包括具有底部氮化物衬垫和上氧化物衬垫的浅沟槽隔离(STI)区域的电子器件和相关方法

摘要

一种电子器件可以包括衬底、覆盖衬底的掩埋氧化物(BOX)层、覆盖BOX层的至少一个半导体器件和在衬底中并且与至少一个半导体器件相邻的至少一个STI区域。至少一个STI区域与衬底限定侧壁表面并且可以包括对侧壁表面的底部分加衬的氮化物层、对侧壁表面的在底部分以上的上部分加衬的氧化物层和在氮化物与氧化物层之间的绝缘材料。

说明书

技术领域

本发明涉及电子器件领域，并且更具体地涉及半导体器件和相关方法。 

背景技术

超薄本体和掩埋氧化物(BOX)器件(UTBB)是有吸引力的器件结构，因为它们可以允许提高的半导体器件缩放。UTBB通常包括作为沟道区域的超薄Si本体，该Si本体被全耗尽并且有益于短沟道效应(SCE)控制。另外就更薄BOX(约25nm或者更薄)而言，与具有更厚BOX(多于50nm)的ETSOI(极薄绝缘体上硅)器件相比，UTBB提供更佳缩放能力和用于通过施加合理反向偏置来调节阈值电压(Vt)的能力。 

浅沟槽隔离(STI)区域通常在UTBB器件中用来相互电隔离半导体器件(例如场效应晶体管(FET))。然而就超薄层而言，典型处理操作可能在STI区域的界面引起断片(divot)，这些断片可能造成从器件源极／漏极区域到Si衬底的短接。 

各种方式已经一般用于增强STI隔离结构。在Anderson等人的第2012／0119296号公开美国专利中阐述一个这样的示例，该专利涉及沟槽生成的晶体管结构，其中晶体管的源极和漏极由绝缘体上硅(SOI)晶片的操纵衬底的半导体材料中的掺杂区域限定。栅极电极可以由SOI晶片的半导体层限定，该半导体层被绝缘层从操纵衬底分离。 

尽管存在这样的配置，特别是在比如在UTBB器件中使用相对小的尺度时对于STI区域可能仍然希望进一步增强。 

发明内容

鉴于前文，本发明的目的在于提供一种具有在浅沟槽隔离(STI)区域与对应半导体器件之间的增强的界面特性的电子器件。 

这一目的和其它目的、特征及优点由一种电子器件提供，该电子器件可以包括：衬底、覆盖衬底的掩埋氧化物(BOX)层、覆盖BOX层的至少一个半导体器件和在衬底中并且与至少一个半导体器件相邻的至少一个STI区域。至少一个STI区域与衬底限定侧壁表面，并且可以包括对侧壁表面的底部分加衬的氮化物层、对侧壁表面的在底部分以上的上部分加衬的氧化物层和在氮化物与氧化物层之间的绝缘材料。因而，STI区域可以有利地减少在STI区域与对应半导体器件之间的界面处的电短接。 

更具体而言，例如氮化物层可以包括氮化硅(SiN)层，并且氧化物层可以包括氧化铪(HfO₂)层。例如氧化物层可以在BOX层以上延伸，并且氮化物层可以在BOX层以下终止。另外，至少一个STI区域的上表面可以竖直地在BOX层以上。此外，绝缘材料可以不同于氮化物和氧化物层。举例而言，绝缘材料可以包括二氧化硅(SiO₂)。 

至少一个半导体器件可以例如包括至少一个场效应晶体管晶体管(FET)。更具体而言，至少一个FET可以包括凸起的源极和漏极区域以及在它们之间的沟道区域。此外，至少一个STI区域可以在至少一个半导体器件的相对侧上包括多个STI区域。 

一种用于制作电子器件的方法包括：在衬底中形成至少一个STI区域，该衬底具有覆盖衬底的BOX层。这可以通过至少以下操作来完成：在衬底中形成沟槽从而与衬底形成侧壁表面，用氮化物层对侧壁表面的底部分加衬，用氧化物层对侧壁表面的在底部分以上的顶部分加衬，并且在氮化物和氧化物层内沉积绝缘材料。该方法还可以包括形成与至少一个STI区域相邻的覆盖BOX层的至少一个半导体器件。 

