窄半导体沟槽结构制造技术

用于窄半导体沟槽结构的系统和方法。在第一方法实施方案中，用于形成窄沟槽的方法包括在衬底上形成第一绝缘材料层，并产生穿过所述第一绝缘材料层并进入所述衬底的沟槽。在第一层和所述沟槽的暴露部分上形成第二绝缘材料，并且从所述第一绝缘材料层和所述沟槽底部除去所述第二绝缘材料。用外延材料填充所述沟槽，并除去所述第一绝缘材料层。通过除去所述第二绝缘材料的剩余部分形成窄沟槽。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施方案涉及制造半导体的领域，尤其是涉及在半导体中 形成窄沟槽结构的系统和方法。
技术介绍
现代半导体器件的特征尺寸，例如临界尺寸的持续减小，增加了多 种类型的半导体器件中的半导体密度。然而，在半导体中制造沟槽的常 规方法，例如通常用于功率半导体和存储器半导体(例如动态随机存取 存储器)的常规方法，面临着制造比以前更窄沟槽的挑战，所述更窄的 沟槽对应于半导体工艺临界尺寸的所述的减小。另外， 一些半导体应用 具有阻碍降低工艺尺寸的功率密度和/或电压要求。
技术实现思路
因此，存在对用于窄半导体沟槽结构的系统和方法的需要。对此，本专利技术公开了用于窄半导体沟槽结构的系统和方法。在第一 方法实施方案中，用于形成窄沟槽的方法包括在衬底上形成第一绝缘材 料层，并产生穿过所述第一绝缘材料层并进入所述衬底的沟槽。在所述 第一层和所述沟槽的暴露部分上形成第二绝缘材料，并且从所述第一绝 缘材料层和所述沟槽底部除去所述第二绝缘材料。用外延材料填充所述 沟槽，并除去所述第一绝缘材料层。通过除去所述第二绝缘材料的剩余 部分形成窄沟槽。根据本专利技术的另一个实施方案，半导体器件包括沟槽，所述沟槽的特征在于具有小于用于制造半导体器件的半导体工艺的临界尺寸的十 分之一的宽度尺寸。根据本专利技术的另一个方法实施方案，形成半导体衬底中的第一沟 槽。相邻于第一沟槽的边缘并与第一沟槽的所述边缘平行地施加第一材 料层。相邻于第 一材料层的边缘并与第 一材料层的所述边缘平行地施加 第二材料层。除去第一材料层同时保留第二材料层，以形成窄沟槽。附图说明图1、 2、 3、 4、 5和6说明根据本专利技术的实施方案，形成窄沟 槽的中间阶段的晶片的侧面剖面图。图7说明根据本专利技术的实施方案，具有完成的窄沟槽的晶片的侧面 剖面图。图8说明根据本专利技术的实施方案的形成窄沟槽的方法。具体实施例方式现在将详细说明本专利技术的各种实施方案，在附图中描述了它们的例 子。虽然参考这些实施方案描述本专利技术，但是应理解这并不是要将本发 明限制于这些实施方案。相反，本专利技术意图覆盖可以包括在如所附的权 利要求所限定的本专利技术的精神和范围内的各种替代方案、改变和等同 物。此外，在本专利技术以下的详细说明中，阐述了很多的具体细节，以为 本专利技术提供彻底的了解。然而，本领域技术人员将知道，没有这些具体 的细节也可以实施本专利技术。在其他情况下，在不会不必要地造成本专利技术 的各方面不清楚时，没有详细描述公知的方法、步骤、元件、和电路。窄半导体沟槽结构常规的半导体加工技术通常不能生产比半导体工艺的临界尺寸 (CD )更窄垂直沟槽，例如宽度小于所述临界尺寸的垂直沟槽。通常， 由光刻方法的能力确定最小的沟槽宽度。利用具有更小的临界尺寸的工艺以产生较窄沟槽并不总是商业上 可行的。例如，在任何给定的时间点存在有效的最小的工艺几何尺寸。另外，存在许多这样的情形改良的工艺几何尺寸对于其有益的回报而 言昂贵得不能接受，但是同时较窄沟槽依然会是有利的。图l说明根据本专利技术的实施方案，在形成窄沟槽的中间阶段的晶片 的侧面剖面图。图l说明已经生长在衬底101上的第一绝缘层110，例 如氧化物或氮化物。应理解本专利技术的实施方案很好地适于多种的衬底， 例如硅或锗，以及适于多种的掺杂水平，包括在外延层中和/或外延层 上形成。图2说明根据本专利技术的实施方案，在形成窄沟槽的中间阶段的晶片 的侧面剖面图。图2说明了通过常规的沟槽蚀刻技术形成的通过第一绝 缘层110并进入衬底101的沟槽120。通常，沟槽120的深度是利用所 述沟槽的半导体器件的设计的函数。形成沟槽120之后，在所有的暴露表面上沉积或生长第二绝缘膜 115。例如，在第一绝缘层110上和在沟槽120的壁和底部上沉积或生 长第二绝缘膜115。图3说明根据本专利技术的实施方案，在形成窄沟槽的中间阶段的晶片 的侧面剖面图。图3 i兌明已经通过趙覆式干蚀刻工艺(blanket dry etching process)从沟槽120的顶部和底部除去第二绝缘膜115之后的 沟槽结构。图4说明根据本专利技术的实施方案，在形成窄沟槽的中间阶段的晶片 的侧面剖面图。图4说明通过选择性外延生长工艺用结晶外延填充物 130填充的沟槽120。根据本专利技术的实施方案很好地适于包含n-型或p-型掺杂或非掺杂材料的外延填充物130。外延填充物130应该至少生长 到第一绝缘层110的底部。图5说明根据本专利技术的实施方案，在形成窄沟槽的中间阶段的硅晶 片的侧面剖面图。