专利名称：包括其间具有超晶格的浅沟槽隔离区域的半导体器件及相关方法
技术领域：
本发明涉及半"M^域，更4^，涉及具有基于能带x^的增强特性的 ^HW目关方法。
背景M
已经提出一些结构和技术，以便例M过增强电荷栽流子的迁移率来增强
半*器件的性能。例如，属于Currie等人的美国专利申请No.2003/0057416
化的无杂质区域。在二部硅层中所产生的，应变改变栽流子迁移率，使得能 够得到更高速度和/或更低功率的器件。属于Fitzgerald等人的^^S开的美国专 利申请No.2003/0034529 ^Hf 了同样基于类似的应变硅才脉的CMOS W目器。
属于Takagi的美国专利No.6，472，685 B2 ^Hf 了一种包括#夹>^^之 间的^^吏得第4层的导带和价带受到拉伸应变的半#教降。通it^加到 栅电极的电场感应的、具有较小的有效质量的电子约束在第^M:中，因而， 断定n沟道MOSFET具有较高迁移率。
属于Ishibashi等人的美国专利No.4,937，204^^开了一种超晶格，其中具有 少于八个单分子层(monolayer)并包含部分的或二元的或二元^f化物半导体层 的多个层交替和外^生长。主电流的方向垂直于超晶格的层。
属于Wang等人的美国专利No.5357，119公开了一种具有通过减少在這晶 格中的^ft射而实现的较高迁移率的Si-Ge短周期超晶格。沿这些线，属于 Candelaria的美国专利No.5,683,934公开了 一种具有增强的迁移率的 MOSFET，其包括具有^第^t材料的^r^沟itJr，该第1材料以使沟 ii^处于拉伸应力下的百分Hs!MJCJik^在于硅晶格中。
属于Tsu的美国专利No.5^216^262公开了一种包括两个势垒区^夹在势 垒之间的薄外赴长半"H^层的量子阱结构。每个势垒区域由厚度通常在两至 六个单衬层的范围中的Si(VSi的交替层构成。硅的絲部分夹在势垒之间。 同样属于并且2000年9月6日由Applied Physics and Materials Science & Processing, pp.391~402在线公开的题目为"Phenomena in silicon nanostructure devices"的论文^Hf 了 一种>^氧的半# —原子超晶椒SAS )。 该Si/O超晶^f皮公开为^^量子和^jt器件中有用。具体地，构造和测^色 电致iUt^L管结构。^!^L管结构中的电流是垂直的，即，垂直于SAS的层。
夕卜延。 一个SAS结构包括l.lnm厚的大约八个^^^子层的硅部分，并且另一结 构具有两倍于此的鞋厚度。属于Luo等人的在Physical Review Letters，VoL89JVo 7(2002年8月12日)中公开的题目为"Chemical Design of Direct-Gap Light-Emitting S沮con"的论文进一步M了 的J^t SAS结构。
的属于Wang、 Tsu和Lofgren国际申请WO 02/103,767Al公开了 一种薄妙氧、碳、氣、磷、锑、砷或氢的势垒紅块，从而#^直^1±晶格 的电流减小大于四个数量级。绝缘层/势垒层允许紧邻绝缘层^^低缺陷外延 硅。
属于Mears等的已^>开的英国专利申请2^47^520公开了 一种可适用于电 子能带X^的非周期光子带隙(APBG)结构。^#J4，申请^Hf了材料^lt， 例如，最小能带的位置、有顺量等，以生产具有期望的能带-结构特征的新的 非周期材料。其它M，例如电导率、热导率以及电介质介电系数M的磁导 4M^Hf作为可肯^L设计ii^该材料。
发明内容
半科辦可包括半^#底和在衬底中的多个浅沟槽隔离(STI)区域。 更M地，至少一些STI区域中可包括缺角(divot)。该半#^可进一步 包括^目邻STI区域之间的^i^晶格，以及在缺角中的^非单晶梁状物 (stringer)。
更*#^，每个非单晶梁状物可在其中具有絲剂。射卜，该絲剂例如 可为沟道停ih(chaniiel-stop"i^,剂。半^M可进一步包括与超晶格相 关联的多个NMOS和PMOS晶^^管沟道，使得该半#11^包括CMOS半导
体亂
另外，每如逸晶格可包括多个堆叠的层组，每个组包括定:^础(base)半 "H^部分的多个堆叠的J^I半"!^^层和在J^半^f^部分上的至少一个非半 "!^层。jH^卜，该至少一个非半^!^层可P艮制叙目邻m半"^^部分的晶 歉内。
