[发明专利]在硅衬底上形成隔离硅区和场效应器件的工艺过程

说明书

本发明涉及MOS集成电路领域，尤其涉及在一块硅衬底上形成隔离硅区的有关问题。

在金属-氧化物-半导体（MOS）集成电路制造过程中，常常采取把一个器件同另一个器件隔离开的步骤以消除或减少器件之间的寄生通路。例如，若把场效应晶体管不加隔离的制造在一块硅衬底上，这样，两个不同晶体管的源区或漏区就可能成为无用的第三只晶体管。复盖在表面的相互连接，象安排在一个晶体管的源和另一晶体管的漏之间的铝线，起了栅极的作用而可能引起寄生传导。

在互补MOS（CMOS）集成电路中，寄生通路的问题甚至更大。这里，互补晶体管的衬底n⁺区或P⁺区，以及用于形成一种导电型晶体管的井都可能相互一起形成一个无用的晶体管，在这些不同区域之间的晶体管的作用可能导致产生一个破坏集成电路的寄生通路，这问题有时称作“latch-up”。（闩锁）

现在有几种加工技术用来减少寄生传导，通常在相邻晶体管之间用场氧化物区来把一个晶体管的源同另一个晶体管的漏隔离开，这些较厚的氧化物区在相邻的晶体管之间提供了一个导电性较小的通路（或更长的通路），而且复盖在上面的线离衬底的距离更大了，这样就降低了它们作为无用的栅极的效率。对于CMOS电路，典型的从n⁺到p⁺的场氧化物是6微米宽，这样它耗掉的衬底面积，同制造这场效应管所需要的面积相比是相当大的，在另一些情况下，在衬底上形成一些沟，并用一种绝缘材料把这沟填满。尽管这项技术是有效的，分开的距离甚至小到1微米，但它需要更为复杂的工艺过程。

在CMOS电路中也用其他技术来防止闩锁，例如，在一块高度掺杂的衬底上生长出一外延层，在这外延层上形成这些电路。在另一些电路中，在一个绝缘体上方，象在SOS（兰宝石硅片）工艺中一样形成一层薄层。

现在这项发明提供一种与上述先有技术不同的技术，根据此项发明，利用衬底的晶状结构，作为在绝缘区上形成一种类似外延层的生长籽晶。

用来由籽晶形成类外延层的其他工艺过程都是熟知的，一般来说，这些老的工艺过程用一个籽晶，而且不是在籽晶窗上制造器件，或者在最后的电路中衬底也不参加电气活动。就申请人所知的最接近的先有技术是：（1）电子周刊（ElectronicWeek），1984年8月6日，第31页“英国聚集力量于SOI技术工艺在际价上攻击美国和日本芯片制造商;（2）电子周刊（ElectronicWeek）1984年8月6日，第32-33页，“剑桥实验室加使晶片顶部和底部呈现热潮”（3）IED.1982年4月16日，第433页-436页“通过制造基本的器件结构所得的激光-SOI双层硅活性层的特征”（4）国际电子器件会（TEDM）1982年1月16日，第420-423页，“以电子束使多晶硅再结晶的MOS晶体管”;（5）电化学协会会报（J.Electrochem.soc）1981年9月，第1981页-1986页（128卷，第9期）“由扫描连续波激光诱发横向引晶工艺在氧化物上生长单晶硅”;（6）34、5，第808-811页，“一亚微型SOI技术的器件特性”;以及（7）晶体生长杂志（JournalofCrystalCrowth63，），1983年，第453-483页，“石墨带状加热器-区域熔化的硅膜的再结晶”。

叙述了一种在一块硅衬底上制造场效应器件的改进工艺过程，按这种工艺，用绝缘区来把这些器件彼此隔离开来。在衬底上形成了这些绝缘区，它们确定了这些区域之间开口的大小;这些区域为衬底提供了“籽晶窗”。在这些绝缘区的上方形成一层硅（如，多晶硅或非晶硅），这层硅伸进窗里面，这层硅需经处理以使该衬底的结晶结构经过籽晶窗长入这层硅里，硅层的这个再结晶过程是经过这些窗口引入籽晶的。再结晶过的这层硅形成一个主晶层，在它里面或它上面制造场效应器件，而这些器件的沟道区直接形成在籽晶窗的上方。

附图的简要说明

图1是一部分硅衬底的横截面正视图，这一部分包括一个n型井，一个二氧化硅层和氮化硅掩膜;

图2示出的是图1的衬底在氧化并去掉了氮化硅掩膜后的情况;

图3示出的是图2的衬底平面化后的情况;

图4示出的是图3的衬底，在它上面形成一层硅层后的情况;

图5示出的是图4的衬底，在衬底的结晶结构传入上面硅层后的情况;

图6示出的是图5的衬底在进行掺杂用以调整器件的阈值电压时的情况;

图7示出的是图6的衬底在另一掩膜步骤后的情况;