图5说明由化学机械抛光操作已经除去第一绝缘层 110剩余部分之后的沟槽120。图6说明根据本专利技术的实施方案，在形成窄沟槽的中间阶段的晶片 的侧面剖面图。图6说明在蚀刻操作已经除去第二绝缘层115 (图5) 的剩余部分之后的填充物130。应理解，根据本专利技术的实施方案，沿填充物130的侧面部分除去第 二绝缘材料115 (图5)，产生了窄沟槽140。图7说明根据本专利技术的实施方案，具有完成的窄沟槽的晶片的侧面 剖面图。图7说明在氢环境气氛中的高温退火操作已经使沟槽拐角和/ 或表面平滑之后的窄沟槽140。应理解绝缘材料115通常可以形成为比半导体工艺的临界尺寸显著 更薄(例如比其更小)的厚度。因此，根据本专利技术的实施方案在半导体 中形成的沟槽，可以比用于生产半导体的半导体工艺的临界尺寸更薄 (更窄)。例如，利用1.0-微米工艺已经构造了 200A到300A宽的原型 沟槽。模拟结果预期以这种方式可以制造小于约100A的沟槽。这种沟 槽可以小于工艺临界尺寸的1000分之一。图8说明根据本专利技术的实施方案，形成窄沟槽的半导体制造工艺 800。在810中，在衬底上形成第一绝缘材料层。所述绝缘材料可以通 过例如PECVD沉积、或热生长。在820中，生成穿过所述第一绝缘材料层并进入所述衬底的沟槽。在830中，在所述第一层和所述沟槽的暴露部分上形成第二绝缘材料。在840中，从所述第一绝缘材料层和所述沟槽底部除去所述第二绝 缘材料，例如通过逸覆式干蚀刻工艺。在850中，用外延材料填充所述沟槽，例如通过选择性外延生长工 艺。在860中，除去所述第一绝缘材料层，例如通过化学机械抛光工艺。在870中，通过除去所述第二绝缘材料的剩余部分形成窄沟槽。在任选的880中，在氢环境气氛中进行高温退火以平滑所述沟槽的 表面。虽然在流程图800中示意说明的实施方案的方法显示具体顺序和数 量的操作，但是本专利技术适于替代的实施方案。例如，并非在所述方法中 提供的所有操作都是本专利技术所必须的。此外，可以在本专利技术实施方案中存在的操作中加入另外的操作。同样地，可以基于应用改变操作的顺序。以该新颖方式，可以形成宽度比半导体工艺的临界尺寸小很多的窄 沟槽。这些窄沟槽有利地增加垂直沟道半导体的密度，又有益于降低这些器件的导通电阻，例如在垂直的功率金属氧化物半导体(MOSFETs) 中。如此，根据本专利技术的实施方案提供用于窄半导体沟槽结构的系统和 方法。另外，和上述的优点结合，本专利技术的实施方案提供用于窄半导体 沟槽结构的系统和方法，其能够构造宽度比半导体工艺的临界尺寸小很 多的沟槽。作为其他的优点，和上述的优点结合，以与现在的半导体工 艺系统和制造方法相容并有益的方式，提供窄半导体沟槽结构的系统和 方法。根据本专利技术的实施方案，如此描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成窄沟槽的半导体制造方法，所述方法包括：　　　　在衬底上形成第一绝缘材料层；　　　　生成穿过所述第一绝缘材料层并进入所述衬底的沟槽；　　　　在所述第一层上和在所述沟槽的暴露部分上形成第二绝缘材料；　　　　从所述第一绝缘材料层和所述沟槽底部除去所述第二绝缘材料；　　　　用外延材料填充所述沟槽；　　　　除去所述第一绝缘材料层；和　　　　通过除去所述第二绝缘材料的剩余部分形成窄沟槽。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-3-11 60/661,198;US 2006-3-9 11/373,6301.一种用于形成窄沟槽的半导体制造方法，所述方法包括在衬底上形成第一绝缘材料层；生成穿过所述第一绝缘材料层并进入所述衬底的沟槽；在所述第一层上和在所述沟槽的暴露部分上形成第二绝缘材料；从所述第一绝缘材料层和所述沟槽底部除去所述第二绝缘材料；用外延材料填充所述沟槽；除去所述第一绝缘材料层；和通过除去所述第二绝缘材料的剩余部分形成窄沟槽。2. 权利要求1的方法，其中所述形成第一绝缘材料层包括生长所述 第一绝缘材料层。3. 权利要求1或2的方法，其中所述形成第二绝缘材料包括生长所 述第二绝缘材料。4. 权利要求l-3任一项的方法，其中所述除去所述第二绝缘材料包 括应用逸覆式干蚀刻工艺。5. 权利要求l-4任一项的方法，其中所述填充包括生长外延材料。6. 权利要求l-5任一项的方法，其中所述除去所述第一绝缘材料层 包括应用化学机械抛光。7. 权利要求l-6任一项的方法，还包括在氢环境气氛中、在高温下 退火所述村底。8. —种半导体器件，包括沟槽；和其中所述沟槽的特征在于具有小于用于制造所述半导体器件的 半导体工艺的临界尺寸的十分之一 的宽度尺寸。9. 权利要求8的半导体器件，其中所述沟槽的特征在于具有小于用于制造所述半导体器件的半导体工艺的临界尺寸的百分之一的宽度尺寸。...

【专利技术属性】
技术研发人员：瑟图绍，霍安勒，阔英陈，
申请(专利权)人：维税希力康克斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]