[發明專利]在STI溝槽中形成半導體材料的方法

有效

• 申請號: 201310381600.2
• 申請日: 2013-08-28
• 公開（公告）號: CN104051267B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 馬丁·克里斯多夫·霍蘭德;喬治斯·威廉提斯
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L21/324;H01L21/20
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司11409
• 代理人: 章社杲,孫征

相關申請的交叉引用

本申請要求于2013年3月13日提交的題目為“Methods?for?Forming?Semiconductor?Materials?in?STI?Trenches”的美國臨時專利申請第61/780,068號的優先權，其全部內容結合于此作為參考。

技術領域

本發明涉及半導體領域，更具體地，涉及在STI溝槽中形成半導體材料的方法。

背景技術

金屬氧化物半導體（MOS）晶體管的速度與MOS晶體管的驅動電流密切相關，而驅動電流又與電荷的遷移率密切相關。例如，當其溝道區域中的電子遷移率高時，NMOS晶體管具有高驅動電流，而當其溝道區域中的空穴遷移率高時，PMOS晶體管具有高驅動電流。

由于其具有高電子遷移率，III族和V族元素的化合物半導體材料（已知為III-V族元素化合物半導體）是形成晶體管的良好備選材料。因此，已經開發出基于III-V族元素化合物半導體而形成的晶體管。但是，由于很難獲得塊狀III-V族元素的晶體，因此III-V族元素化合物半導體薄膜需在其他襯底上生長。由于襯底的晶格常數與熱膨脹系數與III-V族元素化合物半導體不同，所以在不同的襯底上生長III-V族元素化合物半導體薄膜面臨著困難。各種方法已用于形成不會出現嚴重缺陷的高質量的III-V族元素化合物半導體。例如，從位于淺溝槽隔離區之間的溝槽處生長III-V族元素化合物半導體以減少穿透位錯（threading?dislocation）的數目。

典型地從溝槽處形成III-V族元素化合物半導體的步驟包括外延生長，然后進行化學機械拋光（CMP）以去除位于淺溝槽隔離區域上方的多余的III-V族元素化合物半導體。通過形成III-V族元素化合物半導體，可以消除一些缺陷。但是，消除的缺陷是非垂直生長的缺陷。因此，隨著III-V族元素化合物半導體的生長，缺陷也在生長，從而延伸至并且受到STI區的側壁的阻擋。這些缺陷包括堆垛層錯（stacking?fault）及穿透位錯。但是，諸如反相域缺陷（anti-phase?domain?defect）的其他類型的缺陷可以垂直生長，因此不受淺溝槽隔離區的阻擋。這些缺陷不能通過再生長工藝來消除。反相域缺陷是在化合物半導體生長時產生的缺陷。如果諸如硅或鍺的單一元素半導體進行生長，則不會出現反相域缺陷。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供了一種方法，包括：在包括作為工藝氣體的氫氣（H₂）和氯化氫（HCl）的環境中對硅區域進行退火；以及在退火步驟之后，從硅區域的表面處生長半導體區域。

優選地，在溫度介于約700℃和約725℃之間的條件下實施退火，并且在退火期間，將硅區域的單臺階表面轉變為雙臺階表面。

優選地，實施退火的時間介于約1分鐘和約10分鐘之間。

優選地，該方法還包括：在硅襯底中形成淺溝槽隔離（STI）區；以及使位于STI區的兩部分之間的硅襯底的一部分凹進以形成凹槽，其中，將硅區域的表面暴露于凹槽，并且從凹槽處生長半導體區域。

優選地，該方法還包括：使STI區凹進，其中，半導體區域位于STI區的保留部分的頂面上方的部分形成半導體鰭；在半導體鰭的側壁和頂面上形成柵極介電質；以及在柵極介電質上方形成柵電極，其中，柵極介電質和柵電極形成鰭式場效應晶體管（FinFET）的一部分。

優選地，在退火期間，HCl的流速介于約5sccm和約200sccm之間。

優選地，在退火期間，H₂的流速介于約500sccm和約20000sccm之間。

根據本發明的另一個方面，提供了一種方法，包括：在低于約870℃的溫度下對包括硅區域的晶圓進行退火，其中，在退火步驟之前，硅區域包括具有單臺階的表面，并且通過退火步驟使單臺階轉變為雙臺階；以及在退火步驟之后，從硅區域的表面處生長化合物半導體區域。

優選地，在包括作為工藝氣體的氫氣（H₂）和氯化氫（HCl）的環境中實施退火。

優選地，在溫度介于約700℃和約725℃之間的條件下實施退火。

優選地，實施退火的時間介于約1分鐘和約10分鐘之間。

優選地，該方法還包括：在退火步驟之前，在晶圓的硅襯底中形成淺溝槽隔離（STI）區；以及使硅襯底位于STI區的兩部分之間的部分凹進以形成凹槽，其中，硅區域的表面暴露于凹槽，并且從凹槽處生長化合物半導體區域。