在一些实施例中，该至少一个非半"f^层可具有单个单层的厚度。另外， 每个1^半"^^部分可具有小于八个单层的厚度。超晶格可进一步包括在^Ji 层组^的1^半*盖层。在一些实施例中，所有的^半^H^W分可以 具有相同数目个单层的厚度，并JL^其他实施例中，至少一些部分^5A半科
部分可以具有不同数目个单层的厚度。》W卜，所有的;m半"f^部分可以具有
不同数目个单层的厚度。
每个絲半辨部分，例如，可包m自包括V族半"f^、 m - V族半导 体以及11-￥1族半#的组中的^半科。同辦为示例，每个非半"!H^层
可包插&自包括氧、氮、氟以及碳氧的组中的非半"f^。
另一方面涉及用于制it该半"l^器件的方法。该方法可包括在半"!!^#底
中上形成多个浅沟槽隔离(sti)区域。进一步，在衬底上可沉积多个层以在 衬底^bNl邻STI区域之间定义^N^晶格，并iMt STI区域^Ji定义^h非 单晶区域。该方法可进一步包^f吏用至少一个有源区域(AA)掩模选棒性去除 非单晶区域的至少部分。
更m地，该方法可进一步包括形成多个与超晶格相关联的nmos和 pmos晶体管沟道，使得该半#11#包括cmos半#,。 j^卜，选择 性去除可包:fef吏用至少一个aa掩^Ififeiy^剂层图案化以对非单晶区m
^Ub，并^ax^皮膝光的无定形区域^f至少一次等离子体蚀刻。
另外，该至少一个aa掩射以为单个絲aa掩模。在频实施例中， 该至少一个aa掩;^T包括用于nmos晶体管的第一过大沟道停止aa掩模， 以及用于pmos晶体管的第4大沟道停止aa掩模。因此，该方法可进一步 包^f吏用该第一过大沟道停止AA掩^M亍第一沟道停止:^^，并且使用该第 4大沟道停止aa掩^^t第二沟道停止:;i^。 jH^卜，可在第一沟道停止注 入之前^e第一蚀刻，并站第二沟道停止;^^之前飾第二蚀刻。同样，可 在sti区域中的缺角中形成非单晶梁状物，并且至少可以扭軒对非单晶梁状物
的部分故刻。
图1为才^^^发明的包^晶格的半*|1#的截面#见图。
图2A至2D为示出图1的半"H^M的形成以及与^目关的潜在困难的 截面3见图。
图3为辆电极图案^R^u蚀刻^的图1的半#糾的部分的顶视图。
图4为示出用于制造图1的半*11^的工艺沐-呈的汰-呈图。
图5A和5B为用于图4的方法中的NFET和PFET沟道停止掩模的顶牙见图。
图6A至6B为示出图4的4^^^^和沟it停止:;iA步骤的截面视图。
图7为a电极图案^^蚀刻之后的器件结构的顶浮见图，示出了沟道停止
注入目标受益的器件区域，作为图4的方法的-"^分。
图8A至8C为示出图4的方法的抗蚀剂剥离、栅掺杂、间,形成和源/
漏絲步骤的截面视图。
图9为示出用于制造图1的半"^11^的可#^工艺流程的流程图。
图10A至10B为示出图9的方法的非单晶半"f^蚀刻、沟道停止;^X以
;SJl^^V;;iA步骤的截面视图。
图11为在图9的方法的间P^f形成步骤之后的H^结构的顶视图。 图12A至12B为在分别^jt^平行或垂直于栅层的硅^^形^^后的H^ 结构的截面视图。
图13A和13B为示出才娥用于制造图1的半*糾的另一可#^工艺 流程的有源区域和翼片(tab)沟道停止掩模皿步骤的顶视图。 图14为如图1中示出的超晶格的极过大的示意截面图。 图15为如图14中示出的超晶格的部分的it^L示意原子图。 图16为可用于图1的恭降中的超晶格的另一实施例的极M大的示意性 截面视图。
图17A为既用于如iW技术中的整^^也用于如图14中示出的4/1 Si/O 超晶格的，从伽马点(gammapoint) (G)计算的能带结构的图。
图17B为既用于如5^才it^中的^^u^也用于如图14中示出的4/1 Si/O
超晶格的，从z点计算的能带结构的图。
图17C为既用于如$^技术中的整#^也用于如图16中示出的5/1/3/1 Si/0超晶格的，从伽马和Z点两者计算的能带结构的图。
M实施方式
itt将参考附图Jl^分的在下文中描述本发明，在附图中示出本发明的优 选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施并且不应iM;限于jH^l:提 出的实施例。相M， ^^^^这些实施例以f更该7JHf;i彻底的和完全的，并且将
