專利名稱：在絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)中局部溶解氧化物層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及處理絕緣體上半導(dǎo)體(SeOI)型結(jié)構(gòu)的方法，該結(jié)構(gòu)連續(xù)的包括支撐 襯底、氧化物層以及薄半導(dǎo)體層，其中在中性或受控的還原氣氛中，以及在受控的溫度和時(shí) 間條件下施加熱處理，從而引發(fā)(induce)氧化物層的至少一部分氧擴(kuò)散穿過薄半導(dǎo)體層， 而引起氧化物層完全的溶解或部分的溶解。
背景技術(shù)：
有利的，可以局部的應(yīng)用上述處理，換言之，是為了部分或完全溶解對(duì)應(yīng)于所需圖 案的結(jié)構(gòu)上的特定區(qū)域的氧化物層，同時(shí)保留原始氧化物層的其他區(qū)域中的氧化物層。下面討論氧化物層的“局部溶解”。這樣可以得到具有可變厚度的氧化物層的結(jié)構(gòu)(部分溶解的情況下)，或者 是混合(hybrid)結(jié)構(gòu)，即包括“SeOI”區(qū)域和“體”(bulk)層兩者，在所述“SeOI”區(qū)域中氧 化物層被保留，在所述“體”層中氧化物層已被完全溶解。這樣的結(jié)構(gòu)可以被用于制造不同類型的電子部件(例如，“存儲(chǔ)器”部件和邏輯部 件)，其通常在不同支撐物上制造。實(shí)際上，每個(gè)微處理器的制造商都開發(fā)了用于制造邏輯部件和存儲(chǔ)器部件的技 術(shù)，但是這兩種部件通常在各自不同的支撐物上制造(即體襯底或其它的襯底)。另外，從一種類型的支撐物改變到另一種類型涉及制造技術(shù)上顯著的改變。這樣，局部溶解的需要要求為微處理器制造商提供包括“體”區(qū)域和“％01”區(qū)域 的板(plate)，在所述包括“體”區(qū)域和“SeOI”區(qū)域的板上制造商可以制造“邏輯”部件和 “存儲(chǔ)器”部件兩者，同時(shí)保持其擅長的技術(shù)。局部溶解技術(shù)的精度實(shí)際上能夠使部件的“體”區(qū)域和“％01”區(qū)域受控。通過在薄半導(dǎo)體層的表面形成掩膜，以及通過執(zhí)行熱處理促進(jìn)氧擴(kuò)散可以實(shí)現(xiàn)局 部溶解。由于掩膜由形成氧擴(kuò)散阻擋物的材料制成，氧僅可以擴(kuò)散通過薄半導(dǎo)體層的暴露 區(qū)域，即未被掩膜覆蓋的區(qū)域。但是，半導(dǎo)體層下的氧原子的消失導(dǎo)致半導(dǎo)體層表面的下沉。這樣，在薄半導(dǎo)體層由硅制成的情況下，在溶解處理的過程中觀察到下列兩個(gè)現(xiàn) 象-一方面，氧從氧化物層消失是由于原子擴(kuò)散通過薄半導(dǎo)體層；該現(xiàn)象導(dǎo)致氧化 物層厚度的大約一半下沉。該值對(duì)應(yīng)于Si的量和SiA的量之間的存在比率ο. 46 ；-另一方面，硅從薄半導(dǎo)體層表面消失是由于高揮發(fā)性SiO復(fù)合物結(jié)合進(jìn)入溶解 處理氣氛。該現(xiàn)象導(dǎo)致氧化物層厚度的下沉。實(shí)際上，一對(duì)O2原子引起兩個(gè)Si原子消失。總之，這兩個(gè)現(xiàn)象的結(jié)合導(dǎo)致氧化物層厚度1. 5倍量級(jí)的下沉。半導(dǎo)體層的表面的非平面性(non-planarity)對(duì)于后續(xù)的部件形成是有害的。
在圖1中可以觀測到其外形，其顯示了局部溶解處理得到的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括襯底1、在一個(gè)區(qū)域加中溶解的氧化物層2、以及被掩膜4在某處覆蓋 的薄半導(dǎo)體層3。在半導(dǎo)體層的暴露區(qū)域3a中，自由表面相對(duì)于被掩膜4覆蓋的區(qū)域的上表面在高 度上有區(qū)別。這些外形缺陷對(duì)于在薄半導(dǎo)體層3上制造部件是有害的。就此而言，在掩膜沉積之后，文獻(xiàn)JP 2006-49725預(yù)見了在未被掩膜覆蓋的硅表 面上執(zhí)行硅外延的步驟。在暴露區(qū)域的該硅的附加厚度補(bǔ)償了由于氧化物溶解造成的下沉。