硅的外延生长方法、半导体器件及其形成方法技术

本发明专利技术提供了一种硅的外延生长方法、半导体器件及其形成方法。包括：提供一半导体衬底，半导体衬底具有一有源区和一隔离区；执行非选择性外延生长工艺，以在有源区上生长第一晶体硅层，以及在隔离区上生长第二晶体硅层；执行选择性刻蚀工艺，以选择性去除第二晶体硅层；以及，执行选择性外延生长工艺，以在第一晶体硅层上外延生长出第三晶体硅层，第一晶体硅层和第三晶体硅层具有相同的晶向，并共同用于形成一外延层。本发明专利技术中的硅的外延生长方法，最终生长出的外延层的外延厚度与外延宽度的比值在4/5～5/3范围内可调控，保证了最终形成的半导体器件的性能和适用性。

Epitaxy Growth of Silicon, Semiconductor Devices and Their Formation

The invention provides a silicon epitaxy growth method, a semiconductor device and a forming method thereof. These include: providing a semi-conductor substrate with an active region and an isolation region on the semiconductor substrate; performing a non-selective epitaxy growth process to grow the first crystal silicon layer on the active region, and a second crystal silicon layer on the isolation region; performing a selective etching process to selectively remove the second crystal silicon layer; and performing a selective epitaxy growth process to selectively remove the second crystal silicon layer on the first crystal. The third crystal silicon layer is epitaxially grown on bulk silicon layer. The first crystal silicon layer and the third crystal silicon layer have the same crystal orientation and are used together to form an epitaxy layer. The epitaxy growth method of the silicon in the invention can adjust the ratio of the epitaxy thickness and the epitaxy width of the epitaxy layer eventually grown in the range of 4/5-5/3, thus ensuring the performance and applicability of the final formed semiconductor device.