充分iiMf本发明的范围传ii^^^域技^A员。相同的附图才朽己始终表示相同 的元件，并JMfe替换实施例中带撇号和多个撇号的^i己用于表示相似的元件。
本发明涉;5L^原子或^"M^制半"f^料的特性以在半M器件内获 得歧的性能。进一步，本发明涉朋于半科器件的传导5^5的^i材料的 鉴别、制造以及饥
申请AA^立理论的角度^^析，而不希望限制于此，如jtb^所描迷的某些 超晶格减小了电荷载流子的有^量并JU^而导致较高的电荷栽流子迁移
率。在该文献中以^t定义描述有效质量。作为^效质量方面的改进措施， 申请人:^JII"电导种'J数有M量张量"，对于电子和空穴分别为M:1、 M广，
对于电子，其定义为
<formula>formula see original document page 9</formula>
对于空穴，其定义为
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中/为费米-狄拉克分布，EF为费米能，T为温度(开尔文)，五(k，")为^t 应于波矢量k和第n能带的状态下电子的能量，#^己i和j表示笛卡儿坐标x、 y和z，在布里渊区(B.Z.)的范围内进^t^分，并JLXt于电子和空穴分别对具 有费米能量^Ji^之下的能量的能带进行,i^K
申请AJit电导4H^数有鋪量张量的定^A这样的，使得对于电导4^'J数有赠量张量的对应^i:的较大值，材料的电导率的张量^f:较大。而且，申 请AAit立理论的角度分析，而不希望限制于此，此处描述的超晶格设置电导 ^#]数有錄量张量的值，以便增强材料的导电棒性，例如典型糾于to的
电荷载流子传输方向。适当的张量元素的逆(inverse)称作"电导率有效质量"。 换句话说，为了表征半"!^t料结构，用如上所必寸于电子/空5^预期的载流 子传输方向上计算的电导率有^量来区分改善的材料。
^^I上面描述的方法，可针对特^)it^择具有改善的能带结构的材料。 一种这样的例子可以A^于半*辦中的沟道区域的超晶格25材料。 ， 首先参考图l描述包樹娘本发明的超晶格25的平面MOSFET20。然而，本 领域技a员将意识到，此处指出的材料可以用于许多不同类型的半*器件 中，例如分立H^和/或M电路。
图示的MOSFET20包括在其中具有浅沟槽隔离(STI)区域80、 81的衬 底21。更^^地，MOSFET器件20可以是包括具有VN1晶格沟道的N和P 沟道晶体管的互补MOS (CMOS)器件，其中如由;M^域技^Mv员认识的一 样，STI区^为了使相邻的晶体管电^。作为示例，衬底21可以为半^ (例如，硅)衬底或绝缘体JL^ (SOI)衬底。尽管在其它实施例中可^JU其 它^^适的材料，该STI区域80， 81可包括氧^^如二氧化珪。
该MOSFET20进一步示例',包括轻^^源/漏扩展区22、 23,更重M 源/漏区域26、 27以A^其间通ii^晶格25提供的沟道区域。M晶格25之 下在源和漏区域26、 27之间示例'ti^包括晕环(halo)注入区域42、 43。如本 领域冲iM^员应认识到的一样，源/漏>^(彌层30、 31叠置在源/漏区域之Ji。 栅35示斜,包括邻近由超晶格25提供的沟道的栅电介质层37、以;S^栅电 介质层上的栅电^bg"36。在图示MOSFET20中，还提供了侧壁间,40、 41， 以;M^电M 36上的珪^^ 层34。
在CMOS 旅的SW^U^中的超晶格25的工艺M可要求去除在STI 区域80、 81 ^Ji形成的超晶格膜25，以防jJ^M目邻H^结构之间的短路或泄 漏。更*#^地，参考图2A-2D到3，制造可开始于具有在其中形成的STI区域 80、 81以及位于其上的牺^fL化物层85和VT注入84 (由一幹'+ ，，符号表示) 的衬底21。在将在下面进一步描述的晶*适晶格的情形中，当去除^Ni^化 物层85并JLMt底21上形舰晶格25时，该^5L^产生叠置在STI区域80、 81之上的非单晶(例如，多晶或无定形)^J5t^P、物86、 87。然而，如上所述的， 非单晶^^^、物86、 87典型地需^l皮去除以防ih^f目邻^f结构之间的短路或 泄漏0
