專利名稱：制造半導(dǎo)體器件的方法和采用此方法獲得的半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，該半導(dǎo)體器件具有襯底和 至少具有一個(gè)半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體主體，其中在半導(dǎo)體主體的表面上 形成了臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域，在臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域上沉積了絕緣層，其 中該絕緣層在臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域頂部的厚度小于其在與該臺(tái)面狀半 導(dǎo)體區(qū)域鄰接的區(qū)域中的厚度，隨后去除絕緣層在臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域 頂部的部分，從而露出臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域的上面，并且隨后在所得到 的結(jié)構(gòu)上沉積與臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域接觸的導(dǎo)電層。本發(fā)明還涉及采用 此方法獲得的半導(dǎo)體器件。
這種方法很適合制造類似ic (集成電路)的半導(dǎo)體器件或諸如
包括納米線元件的分立器件之類的其它器件。在這里，具有納米線的
主體至少具有一個(gè)介于0. 5nm到100nm之間尤其是介于lnm到50nm 之間的側(cè)向尺寸。優(yōu)選地，納米線在兩個(gè)側(cè)向方向上具有介于所述范 圍的尺寸。在這里還應(yīng)該注意，在半導(dǎo)體工藝中，接觸半導(dǎo)體中的極 其小的尺寸是具有挑戰(zhàn)的技術(shù)。然而，雖然臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域被設(shè)計(jì) 為尤其包括納米線，但是本發(fā)明也適用于具有其它尺寸的臺(tái)面狀半導(dǎo) 體區(qū)域。臺(tái)面狀區(qū)域意味著該區(qū)域在半導(dǎo)體主體的表面上形成了突 起。
背景技術(shù)：
從在2003年10月9日已經(jīng)出版的第2003/0189202號US專利 申請中已知如在首段中所提到的方法。在該文獻(xiàn)中，在硅襯底上提供 了包括單晶納米線的許多臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域。在生長了納米線后，在 納米線上沉積絕緣層以使得所述納米線上的所述層的厚度小于鄰接 所述納米線的區(qū)域(例如兩個(gè)相鄰納米線之間的區(qū)域)中的所述層的 厚度。采用CVD (化學(xué)氣相沉積)或旋涂玻璃或噴涂高分子材料層技術(shù)來沉積絕緣層。隨后，采用例如CMP (化學(xué)機(jī)械拋光)來使絕緣層 平整化。隨后，例如用類似金屬層的導(dǎo)電層來覆蓋納米線的上表面(該 表面是露出來的)。根據(jù)所述文獻(xiàn)，可以采用這種方法來形成類似傳 感器或用于顯示器的場發(fā)射器之類的各類半導(dǎo)體器件。
這種方法的缺點(diǎn)是它不適于類似晶體管的半導(dǎo)體器件，該晶體 管包括例如用于接觸晶體管的源極或漏極區(qū)域或者發(fā)射極或集電極
區(qū)域的納米線。尤其是，CVD產(chǎn)生的絕緣層的厚度特別不均勻，而且
旋涂或噴涂技術(shù)不適合具有極小側(cè)向尺寸的突起的器件，例如納米線 形式的精密突起的情況。這考慮到了所涉及到的類似于溫度的工藝條 件。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是避免上述缺點(diǎn)，并且提供一種方法，該 方法適于制造包括晶體管的半導(dǎo)體器件，該晶體管包括具有突起(尤 其是納米線)的極小有源區(qū)。
為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，首段中所述類型的方法的特征在于采用了高 密度等離子體沉積工藝來沉積絕緣層。由于同時(shí)沉積和濺射，高密度 等離子體沉積具有自平整特性，其中例如在類似納米線的非常精細(xì)的 結(jié)構(gòu)的陣列上沉積氧化物。因此，這種納米線頂部的厚度可以顯著小 于在具有更大(得多)的側(cè)向尺寸特性上所獲得的厚度。而且，用這 種方法在臺(tái)面頂部所獲得的材料可以易于被蝕刻，從而露出臺(tái)面狀區(qū) 域(納米線)的上面，同時(shí)由于用這種方法所沉積的絕緣層的錐形特 性而使得臺(tái)面的側(cè)面保持絕緣。而且，允許采用簡單蝕刻步驟來露出 臺(tái)面的表面，這個(gè)步驟在不破壞或改變臺(tái)面結(jié)構(gòu)(頂部)的情況下是 可行的。否則，臺(tái)面頂部在納米線的情況下是易于被損壞和被改變的。
