SOI的有源区的隔离方法技术

本发明专利技术公开了一种SOI的有源区的隔离方法，包括：步骤一、提供一SOI衬底结构，在SOI衬底的半导体顶层表面形成硬质掩膜层；步骤二、对硬质掩膜层进行图形化刻蚀形成第一开口；步骤三、进行选择性外延生长在第一开口暴露的半导体顶层表面形成第一外延层，第一外延层形成后会在第一开口的侧面处形成第一凹口；步骤四、进行氧化工艺使第一外延层全部被氧化以及使第一凹口底部的半导体顶层也被氧化并最后形成第一氧化层，在第一凹口底部第一氧化层会穿过半导体顶层；步骤五、去除硬质掩膜层和第一氧化层，在第一氧化层穿过半导体顶层的位置处形成隔离凹槽并隔离出有源区。本发明专利技术能对半导体顶层实现超小间隙切割，能降低隔离结构的关键尺寸。关键尺寸。关键尺寸。

【技术实现步骤摘要】
SOI的有源区的隔离方法


[0001]本专利技术涉及一种半导体集成电路制造方法，特别涉及一种绝缘体上半导体层(Semiconductor On Insulator,SOI)的有源区(active area，AA)的隔离方法。

技术介绍

[0002]随着集成电路的持续飞速发展，电路中器件关键尺寸持续缩小，对应组成元器件的薄膜厚度也在持续减薄，全耗尽型绝缘体上硅(Fully Depleted SOI,FDSOI)成为一种克服短沟道效应的选择。FDSOI工艺中，衬底结构包括半导体主体层，介质埋层和半导体顶层，介质埋层形成于半导体主体层表面，半导体顶层形成于介质埋层表面；通常，半导体主体层和半导体顶层的材料采用Si。半导体顶层通常称为SOI层，半导体顶层具有超薄结构，利用超薄的半导体顶层形成半导体器件能得到超薄晶体管，超薄晶体管的栅极结构底部的由半导体顶层组成的沟道区在器件工作时会被全部耗尽，能消除浮体效应，从而能很好的控制晶体管的短沟道效应，进而可以降低供电电压。
[0003]FDSOI工艺中，除了需要在半导体顶层中形成超薄晶体管如CMOS器件外，有时还需要形成和底部的半导体主体层相接触的无源器件和引出结构(pickup)。为了形成这些和底部的半导体主体层相接触的无源器件和引出结构，需要在FDSOI中形成直接和底部的所述半导体主体层直接接触且顶部表面和半导体顶层的顶部表面相平的半导体外延硅，这就需要单独定义混合(Hybrid)区域来形成和半导体主体层直接接触的半导体外延层。
[0004]如图1A至图1B所示，是现有FDSOI的有源区的隔离方法各步骤中的器件结构示意图；现有FDSOI的有源区的隔离方法类似于浅沟槽隔离的形成方法，包括如下步骤：
[0005]步骤一、如图1A所示，提供一SOI衬底结构，所述SOI衬底包括半导体主体层101，介质埋层102和半导体顶层103，所述介质埋层102形成于所述半导体主体层101表面，所述半导体顶层103形成于所述介质埋层102表面。
[0006]所述SOI衬底完成了混合工艺循环(Hybrid Loop)，混合工艺循环会在大括号104对应的混合区中形成外延层106，外延层106会和底部的半导体主体层101直接接触。
[0007]混合区104也是位于虚线BB的右侧区域，虚线BB左侧区域为SOI区域105。
[0008]SOI区域105用于形成半导体器件如NMOS和PMOS。图1A中，显示了一个NMOS和一个PMOS，NMOS位于虚线AA的左侧，PMOS位于虚线AA和BB直接。通常，NMOS和PMOS以及混合区域104之间需要形成隔离结构。
[0009]步骤二、形成有氧化层107和氮化层108叠加而成的硬质掩膜层并涂布光刻胶109。
[0010]步骤三、如图1B所示，进行曝光和显影形成光刻胶109的图形。
[0011]步骤四、如图1B所示，依次对所述氮化层108、所述氧化层107、半导体顶层103、介质埋层102和半导体主体层101进行刻蚀形成沟槽110，沟槽110之间的半导体顶层103就为有源区。
[0012]之后会在有源区中形成半导体器件结构。
[0013]如图2所示，是采用图1B形成的隔离结构形成的半导体器件的俯视图；图2中显示
了两个相邻的半导体器件112a和112b，半导体器件112a和112b分别包括对应的栅极结构111以及形成于栅极结构111两侧的源区和漏区。半导体器件112a和112b之间的隔离结构形成于沟槽110中，隔离结构的宽度为沟槽110的宽度d101，宽度d101由光刻工艺定义，会同时收到光刻精度和刻蚀工艺的影响，使得现有方法形成的隔离结构的宽度d101最小只能做到60nm左右。