但是，已經(jīng)證明該步驟成本較高，且對(duì)處理過程具有負(fù)面影響。另外，難以預(yù)期用于平坦表面從而防止與半導(dǎo)體層下沉相關(guān)的高度差的機(jī)械-化 學(xué)型拋光，因?yàn)檫@將去除相當(dāng)厚的半導(dǎo)體層，而該層的初始厚度被選擇為薄的，從而有利于 氧的擴(kuò)散。此外，拋光易于破壞半導(dǎo)體層的厚度的均勻性。另外，這樣的拋光將導(dǎo)致污染薄層表面的風(fēng)險(xiǎn)，而當(dāng)制造電子部件時(shí)應(yīng)當(dāng)努力避 免這一點(diǎn)。這樣，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)在于確定更經(jīng)濟(jì)且容易得以執(zhí)行的方法，從而能夠最小 化半導(dǎo)體層的表面的下沉，由此在處理結(jié)束時(shí)，能夠得到盡量平的表面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)涉及處理絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)的方法，所述絕緣體上半導(dǎo)體 型結(jié)構(gòu)連續(xù)包括支撐襯底、氧化物層和薄半導(dǎo)體層，所述方法包括下列步驟a)在薄半導(dǎo)體層上形成氮化硅或氮氧化硅(silicon oxinitride)掩膜，從而在 所述層的表面確定所謂的暴露區(qū)域，所述暴露區(qū)域未被掩膜覆蓋，并且以所需圖案設(shè)置，b)在中性或受控的還原氣氛中以及在受控的溫度和時(shí)間條件下進(jìn)行熱處理，從而 引發(fā)氧化物層中的至少一部分氧擴(kuò)散穿過薄半導(dǎo)體層，從而導(dǎo)致在氧化物層的對(duì)應(yīng)于所述 所需圖案的區(qū)域中在氧化物的厚度上的受控還原。該方法的特征在于，在步驟(a)中，形成掩膜從而至少部分的將所述掩膜埋入薄 半導(dǎo)體層的厚度中。在本文中，“至少部分的埋入”被理解為在半導(dǎo)體層的厚度中至少部分 的形成掩膜。對(duì)于任何包括該結(jié)構(gòu)的層，最接近于支撐襯底的層的面被定義為“基底”，以及 與基底相對(duì)的面被定義為“頂面”。一般而言，在步驟(a)中，掩膜的形成涉及在與暴露區(qū)域互補(bǔ)的區(qū)域中，消耗所述 半導(dǎo)體層的厚度中的至少一部分。在本文中，“消耗”的含義是在相應(yīng)的區(qū)域，半導(dǎo)體層的至少一部分消失(例如通過 蝕刻)或者轉(zhuǎn)變(為另一種材料)。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，通過對(duì)半導(dǎo)體層的材料的氮化而形成掩膜，其結(jié)果是 半導(dǎo)體層的厚度的一部分被消耗。在該情況下，包含在掩膜的基底和半導(dǎo)體層的暴露區(qū)域的自由表面之間的一部分 掩膜的厚度被選擇為基本上等于結(jié)構(gòu)的氧化物層的厚度的1. 5倍。
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掩膜的厚度優(yōu)選的在1到50nm之間，以及通過在700到1000攝氏度的溫度下在
氮?dú)夥罩袑?duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火而執(zhí)行氮化步驟。作為氮化的替代方式，可以通過在半導(dǎo)體層的表面注入氮而形成掩膜。根據(jù)第二實(shí)施例，步驟(a)包括下列步驟(i)蝕刻薄半導(dǎo)體層，從而在預(yù)計(jì)有掩膜的位置形成溝槽；(ii)在所述溝槽中形成掩膜。在步驟(i)中形成的溝槽優(yōu)選的具有基本上等于結(jié)構(gòu)的氧化物層的厚度的1. 5倍 的深度。在特別有利的方式中，形成的掩膜的頂面和半導(dǎo)體層的暴露區(qū)域的頂面平齊。掩膜的厚度優(yōu)選的在1到50nm之間，以及步驟(ii)包括氮化溝槽或者在溝槽的 半導(dǎo)體材料的表面注入氮。根據(jù)替代的實(shí)施例，掩膜形成步驟(ii)包括下列步驟-在步驟(i)得到的結(jié)構(gòu)上，在大于溝槽深度的厚度上沉積氮化硅；-對(duì)在前面步驟中沉積的氮化硅平坦化，直到達(dá)到半導(dǎo)體層的暴露區(qū)域。在特別有利的方式中，半導(dǎo)體層由硅制成，以及具有小于5000 A的厚度，優(yōu)選的 小于2500 Ao


