专利名称：半导体器件的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件的制造方法，其中在半导体本体的表面处，在与单晶硅区域相邻的氧化硅区域上形成非单晶辅助层。
在这种情况下，所述氧化硅区域可以是例如位于半导体本体上的氧化硅层或者氧化硅区域，如凹入半导体本体中的场绝缘区。
特别是，在淀积含硅层以及希望这个层作为单晶层生长在单晶硅区域上和作为非晶或多晶层生长在氧化硅区域上的工艺中，该辅助层是有用的。所述辅助层增强了含硅层在氧化硅区域上的生长，结果是可以在低温下进行淀积工艺，所述低温使得在这种淀积工艺中可以避免设置在有源区中的掺杂剂原子由于扩散而移动。这对于用极小晶体管制造半导体器件是特别重要的。
含硅层可以是只含有硅的层，但是也可以是除了硅之外还含有锗的层。所述含硅层还可包括一个在另一个之上淀积的子层，一个子层例如只包括硅，另一个子层除了硅以外还含有锗。而且，该层或者这些子层的一个或多个可以用惯用掺杂剂的原子进行掺杂。
在单晶硅区域上形成的单晶含硅层中，例如，可以形成双极型晶体管的基极，该基极可以通过形成与氧化硅区域邻接的非晶或多晶层电接触。
背景技术：
WO 00/17423介绍了一种开篇所述的那种类型的方法，其中氮化硅层用做辅助层。所述辅助层是通过如下方式提供的用氮化硅层覆盖硅体的整个表面，其上与单晶硅区、这里是有源半导体区和氧化硅区、这里是场绝缘区邻接，之后提供光致抗蚀剂掩模，该掩模具有其中不覆盖有源区的窗口，然后刻蚀掉没有给光致抗蚀剂掩模覆盖的氮花硅层的一部分。接着，在该表面上淀积一层硅，该硅层作为单晶层生长在单晶硅区域上，并且作为多晶硅层生长在氧化硅区域上。
为了尽可能有效地使用硅体的表面，希望从有源区完全刻蚀掉氮化硅辅助层；否则这些区域将在它们的整个表面上都没有被单晶层覆盖。当提供光致抗蚀剂掩模时，必须考虑对准容限，从而光致抗蚀剂掩模必须设有比有源区大的窗口。结果是，直接在有源区上邻接的场绝缘区的边缘没有被光致抗蚀剂掩模覆盖，因此也从这个边缘除去了辅助层。在这种现有技术方法中，在淀积硅层期间，在在这个边缘位置上的生长将滞后，结果是可能在这个边缘位置上形成较薄或甚至中断的单晶硅材料层。在淀积这个硅层之前，实际上将进行HF刻蚀步骤，以便清洗有源区表面。由于这个刻蚀步骤，场绝缘区的所述未覆盖边缘也将被刻蚀，结果是在所述位置形成沟槽。这个沟槽大大有害地影响单晶硅层和非单晶硅层之间的连接。因此在该边缘位置上，在单晶硅层和非单晶硅层之间产生不希望、不良的电接触。
发明内容
本发明的目的是克服这些问题。为了这个目的，根据本发明的方法的特征在于在两个工艺步骤中形成辅助层，其中，在第一工艺步骤期间，通过在具有砷化合物的气氛中加热半导体本体而在单晶硅区域上形成砷层，并且在第二工艺步骤期间，在通过在包括气态硅化合物而不是气态砷化合物的气氛中加热半导体本体，在氧化硅区域上形成作为辅助层的非单晶硅层。
在第一步骤期间，其中通过在含有砷化合物的气氛中加热半导体本体而在单晶硅区域上形成砷层，砷没有淀积在氧化硅区域上。当在单晶硅区域上形成闭合的砷单原子层时，该工艺自动停止。在第二步骤中，其中通过在不含有气态砷化合物而是含有气态硅化合物的气氛中加热半导体本体而在氧化硅区域上形成作为辅助层的非单晶硅层，在某一成核时间，立即开始非晶或多晶硅在氧化硅区域上的淀积，并且在单晶硅的砷覆盖区域上未发生淀积。因此以自对准方式形成了非晶或多晶硅的辅助层，它完全覆盖了氧化硅区域并完全露出单晶硅区域。如果然后将含硅层淀积在如此制备的表面上，则在单晶硅区域上以及在氧化硅区域上立即开始生长。则淀积的单晶和非单晶层无缝地混合。