附图说明

图1是包括增强的STI区域的根据本发明的电子器件的示意截面图。 

图2是图示用于制作图1的电子器件的方法的流程图。 

图3-图8是更具体地图示用于制作图1的电子器件的方法步骤的系列示意截面图。 

图9是与图3-图8中所示方法步骤对应的流程图。 

具体实施方式

现在下文将参照附图更完全地描述本发明，在附图中示出本发明的优选实施例。然而本发明可以用许多不同形式来体现而不应解释为限于这里阐述的实施例。实际上，提供这些实施例使得本公开内容将透彻而完整并且将向本领域技术人员完全传达本发明的范围。相似标号全篇指代相似单元。 

首先参照图1，先描述电子器件30。在所示示例中，电子器件30是UTBB结构，该UTBB结构示例地包括衬底31、覆盖衬底的掩埋氧化物层32和覆盖BOX层的一个或者多个半导体器件33。在所示示例中，衬底31是硅衬底，但是也可以在不同实施例中使用其它适当衬底(例如锗等)。另外，本例中的半导体器件33是包括凸起的源极和漏极区域34、35以及栅极36的场效应晶体管(FET)。在典型实现方式中，如以下将进一步讨论的那样，被STI区域37相互分离的多个半导体器件33(例如FET)可以形成于UTBB晶片上。凸起的源极和漏极区域34、35可以是各种类型，诸如本征硅、原位硼掺杂SiGe、原位磷掺杂Si／SiC等。 

栅极36示例地包括覆盖沟道层41的栅极绝缘层40和覆盖栅极绝缘层的栅极电极42。栅极接触43覆盖栅极电极层42。电介质侧壁间隔物44如图所示与栅极接触层43相邻。相应源极和漏极硅化物区域70、71以及接触46、47在凸起源极和漏极区域34、35上。 

作为背景，由于相对薄的BOX层32，UTBB器件原本可能易受在CMOS器件制造中使用的HF清理所影响。更具体而言，STI区域37由绝缘体38(诸如二氧化硅(SiO₂))填充，该绝缘体可能在HF清理等期间凹陷，从而在STI区域和源极／漏极区域34、35的界面产生断片。这可能引起从源极／漏极区域34、35到衬底31的短接。例如，在沉积用于源极和漏极接触46、47的硅化物区域70、71时，硅化物凝聚可能出现于断片内，这可能引起短接。另一潜在短接原因是由于形成凸起源极和漏极区域34、35而在断片中过量生长外延硅。又一潜在短接原因可能是向断片中结转(carry over)的用于接触46、47的源极／漏极接触材料的过量蚀刻／沉积。 

已经尝试的用于减少这一类短接的一种技术是形成鲁棒STI衬垫。结晶的氧化铪(HfO₂)STI衬垫是已经使用的一种材料。这一材料具有对许多湿法蚀刻剂的强抗性，并且也强到足以在退火时在接触蚀刻工艺期间阻止干法反应离子蚀刻(RIE)材料。然而常规方式是沉积HfO₂衬垫、然后简单地用绝缘体(诸如SiO₂)填充STI区域37。另外，这一工艺可能不稳定，并且它也可能对后续化学机械抛光／平坦化(CMP)步骤太敏感。 

还参照图2，先描述用于制作UTBB电子器件30的示例方式。参照流程图100，在块101处开始，该方法主要包括在块102处通过在衬底32中形成沟槽62(见图4)来形成STI区域37，从而与衬底和BOX层32限定侧壁表面，并且在块103处用氮化物层51(例如SiN)对侧壁表面的底部分50加衬。该方法还示例地包括在块104处用氧化物层53(例如HfO₂)对侧壁表面的在底部分50以上的顶部分52加衬，并且在块105处在氮化物和氧化物层内沉积绝缘材料38。该方法还包括在块106处形成与STI区域37相邻的覆盖BOX层32的半导体器件33，这结束图2中所示方法(块107)。 