通過參考附圖閱讀下面的詳細(xì)描述，可以更好的理解本發(fā)明的其他效果和優(yōu)點(diǎn)， 在附圖中圖1顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)經(jīng)受局部氧化溶解處理；圖2A到2D顯示了本發(fā)明的第一實(shí)施例的步驟；圖3A到3D顯示了本發(fā)明的第二實(shí)施例的步驟；圖4A到4B顯示了第二實(shí)施例的替代實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式對(duì)絕緣體上半導(dǎo)體(SeOI)型結(jié)構(gòu)實(shí)施局部溶解處理，所述結(jié)構(gòu)從基底到其表面 包括支撐襯底、氧化物層和半導(dǎo)體層。在下面將詳細(xì)描述得到所述結(jié)構(gòu)的方式。局部溶解方法包括下列步驟a)在薄半導(dǎo)體層上形成掩膜，從而在所述層的表面確定所謂的暴露區(qū)域，所述暴 露區(qū)域未被掩膜覆蓋以及以所需圖案設(shè)置，b)在中性或受控的還原氣氛中以及在受控的溫度和時(shí)間的條件下進(jìn)行熱處理，從 而引發(fā)氧化物層中的至少一部分氧擴(kuò)散通過薄半導(dǎo)體層，從而導(dǎo)致在氧化物層的對(duì)應(yīng)于所 述所需圖案的區(qū)域中在氧化物的厚度上的受控還原。初始SeOI結(jié)構(gòu)的形成對(duì)絕緣體上半導(dǎo)體(SeOI)結(jié)構(gòu)實(shí)施溶解處理，所述結(jié)構(gòu)從基底到其支撐襯底連 續(xù)包括氧化物層和半導(dǎo)體層。
支撐襯底基本上作為結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化元件(stiffener)。就此而言，其典型的具有幾百微米的量級(jí)的厚度。支撐襯底可以是體襯底或者復(fù)合襯底，即包括至少兩個(gè)不同材料層的堆疊。支撐襯底從而可以包括下列材料之一 Si、GaN或藍(lán)寶石，其可以是單晶形式或多 晶形式。半導(dǎo)體層包括至少一個(gè)半導(dǎo)體材料，例如Si、Ge或者SiGe。半導(dǎo)體層可以可選的是復(fù)合的，即包括半導(dǎo)體材料層的堆疊。半導(dǎo)體層的材料可 以是單晶的，多晶的或非晶的。其也可以是有孔的或無孔的，摻雜的或未摻雜的。在特別有利的形式中，半導(dǎo)體層被設(shè)計(jì)為接收電子部件。薄半導(dǎo)體層具有小于5000 A的厚度，優(yōu)選小于2500χ,從而能夠足夠迅速的擴(kuò)散
氧。實(shí)際上，氧的溶解速率越慢，半導(dǎo)體層就越厚。因此，通過厚度大于5000 A的半導(dǎo)體層的氧擴(kuò)散是很慢的，且因?yàn)檫@個(gè)原因，在 工業(yè)上是不利的。在結(jié)構(gòu)中的支撐襯底和半導(dǎo)體層之間埋入氧化物層；這樣，在本領(lǐng)域的術(shù)語中，一 般以縮寫Β0Χ( “埋入氧化物層”)表示。通過任何本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的涉及鍵合的層轉(zhuǎn)移技術(shù)制造結(jié)構(gòu)。在這些技術(shù)中，可以參考SmartCut 方法，其主要包括下列步驟(i)在支撐襯底上或者在包括半導(dǎo)體層的施主襯底上形成氧化物層，(ii)在施主襯底中形成脆化區(qū)域，所述脆化區(qū)域確定待轉(zhuǎn)移的薄半導(dǎo)體層，(iii)將施主襯底鍵合到支撐襯底上，氧化物層位于鍵合界面處，(iv)沿脆化區(qū)域斷裂施主襯底，從而將薄半導(dǎo)體材料轉(zhuǎn)移到支撐襯底上。該方法對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是已知的，從而不需要在此詳細(xì)描述。例如，可以 Jean-Pierre Colinge StJ "Silicon-On-Insulator Technology :Materials to