技术实现思路

[0014]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种SOI的有源区的隔离方法，能对半导体顶层实现超小间隙切割，从而能降低有源区的隔离结构的关键尺寸，能节省SOI的有效利用面积，提高半导体器件的密度，降低芯片制造成本。
[0015]为解决上述技术问题，本专利技术提供的SOI的有源区的隔离方法包括如下步骤：
[0016]步骤一、提供一SOI衬底结构，所述SOI衬底包括半导体主体层，介质埋层和半导体顶层，所述介质埋层形成于所述半导体主体层表面，所述半导体顶层形成于所述介质埋层表面；在所述半导体顶层表面形成硬质掩膜层。
[0017]步骤二、对所述硬质掩膜层进行图形化刻蚀形成第一开口，所述第一开口将所述半导体顶层表面暴露。
[0018]步骤三、进行选择性外延生长在所述第一开口暴露的所述半导体顶层表面形成第一外延层，所述第一外延层从所述半导体顶层的表面开始由下往上生长，所述第一开口的侧面不生长所述第一外延层，所述第一外延层形成后会在所述第一开口的侧面处形成第一凹口。
[0019]步骤四、进行氧化工艺使所述第一外延层全部被氧化以及使所述第一凹口底部的所述半导体顶层也被氧化并最后形成第一氧化层，在所述第一凹口底部所述第一氧化层会穿过所述半导体顶层。
[0020]步骤五、去除所述硬质掩膜层和所述第一氧化层从而露出所述半导体顶层的顶部表面且在所述第一氧化层穿过所述半导体顶层的位置处形成隔离凹槽，所述隔离凹槽之间的所述半导体顶层作为有源区。
[0021]进一步的改进是，所述SOI衬底为FDSOI衬底，形成于所述半导体顶层中的半导体器件工作时，栅极结构底部的所述半导体顶层的整个厚度会全部被耗尽。
[0022]进一步的改进是，所述半导体主体层的材料包括硅或锗。
[0023]进一步的改进是，所述介质埋层的材料包括氧化硅，高介电常数材料。
[0024]进一步的改进是，所述半导体顶层的材料包括硅或锗。
[0025]进一步的改进是，所述半导体顶层的厚度达5nm～20nm。
[0026]进一步的改进是，所述硬质掩膜层由第二氧化层和第三氮化层叠加而成。
[0027]进一步的改进是，所述第二氧化层的厚度为所述第三氮化层的厚度为
[0028]进一步的改进是，步骤一中，采用扩散(DIFF)工艺或化学气相沉积(CVD)工艺形成所述第二氧化层。
[0029]所述第三氮化层为采用扩散工艺形成的HCD氮化硅。
[0030]进一步的改进是，步骤二的图形化刻蚀工艺包括如下分步骤：
[0031]步骤21、进行光刻工艺定义出所述第一开口的形成区域；
[0032]步骤22、根据光刻定义对所述硬质掩膜层进行刻蚀形成所述第一开口。
[0033]进一步的改进是，步骤22中的刻蚀工艺包括：
[0034]进行干法刻蚀并停止在所述第二氧化层上；
[0035]进行湿法刻蚀将所述第二氧化层去除。
[0036]或者，步骤22中的刻蚀工艺包括：进行以所述半导体顶层为停止层的干法刻蚀以将所述第三氮化层和所述第二氧化层都去除。
[0037]进一步的改进是，所述第一外延层的材料包括硅或锗。
[0038]进一步的改本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SOI的有源区的隔离方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、提供一SOI衬底结构，所述SOI衬底包括半导体主体层，介质埋层和半导体顶层，所述介质埋层形成于所述半导体主体层表面，所述半导体顶层形成于所述介质埋层表面；在所述半导体顶层表面形成硬质掩膜层；步骤二、对所述硬质掩膜层进行图形化刻蚀形成第一开口，所述第一开口将所述半导体顶层表面暴露；步骤三、进行选择性外延生长在所述第一开口暴露的所述半导体顶层表面形成第一外延层，所述第一外延层从所述半导体顶层的表面开始由下往上生长，所述第一开口的侧面不生长所述第一外延层，所述第一外延层形成后会在所述第一开口的侧面处形成第一凹口；步骤四、进行氧化工艺使所述第一外延层全部被氧化以及使所述第一凹口底部的所述半导体顶层也被氧化并最后形成第一氧化层，在所述第一凹口底部所述第一氧化层会穿过所述半导体顶层；步骤五、去除所述硬质掩膜层和所述第一氧化层从而露出所述半导体顶层的顶部表面且在所述第一氧化层穿过所述半导体顶层的位置处形成隔离凹槽，所述隔离凹槽之间的所述半导体顶层作为有源区。2.如权利要求1所述的SOI的有源区的隔离方法，其特征在于：所述SOI衬底为FDSOI衬底，形成于所述半导体顶层中的半导体器件工作时，栅极结构底部的所述半导体顶层的整个厚度会全部被耗尽。3.如权利要求1或2所述的SOI的有源区的隔离方法，其特征在于：所述半导体主体层的材料包括硅或锗。4.如权利要求1或2所述的SOI的有源区的隔离方法，其特征在于：所述介质埋层的材料包括氧化硅，高介电常数材料。5.如权利要求1或2所述的SOI的有源区的隔离方法，其特征在于：所述半导体顶层的材料包括硅或锗。6.如权利要求2所述的SOI的有源区的隔离方法，其特征在于：所述半导体顶层的厚度达5nm～20nm。7.如权利要求2所述的SOI的有源区的隔离方法，其特征在于：所述硬质掩膜层由第二氧化层和第三氮化层叠加而成。8.如权利要求7所述的SOI的有源区的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆，关天鹏，
申请(专利权)人：上海华力集成电路制造有限公司，
类型：发明
国别省市：