由于沉積速度和濺射速度的比率在HDP (氧化物)沉積期間是受 控微調(diào)的，所以可以很好地控制小面積結(jié)構(gòu)頂部上的絕緣層和大面積 頂部上的絕緣層之間的厚度比。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，采用蝕刻(優(yōu)選為濕法)步驟來露出臺(tái)面 狀半導(dǎo)體區(qū)域的上面。這種蝕刻步驟是很容易極具選擇性的，而這又非常適合于不破壞或改變臺(tái)面的上部，尤其是納米線的上部。而且露 出了上表面的納米線/臺(tái)面的高度變化可以很小。類似于CMP的工藝 易于使這個(gè)高度擴(kuò)展到大晶片上。如果絕緣層包括二氧化硅，則可以 使用基于氟化氫的蝕刻劑。在絕緣層為氮化硅的情況下，可以使用基 于熱磷酸的蝕刻劑。
在另一優(yōu)選實(shí)施例中，在沉積絕緣層之前，沉積了厚度小于該 絕緣層的另一絕緣層，另一絕緣層是采用保形沉積工藝來沉積的。在 絕緣層的高密度等離子體沉積的開始時(shí)，該另一絕緣層可以防止臺(tái)面 狀半導(dǎo)體區(qū)域在凹蝕期間可能出現(xiàn)的形狀或表面的變化。該另一絕緣
層的適合厚度可以介于5nm到25nm之間，而絕緣層具有大厚度(例 如大約為臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域的高度)，該絕緣層厚度可在例如50nm 到500nm之間變化。適合于這種均勻/保形的另 一絕緣層的工藝是 CVD，例如在另一絕緣層為二氧化硅的情況下使用TEOS (正硅酸乙 酯)。
如果絕緣層和另一絕緣層包括同樣的材料，則可以采用單蝕刻 步驟來實(shí)現(xiàn)臺(tái)面上面的露出。二氧化硅是非常適合于該目的的材料。
在另一優(yōu)選實(shí)施例中，在露出臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域的上面之后， 在該表面上形成了與臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域接觸的接觸區(qū)域，該接觸區(qū)域 包括金屬硅化物并且其側(cè)向尺寸大于臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域。該接觸區(qū)域 尤其適于接觸場效應(yīng)晶體管的源極/漏極區(qū)域或雙極型晶體管的發(fā)射 極/集電極區(qū)域。
優(yōu)選地，接觸區(qū)域是這樣形成的沉積多晶硅層和金屬層，在 形成金屬硅化物前至少使多晶硅層形成圖形。用這種方法，硅化物形 成是自對準(zhǔn)的。可以在已形成圖形的多晶硅層形成之前或之后，或者 既在此之前又在此之后，沉積金屬層。在后一情況中，兩個(gè)金屬層實(shí) 際上被用于形成硅化物。
然而，優(yōu)選地，在沉積已形成圖形的多晶硅層后，沉積金屬層。 用這種方法，接觸區(qū)域中的金屬硅化物成分的后期均勻性可以很高。 而且，在高摻雜多晶硅層的情況下，可將額外的摻雜原子從該層驅(qū)趕 進(jìn)納米線的上部分，例如，納米線形成了雙極型晶體管的發(fā)射極或集電極。通過采用選擇性(濕法)蝕刻可很容易地實(shí)現(xiàn)將接觸區(qū)域頂部 上的金屬層的殘留部分去除，或在萬一存在的情況下將所述區(qū)域外部
的金屬層的殘留部分去除。優(yōu)選地，通過RTA (快速熱退火)步驟來
完成摻雜原子從多晶硅層外擴(kuò)散進(jìn)入納米線的納米線慘雜。而且，在
此優(yōu)選實(shí)施例中，由于所謂的雪犁效應(yīng)(snow-plow effects)會(huì)將 摻雜原子推向與移動(dòng)的金屬硅化物硅界面鄰接的硅區(qū)，所以在硅化步 驟期間可以獲得納米線的額外更強(qiáng)的摻雜。
優(yōu)選地，將絕緣層和另一絕緣層的厚度選擇為大約等于臺(tái)面狀 半導(dǎo)體區(qū)域的高度。由于絕緣區(qū)域的錐形特性，在臺(tái)面的上表面通過 蝕刻己露出后，絕緣材料仍可覆蓋臺(tái)面的側(cè)面。
對于半導(dǎo)體元件，優(yōu)選地選擇晶體管。臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域(尤 其是納米線形式)可以形成場效應(yīng)晶體管的源極/漏極區(qū)域的接觸部 分或可以形成雙極型晶體管的發(fā)射極或集電極區(qū)域(的一部分)。