VLSI，，，第二版，Kluwer Academic Publishers 出版，第 50-51 頁的內(nèi)容。同樣，還有可能使用將包括半導(dǎo)體層的施主襯底鍵合到支撐襯底上的方法，其中 襯底中的一個(gè)或兩者都被氧化物層覆蓋，以及然后經(jīng)其后面減薄施主襯底的厚度，從而僅 將薄半導(dǎo)體層留在支撐襯底上。接下來，得到的結(jié)構(gòu)經(jīng)受傳統(tǒng)的精整處理(拋光、平坦化、清潔……)。在形成結(jié)構(gòu)的這些方法中，例如通過熱氧化(在此情況下，氧化物是已經(jīng)經(jīng) 歷氧化的襯底材料的氧化物)或者通過氧化硅(SiO2)的沉積，在施主襯底或在支撐襯底上 形成氧化物層。相似的，氧化物層可以是從和氣氛接觸的施主襯底和/或支撐襯底的自然氧化得 到的固有氧化物層。另一方面，在經(jīng)過SIMOX方法得到的SOI結(jié)構(gòu)上進(jìn)行測試則觀察不到氧化物溶解， 這可以歸咎于由于其獲得方法的原因其氧化物質(zhì)量更低。關(guān)于這一點(diǎn)，可以參考Ljhong 等人的文章 “Applied Physics Letters 67” 3951 (1995)。在鍵合之前，需要說明的是可以在一個(gè)或兩個(gè)接觸表面上執(zhí)行本領(lǐng)域技術(shù)人員熟 知的清潔或等離子體活化步驟，從而增強(qiáng)鍵合能量。
為了限制溶解處理的持續(xù)時(shí)間，結(jié)構(gòu)的氧化層通常具有薄的或超薄的厚度， 即在50到1000 A之間，優(yōu)選的在100到250 Λ之間。溶解處理在說明書的剩余部分中，采用的示例是對(duì)于硅制成的薄半導(dǎo)體層的結(jié)構(gòu)應(yīng)用溶解 處理，該結(jié)構(gòu)即為“絕緣體上硅”(SOI)結(jié)構(gòu)。在SOI結(jié)構(gòu)中溶解氧化物的機(jī)制在0. Kononchuk等人的文章“ hternal Dissolution of Buried Oxide in SOI WafersSol id State Phenomena, Vols. 131-133 (2008)pp. 113-118中進(jìn)行了詳細(xì)的描述，可以進(jìn)行參考。在處理過程中，SOI結(jié)構(gòu)置于爐中，在所述爐中產(chǎn)生氣流，從而形成中性或還原氣氛。從而氣流可以包括氬氣、氫氣和/或其混合物。重要的是需要注意，僅當(dāng)氣氛中的氧濃度和氧化物層的表面的氧濃度之間出現(xiàn)足 夠大的梯度的時(shí)候，才發(fā)生溶解現(xiàn)象。這樣，能夠確定爐中的氣氛中的氧含量應(yīng)當(dāng)?shù)陀趌Oppm，而考慮到泄露，需要?dú)饬?中的氧含量低于lppm。就這一點(diǎn)，可以參考Ludsteck 等人的文章 “Growth model for thin oxides and oxide optimization，，，Journal of Applied Physics, Vol. 95, No. 5, March 2004。在傳統(tǒng)的爐中不能得到這些條件，其產(chǎn)生的泄露太多從而不能得到這樣低的 含量；該爐應(yīng)當(dāng)被特別設(shè)計(jì)為最佳的密封(減小部件的數(shù)量從而避免接頭，使用固體部 件……)。另一方面，氣氛中大于IOppm的氧濃度停止溶解并促進(jìn)了暴露的硅的氧化。在SOI的情況下，在1100到1300攝氏度之間的溫度下實(shí)施溶解處理，以及優(yōu)選的 是1200攝氏度的量級(jí)。實(shí)際上，溫度越高，氧化物的溶解速率就越高。但是，應(yīng)當(dāng)將處理溫度保持為比硅 的融化溫度低。例如，為了溶解1000 A厚的硅的薄層之下的20人的氧化物的厚度，熱處理?xiàng)l件
