專利名稱：一種局部化soi和goi器件結(jié)構(gòu)及其工藝集成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成電路工藝集成方法，尤其涉及一種局部化SOI和GOI器件結(jié)構(gòu)及其工藝集成方法。
背景技術(shù)：
集成電路發(fā)展到目前極大規(guī)模的納米技術(shù)時(shí)代，要進(jìn)一步提高芯片的集成度和運(yùn)行速度，而現(xiàn)有的常規(guī)硅材料和工藝正接近它們的物理極限，在進(jìn)一步減小集成電路的特征尺寸方面遇到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，必須在材料和工藝上有新的重大突破。目前，在材料方面重點(diǎn)開發(fā)絕緣體上硅、應(yīng)變硅、鍺硅、金屬柵、低k及高k介質(zhì)材料等。業(yè)界公認(rèn)，SOI技術(shù)已成為納米技術(shù)時(shí)代取代現(xiàn)有單晶硅材料的解決方案之一，是維持摩爾定律走勢的利器。SOI (Silicon On hsulator，絕緣襯底上硅)技術(shù)是在頂層硅和背襯底之間引入了一層埋氧化層(Box)。通過在絕緣體上形成半導(dǎo)體薄膜使得SOI材料具有了體硅所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)集成電路中元器件的介質(zhì)隔離，徹底消除了體硅CMOS電路中的寄生閂鎖效應(yīng)。由于鍺和硅同處于同一周期族內(nèi)，兩者有共同相同性質(zhì)，開始有將鍺代替硅來制作絕緣體上硅，就形成GOI (Germanium On hsulator，絕緣體上鍺)。GOI是在高K介質(zhì)淀積技術(shù)上發(fā)展起來的，同樣也被看做延續(xù)摩爾定律發(fā)展的新材料。目前，業(yè)界在SOI和GOI的器件研究主要是分別在SOI晶片和GOI晶片上的器件制備，而針對(duì)SOI和GOI的器件工藝集成研究不多?；赟OI和基于GOI的器件各有優(yōu)勢，基于兩者的器件工藝集成很有研究的意義。一般將NMOS制備于SOI上，PMOS制備于GOI上。Tsutomu iTezuka 等人在 2005 年出版 Symposium on VLSI 會(huì)議上發(fā)表《A New Strained-S0I/G0I Dual CMOS Technology Based on Local Condensation Technique〉〉白勺論文中提出一種以SOI為襯底，針對(duì)SOI器件和GOI器件的工藝集成方法，其中GOI的形成使用了局部鍺氧化濃縮技術(shù)。但該工藝集成方法只是針對(duì)GOI器件的溝道區(qū)域使用局部氧化濃縮技術(shù)形成鍺層，工藝過于復(fù)雜，需要兩次光刻和刻蝕形成硬掩膜，進(jìn)行兩次局部氧化濃縮工藝，并且存在光刻對(duì)準(zhǔn)誤差的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)在集成SOI器件和GOI器件工藝中出現(xiàn)的問題，提出一種利用鍺氧化濃縮技術(shù)基于全局化SOI襯底晶片進(jìn)行局部化SOI器件和GOI器件工藝集成方法，可以減少光刻、刻蝕及局部氧化濃縮工藝的次數(shù)，提高光刻對(duì)準(zhǔn)率。為了實(shí)現(xiàn)上述目的提供一種SOI和GOI器件局部化制備工藝集成方法，其特征在于，包括以下順序步驟
步驟1 在SOI晶片上依次淀積硬掩膜層和光刻膠層，對(duì)光刻膠層進(jìn)行圖像化處理并形成開口，對(duì)開口中暴露的硬掩膜層進(jìn)行刻蝕，形成GOI區(qū)域窗口 ；步驟2 對(duì)硬掩膜層窗口中暴露出的SOI晶片的頂層硅進(jìn)行刻蝕，刻蝕至不露出SOI晶片的埋氧層為止，使得窗口內(nèi)有一薄層硅片覆蓋在窗口下方的埋氧層；
步驟3 在窗口內(nèi)的薄層硅片上進(jìn)行SiGe選擇性外延生長，使得外延窗口內(nèi)生長滿 Si1^xGex層，其中所述SihGex中χ大于0小于1的數(shù)值； 步驟4 刻蝕去除覆蓋在SOI晶片上的硬掩膜層；