尽管在一些实现中，可以接受^^单个J^T源区樹AA)組繊剂掩模 88进#^模舰(图2C)以^1#蚀刻非单晶>^^ 、物86、 87 (图2D)的相 对简单的方法，而在其它情况下，这可导致一定的困难。更M地，如果掩模 没有对准(导致非单晶> ^^^物86的、在STI ii^上的部^UfeJt抗蚀剂88 掩模遮蔽)或由于在等离子体蚀刻期间不充足的过蚀刻，于是非单晶^B;t^物 的、在STI ii^上和STI缺角中的部分可能##未被蚀刻并且因而作为邻近有 源IW的寄生^N皮保留，同时邻近STI区域的有源|1#区域(由于沟道停止 掩模^Mt准)被不经意地蚀刻而留下间隙89。结果，邻近非单晶珪部分86无 意中^jt掺杂剂蔓延，同时可邻近间隙89出现非均匀硅化物和源/漏结泄漏衬 底。
因此，如图1所示，可有利地^L^掩模it^和蚀刻辦以^^在缺角和STI 区域80、 81边缘中的沟道停止注入提供非单晶半导体梁状物或未蚀刻翼片 (tab) 82、 83。 jW^卜，狄晶格25的半"h^层的夕N4i长期间^a该非单 晶半#沉积，其在STI区域80、 81上产生非单晶硅。例如，如将在下面提 出的M制造示例中进一步讨论的，M该非单晶梁状物82、 83有利地3皮^^J 沟ii〗亭止^A^^剂M。
更WM^，参考图4至8， #将描^1于制造^^象泮20的第一工艺 ^y^U呈。在方框90,开始于STI晶片，在方框91， ^t^VT阱(穿过150A 衬垫氧化物85，)，接下絲方框92，进折法蚀刻(120A氧化物)。接着在方 框93,进行氩氟酸(HF)暴露(SC1/100:1， 50A)。 M地，例如，衬垫氧化 物85，的局部干法蚀刻何目对短的HF暴露时间可帮助减小STI缺角的深度。 接下来，在方框94， ^^^晶^"膜25，， ^#在下面进一步描述，接着在方框 95，进#^清洗步骤(SPM/200:1， HF/RCA)。
除了如上所述^^单个J^AA掩模，^示例中，在方框96，形成第一 过大N沟道AA掩模(图5A和6A )，接着对在邻近N沟道区域的STI区域之 上的非单晶半^f^t^t行等离子蚀刻(方框97 )，并在方框98使用过大N沟 道AA掩模进行NFET沟道停止;iX (图9B )。在图8A和8B中，分别^JI附
图才朽己88n，和88p，表示N和P过大掩模，并且分别使用附图才封己21n，和21p， 表示N和P有源区域。J:h^卜，分别使用附图才斜己79n，和79p，表示反向N和P 阱。
接下来，在方框99，然后形成过大P沟道掩模(图5B),接着对在邻近P 沟道区域的STI区域之上的非单晶^i^行等离子体蚀刻(方框100 )，并在方框 101，进行PFET沟道停止^/V。优选以一角度或倾斜的方式^f亍NTET和PFET 沟道停止ii^，例如30度角，例如，如图6B中所示的，尽管也可使用其它角 度。在图中^^箭头示例'1^示出沟道停止;认。作为示例，硼可用于NFET 沟道停止;认，以及砷或磷可用于PFET沟道停止注入。STI区域80，， 81，缺角中的梁状物82，， 83，和在STI姊的未蚀刻幼片被沟道停止^A高度 相反掺杂(counter-doped)以中和或减少在STI缺角或在器件的沟道的角部的 翼片中掺杂剂从源 - 漏区域到非单晶硅的扩散蔓延，以有利地提供艮高的^ l 管击穿电压、较高的阈值电压和较低的该寄生#象降的截止电流。对于P和
对准掩模，以;^目反:型的器件的沟道停止^A期间保护每个有源教降。
一旦完成PFET沟道停止注入，在方框102 (图8A)， ^ft预栅清洗 (SPM/HF/RCA)，接着在方框103，进棟氧^^ 37，形成(大约20 A )，以 碌方框104 (图8B)进行非单晶珪栅电极36i5t^^';tA絲。然后，在方 框105， M栅图案^^蚀刻，接着形成侧壁间隔件40，、 41，(例如，IOOA氧 化物)(方框106)以碌方框107 (图8C)进行LDD22，、 23以及牽环42，、 43，注入。然后，在方框108，蚀刻间隔件40，、 41，(例如，l卯0 A氧化物)。 在方框109,形成间隔件40、 41，接着进行源/漏26，、 27，;;iA^退火(例如， 1000。C10秒钟)，以^U^t^形成(方框110),以提供图1中示出的器件20。 更糾地，珪化物可以是TiSi2 (例如，Ti沉积，锗注入，RTA@690°C，选择 性剥离(strip)，接着在750。C进行RTA )。