是1100攝氏度2小時(shí)，1200攝氏度10分鐘，或者1250攝氏度4分鐘。但是，需要強(qiáng)調(diào)的 是這些值特別依賴于溶解爐中的氧的剩余濃度。這樣，也可以觀測到更顯著的溶解厚度。掩膜的形成如上文所述，在半導(dǎo)體層上選擇性的形成掩膜，從而留下半導(dǎo)體層的對(duì)應(yīng)于需要 降低氧化物厚度的氧化層的區(qū)域作為暴露區(qū)域。在這種情況下，“對(duì)應(yīng)”應(yīng)當(dāng)被理解為由半導(dǎo)體層的全部暴露區(qū)域所定義的圖案與 氧化物層的需要減小氧化物厚度的區(qū)域設(shè)置的所需圖案相同。換言之，掩膜僅僅覆蓋與所需圖案互補(bǔ)的半導(dǎo)體層的那些區(qū)域。就這一點(diǎn)而言，通常通過使用傳統(tǒng)的光刻技術(shù)而選擇性的形成掩膜，所述傳統(tǒng)的 光刻技術(shù)能夠定義掩膜沉積于其上的半導(dǎo)體層的區(qū)域。形成掩膜的方法通常包括下列連續(xù)的步驟-通過沉積形成氮化硅SixNy(例如Si3N4)層，所述層能夠包括在半導(dǎo)體層的整個(gè)表面上的掩膜；-在SixNy層的整個(gè)表面上沉積光敏樹脂(photosensitiveresin)層；-通過光刻掩膜對(duì)樹脂進(jìn)行局部曝光；-通過例如使用溶劑稀釋而選擇性的去除暴露區(qū)域；-接下來，通過在樹脂中形成的開口蝕刻暴露的SixNy層的區(qū)域。蝕刻通常是干式 蝕刻(等離子體)過程，在此過程中樹脂是阻擋劑(resistant)。另一方面，該SixNy被等 離子體蝕刻。掩膜由對(duì)氧原子擴(kuò)散進(jìn)行阻擋的材料制成。也有經(jīng)受處理?xiàng)l件的類型。這樣，氮化硅(具有通用化學(xué)式SixNy，其中一對(duì)配位系數(shù)(X，y)可以被假定為不 同的值)是形成掩膜的優(yōu)選材料，因?yàn)槠淙菀讓?shí)現(xiàn)(即沉積，在溶解處理之后去除)，以及并 不對(duì)硅造成污染。但是，任何其他可以阻擋氧擴(kuò)散以及可以經(jīng)受處理?xiàng)l件的材料都可以用于形成掩膜。掩膜典型的具有1到50nm之間的厚度，優(yōu)選的具有20nm量級(jí)的厚度。在溶解處理之后，可以通過干式或者濕式蝕刻去除掩膜。一般而言，本發(fā)明提出通過至少部分的將掩膜埋入半導(dǎo)體層的厚度中而降低下沉 導(dǎo)致的高度差。在這種情況下，術(shù)語“埋入”被理解為掩膜的基底(即與自由表面相對(duì)的面，其和 半導(dǎo)體層的材料接觸)位于半導(dǎo)體層的材料的厚度中。換言之，掩膜基底的高度低于半導(dǎo) 體層的暴露區(qū)域的表面的高度。本發(fā)明考慮掩膜被部分埋入的情況，S卩，掩膜的自由表面(或者說上表面)比半 導(dǎo)體層的暴露表面的高度還高，以及掩膜的上表面和半導(dǎo)體層的暴露表面的高度相等的情 況，掩膜從而被稱為“埋入”。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，如圖2A到2D所示，通過選擇性的氮化待被掩膜覆蓋的 硅層的區(qū)域的過程而形成SixNy掩膜。對(duì)此，參考圖2A，待被暴露在氣氛中的硅層3的區(qū)域3a被保護(hù)為不受溶解熱處理。就此而言，執(zhí)行本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的光刻步驟，其包括光敏樹脂的沉積，樹脂通 過掩膜曝光從而使所需區(qū)域聚合，以及然后進(jìn)行蝕刻從而去除未聚合的樹脂，從而僅在區(qū) 域3a上覆蓋保護(hù)性樹脂(protective resin) 5。接下來，執(zhí)行結(jié)構(gòu)的氮化處理由于區(qū)域3a被保護(hù)性樹脂5所保護(hù)，僅互補(bǔ)的未保 護(hù)區(qū)域經(jīng)受氮化處理。與上述描述的傳統(tǒng)的形成掩膜的過程相反，氮化具有消耗硅層3的一部分材料的 效應(yīng)，從而掩膜4的基底如(即掩膜4的與其自由表面相對(duì)的面)所在的高度低于硅層的 暴露區(qū)域3a的自由表面，如圖2B所示。這樣，SixNy的厚層4形成的越厚，該層的基底如就越進(jìn)入硅層3的厚度中。在特別有利的形式中，調(diào)整氮化過程的參數(shù)，從而掩膜埋入部分的厚度基本上等 于氧化物層2的厚度的1.5倍。這樣，掩膜4的厚度的下部(埋入部分)位于暴露區(qū)域3a的自由表面的高度以下，