步驟5 進(jìn)行晶片表面全局化干氧氧化處理；當(dāng)SihGe5x層中鍺含量達(dá)到定值后，停止干氧氧化并去除SOI晶片表面的二氧化硅；
步驟6 在形成的鍺層和SOI晶片的頂部硅層的表面沉積一薄層硅外延層；
步驟7 對(duì)上述形成的具有GOI的SOI晶片進(jìn)行淺槽隔離、SOI器件和GOI器件制備。在上述提供集成方法中，其中所述步驟3中，SihGe5x層生長完成后去除硬掩膜層上面多余的SihGex,并將SihGi5x回刻到硬掩膜層下Si界面位置。在上述提供集成方法中，其中所述步驟3中的回刻為干法刻蝕或者濕法刻蝕。在上述提供集成方法中，其中所述步驟4中的刻蝕為濕法刻蝕。在上述提供集成方法中，其中所述硬掩膜層為氮化硅。在上述提供集成方法中，其中所述SOI器件和GOI器件的柵極介質(zhì)層是Si02、 SiON、高k介質(zhì)中的一種。在上述提供集成方法中，其中所述SOI器件和GOI器件的柵極是多晶硅、由金屬層和多晶硅形成的疊層、金屬層中的一種。在上述提供集成方法中，其中所述SOI器件和GOI器件的柵極形成方式是 Gate-first 或是 Gate-Iast0在上述提供集成方法中，其中所述步驟5中除SOI晶片表面的二氧化硅采用濕法刻蝕。本發(fā)明提供的一種SOI和GOI器件局部化制備工藝集成方法，將SOI器件和GOI 器件局部集成化，減少現(xiàn)有集成工藝中出現(xiàn)需要多次光刻、刻蝕以及局部氧化濃縮的步驟， 解決了光刻對(duì)準(zhǔn)存在誤差問題，簡化SOI和GOI器件的局部化制備工藝。


圖1是SOI晶片結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例中形成GOI區(qū)域窗口后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例中完成對(duì)SOI晶體頂層硅刻蝕后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例中完成SiGe選擇性外延生長后或者SiGe回刻后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例中除去硬掩膜層后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明實(shí)施例中進(jìn)行干氧氧化后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明實(shí)施例中除去二氧化硅層后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本發(fā)明實(shí)施例中在鍺層和SOI晶片的頂部硅層覆蓋硅外延薄層后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是本發(fā)明實(shí)施例中SOI器件和GOI器件集成化形成結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種基于全局化SOI襯底晶片，利用鍺氧化濃縮技術(shù)進(jìn)行局部化SOI 器件和GOI器件工藝集成方法。對(duì)SOI晶片進(jìn)行硬掩膜層(一般選用氮化硅)淀積、光刻、刻蝕等工藝，形成GOI區(qū)域窗口的硬掩膜。在GOI區(qū)域窗口中暴露的SOI晶片頂層硅進(jìn)行刻蝕，刻蝕到在窗口下方的埋氧層上僅覆蓋有一薄層硅層為止，該窗口作為后續(xù)SiGe外延的籽晶。在之前形成窗口中進(jìn)行SiGe選擇性外延生長(Selective Epitaxial Growth, SEG), 使得外延窗口內(nèi)生長滿SihGepSihGi5x中χ大于0小于1的數(shù)值。通過刻蝕，將SOI晶片和鍺層上覆蓋的硬掩膜層去除。進(jìn)行全局化晶片表面干氧氧化。將SihGe5x層中的Si進(jìn)行氧化濃縮，同樣對(duì)于SOI晶片其他硅區(qū)域也進(jìn)行干氧氧化。待SihGe5x層中鍺的含量接近或達(dá)到100%，停止干氧氧化，即形成了 GOI材料。