SOI器件及其形成方法技术

本发明专利技术提供了一种SOI器件及其形成方法，该方法包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上依次形成牺牲层和第一半导体层；形成栅极结构，其中该栅极结构位于所述第一半导体层上；将所述栅极结构两侧的源极区域和漏极区域内的第一半导体层去除，暴露出所述牺牲层；将所述牺牲层去除，使所述第一半导体层和半导体衬底之间形成空隙；在所述半导体衬底上形成介质层，所述介质层至少填充所述第一半导体层和半导体衬底之间的空隙；在所述源极区域和漏极区域内生长第二半导体层，所述第二半导体层和所述第一半导体层相接。本发明专利技术能够在非SOI晶圆上形成SOI器件，有利于降低成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件及半导体加工工艺，尤其涉及一种SOI器件及其形成方法。
技术介绍
绝缘体上硅(SOI)晶圆能够更好地控制短沟道效应(SCE，Short Channe IEffect),还能够消除结漏电(junct1n leakage)和隔离漏电(isolat1n leakage),而且能减少热载流子注入(HCI, Hot Carrier Inject1n),因而在半导体业界极具吸引力。但是，由于SOI晶圆成本高昂，因而并未广泛地应用在批量化生产的半导体产业中。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种SOI器件及其形成方法，能够在非SOI晶圆上形成SOI器件,有利于降低成本。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种SOI器件的形成方法，包括:提供半导体衬底；在所述半导体衬底上依次形成牺牲层和第一半导体层；形成栅极结构，其中该栅极结构位于所述第一半导体层上；将所述栅极结构两侧的源极区域和漏极区域内的第一半导体层去除，暴露出所述牺牲层；将所述牺牲层去除，使所述第一半导体层和半导体衬底之间形成空隙；在所述半导体衬底上形成介质层，所述介质层至少填充所述第一半导体层和半导体衬底之间的空隙；在所述源极区域和漏极区域内生长第二半导体层，所述第二半导体层和所述第一半导体层相接。根据本专利技术的一个实施例，在所述半导体衬底上形成介质层包括:生长介质层，所述介质层填充所述第一半导体层和半导体衬底之间的空隙并延伸至覆盖所述源极区域和漏极区域内的半导体衬底；将所述源极区域和漏极区域内的介质层刻蚀移除；其中，所述第二半导体层位于所述半导体衬底上。根据本专利技术的一个实施例，在所述半导体衬底上形成介质层包括:生长介质层，所述介质层填充所述第一半导体层和半导体衬底之间的空隙并延伸至覆盖所述源极区域和漏极区域内的半导体衬底；将多余的介质层刻蚀移除，使得所述介质层具有平坦的表面；其中，所述第二半导体衬底位于所述介质层上。根据本专利技术的一个实施例，所述牺牲层的材料为SiGe或Ge。根据本专利技术的一个实施例，所述第一半导体层和第二半导体层的材料为硅。根据本专利技术的一个实施例，所述介质层的材料为氧化硅。根据本专利技术的一个实施例，将所述栅极结构两侧的源极区域和漏极区域内的第一半导体层去除之前还包括:形成隔离结构，该隔离结构穿过所述第一半导体层和牺牲层并延伸入所述半导体衬底内；所述牺牲层被去除后，所述栅极结构由所述隔离结构支撑。根据本专利技术的一个实施例，形成所述栅极结构之后还包括:形成保护层，所述保护层覆盖所述栅极结构；在所述源极区域和漏极区域内生长第二半导体层之后还包括:对所述第二半导体层进行刻蚀，以在其中形成沟槽；在所述沟槽中填充SiGe或SiC。本专利技术还提供了一种SOI器件，包括:半导体衬底；位于所述半导体衬底上的介质层；位于所述介质层上的第一半导体层；位于所述第一半导体层上的栅极结构；位于所述栅极结构两侧的源极区域和漏极区域内的第二半导体层，所述第二半导体层与所述第一半导体层相接且所述第二半导体层位于所述半导体衬底上。根据本专利技术的一个实施例，所述第一半导体层和第二半导体层的材料为娃。根据本专利技术的一个实施例，所述介质层的材料为氧化硅。根据本专利技术的一个实施例，该SOI器件还包括:隔离结构，该隔离结构穿过所述第二半导体层并延伸入所述半导体衬底内。根据本专利技术的一个实施例，所述第二半导体层中具有沟槽，该沟槽内填充有SiGe或 SiC。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点:本专利技术实施例的SOI器件的形成方法能够在非SOI衬底上形成器件，且实现的效果与在SOI晶圆上形成的器件基本相同，因此无需使用成本高昂的SOI衬底即可实现与其相类似的益处，有利于降低成本。