绝缘层覆硅结构及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明是有关一种绝缘层覆硅结构及其制备方法。
【背景技术】
[0002]半导体产业经历高速的成长。集成电路的材料及设计方面的技术进步已创造数个世代的集成电路，每一代的集成电路都具有比前一代更小且更复杂的电路。在集成电路演进的过程中，特征结构密度(亦即，每芯片面积中相互连接的元件的数目)通常随着几何尺寸(亦即，所使用的制造方法可产生的最小组件或线路)的缩小而增加。这种尺寸缩减的制程将的优点在于提高生产效率以及降低相关成本。
[0003]尺寸的缩减同时也提升加工及制造集成电路的复杂性，为了实现这些进步，在集成电路加工及制造方面需要类似的发展。其中绝缘层覆硅结构使制备于其上的晶体管具有操作快速、低功率消耗、低软错误、闭锁抑制(latch-up immunity)的优点，而广泛运用于半导体产业。传统制备绝缘层覆娃结构的方式包含氧离子植入娃晶隔离法(separat1n byimplantat1n of oxygen, SIMOX)与晶圆贴合(bonding)方式。氧离子植入娃晶隔离法是将氧离子以高能量的方式打到晶圆中，使氧离子能分布在硅晶圆表面下方，接着经由高温退火(anneal)以在晶圆中形成氧化层。晶圆贴合(bonding)方式则通常需先准备一元件晶圆(device wafer)与一操作晶圆(handle wafer)，在元件晶圆或操作晶圆上形成氧化层后接合两者，并再通过切除、研磨或蚀刻的方式移除操作晶圆。然而，上述的两种方式普遍存在氧化层厚度过薄的问题，且制程繁复且耗费成本。据此，业界亟需一种新颖的方式来制备绝缘层覆娃结构。
【发明内容】
[0004]本发明的一方面是提供一种绝缘层覆硅结构，包含一底层，一绝缘层，一主动层与一阻隔层。绝缘层位于底层上，而主动层嵌于绝缘层中。阻隔层则位于绝缘层中并环绕主动层。
[0005]根据本发明一或多个实施方式，绝缘层包含一第一绝缘结构与一第二绝缘结构。第一绝缘结构位于底层与主动层之间，并包含一第一部分接触主动层，以及一第二部分位于底层与第一部分之间，且第二部分的宽度小于主动层的宽度。第二绝缘结构则位于底层上，并环绕主动层与第一绝缘结构。
[0006]根据本发明一或多个实施方式，第一绝缘结构与第二绝缘结构是以不同的材质所组成。
[0007]根据本发明一或多个实施方式，第二部分的宽度与主动层的宽度之间的比值介于0.2至0.5之间。
[0008]本发明的另一方面是提供一种绝缘层覆硅结构的制备方法，包含下列步骤。先覆盖一第一硬罩幕于一基层上，并移除部分的第一硬罩幕与基层，以形成一第一开口暴露基层。接着形成一阻隔层覆盖第一开口的侧壁，更移除第一开口中的部分基层，以形成一第二开口。之后等向性移除暴露于第二开口中的基层，以形成一基层桥接部，并氧化基层桥接部以形成一第一绝缘结构。最后形成一第二绝缘结构于第二开口中。
[0009]根据本发明一或多个实施方式，形成阻隔层覆盖第一开口的侧壁包含下列步骤。先形成一第二硬罩幕共形地覆盖第一硬罩幕与第一开口的侧壁与底部，并移除第一开口的底部的第二硬罩幕。
[0010]根据本发明一或多个实施方式，是以一湿氧化制程氧化基层桥接部以形成第一绝缘结构，且湿氧化制程的温度大于1000°c。
[0011]根据本发明一或多个实施方式，是以一湿蚀刻制程等向性移除暴露于第二开口中的基层。
[0012]根据本发明一或多个实施方式，在形成第二绝缘结构于该第二开口中后，还包含下列步骤。移除第一硬罩幕，以及研磨第二绝缘结构。
[0013]根据本发明一或多个实施方式，是以旋涂、物理气相沉积、化学气相沉积或原子层沉积形成该第二绝缘结构于该第二开口中。
【附图说明】
[0014]为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的详细说明如下:
[0015]图1A、图2A、图3A、图4A、图5A、图6A、图7A与图8A绘示绝缘层覆硅结构在制程各个阶段的上视图；
[0016]图1B、图2B、图3B、图4B、图5B、图6B、图7B与图8B分别为图1A、图2A、图3A、图4A、图5A、图6A、图7A与图8A沿着AA剖线的剖面图；以及
[0017]图1C、图2C、图3C、图4C、图5C、图6C、图7C与图8C分别为图1A、图2A、图3A、图4A、图5A、图6A、图7A与图8A沿着BB剖线的剖面图。
【具体实施方式】
[0018]以下将以附图揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。
[0019]请参阅图1A至图8A、图1B至图8B与图1C至图8C以理解本发明的绝缘层覆硅结构的制备方法。图1A、图2A、图3A、图4A、图5A、图6A、图7A与图8A绘示绝缘层覆硅结构在制程各个阶段的上视图、图1B、图2B、图3B、图4B、图5B、图6B、图7B与图8B分别为图1A、图2A、图3A、图4A、图5A、图6A、图7A与图8A沿着AA剖线的剖面图、而图1C、图2C、图3C、图4C、图5C、图6C、图7C与图8C分别为图1A、图2A、图3A、图4A、图5A、图6A、图7A与图8A沿着BB剖线的剖面图。在图1A至图8A中，AA剖线与BB剖线实质垂直。