鍺的含量也可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)要求來確定。由于頂部硅層與SihGe5x層表面同時(shí)在進(jìn)行干氧氧化處理，去除表面二氧化硅后的頂部硅層與鍺層表面處于同一平面。鑒于鍺氧化層性質(zhì)的不穩(wěn)定，需要在表面上外延一薄層硅外延層(Si Epi Liner)。在之前形成的具有SOI和GOI復(fù)合結(jié)構(gòu)的晶片上制備淺槽隔離，其中 Si和Ge交接處必須制備淺槽隔離，以消除截面對(duì)器件的影響。之后對(duì)晶片分別進(jìn)行SOI器件和GOI器件的制備。鍺的電子和空穴遷移率都比硅快的多，分別為是硅的2. 9倍和3. 8倍，而且由于鍺具有良好的固溶性，通過常規(guī)的離子注入和高溫退火，很容易形成結(jié)，常用的金屬材料與鍺可以生成金屬鍺化物作金屬接觸。在高k介質(zhì)淀積技術(shù)的發(fā)展結(jié)合絕緣體上鍺襯底工藝，使得鍺材料在半導(dǎo)體工業(yè)中展現(xiàn)出了新的活力?；贕OI材料的CMOS工藝能和硅 CMOS工藝兼容，鍺較低的禁帶寬度有利于進(jìn)一步降低電壓和功耗，GOI材料被認(rèn)為是可以在22nm及以下特征尺寸上延續(xù)摩爾定律的很好的材料。鍺氧化濃縮技術(shù)是制備SGOI (SiGe On hsulator)和GOI的主要方法之一，這種方法首先在SOI片上外延低鍺含量的SihGi5x層，然后通過高溫干氧氧化提高SihGi5x層中鍺的含量，直到鍺含量接近或達(dá)到100%形成GOI材料。下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)行詳細(xì)描述，以使更好的理解本發(fā)明創(chuàng)造，但下述描述并不限制本發(fā)明的范圍。如圖1所示，SOI晶片由其底層的P型硅襯底(P-Sub)、其中間層埋氧層(Box)及頂層硅所組成。在SOI晶片上依次淀積氮化硅硬掩膜層(Hard Mask，HM)和光刻膠層，對(duì)光刻膠層進(jìn)行圖像化處理并形成開口，對(duì)開口中暴露的氮化硅硬掩膜層進(jìn)行刻蝕，圖2是形成GOI區(qū)域窗口的氮化硅硬掩膜后的結(jié)構(gòu)圖。如圖3所示，對(duì)硬掩膜層窗口中暴露出的SOI晶片的頂層硅刻蝕，刻蝕至不露出 SOI晶片的埋氧層為止，使得窗口內(nèi)有一薄層硅片覆蓋在窗口下方的埋氧層。如圖4所示，在窗口內(nèi)的薄層硅片上進(jìn)行SiGe選擇性外延生長，使得外延窗口內(nèi)生長滿SihGe5x層，或者在SihGe5x生長后進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨去除硬掩膜層上面多余的 SihGex,然后將SihGe5x回刻(etch back)到硬掩膜層下Si界面位置。采用濕法刻蝕去除覆蓋在SOI晶片上的硬掩膜層，刻蝕后的結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。如圖6所示，，進(jìn)行全局化晶片表面干氧氧化處理。當(dāng)SihGex層中鍺含量接近或達(dá)到100%時(shí)，停止干氧氧化并采用濕法刻蝕去除SOI晶片表面的二氧化硅。去除后的結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。如圖8所示，在形成的鍺層和SOI晶片的頂部硅層的表面沉積一薄層硅外延層，用于保護(hù)鍺層。對(duì)形成的具有SOI和GOI的晶片進(jìn)行淺槽隔離、SOI器件和GOI器件制備等后續(xù)處理，即制成的局部化SOI器件和GOI器件。在后續(xù)處理中，SOI器件和GOI器件的柵極介質(zhì)層是Si02、Si0N、高k介質(zhì)中的一種，柵極是多晶硅、由金屬層和多晶硅形成的疊層、金屬層中的一種，柵極形成方式是(iate-f irst或是Gate-last。圖9為形成的一種局部化SOI器件和GOI器件結(jié)構(gòu)的示意圖。 