进一步地，本专利技术实施例形成的SOI器件可以是半SOI结构，也就是器件的源极和漏极仍然与半导体衬底相连，而沟道区则被介质层隔离；或者也可以是全SOI结构，也就是器件的源极、漏极和沟道区都被介质层隔离。【附图说明】图1是本专利技术实施例的SOI器件的形成方法的流程示意图；图2至图9是根据本专利技术的SOI器件的形成方法的第一实例中各步骤对应的剖面结构示意图；图10是图6所示结构沿另一个方向的剖面结构示意图，图10和图6的剖面方向垂直；图11和图12是根据本专利技术的SOI器件的形成方法的第二实例中的部分步骤对应的剖面结构示意图。【具体实施方式】现有技术中，虽然使用SOI晶圆形成的SOI器件具有各种优点，但是由于SOI晶圆高昂的成本，导致其并未在产业中被大规模使用。本专利技术提供了一种SOI器件的形成方法，能够在非SOI衬底上形成SOI器件，其效果和在SOI衬底上形成的SOI器件基本相同，从而能够大大降低生产成本。参考图1，该SOI器件的形成方法包括如下步骤:步骤S11，提供半导体衬底；步骤S12，在所述半导体衬底上依次形成牺牲层和第一半导体层；步骤S13，形成栅极结构，其中该栅极结构位于所述第一半导体层上；步骤S14，将所述栅极结构两侧的源极区域和漏极区域内的第一半导体层去除，暴露出所述牺牲层；步骤S15，将所述牺牲层去除，使所述第一半导体层和半导体衬底之间形成空隙；步骤S16，在所述半导体衬底上形成介质层，所述介质层至少填充所述第一半导体层和半导体衬底之间的空隙；步骤S17，在所述源极区域和漏极区域内生长第二半导体层，所述第二半导体层和所述第一半导体层相接。下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。下面参考图2至图9对第一实例进行说明。首先参考图2，提供半导体衬底20，该半导体衬底20为非SOI衬底。作为一个非限制性的例子，该半导体衬底20可以是硅衬底。之后，在该半导体衬底20上形成牺牲层21，并在牺牲层21上形成第一半导体层22。其中，牺牲层21的材料可以是SiGe或Ge，或者其他适当的材料。第一半导体层22的材料可以是Si，或者其他适当的半导体材料。需要说明的是，牺牲层21和第一半导体层22的厚度可以根据器件本身的需求以及工艺能力来确定。参考图3，形成隔离结构24，该隔离结构24穿过第一半导体层22和牺牲层21并延伸入半导体衬底20内。该隔离结构24例如可以是浅沟槽隔离结构(STI)，其形成过程例如可以包括:对第一半导体层22、牺牲层21和半导体衬底20进行刻蚀，在其中形成沟槽；之后在形成的沟槽中填充介电材料，例如二氧化硅。接下来，在第一半导体层22上形成栅极结构23，该栅极结构23可以部分压在隔离结构23上。该栅极结构23例如可以包括栅氧化层以及位于栅氧化层之上的多晶硅栅极。此外，作为一个非限制性的例子，该栅极结构23周围还可以形成有侧墙(spacer) 231。另外，在形成侧墙231之前，还可以对栅极结构231下方的第一半导体层22进行轻掺杂漏(LDD)的口袋注入(pocket implant)。参考图4，形成保护层232，该保护层232覆盖栅极结构23以及侧墙231。该保护层232是可选的，主要用途是后期对源极区域和漏极区域刻蚀形成沟槽以填充SiGe或SiC时，对栅极结构23起到保护作用，稍后将进行详细说明。该保护层232例如可以包括堆叠的氧化硅层和氮化硅层，其形成方法例如可以是化学气相沉积(CVD)。在沉积之后，保护层232通常会一并覆盖第一半导体层22和隔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SOI器件的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上依次形成牺牲层和第一半导体层；形成栅极结构，其中该栅极结构位于所述第一半导体层上；将所述栅极结构两侧的源极区域和漏极区域内的第一半导体层去除，暴露出所述牺牲层；将所述牺牲层去除，使所述第一半导体层和半导体衬底之间形成空隙；在所述半导体衬底上形成介质层，所述介质层至少填充所述第一半导体层和半导体衬底之间的空隙；在所述源极区域和漏极区域内生长第二半导体层，所述第二半导体层和所述第一半导体层相接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：库尔班·阿吾提，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31