图12A和12B为在分别以平行于或垂直于栅层36，的方式ii^t^:化物形成 之后的象降结构的截面视图。^j^it些图中，用点画示出非单晶梁状物82，,83，以 指示它们已经被用沟道停止^X掺杂。应注意，凹入在源/漏区域中的硅的^>1 将取决于用于在STI缺角和STIi^中去除非单晶梁状物和未蚀刻翼片(由于 ^^1过大有源区域沟道停止掩模)82，，83，的过蚀刻的量。jtUt，如辆域才W人员^i人iP洲的，itl的凹进可能导致增加的串联RSD或在源/漏和LDD区域 之间的接触损失(lossofcontact)。同样地，需要冲娥给定的注入调节这些^>1。
在上述的工艺ilj^呈中，^f!U^t前^f亍NFET和PFET掩模 、对STI 区域80，、 81，之上的非单晶硅86，，87，的蚀刻以及沟道停止注入。^tt参考图 9至11的描述的可^^工艺流程中，上^法被修改以便在间,蚀刻步嫩方 框108，)^4^ft对非单晶硅86，，87，的蚀刻。jH^卜，该可^f、工艺流程也4^J 辆电^ 36，，^Ji的氧化物或氮化物JJI 78"(图IOB)以在非单晶硅86"、 87" 蚀刻期间防iWt多晶>^^皮蚀刻。
在干雑刻(框92，)^，拟匡120，， "iiWt"清洗步骤(SPM/200:l， HF(50 A)/RCA),接着进行HF预清洗(100:1)大约一^K对于NFET和PFET掩 模遮蔽^^P、步骤(框96，,99，)，在本示例中^^)过大"^战抗蚀剂掩模(图 IOA)。另外，在非单晶硅栅电极层36，，沉积(框104，)之后，该示出的方法包 括NSD掩模遮蔽步骤(框122，)，接着在框123，、 124，， N+栅iiA^盖氧化物 沉积。肚述方法的其它工艺变型包括在框125'，烛刻STI区域柳"、81" 上的非单晶硅86"、 87"(例如，300人)，接着拟匡126，，蚀刻盖氧化层(具有 对硅的高选棒性)。ii^未Jl^讨论的那些剩余的工艺步骤务似于上面参考图4 讨絲工艺步骤。
将参考图13A和13B描述另一可#^工艺^#。该工艺^f封M^fit过大 AA掩;Ji^蚀刻在STI区域80"，、 81，，，上的非单晶硅86"，、 87，，，，接着是两个分 离的用于图案^^片开口的4^^i4^步骤。更*^, NFET沟i!4亭止掩 模130n，，，和PFET沟道停止掩模130p，"(图13B )。 NFET和PFET掩模舰 步^接着是沟道停止^Aj"骤以^片开口中掺杂非单晶硅。^it^氧^^前 进械述步骤。
应该意i 、到，上面略述的示例性工艺流^^^J^允许4^氧化物生长之前 ^ SH区^th的非单晶硅半"hm^料。jH^卜，^fM适当的能量和剂量的沟道
停止^a可电中和^^剂W目邻的源和漏区^r^y^不经意地隐^E^源区 j^^t凹进的sti缺角或sn氧^^上的非单晶硅的翼片中4^r未4皮蚀刻的超 晶^^状物中，该超晶絲状物由于过大有源区域掩模而围贿源区域。当然， 应该认识到，在不同的实施方式中，可以^^i上面提到的示例性的材料和工艺 ^f呈^t以外的其它适合的材^工艺流程^lt
It^将描述用于MOSFET 20的沟道区域的改善的材^"或结构，其对于电 子和/或空穴的合适的电导率有顺量实质上小于硅的相应值。#又参考图14 和15，超晶格25具有在原子或^级控制的结构并且可^^公知的原子或分 子层沉积技术形成。如上所述，该超晶格25包括以叠层关系排列多个层组 45a45n,如^J J^^考图14的示意性截面视图可能更好理解。
超晶格25的每个层组45a-45n示意性地包括定义^^基础半导体部分 46a46n的多个堆叠的l^J半"f^层46以及位于其上的能带修改层50。为了 图示清楚，该能带修改层50在图14中以点画表示。
该能带修^ 50示例'眺包括一个限制徊目邻^i^出半"^^部分的晶^t 内的非半^l^4层。即，在层45a-45n的相邻层组中的相对i^l半"!^层 46化学g合在一起。例如，在珪单层46的情况中，在单层组46a的上部或 顶部半^J^层中的一些珪原子将与组46b的较^^^部单层中的^^原子M 结合。这使得晶格^^管有非半"!^层(例如，M层)存在的情况下，仍 能够连续地穿it^组。当然，如賴域技#员认识的那样，由于^il些层中 每个层中的一些^^^子将结合至非半"^^原子(例如，在本示例中的氧)，斜目 邻组45a — 45n的相对置的^ 46之间M不A^全的或纯的^^:。