最后，本發(fā)明還包括通過根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的半導(dǎo)體器件。


參考以下所述的實(shí)施例，連同附圖，本發(fā)明的這些方面和其它
方面將是顯然的且清楚的，其中
圖l至圖io是在用根據(jù)本發(fā)明的方法制造半導(dǎo)體器件時(shí)各個(gè)階
段的半導(dǎo)體器件的截面圖，以及
圖ll示出了作為柱直徑D的函數(shù)的在柱上的高密度等離子體沉
積的二氧化硅的厚度d。
附圖是示意性的，并不是按照比例繪制的，為了更清楚的描述， 特別擴(kuò)大了厚度方向的尺寸。在不同附圖中，通常給對應(yīng)部分相同標(biāo) 號和相同的陰影。
具體實(shí)施例方式
圖l至圖IO是在用根據(jù)本發(fā)明的方法制造半導(dǎo)體器件時(shí)各個(gè)相 關(guān)階段的半導(dǎo)體器件的截面圖。要被制造的半導(dǎo)體器件可包含已經(jīng)預(yù) 先處于圖1的階段的半導(dǎo)體元件，可用通常方式形成該半導(dǎo)體元件。例如，該元件可以是場效應(yīng)晶體管或雙極型晶體管。例如，該示例的 方法中形成的臺(tái)面狀區(qū)域可以是接觸結(jié)構(gòu)，其用于場效應(yīng)晶體管的源 極/漏極區(qū)域，或雙極型晶體管的發(fā)射極或反向雙極型晶體管的集電 極區(qū)域。為了簡單起見，在圖中未示出這種晶體管的特性。
在器件10的制造的第一相關(guān)步驟中(見圖1)，將臺(tái)面狀半導(dǎo) 體區(qū)域1提供給形成了硅半導(dǎo)體主體12的硅襯底11，在半導(dǎo)體主體 中已經(jīng)(大量地)形成了例如場效應(yīng)或雙極型晶體管，在此納米線1 包括硅。例如，可通過對不均勻沉積層進(jìn)行光刻和蝕刻，而且通過例 如在R. S. Wagner禾口W.C. Ellis發(fā)表在Applied Physics Letters, vol.4， no.5， 1，march 1964, pp89-90 的"Vapor-1iquid-solid mechanism of single crystal growth" 中所述的選擇性沉禾只技術(shù) 來形成這些線1。在該示例中，柱1的高度大約為500nm，其直徑大 約為50nm。
隨后(見圖2)，采用CVD (化學(xué)氣相沉積)和TE0S (正硅酸乙 酯)作為源材料來沉積二氧化硅薄層5。在該示例中，層5的厚度為 10nra并且該厚度在每個(gè)位置上都基本相同。層2的作用是為細(xì)柱1 形成錨和保護(hù)屏，以防止在隨后的同樣的二氧化硅絕緣層2的沉積工 藝中濺射。然而，現(xiàn)在采用高密度等離子體沉積來完成該沉積。在該 工藝中，同時(shí)發(fā)生沉積和濺射，其中沉積占優(yōu)勢。由于柱l頂部的絕 緣層2的厚度比鄰接區(qū)域3中的絕緣層2的厚度薄，所以這種特殊的 沉積工藝具有如在圖2中可以看出的自平整化特性。在該示例中，柱 1頂部的厚度大約為IOO腿，其比鄰接區(qū)域3中的厚度(為500nra) 小400nm。對于沉積工藝的使用，同樣典型的是在柱1側(cè)面的絕緣層 2中可獲得錐形15，其對應(yīng)于45°側(cè)壁角。
接下來(見圖3)，通過選擇性針對硅的蝕刻劑來去除柱l頂部 的絕緣層2和另一絕緣層5，并且在該示例中該蝕刻劑包括基于氟化 氫的蝕刻劑(可能為緩沖劑)。在采用已知蝕刻速度的時(shí)基上完成該 蝕刻。
隨后(見圖4)，在該結(jié)構(gòu)上沉積厚度為60nm的多晶硅層6。 這可采用例如作為沉積技術(shù)的CVD來完成。接下來(見圖5)，采用光刻和(干法)蝕刻來形成多晶硅層6 的圖形。這些步驟未被分開示出。形成圖形后的聚合孤島6的直徑在
該示例中約為500nm并且通常其大小約為有源區(qū)的大小。
現(xiàn)在(見圖6)，例如采用濺射或氣相沉積技術(shù)，在該結(jié)構(gòu)上沉
積金屬層，在這里是厚度為30nm的鎳層。然后在爐子中對該結(jié)構(gòu)進(jìn)
行熱處理，熱處理的溫度范圍為280至400°C，在該示例中為300。C。
通過該處理，多晶硅區(qū)域6與金屬層7相互作用以形成金屬硅化物，
在該示例中為單硅化鎳。
得到的結(jié)構(gòu)(見圖7)示出了已經(jīng)在柱l頂部以自對準(zhǔn)方式形成
的硅化鎳接觸區(qū)域4。通過選擇性蝕刻去除接觸區(qū)域4外部的鎳層7
的殘留部分。
接下來(見圖8)，采用CVD來沉積PMD (前金屬介質(zhì))層8， 該層8包括厚度約為1000nra的二氧化硅。