9而上部位于該高度以上。參考圖2C，在形成掩膜4之后，去除保護(hù)性樹脂5，從而暴露出區(qū)域3a。接下來，在上述條件下執(zhí)行溶解。在完成溶解處理之后，暴露區(qū)域3a的自由表面的高度減小氧化物層2的初始厚度 的1.5倍的量級(jí)。在圖2D中顯示了得到的結(jié)構(gòu)。暴露區(qū)域3a的自由表面從而與掩膜覆蓋的區(qū)域位于基本相同的高度。從而，沒有觀測到半導(dǎo)體層表面的下沉。這樣，得到這樣的外形，由于最后的硅層具有基本上平坦的表面，其更適合于形成 部件。作為氮化的有利的替代例，通過對(duì)保護(hù)性樹脂5 (如圖2A所示)覆蓋的半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)進(jìn)行氮等離子體處理而形成掩膜4。當(dāng)該結(jié)構(gòu)被帶回到環(huán)境氣氛中時(shí)，這樣的等離子體處理導(dǎo)致形成氮氧化硅(一般 的化學(xué)式是SiON，其中配比系數(shù)可以變化)制成的掩膜。該等離子體處理具有兩個(gè)主要效果。第一個(gè)效果是蝕刻半導(dǎo)體層的表面，從而在該層中形成溝槽。根據(jù)等離子體處理 的持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度，從而能夠形成具有深度5到20nm的溝槽。等離子體處理的第二個(gè)效果是在暴露區(qū)域中在大約5到IOnm的厚度中修改半導(dǎo) 體層的上部區(qū)域的性質(zhì)，從而形成SiON掩膜。該處理從而以非常簡單的方式形成掩膜。在所述氮等離子體處理之前，可以(通過調(diào)整強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間)執(zhí)行更積極的等 離子體處理，從而如果有需要?jiǎng)t蝕刻出更深的溝槽。除了執(zhí)行更簡單以外，氮等離子體處理能夠形成薄的(例如幾納米，例如5nm)埋 入掩膜，導(dǎo)致溶解之后具有更好的外形。涉及第一實(shí)施例的示例起始點(diǎn)是SOI結(jié)構(gòu)，其從基底到其表面包括襯底、IOnm厚的氧化物層和薄的70nm
厚的硅層。在薄的硅層上形成樹脂圖案，從而保護(hù)將要在溶解熱處理的氣氛中暴露的區(qū)域。接下來，在700到1000攝氏度之間的溫度在氮?dú)夥罩袌?zhí)行退火，從而在硅層上沒 有被樹脂覆蓋的區(qū)域上形成SixNy掩膜。在去除保護(hù)性樹脂之后，得到SixNy掩膜，其具有30nm的總厚度，部分埋入在硅中。否則，執(zhí)行氮等離子體處理從而在硅層上沒有被樹脂覆蓋的區(qū)域上形成厚度大約 為5nm的SiON掩膜。然后在1200攝氏度情況下執(zhí)行1小時(shí)上述溶解處理，從而在氧化物層中的對(duì)應(yīng)于 硅層的暴露區(qū)域的區(qū)域中溶解氧化物層的整個(gè)厚度。根據(jù)第二實(shí)施例，如圖3A到3D所示，將要在局部溶解處理中暴露的區(qū)域3a被保 護(hù)性樹脂5保護(hù)。就此而言，如上文所述，執(zhí)行如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的光刻技術(shù)。參考圖3A，硅層3表面的未被保護(hù)的區(qū)域接下來被蝕刻，從而形成特定深度的溝 槽北。就此而言，例如執(zhí)行干式蝕刻，比如等離子體蝕刻。參考圖:3B，執(zhí)行與第一實(shí)施例描述的相似的氮化處理。
氮化的效果是在溝槽北中形成SixNy掩膜，同時(shí)相似的消耗硅層3的一部分。通過適應(yīng)溝槽北的深度和由此形成的掩膜4b的厚度，能夠確保掩膜的上表面4b 和在溶解處理中將要暴露的區(qū)域3a平齊。在特別有利的方式中，溝槽北的深度被確定為掩膜的埋入部分的厚度是氧化物 層2的厚度的1.5倍的量級(jí)。因此相對(duì)于被掩膜4覆蓋的區(qū)域而言，硅層的暴露區(qū)域3a具有氧化物層的厚度的 1.5倍量級(jí)的附加厚度。可以注意到，可以通過執(zhí)行上文所述的氮等離子體處理而同時(shí)執(zhí)行形成溝槽的步 驟和形成掩膜的步驟。在這種情況下，掩膜由氮氧化硅制成。參考圖3C，在溶解處理之前去除保護(hù)性樹脂5，從而將區(qū)域3a暴露。該初始附加的厚度從而補(bǔ)償局部溶解處理之后出現(xiàn)的暴露區(qū)域，如圖3D所示。