在其他实施例中，可負沐多于一个非半4^层单层。作为示例，在能带修 改层50中的非半"f^层的数量可优选少于大约5个单层，从而提供需要的能 带修改特性。
应当注意，如果以块体形式形成，jtb^:所提到的非半"f^半^H^层意 味着用于单层的材料可为非半《!^半#。即，如^M页域^^人员认识的那 样，假如以块^J^体或以相对厚的层的形式形成，材^H^如"f^的单个单层， 可不需要显示相同的棒性。
申请A^Uti理论的角度分析，而不希望限制于此，能带修改层50^目邻 的^半"f"^部分46a-46n使4W晶格25的用于电M流子在平行层方向中适 当的电导率有效质量与其它方i^目tb^低。以另一方式考虑，该平行方向与堆 叠方向垂直。能带修^bg:50也可^^晶格25具有"fit能带结构，同时H^T利
地用作垂直^M^晶4MJiil之下的层或区域之间的^^。 J^卜，如上所示
直Ak^晶格25 ^U^^下的层之间":流^流的势垒。 、
同样理论化为，基于与其它方^目比较低的电导率有赠量，超晶格25 提嫩高电荷载流子i^多率。当然，不需要在每个应用中利用超晶格25的所有 的上述特性。如^^页域技^A员认识的那样，例如，在一些应用中，超晶格25 可仅由于它的掺杂剂P且挡/^HN^其增强迁移率而被使用，或者在^^应用 中可能因为这两方面而被使用。
盖层52在超晶格25的上部层组45n上。盖层52可以包括多个M半科 单层46。该J^52可具有2个至100个之间的J^半争沐的单层，并且更优 i4^为10至50个之间的单层。也可使用其它厚度。
每个^出半"H^部分46a-46n可包M自包括IV族半#、 m - V族半 ^以及n-VI族半科的组中的J^半"！^。当然，如^4页域才il^A员认识 的那样，术语IV族半"^^也包括IV-IV族半导体。例如，更M地，该J^il
半*可包括>^^锗中的至少一个。
例如，每个能带修改层50可包括选自包括氧、氮、氟以及碳氧 (carbon-oxygen)的组中的非半导体。该非半^^也最好在接下来的层的沉积过 程中热稳定，从而有助于生产。如;^域a^A员认识的那样，在其它实施例
中，该非半"f^可为与给定的半导一工艺^的另一i^;^有才;ut素或^^。 应注意到，术洽'单层，，奮M包括单个原子层以及单个衬层。还应注意，
通过单个单层提供的能带修改层50也意pAt包括其中并非所有的可肯敏置都 被占据的单层。例如，特别参考图15的原子图，示出了硅作为^半~!^#料 并iHL作为能带修改材料的4/1重复结构。只占据了对于氧的一半可負她置。
如^域技^/v员认识的那样，在其它实施例中和/或使用不同的材料，这 一半占据不是必要的。实际上，甚至可从该示意图中看出，如絲域技权员 认识的那样，在给定单层中的氧的单独原子并不精确的沿平坦平面对准。作为 示例，絲占据范围是从可能氧的位置itt满的大约八分之一至二分之一，尽 管在某些实施例中可^^1其它数目。
当前，#|^皮广^1于传统半#工艺，并且，因此能用jH^h描述的这 些材料，生产将是容易的。#也广泛使用原子或单层沉积。因此，如^域 才M^A员认识的那样，将容易辆和实;afe^本发明的并入了超晶格25的半导 体器件。
已a理论的角狄，而不希望限于此，对于超晶格，例如Si/0超晶格，
例如，硅单层的数量最好为七个或更少以使超晶格的能带为始终相同或相对均
匀以实现期望的优势。已，拟图14和15中示出的对于Si/O的4/1重复结构， 以指示对于电子和空^X方向的增强i6f多率。例如，对于电子(对于块躲 各向同性)的计算的电导率有效质量为0.26，并且对于4/1 SiO超晶格在X方 向其为0.12，得出0.46的比率。同样地，对于空穴，对于块^^计^^寻到0.36 的值，并JU t于4/1 Si/O超晶格其为0.16，得出0.44的比率。
尽奮在某些半#器件中期望这种方向优先特征，其它器件可能受益于在 平行于层组的任何方向上迁移率更均匀的增加。如^域技术人员认识的那样， 对于电子和空穴两者，或只对这些电荷载流子类型中的一种，具有增加的迁移 率同样是有益的。在垂直于层组的方向上具有减小的载流子^^多4^是有益的。