[0020]如图1A至图1C所示，先形成一第一硬罩幕120于一基层110上。形成第一硬罩幕120的方式可例如为物理气相沉积、化学气相沉积或原子层沉积。在本发明的部分实施例中，基层110的材质包含硅或其他半导体元素，如锗或II1-V族元素，但不以此为限。在本发明的部分实施例中，是先沉积一氧化层至基层110上，再沉积第一硬罩幕120于氧化层上，以形成氧化层于基层110与第一硬罩幕120之间。在本发明的其他部分实施例中，形成氧化层的方式可例如为物理气相沉积、化学气相沉积或原子层沉积。在本发明的其他部分实施例中，氧化层为基层110的原生氧化层，不必以额外步骤形成。在本发明的部分实施例中，第一硬罩幕120的材质包含氮化硅、氮氧化硅、碳化硅，或其他合适的材料。
[0021]继续参阅图2A至图2C，移除部分的第一硬罩幕120与基层110，以形成一第一开口 130暴露基层110。在此步骤中，是先将光阻层(未绘示)旋转涂布至第一硬罩幕120上，再利用曝光显影将一光罩(未绘示)的图案转移至光阻层上，以暴露部分的第一硬罩幕120。最后使用干蚀刻或湿蚀刻制程，以通过光阻层移除部分的第一硬罩幕120与部分的基层110，而形成第一开口 130。且部分的基层110暴露于此第一开口 130的侧壁与底部。在本发明的部分实施例中，在形成第一开口 130后即移除光阻层。
[0022]接着参阅图3A至图3C，形成一第二硬罩幕140共形地覆盖第一硬罩幕120与第一开口 130的侧壁与底部。在此步骤中，第二硬罩幕140是顺应地覆盖第一硬罩幕120的上表面，以及第一开口 130的侧壁与底部。且第二硬罩幕140在第一开口 130的侧壁处的厚度T2会大于其在第一硬罩幕120的上表面与第一开口 130的底部上的厚度Tl。必须说明的是，此处所述的厚度为与基层110呈垂直方向的厚度。在本发明的部分实施例中，形成第二硬罩幕140的方式可例如为物理气相沉积、化学气相沉积或原子层沉积。在本发明的部分实施例中，第二硬罩幕140的材质包含氮化硅、氮氧化硅、碳化硅，或其他合适的材料，且第一硬罩幕120与第二硬罩幕140可选用相同或不同的材料。
[0023]继续参阅图4A至图4C，移除第一开口 130的底部与第一硬罩幕120上的第二硬罩幕140，以使基层110暴露于第一开口 130的底部。在此步骤中，是使用一非等向性蚀刻制程以逐渐消减第二硬罩幕140与基层110呈垂直方向的厚度，以完全移除第一开口 130的底部与第一硬罩幕120上的第二硬罩幕140。然而，位于第一开口 130的侧壁的第二硬罩幕140因具有较大的厚度而不会被完全移除，因而能自第二硬罩幕140形成覆盖第一开口 130的侧壁的阻隔层142。在本发明的部分实施例中，是使用一干蚀刻制程以移除第一开口 130的底部与第一硬罩幕120上的第二硬罩幕140，干蚀刻制程使用的蚀刻气体可包含六氟化硫、氦气、四氟化碳、三氟甲烷、溴化氢、氯气、氧气、氮气、或其组合，但本发明不以此为限。
[0024]继续参阅图5A至图5C，移除第一开口 140中的部分基层110，以形成一第二开口150，接着等向性移除暴露于第二开口 150中的基层110，以形成一基层桥接部160。如前所述，基层110暴露于第一开口 140的底部，而阻隔层142覆盖第一开口 140的侧壁以保护部分的基层110于后续的制程中不被移除。先使用干蚀刻或湿蚀刻制程移除暴露于第一开口130的底部的基层110，以形成第二开口 150使基层110暴露于第二开口 150的底部与侧壁处，之后再以一湿蚀刻制程等向性移除暴露于第二开口 150中的基层110。蚀刻液会侧向蚀刻暴露于第二开口 150的侧壁的基层110，以形成基层桥接部160，且在侧向蚀刻第二开口150的同时蚀刻液亦会蚀刻第二开口 150的底部的基层110。在本发明的部分实施例中，湿蚀刻制程使用的蚀刻液为氢氧化钾，但不以此为限。其他合适的蚀刻液均可用于等向性移除暴露于第二开口 150中的基层110。
[0025]请参阅图5C，在等向性移除暴露于第二开口 150的侧壁的基层110时，阻隔层142将保护基层桥接部160上的基层110，使其不被移除。藉此，基层桥接部160的宽度Wl会小于基层桥接部160上的基层110的宽度W2。在此须特别说明，此处所述的宽度Wl与W2是沿着BB剖线方向的宽度。若基层桥接部160的宽度Wl过小即无法提供足够的承载力予其上的基层110，但此宽度W2过大又将不利于之后的制程，其将于后续详述。在本发明的部分实施例中，基层桥接部160的宽度Wl与基层桥接部160上的基层110的宽度W2之间的比值介于0.2至0.5之间，较佳为0.3。
[0026]接着参阅图6A至图6C，氧化基层桥接部160以形成一第一绝缘结构172。在此步骤中，是使用一湿氧化制程氧化基层桥接部160。先通入水气至第二开口 150中，并提高温度至1000°C以上以使水分子在高温下分解成氢离子与氢氧根离子。此些离子自第二开口150的侧壁处扩散入基层桥接部160中并与基层桥接部160进行氧化反应，以将基层桥接部160氧化成第一