如果在形成辅助层期间，在第一工艺步骤期间在除了气态砷化合物之外还包括在第二工艺步骤期间使用的气态硅化合物的气氛中加热半导体本体，则获得一种简单的方法。在这种情况下，第一步骤之后，必须停止气态砷化合物的单独输送。令人惊讶的是，发现这种硅化合物不影响砷层的形成。
优选地，在形成辅助层期间，在形成在单晶硅区域上的砷层上进行从硅化合物的淀积之前，结束第二工艺步骤。在这种情况下，在成核时间结束之前，停止辅助层的淀积工艺。这个成核时间之后，也开始在单晶硅区域上形成层。这些层必须被刻蚀掉，因为它们将妨碍单晶硅的生长。在即所述成核时间内的时间上停止淀积工艺是更简单的。
如果在形成辅助层期间，在具有500mTorr以下的压力的气氛中、在400和600℃之间的范围内的温度下在两个工艺步骤期间加热半导体本体，则上述成核时间大于大约5分钟，在这个期间可以形成大约10nm厚的低非晶硅辅助层。
形成辅助层之后，在淀积含硅层之前可以除去砷的单原子层。然而，惊人地发现，通过在含有硅化合物的气氛中加热半导体本体，可以在砷层和非单晶硅的相邻辅助层上淀积含硅层，而这种层的生长并没有由于砷层的存在而受到有害的影响。还发现，通过在具有硅化合物和锗化合物的气氛中加热半导体本体，可以直接在砷层和邻接的辅助层上淀积Si1-xGex层，其中0.05＜x＜0.20，并给其添加小于0.2at％的碳。
如果为了辅助层，在单晶硅区域中形成n型半导体区，则在n型半导体区上形成砷层。结果是，形成了具有相对重掺杂的表面的半导体区。这是有利的，特别是，如果双极型晶体管的n型集电极区形成在单晶硅区域中，并且在淀积在其上的单晶层中，形成这个晶体管的p型基极区。在绝对意义上讲，p型基极区比形成在有源区中的n型集电极区更重地被掺杂。由于在集电极区的表面上存在砷层，因此实现了pn结将位于淀积的单晶层中的集电极和基极之间。没有所述砷层，这个pn结将形成在集电极区中的淀积单晶层下面，结果是形成较厚的基极，并因此形成较慢的晶体管。
本发明的这些和其它方案将从下面参照实施例的说明中明显看出和进行阐明。
附图中图1-8是制造具有双极型晶体管的半导体器件的几个阶段的示意剖面图，其中该双极型晶体管是通过根据本发明的器件来制造的。
具体实施例方式
图1-8是制造具有双极型晶体管的半导体器件中的几个阶段的示意剖面图。为了简单起见，图中只示出了单个晶体管的制造。应该理解的是，实际上，具有集成电路的半导体器件可以包括非常多的这种晶体管以及不同类型的晶体管。
以硅半导体本体1作为基础，如图1所示，其设有用大约5.1015原子/cc掺杂的n型外延生长层2。单晶硅区域，这里指的是有源区4，和与所述有源区4邻接的氧化硅区域，这里指的是场绝缘区5，形成在所述层2中，以便与其表面3邻接。此外，用惯用方式形成用大约1020原子/cc掺杂的n型的掩埋层6以及与表面3邻接的并用大约1019原子/cc掺杂的n型的接触区7。在有源区4中，进一步提供用大约1018原子/cc掺杂的深n型(未示出)。这到达直至掩埋层6，但是留下表面3附近的外延形成层2的掺杂不变。这种掺杂用于提高与将要形成在表面3附近的晶体管集电极的接触。
如下面所述，将要在表面3上淀积含硅层，该含硅层按照单晶方式生长在单晶有源区4上和按照非单晶(非晶或多晶)方式生长在绝缘区5上。除了硅之外，这个层还可包括锗。这个层还可包括一个在另一个其上而淀积的子层，在这种情况下，例如，一个子层只包括硅，另一个子层包括硅和锗。