对于超晶格25的4/lSi/0实施例的较低的电导率有^量可小于其它方式 下将呈现的电导率有效质量的三分之二，并iliiit用于电子和空穴两者。这可 尤其适于在一些实施例中齡超晶格25的一些部分，例如，尤其是当超晶械 供辦20中的沟道部分时。在絲实施例中，可^i^狄晶格25—个或更多 层45的组##其在,中的位置而^^上未被掺杂。
郝，又参考图16， SW赚本发明描述具有不同特性的超晶格25，的另 一实施例。在该实施例中，示出重复图案3/1/5/1。更*^,最{^5*半# 部分46a，具有三个单层，并且次最^J^"f^MP分46b，具有五个单层。该图 形在整槐晶格25，中重复。该能带修^50，每个可包括单个单层。对于这种 包括Si/0的超晶格25，，电M流子i^f多率的增强与在层的平面中的方向无关。 那些不特别M的图16的其它元件类似于参考图14在上面讨论的那些并JU匕 处不需要进一步的讨论。
在一些糾实施例中，超晶格25的所有I^半"HMP分46a46n可以是相 同数目的单层厚度。在其它实施例中，至少^半^MP分46a>46n的某些可 以为不同数目的单层厚度。i^其它实施例中，4^^H^部分46a-46n可以 为不同数目的单层厚度。
在图17A-17C提出^^密度函数理柳FT)计算的能带结构。^M页域中
DFT ^^古带隙的^t值。由于所有在带隙^Ji的能带可通过合适的"删减 tit"而移动。然而>^能带的形^1^可靠的。垂直能量轴应当^jt匕方面解 释。
图17A示出财于块,由连续^4示)^t于如图14中示出的4/1 Si/O 超晶格25(由虚錄示)，从伽马点(G )计算的能带结构。其中方向是指4/1 Si/O 结构的晶政unitcell)，而不是指Si的晶胞，尽管在图中(001)方向确实对应于传 统Si晶胞的(001)方向，并且因此，示出Si导带最小值的期望位置。在图形中 的(100)和(010)方向对应于传统硅晶胞(110)和(-110)方向。如本领域 技术人员认识的那样，在图形中硅的能带被折叠以对于4/1 Si/0结构在适当的 倒易晶格方向上表示其。
可看到对于4/1 Si/0结构的导带最小值位于伽马点，这与块体硅(Si)不 同，然而，价带最小值出现在(001)方向的在布里渊区的边缘，我们将其称为 Z点。也可注意到，与Si的导带最小值的曲率相比，由于因附加M引入的扰 动而导致的能带分裂，4/1 Si/O结构的导带最小值具有较大的曲率。
图17B示出既于块体硅(连续的线)也对于图14的4/1 Si/0超晶格25 (虛线)由Z点计算的能带结构。该图形示出拟100)方向上价带的增大的曲率。
图17C示出既于块体硅(连续的线)也对于图16的超晶格25，的5/1/3/1 Si/0结构(虚线)由伽马点和Z点两者计算的能带结构。由于5/1/3/1 Si/0结 构的对称性，在(100)和(010)方向的计算的能带结构是等价的。因而，电 导率有^tt妙i^多率预期在平4行钩即垂直于(001)堆叠方向)的平面中是 各向同性的。注意到，在5/1/3/1 Si/O示例中，导带最小佳禾价带最大值都在Z 点或者靠近Z点。
尽管增加的曲率为减小有效质量的指示，通过电导率倒数有效质量张力计 算，可以进行适当的对比和区别。这导致申请进—步建立理论的角度认为， 5/1/3/1超晶格25，应为实质上直接带隙。如本页域技术人员认识的那样，用于 光学传输的适合的矩阵元素是在直接和间接带隙行为之间区别的另一指示。
受益于本发明上述描述目关附图提出的教导，本领域技术人员将想到许多变形和其它实施例。因而，应理解，这种修改和变形意图包括在所附权利要求的范围内。
权利要求
1.一种半导体器件，包括半导体衬底；在所述衬底中的多个浅沟槽隔离(STI)区域，所述STI区域中的至少一些中包括缺角；在相邻STI区域之间的各个超晶格；以及缺角中的各个非单晶梁状物。
2、 根据权力要求1的半"^教HS其中每个所迷非单晶梁状物中包括 絲剂。
3、 根据权力要求2的半HW,其中所述#^剂包括沟道停止^^ 餘剂。
4、 根据权力要求跳还包括与所狄晶格相关联的多个 NMOS和PMOS晶体管沟道，使得该半^M包括CMOS半*#^。
5、 根据权力要求1的半#器件，其中每^晶格包括多个堆叠的层 组，每个组包括定:^5slj半"!M^部賴多个堆叠的絲半"^^层和在该辆 半^I^L部分上的至少一个非半^^层，该至少一个非半>!^层柳艮制^目邻^54^H^部分的晶^内。
