[发明专利]制造绝缘体上的硅结构的半导体器件的方法

说明书

本发明涉及一种采用绝缘体上的硅技术在由绝缘层围绕的硅半导体阱中制造半导体器件的方法。

以互补金属氧化物半导体结构中的PN结隔离结构制造诸如寄生金属氧化物半导体晶体管或寄生双极晶体管等有源寄生器件时，存在着电学器件的性能劣化和由于闭锁现象引起的软错误方面的问题。为防止这些问题并获得高密度，业已对绝缘体上的硅(SOI)技术进行了研究，按此技术，绝缘层是作为绝缘衬底的侧壁而形成的，绝缘衬底是由诸如SiO₂之类的材料构成的，硅单晶阱形成于这些绝缘层中，以便于在这些阱上形成半导体器件。

这些技术具有电气元件绝缘良好、高速、无闭锁和无软错误之优点。也就是说，由这些技术可制造诸如CMOS电路之类的半导体器件。另外，用于绝缘的绝缘层的宽度仅取决于光刻等工序。再者，可获得基于微型化的高集成度以及三维器件的应用。根据上述技术，通过在诸如SiO₂等非晶绝缘衬底上形成一非晶或多晶硅层并对此多晶硅层进行再结晶化处理，可制成SOI结构的半导体器件。作为另一种方式还知道有通过注入的氧进行隔离(SIMOX)的工艺、通过多孔氧化硅全绝缘(FIPOS)的工艺或区域熔化再结晶工艺(ZMR)。

近来，能够做出在小于1000的超薄型薄膜上形成的SOIMOSFET，它对亚阈特性曲线的改进和弯折点的去除是有作用的。

除此之外，在SOI栅极全围绕(Gate-All-Around)MOSFET结构的制造技术方面也进行了研究。当钩状栅极的下部形成于有源硅区域下面时，为形成SOI晶片，栅极下部的沟道长度取决于沟道宽度区域，后者由于各向同性湿法蚀刻而大于沟道宽度的下部，埋置的氧化物层的厚度大于沟道宽度区域的下部的一半。因此，对增大沟道宽度区域是有限制的。如果SOI晶片的埋置氧化物层的厚度增大，氧离子注入的能量和剂量就要显著增加，因此在有源硅区域中会产生缺陷，从而降低电气特性。

根据本发明，可制备良好的注入氧隔离(SIMOX)的晶片和注入氮部分隔离(SIMNI)晶片，并且通过形成埋置的氧化物层和包含于此埋置氧化物层中并部分埋置的氮氧化合物层，以及由选择性刻蚀制造器件，从而形成与埋置氧化物层的沟道宽度或厚度不相关的沟道长度区域。

本发明的目的是要提供一种绝缘体上硅结构的金属氧化物半导体场效应晶体管(SOI MOSFET)。

根据本发明，制造绝缘体上的硅结构的半导体器件的方法包括下列步骤：

在包括一下部硅衬底、一由离子注入法形成的埋置氧化物层以及一上部硅层的晶片上形成一基底氧化物层，并通过离子注入法在埋置氧化物层的预定部分形成一氮氧化合物区域；

形成与所述氮氧化合物区域相交的一有源硅层，使氮氧化物区域的一部分被暴露出来，并通过湿法蚀刻所述暴露的氮氧化合物区域形成一空腔；

在有源硅层的表面上形成栅极绝缘层；

围绕所述有源硅层形成填充所述空腔的多晶硅，并除去所述多晶硅的预定部分，以形成一栅极；以及

在由所述栅极隔离的所述有源硅层上形成源和漏区。

图1A至5C是传统的绝缘体上硅结构的金属氧化物半导体场效应晶体管(SOI MOSFET)的制造步骤示意图；

图6A至9C是根据本发明的绝缘体上硅结构的金属氧化物半导体场效应晶体管(SOI MOSFET)的制造步骤示意图；

图10是SOI MOSFET的结构透视图。

为描述本发明，现在详细说明制造绝缘体上硅结构的栅极全围绕型(SOI GAA)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的工艺，此说明是基于1990年出版的由J.P.Colinge在IEDM第595-598页发表的标题为“绝缘体上硅结构的栅极全围绕器件”的文章。

首先，在一下部硅衬底1上制备具有埋置氧化物层2和上部硅层3的注入氧隔离的绝缘体上硅结构(SIMOX SOI)的晶片。

在整个上部硅层3上形成一基底氧化物层和一氧化硅层，并通过光刻工艺形成具有图2中所示截面的图形。

形成图形的上部硅层现在变成为一个有源区6，而基底氧化物层4和氮化硅层5保留在此有源区6的顶部。此有源区侧壁的硅层显露出来并被热氧化处理而形成热氧化层7，从而得到由绝缘层围绕有源区的结构。

将有源区的侧壁热氧化，并且把此有源区6的方形部分制成圆形。通过将边缘做成圆形，使得沟道的各侧相交处不会产生高电场，从而可以降低或消除诸如漏电流或栅极氧化层劣化之类的不良电特性。