[发明专利]对刻蚀后的半导体结构的钝化

说明书

技术领域

本发明涉及多层半导体结构的刻蚀后的部分(例如通过刻蚀出的沟槽而露出的掩埋层的部分)的钝化。具体而言，本发明涉及掩埋氧化层的钝化，该掩埋氧化层包括用于对半导体器件制造中所采用的应变层进行弛豫(relaxation)的顺应材料层(compliant material layer)。更具体而言，本发明的钝化后的多层结构用于电子、光、光伏、光电子领域，例如LED、激光应用。

背景技术

半导体器件的制造技术包括用于在半导体与绝缘体材料的多层堆叠中形成沟槽和类似结构的许多种刻蚀工艺。集成电路通常由根据规定的电路布局位于给定芯片区域上的大量电路元件组成，其中在复杂的电路中，场效应晶体管是一种主要的电路元件。通常，目前实践了多种工艺技术，其中对于例如微处理器和存储芯片等基于场效应晶体管的复杂电路而言，由于在工作速度和/或功耗和/或成本效率方面的优异性能，CMOS技术在当前是最有前景的方法之一。在使用CMOS技术制造复杂的集成电路期间，经常执行沟槽的刻蚀。

在其他工序步骤中，需要在各种环境下执行对不同制造状态的半导体部件的热处理。退火工艺是一种公知技术，其通过改变(半导体)材料的微结构而使得物理性质(诸如导电性、强度和硬度)发生变化。在制造小尺寸晶体管时，为了增强晶体管的性能，可以包括退火，试图为沟道区提供拉伸应变或压缩应变。在为便于使用在某种种子衬底(seed substrate)上异质外延生长的应变薄膜而利用了柔性物质的情况下，可以提供刻蚀出的沟槽，以便于应变薄膜部分地或全部地弛豫。

然而，在沟槽和类似的刻蚀出的结构中，底面和侧面包括被刻蚀的多层堆叠的材料层中的、在刻蚀工艺完成后暴露于环境的部分。当这种刻蚀后的部件经过一些热处理时，这些材料层的组分可能从露出的部分向外扩散到环境中。由于该扩散对退火环境的污染，以及对已形成的层和结构以及在退火工艺期间正在形成的那些结构所产生的污染，该扩散会严重影响后续的制造步骤及所完成的半导体器件的性能。

例如在制造具有弛豫的应变InGaN层的InGaNOS器件时，形成应变材料InGaN岛有助于使应变层弛豫。这些岛是通过刻蚀出将应变层的多个部分进行分离的沟槽而实现的。通过对形成在某种柔性层(该柔性层例如包括硼磷硅玻璃BPSG)上的岛进行热处理而开始进行弛豫。该热处理导致硼磷硅玻璃层塑性变形以及一些回流，由此使应变InGaN层弹性弛豫。然而，在热处理期间，硼和磷原子从硼磷硅玻璃材料的在上述沟槽的壁和底部露出的部分扩散出来。如果在生长有源层之前或期间在外延反应器中执行热处理，则这些扩散的原子会污染反应器气氛及正在生长的层，并因此影响所构造的有源层的性能。

因此，本发明要解决的这样一个问题是提供一种手段，来避免在多层堆叠布置中刻蚀出的沟槽的内壁和底部处、掩埋层中通过刻蚀后的结构所露出的材料部分扩散。

发明内容

通过根据权利要求1和2的对半导体结构进行钝化的方法解决了上述问题，该方法包括提供扩散阻挡层。因此，本发明提供了一种半导体结构的钝化方法，该方法包括以下步骤：

提供至少一个第一材料层；

在所述第一材料层上形成待图案化的至少一个第二材料层；

在所述至少一个第二材料层与所述至少一个第一材料层之间形成扩散阻挡层，由此形成多层堆叠；以及

对所述至少一个第二材料层向下进行图案化，特别是刻蚀，但不完全穿透所述扩散阻挡层并且不露出部分的所述至少一个第一材料层，使得基本上防止在对所述多层堆叠进行后续热处理期间所述至少一个第一材料层的材料穿过所述扩散阻挡层进行扩散。

例如，可以通过刻蚀出沟槽或类似结构来执行对第二材料层的图案化。虽然蚀刻除了去除部分的第二材料层以外，还可以去除扩散阻挡层的材料，但重要的是该扩散阻挡层未被完全刻穿，即在刻蚀后的结构中，所述第一材料层保持由扩散阻挡层完全覆盖。

根据另选方案，本发明提供了一种半导体结构的钝化方法，该方法包括以下步骤：

提供多层堆叠，该多层堆叠包括形成在该多层堆叠的第二材料层(特别是表面层)下方的至少一个掩埋层；

对所述多层堆叠的该表面进行图案化，特别是刻蚀，穿透所述第二材料层，由此露出部分的所述至少一个掩埋层；以及

至少在所述至少一个掩埋层的露出的部分上沉积扩散阻挡层，使得基本上防止在对所述多层堆叠进行后续热处理期间所述至少一个掩埋层的材料穿过所述扩散阻挡层进行扩散。