【技术实现步骤摘要】
硅的外延生长方法、半导体器件及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种硅的外延生长的方法、半导体器件及其形成方法。
技术介绍
在半导体制造领域中，常常需要在半导体衬底上形成外延层。具体的，半导体衬底上通常包括有源区和隔离区，其中，隔离区位于有源区的外围，用于隔离所述有源区，外延层形成于有源区上。理想状态下，希望所形成的外延层的厚度和宽度)具有一定的比例，也即一定的形貌尺寸特征。而针对不同的半导体衬底而言，外延层的厚度与宽度的比值的具体要求也不同。如在隔离区较小的半导体衬底上需要尽可能的减少外延层的宽度(也即是要求外延层具有较大的厚度和宽度比值)，以避免外延层与邻近有源区较大面积接触；在有源区面积较小的半导体衬底上需要增大外延层的宽度(即要求外延层具有较小的厚度与宽度的比值)，以增加金属接触的面积。传统的工艺中，一般会采用选择性外延生长工艺在半导体衬底的有源区上形成外延层。然而，采用选择性外延生长工艺在有源区上所生长的外延层的横向长度难以调控，导致最终形成的外延层的厚度与宽度的比值不可调节，适用性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种硅的外延生长方法及半导体器件的形成方法，以解决现有的硅的外延生长方法所生长出的外延层的适用性较差的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种硅的外延生长方法，所述方法包括：提供一半导体衬底，所述半导体衬底具有一有源区和一隔离区；执行非选择性外延生长工艺，以在所述半导体衬底的所述有源区上生长第一晶体硅层，以及在所述隔离区上生长第二晶体硅层；执行选择性刻蚀工艺，以选择性去除所述隔离区上的所述第二晶体硅层；以及，执行选择性外延生长工艺，以在所述有源区的所述第一晶体硅层上选择性外延生长出第三晶体硅层，所述第一晶体硅层和所述第三晶体硅层具有相同的晶向，并共同用于形成一外延层。可选的，所述半导体衬底的所述有源区的材质包括硅，所述半导体衬底的所述隔离区的材质包括氧化硅。可选的，所述第一晶体硅层和所述第三晶体硅层均包括单晶硅，所述第二晶体硅层包括多晶硅。可选的，在所述有源区上非选择性外延生长出的所述第一晶体硅层的外延厚度与外延宽度的比值大于等于5/3，其中，所述第一晶体硅层的外延厚度为所述第一晶体硅层在高度方向上的厚度，所述第一晶体硅层的外延宽度为所述第一晶体硅层在平行于半导体衬底表面的方向上，从所述有源区边界往远离所述有源区的方向超出所述有源区边界的宽度。可选的，在所述有源区上选择性外延生长出的所述第三晶体硅层的外延厚度和外延宽度的比值小于等于4/5，其中，所述第三晶体硅层的外延厚度为所述第三晶体硅层位于所述第一晶体硅层上方的部分在高度方向上的厚度，所述第三晶体硅层的外延宽度为所述第三晶体硅层位于所述第一晶体硅层侧壁的部分在平行于半导体衬底表面的方向上的宽度。可选的，所述非选择性外延生长工艺、所述选择性刻蚀工艺以及所述选择性外延生长工艺的工艺气体均包括硅源和氯化氢，并且所述非选择性外延生长工艺以及所述选择性外延生长工艺中所述硅源和所述氯化氢的比例不同。可选的，所述硅源包括氯化硅、三氯甲硅烷、二氯甲硅烷和硅烷的其中一种或多种的组合。可选的，执行所述非选择性外延生长工艺时，所述硅源和所述氯化氢的流量比例范围介于6:3～7:2之间；以及，执行所述选择性外延生长工艺时，所述硅源和所述氯化氢的流量比例范围介于1:2～2:1之间。可选的，执行所述选择性刻蚀工艺时所采用的工艺气体包括二氯甲硅烷和氯化氢，其中二氯甲硅烷和所述氯化氢的流量比例范围介于1:2～2:1之间。此外，为实现上述目的，本专利技术还提供了一种半导体器件的形成方法，包括：如上所述的硅的外延生长方法。可选的，所述半导体器件的半导体衬底中定义有有源区，所述有源区形成有一源区和一漏区，并在所述源区和所述漏区上均形成有外延层。可选的，所述半导体衬底为绝缘层上硅衬底，所述绝缘层上硅衬底包括一绝缘层和位于所述绝缘层上的硅基底，所述硅基底的厚度小于等于25nm。进一步地，本专利技术还提供了一种半导体器件，包括：一半导体衬底，所述半导体衬底具有一有源区和一隔离区；第一晶体硅层，非选择性外延生长在所述半导体衬底的所述有源区上，并且所述第一晶体硅层的外延厚度与外延宽度的比值大于等于5/3，其中，所述第一晶体硅层的外延厚度为所述第一晶体硅层在高度方向上的厚度，所述第一晶体硅层的外延宽度为所述第一晶体硅层在平行于半导体衬底表面的方向上，从所述有源区边界往远离所述有源区的方向超出所述有源区边界的宽度；第三晶体硅层，选择性外延生长在所述第一晶体硅层上，并且所述第三晶体硅层的外延厚度和外延宽度的比值小于等于4/5，并与所述第一晶体硅层共同用于构成一外延层，其中，所述第三晶体硅层的外延厚度为所述第三晶体硅层位于所述第一晶体硅层上方的部分在高度方向上的厚度，所述第三晶体硅层的外延宽度为所述第三晶体硅层位于所述第一晶体硅层侧壁的部分在平行于半导体衬底表面的方向上的宽度。可选的，所述外延层的外延厚度与外延宽度的比值范围至少介于4/5～5/3之间，其中，所述外延层的外延厚度为所述外延层在高度方向上的厚度，所述外延层的外延宽度为所述外延层在平行于半导体衬底表面的方向上，从所述有源区边界往远离所述有源区的方向超出所述有源区边界的宽度。综上所述，本专利技术提供的硅的外延生长方法，利用非选择性外延生长工艺同时在有源区上生长第一晶体硅层和在隔离区上生长第二晶体硅层，此时即可以在第二晶体硅层的阻挡下，减小第一晶体硅层横向生长的空间，从而使第一晶体硅层横向生长至隔离区的部分减小，进而可以实现所形成的第一晶体硅层的外延厚度和外延宽度的比值较大(例如，大于等于5/3)；并且，采用选择性外延生长工艺在第一晶体硅层上生长出第三晶体硅层，第三晶体硅层的外延厚度和外延宽度的比值较小(例如，小于等于4/5)。之后，第三晶体硅层与第一晶体硅层共同用于形成外延层。则可通过调节第一晶体硅层和第三晶体硅层的外延厚度，使得外延层的外延厚度和外延宽度的比值至少在4/5～5/3范围可调，该调控方式简单且具有广泛的适用性。附图说明图1是本专利技术一实施例的硅的外延生长方法的流程示意图；图2-5是本专利技术一实施例的硅的外延生长方法在其制备过程中的结构示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种硅的外延生长方法，所述方法包括：提供一半导体衬底，所述半导体衬底具有一有源区和一隔离区；执行非选择性外延生长工艺，以在所述半导体衬底的所述有源区上生长第一晶体硅层，以及在所述隔离区上生长第二晶体硅层；执行选择性刻蚀工艺，以选择性去除所述隔离区上的所述第二晶体硅层；以及，执行选择性外延生长工艺，以在所述有源区的所述第一晶体硅层上选择性外延生长出第三晶体硅层，所述第一晶体硅层和所述第三晶体硅层具有相同的晶向，并共同用于形成一外延层。即，本专利技术提供的硅的外延生长方法，基于利用非选择性外延生长工艺所形成的第一晶体硅层具有较大的外延厚度和外延宽度比(例如可以为5/3)，利用选择性外延生长工艺所形成的第三晶体硅层具有较小的外延厚度和外延宽度比(例如可以为4/5)，则二者结合共同形成的外延层，具有外延厚度和外延宽度比至少在4/5～5/3范围可调的适用性。如此一来，在确保所述外延层的外延厚度满足需求的情况下，能够灵活控制外延层的横向外延生长的外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅的外延生长方法，其特征在于，所述方法包括：提供一半导体衬底，所述半导体衬底具有一有源区和一隔离区；执行非选择性外延生长工艺，以在所述半导体衬底的所述有源区上生长第一晶体硅层，以及在所述隔离区上生长第二晶体硅层；执行选择性刻蚀工艺，以选择性去除所述隔离区上的所述第二晶体硅层；以及，执行选择性外延生长工艺，以在所述有源区的所述第一晶体硅层上选择性外延生长出第三晶体硅层，所述第一晶体硅层和所述第三晶体硅层具有相同的晶向，并共同用于形成一外延层。