在淀积工艺之前，在绝缘区上形成辅助层8，以便增强含硅层在那里的生长。由于所述辅助层8，淀积工艺可以在700℃以下的较低温度下进行。因此防止了设置在有源区中的掺杂剂原子由于扩散而迁移，该情况例如可能在有源区4中提供的n型掺杂的情况下发生，由此提高与将要形成的集电极区的接触。
辅助层8是通过惯用LPCVD工艺在400和600℃之间的温度下、以及在700mTorr以下的压力下以两个步骤形成的，在本例中，所述温度为550℃，压力为600mTorr。在第一工艺步骤期间，在包括气态砷化合物的气氛中加热半导体本体1，在本例中，所述气氛还含有气态硅化合物，并且在第二工艺步骤期间，在没有气态砷化合物而只有与第一步骤期间相同的气态硅化合物的气氛中进行加热。在本例中，将薄片1放在反应室中，在第一步骤期间，气体混合物通过其三分钟，其以及非反应载体气体如氮气，包括胂和硅烷，并且在第二步骤期间，除了非反应载体气体之外只包括硅烷的气体混合物通过所述反应室大约10分钟。
在第一步骤期间，通过反应室的气体混合物将不含有硅化合物。然而，这种化合物不影响砷的淀积。在本例中，选择较简单的淀积工艺，其中在第一步骤之后，只有砷化合物的输送必须被停止。
在第一步骤期间，在有源区4和接触区7的单晶硅上形成砷层，如图2中由虚线9示意性地示出的，同时没有砷淀积在氧化硅绝缘区5上。当在有源区4和接触区7上在大约3分钟内形成闭合的单原子砷层时，这个工艺自动停止。在第二步骤期间，立即开始在绝缘区5上淀积非晶硅，而在大约10分钟的某一成核时间期间，在涂覆砷的有源区4和7上不发生淀积。通过这种方式，用自对准方式只在绝缘区5上形成辅助层8。
在第一步骤中，在形成在有源区4上的砷层9上淀积硅之前，结束第二步骤。然后在结束成核时间之前，停止辅助层的淀积工艺。这个成核时间之后，也在有源区上开始形成非晶硅层。在所述成核时间的十分钟内，如图3所示，大约10nm厚的非晶硅辅助层形成在绝缘区5上。
在形成辅助层8之后，利用惯用方式在700℃以下的温度和50mTorr以下的压力下淀积含硅的双层10、11和12、13，如图4所示。在本例中，首先淀积大约35nm厚的Si1-xGex层10、11，其中0.05＜x＜0.20，并给其添加小于0.2at％的碳。为此，将硅本体放在反应室中，使气体混合物通过反应室，所述气体混合物除了包括非反应载体气体之外还包括硅烷、锗和二氧化碳。一定时间之后，在短时间内给这种气体混合物添加乙硼烷。这样淀积层10、11，其由虚线12表示，设有用硼离子掺杂的p型的中间层。单晶层10形成在有源区4上；多晶层11形成在形成于绝缘区5上的辅助层8上。单晶层10也形成在接触区7上。
淀积Si1-xGex层10、11之后，在本例中，接着淀积大约30nm厚的硅层13、14。为此，使气体混合物通过反应室，所述气体混合物除了非反应载体气体之外还包括硅烷。在形成在有源区4上的单晶层10上，形成单晶硅层13，并且在形成在辅助层8上的多晶层11上，形成多晶硅层14。在形成在接触区7上的单晶层10上，也形成单晶硅层13。
同时开始在有源区4和绝缘区5上的生长。如此形成的单晶层10和非单晶层11被淀积为基本上相同的厚度，因此无缝地混合。而且形成在其上的层13和14也无缝地混合。
在如此淀积的层10、13、11和14上，淀积氧化硅层15，如图5所示，其中在有源区4的位置上利用惯用方式刻蚀窗口16，在该窗口中露出单晶硅的淀积层11。在氧化硅层15上，依次提供n型掺杂多晶硅的导体轨迹17，它通过窗口16与层13接触。接着，如图6所示，使用导体轨迹17作掩模，刻蚀掉氧化硅绝缘层15，并使用导体轨迹17做掩模，在硅层13、14中注入硼离子，如虚线18所示的。