6、 根据权力要求5的半^^器件，其中每个非半^"^层具有单个单层 的厚度。
7、 根据权力要求5的半"H^^K其中每个1^半"HM15分具有小于 八个单层的厚度。
8、 根据权力要求5的半"^糾，其中所^晶格还包括在^JlJr组 ^Jl的絲半科AJr。
9、 根据权力要求5的"f^辦，其中所有J^J半"!^^P分具有相 同数目个单层的厚度。
10、 根据权力要求5的半，恭HS其中至少一些J^半"f^部分具有 不同数目个单层的厚度。
11、 根据权力要求5的半^^H^，其中所有，半"f^^P分具有不 同数目个单层的厚度。
12、 才M^权利要求5的半科IW,其中每个絲半"f^^部分包滅自包括rv族半科、m - v族半*以及n - vi族半科的组中的辆半科。
13、 #^权利要求5的半*糾，其中每个非半^^层包絲自包括氧、氮、氟以及碳氧的组中的非#沐。
14、 才^t权利要求5的半徘^f，其中相邻层组中相对置的J^半导体部摊学舰合在-"^。
15、 一种用于制造:半#|1^的方法，包括 在半"!^t底中形成多个浅沟槽隔离(STI)区域； 在村底^J^t^多个层以在村底^J^目邻STI区域之间定义^M1晶MiMtSTI区域之上定义各个非单晶区域；以及使用至少一个有源区域(AA)掩模选捧It去除所述非单晶区域的至少部分。
16、 才娥;M'j^求15的方法，还包括形成多个与所ii^晶格相关联的 NMOS和PMOS晶体管沟道，使得该半科器件包括CMOS半科器件。
17、 才娥权利要求16的方法，其中该至少一个AA掩模包括单个M AA掩模。
18、 推据;M'J^求16的方法，其中该至少一个AA掩模包括用于NMOS 晶体管的第一过大沟道停止AA掩模以及用于PMOS晶体管的第^it大沟道停 止AA掩模。
19、 才Mt权利要求18的方法，还包^f吏用该笫一过大沟道停止AA掩 ;^ft第一沟道停止^^，并且使用该第^it大沟道停止AA掩^ft第二沟 道停止;认。
20、 才M^M'j^求19的方法，还包括在该第一沟道停止^^之前^f亍 第"H^刻，并JL^该第二沟道停止;;iJV之前^f第二蚀刻。
21、 ^^M，漆求18的方法，其中在STI区域中的缺角中形成非单晶 梁状物；并皿包括至少4Mt对非单晶梁状物的部，刻。
22、 才娥权矛jj^求15的方法，其中所iiit捧性去除的步骤包括 使用至少一个AA掩^1^6lt，剂层图案化以对非单晶区域进^e光；以及^i皮5^光的非单晶区域^f亍至少一次等离子体蚀刻。
23、 才娥^U'要求15的方法，其中每俠晶格包括多个堆叠的层组， 每个组包括定:^ftll半^^部分的多个堆叠的M半"!^层和在该J^半导 体部分上的至少一个非半"f^层，并且该至少一个非^H^"层被限制叙目 邻^5*半^^部分的晶R内。
24、 ^^权利要求23的方法，其中每个非半^f^L层具有单个单层的厚度。
25、 ## 'J^# 23的方法，其中每个J^半"^^部分具有小于八个 单层的厚度。
26、 才娥权利要求23的方法，其中所i^逸晶格还包括在^JiJr组^Ji 的糾半*^&。
27、 根据^U'J^"求23的方法，其中所有^半"^^部分具有相同数目 个单层的厚度。
28、 才M&^M'决求23的方法，其中至少一些1^半"H^部分具有不同 数目个单层的厚度。
29、 才娥权利要求23的方法，其中所有絲^^辆分具有不同数 目个单层的厚度。
30、 才娥权利要求23的方法，其中每个1^半"!M^部分包M自包括iv族半科、ni-v族半科以及n-vi族半"H^的组中的^^半科。
31、 ##权矛]^求23的方法，其中每个非半^^层包^1自包括氧、 氮、氟以及碳氧的组中的非半*。
32、 才M^M，漆求23的方法，其中相邻层组中相对置的1^半"^^部 分化学船合在一fe。
全文摘要
一种半导体器件可以包括半导体衬底和在衬底中的多个浅沟槽隔离(STI)区域。更具体地，至少一些STI区域中可包括缺角。该半导体器件可进一步包括在相邻STI区域之间的各个超晶格以及在缺角中的各个非单晶梁状物。
文档编号H01L21/8238GK101371349SQ200680022066
公开日2009年2月18日 申请日期2006年6月20日 优先权日2005年6月20日
发明者卡里帕特纳姆·V·劳 申请人:梅尔斯科技公司