【技术特征摘要】
1.一种硅的外延生长方法，其特征在于，所述方法包括：提供一半导体衬底，所述半导体衬底具有一有源区和一隔离区；执行非选择性外延生长工艺，以在所述半导体衬底的所述有源区上生长第一晶体硅层，以及在所述隔离区上生长第二晶体硅层；执行选择性刻蚀工艺，以选择性去除所述隔离区上的所述第二晶体硅层；以及，执行选择性外延生长工艺，以在所述有源区的所述第一晶体硅层上选择性外延生长出第三晶体硅层，所述第一晶体硅层和所述第三晶体硅层具有相同的晶向，并共同用于形成一外延层。2.如权利要求1所述的硅的外延生长方法，其特征在于，所述半导体衬底的所述有源区的材质包括硅，所述半导体衬底的所述隔离区的材质包括氧化硅。3.如权利要求2所述的硅的外延生长方法，其特征在于，所述第一晶体硅层和所述第三晶体硅层均包括单晶硅，所述第二晶体硅层包括多晶硅。4.如权利要求1所述的硅的外延生长方法，其特征在于，在所述有源区上非选择性外延生长出的所述第一晶体硅层的外延厚度与外延宽度的比值大于等于5/3，其中，所述第一晶体硅层的外延厚度为所述第一晶体硅层在高度方向上的厚度，所述第一晶体硅层的外延宽度为所述第一晶体硅层在平行于半导体衬底表面的方向上，从所述有源区边界往远离所述有源区的方向超出所述有源区边界的宽度。5.如权利要求1所述的硅的外延生长方法，其特征在于，在所述有源区上选择性外延生长出的所述第三晶体硅层的外延厚度和外延宽度的比值小于等于4/5，其中，所述第三晶体硅层的外延厚度为所述第三晶体硅层位于所述第一晶体硅层上方的部分在高度方向上的厚度，所述第三晶体硅层的外延宽度为所述第三晶体硅层位于所述第一晶体硅层侧壁的部分在平行于半导体衬底表面的方向上的宽度。6.如权利要求1所述的硅的外延生长方法，其特征在于，所述非选择性外延生长工艺以及所述选择性外延生长工艺的工艺气体均包括硅源和氯化氢，并且所述非选择性外延生长工艺以及所述选择性外延生长工艺中所述硅源和所述氯化氢的比例不同。7.如权利要求6所述的硅的外延生长方法，其特征在于，所述硅源包括氯化硅、三氯甲硅烷、二氯甲硅烷和硅烷的其中一种或多种的组合。8.如权利要求6所述的硅的外延生长方法，其特征在于，执行所述非选择性外延生长工艺时，所述硅源和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄康，徐灵芝，张志刚，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31