到875℃之間的溫度下、并且在10torr的壓力下在H2氣氛中進行熱處理，以便將有源區(qū)4′的頂部O′的先前存在邊緣K′重新構(gòu)造為邊緣鈍化KV′，其鎖定在STI溝槽5a′、5b′的氧化物填充物9′的相應(yīng)角落，這導(dǎo)致連續(xù)過渡。
因此，在RCAT晶體管器件的情形中，也可以避免有源區(qū)4′的邊緣被柵極電介質(zhì)或柵極導(dǎo)體包圍，這導(dǎo)致閾值電壓Vt的更好的可控性，同時晶體管具有一貫較高的導(dǎo)通電流。
雖然上面以優(yōu)選的典型實施例為基礎(chǔ)描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不局限于此，而是可以進行不同修改。
雖然在上面的典型實施例中，在制造STI溝槽之后直接提供邊緣鈍化，但是也可以稍后進行。在這種工藝順序中，在去除填充氧化物層之后，進行眾多進一步工藝步驟，尤其是阱的植入等，在這種情形中，同時在有源區(qū)上還提供犧牲氧化物層。在該可選實施例的情形中，將在形成最終柵極氧化物之前直接執(zhí)行鈍化。
在H2熱處理步驟之前不是進行氣態(tài)或液態(tài)HF終結(jié)化，在H2熱處理步驟之前也可以執(zhí)行H2烘烤步驟，更具體地，在高于H2熱處理步驟的溫度下進行。然而，這種工藝流表現(xiàn)出更差的可控性，因為氧化物島的去除直接并入鈍化工藝中。因此，如果在這種情形中執(zhí)行了超長時間的H2烘烤步驟，在鈍化工藝早期就已出現(xiàn)不想要的刻畫效果或氧化物或硅去除效果。
上述方法同樣可以使用氫的同位素氘來執(zhí)行。
最后，本發(fā)明不局限于這里所解釋的晶體管結(jié)構(gòu)，而是在原理上可以應(yīng)用于任何所希望的晶體管結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，包括如下步驟提供半導(dǎo)體襯底(1；1′)，具有帶有未覆蓋頂部(O；O′)的有源區(qū)(4；4′)；形成至少一個STI溝槽(5a；5b；5a′；5b′)，與有源區(qū)(4；4′)相鄰，并且具有延伸到有源區(qū)(4；4′)的頂部(O；O′)之上的絕緣填充物(9；9′)；在絕緣填充物(9；9′)中形成STI凹陷(D1；D2；D1′；D2′)，所述凹陷與有源區(qū)(4；4′)相鄰，并且未覆蓋有源區(qū)(4；4′)的未覆蓋頂部(O；O′)的邊緣(K；K′)；形成有源區(qū)(4；4′)的未覆蓋頂部(O；O′)的氫終結(jié)化；以及在氫氣氣氛中執(zhí)行熱處理，以便按如下方式從有源區(qū)(4；4′)的邊緣(K；K′)形成鈍化(KV；KV′)有源區(qū)(4；4′)的頂部(O；O′)連續(xù)地合并入STI凹陷(D1；D2；D1′；D2′)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在形成鈍化(KV；KV′)之后，在頂部(O；O′)上形成柵極電介質(zhì)層(10；10′)和柵極導(dǎo)體層(15；15′)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，以氣態(tài)或液態(tài)HF溶液來執(zhí)行氫終結(jié)化。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，優(yōu)選地在10托壓力、在750℃到875℃范圍中的溫度下，優(yōu)選地在825℃下執(zhí)行氫氣氣氛中的熱處理。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在相對兩側(cè)與有源區(qū)(4；4′)相鄰形成兩個STI溝槽(5a；5b；5a′；5b′)，并且具有各自的絕緣填充物(9；9′)，所述絕緣填充物(9；9′)都延伸到有源區(qū)(4；4′)的頂部(O；O′)之上；并且在兩個STI溝槽(5a；5b；5a′；5b′)中，在絕緣填充物(9；9′)中形成各自的STI凹陷(D1；D2；D1′；D2′)，所述凹陷與有源區(qū)(4；4′)相鄰，并且未覆蓋有源區(qū)(4；4′)的未覆蓋頂部(O；O′)的邊緣(K；K′)。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，為了形成STI溝槽(5a；5b；5a′；5b′)，在頂部(O；O′)上形成填充氧化物層(2)和覆蓋填充氮化物層(3)，并且相應(yīng)地圖案化，使用圖案化的填充氧化物層(2)和填充氮化物層(3)作為掩模通過刻蝕步驟形成STI溝槽(5a；5b；5a′；5b′)，通過沉積工藝以及隨后的向回拋光工藝形成填充物(9；9′)，其中的拋光直至填充氮化物層(3)的頂部，并且通過逐步去除填充氮化物層(3)和填充氧化物層(2)形成STI凹陷(D1；D2；D1′；D2′)。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，有源區(qū)(4)是平坦MOS晶體管的一部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，有源區(qū)(4)是RCAT晶體管的一部分。
9.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底(1；1′)，具有帶有未覆蓋頂部(O；O′)的有源區(qū)(4；4′)；至少一個STI溝槽(5a；5b；5a′；5b′)，與有源區(qū)(4；4′)相鄰，并且具有延伸到有源區(qū)(4；4′)的頂部(O；O′)之上的絕緣填充物(9；9′)；絕緣填充物(9；9′)中的STI凹陷(D1；D2；D1′；D2′)，所述凹陷與有源區(qū)(4；4′)相鄰；以及按如下方式的有源區(qū)(4；4′)的鈍化(KV；KV′)有源區(qū)(4；4′)的頂部(O；O′)連續(xù)地合并入STI凹陷(D1；D2；D1′；D2′)中。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，包括如下步驟提供半導(dǎo)體襯底(1；1′)，具有帶有未覆蓋頂部(O；O′)的有源區(qū)(4；4′)；形成至少一個STI溝槽(5a；5b；5a′；5b′)，與有源區(qū)(4；4′)相鄰，并且具有延伸到有源區(qū)(4；4′)的頂部(O；O′)之上的絕緣填充物(9；9′)；在絕緣填充物(9；9′)中形成STI凹陷(D1；D2；D1′；D2′)，所述凹陷與有源區(qū)(4；4′)相鄰，并且未覆蓋有源區(qū)(4；4′)的未覆蓋頂部(O；O′)的邊緣(K；K′)；形成有源區(qū)(4；4′)的未覆蓋頂部(O；O′)的氫終結(jié)化；以及在氫氣氣氛中執(zhí)行熱處理，以便按如下方式從有源區(qū)(4；4′)的邊緣(K；K′)形成鈍化(KV；KV′)有源區(qū)(4；4′)的頂部(O；O′)連續(xù)地合并入STI凹陷(D1；D2；D1′；D2′)中。
文檔編號H01L29/78GK1913121SQ20061010583
公開日2007年2月14日 申請日期2006年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月9日
發(fā)明者阿爾伯特·伯爾納, 安德里斯·韋伯, 羅爾夫·維斯 申請人:印芬龍科技股份有限公司