根據(jù)第二實(shí)施例的替代例，如圖4A和4B所示，可以連續(xù)執(zhí)行下列步驟。如同在第二實(shí)施例中，在通過保護(hù)性樹脂保護(hù)將要暴露于溶解處理中的半導(dǎo)體層 3的區(qū)域3a之后(與圖3A作比較)，形成溝槽北。參考圖4A，所述保護(hù)性樹脂接下來被去除，然后氮化硅被沉積在SOI的整個(gè)表面 上，即沉積在溝槽北和待暴露的區(qū)域3a上然后得到這樣的結(jié)構(gòu)，沉積的氮化硅的表面的 剖面平行于被蝕刻的硅層3的表面的剖面。特別是由此溝槽北被填充有氮化硅4。在下面的步驟中，如圖4B所示，通過CMP(化學(xué)機(jī)械平坦)平坦化氮化硅的表面， 直到到達(dá)待暴露在溶解處理中的硅層的區(qū)域3a的上表面。然后可以對(duì)得到的結(jié)構(gòu)實(shí)施溶解處理。與此替代例相聯(lián)系的示例起始點(diǎn)是SOl結(jié)構(gòu)，其從基底到其表面包括襯底、IOnm厚的氧化物層和薄的70nm
厚的硅層。在薄的硅層上形成樹脂圖案，從而保護(hù)待暴露在溶解熱處理的氣氛中的區(qū)域。在沒有被樹脂保護(hù)的區(qū)域中，通過干式蝕刻的方式形成深度15nm的溝槽，然后去 除保護(hù)性樹脂。然后在得到的結(jié)構(gòu)的整個(gè)表面上沉積SixNy，厚度大于溝槽的深度。接下來經(jīng)過CMP進(jìn)行氮化硅的平坦化。然后在1200攝氏度情況下執(zhí)行1小時(shí)上述溶解處理，從而在氧化物層中的對(duì)應(yīng)于 硅層的暴露區(qū)域的區(qū)域中溶解氧化物層的整個(gè)厚度。根據(jù)在第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中執(zhí)行的氮化處理的替代例，可以在硅半導(dǎo)體層 中通過低能氮注入的方式形成SixNy掩膜。在注入之前，半導(dǎo)體層的表面覆蓋有足夠厚的掩膜，從而在半導(dǎo)體層上沒有形成 掩膜的區(qū)域中阻擋氮離子的注入。在半導(dǎo)體層的表面，在硅矩陣中注入的氮離子形成SixNy。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠確定注入?yún)?shù)(劑量、能量)從而形成用于掩膜的期望厚度 的氮化硅。
權(quán)利要求
1.一種處理絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)的方法，所述絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)連續(xù)包括支撐 襯底(1)、氧化物層( 和薄半導(dǎo)體層(3)，所述方法包括下列步驟(a)在所述薄半導(dǎo)體層C3)上形成氮化硅或氮氧化硅掩膜G)，從而在所述層C3)的表 面確定所謂的暴露區(qū)域(3a)，所述暴露區(qū)域(3a)未被掩膜00)覆蓋，并且以所需圖案設(shè) 置，(b)在中性或受控的還原氣氛中以及在受控的溫度和時(shí)間條件下進(jìn)行熱處理，從而引 發(fā)所述氧化物層O)中的至少一部分氧擴(kuò)散穿過所述薄半導(dǎo)體層(3)，從而導(dǎo)致在氧化物 層的對(duì)應(yīng)于所述所需圖案的區(qū)域Oa)中在氧化物的厚度上的受控還原，其特征在于，在步驟(a)中，所述掩膜(4)被形成為至少部分的埋入在所述薄半導(dǎo)體層 ⑶的厚度中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(a)中，所述掩膜(4)的形成涉及 消耗所述半導(dǎo)體層(3)的至少一部分厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，通過對(duì)所述半導(dǎo)體層C3)的氮等離子 體處理而形成所述掩膜(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，通過氮化所述半導(dǎo)體層C3)的材料而 形成所述掩膜，從而導(dǎo)致消耗所述半導(dǎo)體層的厚度的一部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，包含在掩膜(4)的基底Ga)和暴露區(qū)域 (3a)的自由表面之間的一部分掩膜的厚度被選擇為基本上等于所述結(jié)構(gòu)的氧化物層 (2)的厚度的1.5倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述掩膜(4)的厚度在1到50nm之 間，以及通過在700到1000攝氏度之間的溫度下在氮?dú)夥罩袑?duì)所述結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火而執(zhí)行氮化步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，通過在所述半導(dǎo)體層C3)的表面注入 氮而形成所述掩膜(4)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟(a)包括下列步驟(i)蝕刻所述薄半導(dǎo)體層(3)，從而在預(yù)計(jì)有掩膜的位置形成溝槽(3b)；( )在所述溝槽(3b)中形成所述掩膜G)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在所述步驟(i)中形成的溝槽(3b)具有 基本上等于所述結(jié)構(gòu)的氧化物層O)的厚度的1. 5倍的深度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，形成的掩膜的表面Gb)和所述半導(dǎo) 體層的所述暴露區(qū)域(3a)的表面平齊。
11.根據(jù)權(quán)利要求8到10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述掩膜的厚度在1到 50nm之間，以及所述步驟(ii)包括氮等離子體處理、或者氮化所述溝槽(3b)或者在所述溝 槽(3b)的半導(dǎo)體材料的表面注入氮。
12.根據(jù)權(quán)利要求8到10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，形成掩膜的步驟(ii)包 括下列步驟在所述步驟(i)中得到的結(jié)構(gòu)上，在大于所述溝槽(3b)深度的厚度上沉積氮化硅；對(duì)在前一步驟中沉積的氮化硅平坦化，直到達(dá)到所述半導(dǎo)體層的所述暴露區(qū)域(3a)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體層(3)由硅制成，以及具有小于5000 A的厚度，優(yōu)選的小于2500 A。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種處理絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)的方法，所述絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)連續(xù)包括支撐襯底(1)、氧化物層(2)和薄半導(dǎo)體層(3)，所述方法包括下列步驟(a)在薄半導(dǎo)體層(3)上形成氮化硅或氮氧化硅掩膜(4)，從而在所述層(3)的表面確定所謂的暴露區(qū)域(3a)，所述暴露區(qū)域(3a)未被掩膜(40)覆蓋，并且以所需圖案設(shè)置，(b)在中性或受控的還原氣氛中以及在受控的溫度和時(shí)間條件下進(jìn)行熱處理，從而引發(fā)氧化物層(2)中的至少一部分氧擴(kuò)散穿過薄半導(dǎo)體層(3)，由此導(dǎo)致在氧化物層的對(duì)應(yīng)于所述所需圖案的區(qū)域(2a)中在氧化物的厚度上的受控還原。在步驟(a)中，形成掩膜(4)，從而至少部分的將其埋入在薄半導(dǎo)體層(3)的厚度中。
文檔編號(hào)H01L21/762GK102119440SQ200980131338
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2009年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月23日
發(fā)明者C·維提澤, D·朗德呂, E·吉奧特, F·格里蒂, O·科農(nóng)丘克 申請(qǐng)人:S.O.I.Tec絕緣體上硅技術(shù)公司