在該步驟之后(見圖9)，采用光刻和蝕刻在PMD層8中形成接 觸孔20。
最后(見圖10)，沉積金屬層10 (例如鋁)并且將其制成圖形， 以便接觸更大尺寸的硅化物面積4。在利用類似蝕刻或鋸切的分割技 術(shù)后，獲得適于安裝的獨(dú)立器件10。
接下來，再次描述高密度等離子體的選擇和在其上進(jìn)行沉積的 表面的幾何形狀的影響。
圖ll示出了作為柱直徑D的函數(shù)的在柱上高密度等離子體沉積 的二氧化硅的厚度d。針對沉積在平坦的硅襯底上的厚度為500nm的 二氧化硅層，獲得了該圖的結(jié)果。曲線110 (其示出了在包括直徑為 D的硅柱的結(jié)構(gòu)硅表面上的沉積厚度d)顯示了對于約為500nm的柱 直徑，沉積厚度基本上與在平坦的晶圓上沉積的情況相同。對于較小 的直徑D，柱頂部的沉積厚度逐漸減小。例如，對于直徑D約為50nm 的柱，所述厚度d約為100nm，這比在平坦的晶片上的沉積厚度和兩 個(gè)柱之間的沉積厚度小400nm (假設(shè)兩個(gè)相鄰柱之間的距離足夠大， 例如大于約500nm)。
很明顯，本發(fā)明不限于在此所述的示例，并且對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可進(jìn)行很多修改和變化。
例如，注意，本發(fā)明不僅適于制造類似晶體管的分立器件，而
且適于制造類似(C) M0S或BI (C) M0S IC以及雙極型IC的IC。每 個(gè)納米線區(qū)域都可以是單個(gè)(一部分)器件的一部分，但是使用多個(gè) 納米線來形成器件的單個(gè)區(qū)域或者單個(gè)器件的一部分也是可行的。
而且，注意，對單獨(dú)步驟進(jìn)行各種改變是可行的。例如可以選 擇其它的沉積技術(shù)來代替在該示例中所用的沉積技術(shù)。這同樣適用于 所選擇的材料。因此，(另一)絕緣層可以由例如氮化硅構(gòu)成。
最后，再次強(qiáng)調(diào)，本發(fā)明允許制造具有臺(tái)面狀區(qū)域的器件，該 臺(tái)面狀區(qū)域具有極小的側(cè)向尺寸，例如在納米線的情況中，納米線一 方面包含大摻雜水平，而另一方面可具有大的接觸焊盤。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件(10)的方法，該半導(dǎo)體器件具有襯底(11)和至少具有一個(gè)半導(dǎo)體元件(E)的半導(dǎo)體主體(12)，其中在半導(dǎo)體主體(12)的表面上形成臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域(1)，在所述臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域(1)上沉積絕緣層(2)，在所述臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域(1)頂部上的絕緣層厚度小于與所述半導(dǎo)體區(qū)域(1)鄰接的區(qū)域(3)中的絕緣層厚度，隨后去除所述絕緣層(2)在臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域(1)上的部分以露出所述臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域(1)的上面，并且隨后在得到的結(jié)構(gòu)上沉積與所述臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域(1)接觸的導(dǎo)電層(4)，所述方法的特征在于采用高密度等離子體沉積工藝來沉積所述絕緣層(2)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于采用蝕刻步驟，優(yōu) 選為濕法蝕刻步驟來露出所述臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域(1)的上面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，在沉積所述絕緣 層(2)之前沉積了另一絕緣層(5)，該另一絕緣層(5)的厚度小 于所述絕緣層(2)的厚度，并且該另一絕緣層(5)是采用保形沉積 工藝來沉積的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于釆用化學(xué)氣相沉積工藝 來沉積所述另一絕緣層(5)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4的方法，其特征在于采用二氧化硅作為 所述絕緣層(2)的材料和所述另一絕緣層(5)的材料。