以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種SOI和GOI器件局部化制備工藝集成方法，其特征在于，包括以下順序步驟 步驟1 在SOI晶片上依次淀積硬掩膜層和光刻膠層，對(duì)光刻膠層進(jìn)行圖像化處理并形成開口，對(duì)開口中暴露的硬掩膜層進(jìn)行刻蝕，形成GOI區(qū)域窗口 ；步驟2 對(duì)硬掩膜層窗口中暴露出的SOI晶片的頂層硅進(jìn)行刻蝕，刻蝕至不露出SOI晶片的埋氧層為止，使得窗口內(nèi)有一薄層硅片覆蓋在窗口下方的埋氧層；步驟3 在窗口內(nèi)的薄層硅片上進(jìn)行SiGe選擇性外延生長，使得外延窗口內(nèi)生長滿 Si1^xGex層，其中所述SihGex中χ大于0小于1的數(shù)值； 步驟4 刻蝕去除覆蓋在SOI晶片上的硬掩膜層；步驟5 進(jìn)行晶片表面全局化干氧氧化處理；當(dāng)SihGe5x層中鍺含量達(dá)到定值后，停止干氧氧化并去除SOI晶片表面的二氧化硅；步驟6 在形成的鍺層和SOI晶片的頂部硅層的表面沉積一薄層硅外延層；步驟7 對(duì)上述形成的具有GOI的SOI晶片進(jìn)行淺槽隔離、SOI器件和GOI器件制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成方法，其特征在于，所述步驟3中，SihGe5x層生長完成后去除硬掩膜層上面多余的SihGex，并將SihGe5x回刻到硬掩膜層下Si界面位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成方法，其特征在于，所述步驟3中的回刻為干法刻蝕或者濕法刻蝕。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成方法，其特征在于，所述步驟4中的刻蝕為濕法刻蝕。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成方法，其特征在于，所述硬掩膜層為氮化硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成方法，其特征在于，SOI器件和GOI器件的柵極介質(zhì)層是 SiO2, SiON、高k介質(zhì)中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成方法，其特征在于，SOI器件和GOI器件的柵極是多晶硅、由金屬層和多晶硅形成的疊層、金屬層中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成方法，其特征在于，SOI器件和GOI器件的柵極形成方式是 Gate-first 或是 Gate-Iast0
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成方法，其特征在于，所述步驟5中除SOI晶片表面的二氧化硅采用濕法刻蝕。
全文摘要
本發(fā)明提供一種SOI和GOI器件局部化制備工藝集成方法，包括以下步驟在SOI晶片上依次淀積硬掩膜層和光刻膠層并圖像化形成開口，刻蝕開口中暴露的硬掩膜層，形成GOI區(qū)域窗口；刻蝕硬掩膜層窗口中暴露出的SOI晶片的頂層硅，至不露出SOI晶片的埋氧層為止，使得窗口內(nèi)有薄層硅片覆蓋在窗口下方的埋氧層；在窗口內(nèi)薄層硅片上進(jìn)行SiGe選擇性外延生長，使得外延窗口內(nèi)生長滿Si1-xGex層，其中Si1-xGex中x大于0小于1的數(shù)值；去除覆蓋在SOI晶片上的硬掩膜層；進(jìn)行晶片表面全局化干氧氧化處理；當(dāng)Si1-xGex層中鍺含量達(dá)到定值后，停止干氧氧化并去除二氧化硅；在形成的鍺層和SOI晶片的頂部硅層的表面沉積一薄層硅外延層；對(duì)形成的具有GOI的SOI晶片進(jìn)行淺槽隔離、SOI器件和GOI器件制備。
文檔編號(hào)H01L21/84GK102437129SQ20111025028
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者俞柳江, 陳玉文, 黃曉櫓 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司