现在将参照图3-图8和图9的流程图110进一步具体描述用于电子器件30的制作工艺。在块111处开始，可以在一些实施例中提供衬底31、BOX层32和超薄硅层41(以后被图案化以提供沟道) 作为UTBB晶片。可以在块112处形成覆盖硅层41的焊盘氧化物层60并且在SiN膜上沉积SiN膜61(图3)。举例而言，SiN膜61可以具有约为50至80nm的范围中的厚度，焊盘氧化物层60可以具有约为5nm的厚度，并且硅层41可以具有约为10nm或者更少的厚度，但是可以在不同实施例中使用其它尺度。 

然后可以在块113处执行光刻以限定和保护有源(RX)区域，从而可以蚀刻用于STI区域37的沟槽62。然后可以在块114处在沟槽62内并且在SiN膜61之上沉积保形SiN衬垫51(图4)。然后例如使用高纵横比工艺(HARP)SiO₂沉积用绝缘体38填充加衬的沟槽62(块115)，但是可以在不同实施例中使用其它适当绝缘体。在块116处执行退火步骤，该退火步骤可以是用于HARP SiO₂的相对高温退火(例如1050-1150℃)。然后可以在块117处执行CMP步骤以向下平坦化至SiN膜61的水平面(图5)。然后可以在块118处将HF酸用于去光滑(deglazing)，这将去除留在SiN层61上的任何残留物，继而为在块119处进行热磷酸蚀刻(例如H₂PO₄)以去除SiN层(图6)。HF去光滑也将蚀刻STI区域37并且有些减少绝缘材料38。另外，热磷酸也将向SiN衬垫51中渗透并且从沟槽62的上部分52去除SiN。如图6中所见，这将在有源区域与STI区域37之间的侧壁界面留下间隙。作为结果，沟槽62的上部分(并且因此HfO₂层63)可以竖直地在BOX层32以上，并且SiN层51可以在BOX层以下终止(即因此HfO₂层从BOX层以下延伸至BOX层以上用于增强对短接的防范)。 

然后，在块120处沉积保形HfO₂层53以填充SiN衬垫51的蚀刻所引起的间隙(图7)。因此将理解，在块117处的上述CMP处理之后而不是之前沉积HfO₂衬垫53，这减少HfO₂衬垫的CMP变化。也就是说，由于在形成HfO₂衬垫53之前执行CMP处理，因此将在HfO₂衬垫中没有如以上所言的由CMP处理引起的断片。 

然后可以在块121处使用选择性RIE蚀刻(即对SiO₂有选择性)以从焊盘氧化物层60的表面去除HfO₂(图8)。可以执行RIE 蚀刻，使得在沟槽62以内的HfO₂层53将保持大部分完整。然后可以在块123处沉积SiN密封膜(未示出)以密封沟槽62内的HfO₂层53，继而为在块124处进行高温退火，以使HfO₂结晶并且提供在抗湿法蚀刻和干法蚀刻二者方面的鲁棒衬垫。更具体而言，可以用通常执行的常规井退火步骤实现使在衬底界面的HfO₂层53结晶，因此在这样的实施例中无需执行额外退火步骤。 

然后可以在块125使用另一热磷酸等以去除SiN密封膜，继而为在块127执行HF蚀刻以去除焊盘氧化物层60。同样在这一点，HfO₂衬垫53很抗HF酸，因此更少受断片形成所影响。然后可以在块128处执行更多常规处理步骤以形成栅极36、凸起的源极／漏极区域34、35、硅化物区域70、71以及接触46、47，并且完成图1中所示半导体器件33，这结束图9中所示方法(块129)。 

以上描述的方式相应地提供在晶片内和从晶片到晶片对STI表面的所需控制并且可以与标准STI形成工艺可比较。另外，有需要对标准STI形成工艺的相对少量改变而仅添加以上描述的少数附加步骤。另外应当注意，STI区域37的上表面可以在有源区域以上(即在BOX层32以上)，这原本可能在如以上描述的常规HfO₂衬垫形成工艺中难以控制。 

从在前文描述和关联附图中呈现的教导中受益的本领域技术人员将想到本发明的许多修改和其它实施例。因此理解本发明不限于公开的具体实施例并且修改和实施例旨在于包含在所附权利要求的范围内。