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，其特征在 于，在露出所述臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域(1)的上面后，在該表面上形成 與所述臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域(1)接觸的接觸區(qū)域(4)，所述接觸區(qū)域(4)包括金屬硅化物，并且所述接觸區(qū)域(4)的側(cè)向尺寸大于所述 臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域(1)的側(cè)向尺寸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，通過多晶硅層(6) 和金屬層(7)的沉積形成了所述接觸區(qū)域(4)，在形成所述金屬硅 化物前至少使所述多晶硅層(6)形成圖形。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，在所述已形成圖形的 多晶硅層(6)上沉積所述金屬層(7)，以及通過選擇性蝕刻來去除 所述金屬層(7)的殘留物。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在 于，所述絕緣層(2)和所述另一絕緣層(5)的厚度被選擇為約等于 所述臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域(1)的高度。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法，其特征 在于為所述臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域(1)選取了納米線。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法，其特征 在于為所述半導(dǎo)體元件(E)選取了晶體管。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于所述臺(tái)面狀半導(dǎo) 體區(qū)域(1)形成了雙極型晶體管的發(fā)射極或集電極。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于所述臺(tái)面狀半導(dǎo) 體區(qū)域(1)被用于形成與場效應(yīng)晶體管的源極或漏極的接觸點(diǎn)。
14. 一種半導(dǎo)體器件(10)，它是通過根據(jù)前述權(quán)利要求中的 任一權(quán)利要求所述的方法所獲得的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造半導(dǎo)體器件(10)的方法，該半導(dǎo)體器件具有襯底(11)和至少具有一個(gè)半導(dǎo)體元件(E)的半導(dǎo)體主體(12)，其中在半導(dǎo)體主體(12)的表面上形成了臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域(1)，在臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域(1)上沉積了絕緣層(2)，臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域(1)頂部的絕緣層厚度小于與半導(dǎo)體區(qū)域(1)鄰接的區(qū)域(3)中的絕緣層厚度，隨后去除絕緣層(2)在臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域(1)上的部分，以露出臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域(1)的上面，并且隨后在得到的結(jié)構(gòu)上沉積與臺(tái)面狀半導(dǎo)體區(qū)域(1)接觸的導(dǎo)電層(4)。根據(jù)本發(fā)明，采用高密度等離子體沉積工藝來沉積絕緣層(2)。這種工藝尤其適于制造具有例如納米線形式的小臺(tái)面狀區(qū)域(1)的器件。優(yōu)選地，在沉積絕緣層(2)前，采用另外的保形沉積工藝來沉積另一薄的絕緣層(5)。
文檔編號H01L21/316GK101310369SQ200680042627
公開日2008年11月19日 申請日期2006年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月16日
發(fā)明者維賈亞哈萬·馬達(dá)卡塞拉 申請人:Nxp股份有限公司