如图7所示，接着利用惯用方式对淀积的层10、11、13和14进行构图。在有源区4上方和在与所述区域邻接的绝缘区5的边缘上方，保持层10、11、13和14，同时从与所述边缘相邻的位置上的表面3中除去它们。
在薄片的短热处理期间，在本例中，在900℃下对薄片加热30秒，通过分别使设置在层10、11、13和14中的离子12和18扩散而形成基极区19和基极连接20，如图8所示。通过使掺杂原子从导体轨迹17扩散，在单晶硅层13中形成发射极区21。正好位于表面3下方的有源区4的部分形成晶体管的集电极区22。导体轨迹17、基极连接区20和接触区7设有二硅化钛的顶层(未示出)，之后，在如此形成的结构上淀积相对厚的氧化硅层23，如图8所示，接下来在其中形成分别用于接触基极区19(经过基极连接区20)、发射极区21和集电极区22(经过掩埋层6和接触区7)的窗口24、25和26。
形成辅助层8之后，但是在淀积含硅的双层10、11；13、14之前，可以除去砷的单原子层9。本例中并未执行这个步骤。含硅的双层10、11；13、14淀积在单原子砷层9上。结果是，与表面3邻接并形成晶体管的集电极区22的有源区4获得相对高的n型掺杂。在绝对意义上讲，p型基极区19掺杂得比n型集电极区22更高。由于在集电极区22的表面处存在砷层，因此实现了集电极和基极之间的pn结位于形成在硅锗层10中的基极区19中。没有所述砷层9，这个pn结将形成在集电极区22中，导致形成较厚的基极，因此形成较慢的晶体管。
权利要求
1.一种半导体器件的制造方法，其中在半导体本体的表面处，在与单晶硅区域相邻设置的氧化硅区域上形成非单晶辅助层，其特征在于辅助层是用两个工艺步骤形成的，其中在第一工艺步骤期间，通过在具有砷化合物的气氛中加热半导体本体，而在单晶硅区域上形成砷层，并且在第二工艺步骤期间，通过在包括气态硅化合物而不是气态砷化合物的气氛中加热半导体本体，在氧化硅区域上形成作为辅助层的非单晶硅层。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于在形成辅助层期间，在除了包括气态砷化合物之外还包括在第二工艺步骤期间使用的气态硅化合物的气氛中，在第一工艺步骤期间加热半导体本体。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于在形成在单晶硅区域上的砷层上进行通过硅化合物的淀积之前，结束第二工艺步骤。
4.根据权利要求1、2或3的方法，其特征在于在形成辅助层期间，在具有500mTorr以下的压力的气氛中、在400和600℃之间的范围内的温度下，在两个工艺步骤期间均加热半导体本体。
5.根据前述任一权利要求的方法，其特征在于形成辅助层之后，通过在包括硅化合物的气氛中加热半导体本体，在砷层和辅助层上淀积含硅层。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于通过在包含硅化合物和锗化合物的气氛中加热半导体本体，淀积Si1-xGex层作为含硅层，其中0.05＜x＜0.20，并给其添加小于0.2at％的碳。
7.根据权利要求5或6的方法，其特征在于在单晶硅区域中，形成双极型晶体管的n型集电极区，并且在淀积在其上的Si1-xGex单晶层中，形成这个晶体管的p型基极区。
全文摘要
本发明提供一种半导体器件的制造方法，其中在半导体本体(1)的表面(3)处，在与单晶硅区域(4)相邻设置的氧化硅区域(5)上形成非单晶辅助层(8)。该辅助层是用两个工艺步骤形成的。在第一工艺步骤中，在具有砷化合物的气氛中加热硅体；在第二工艺步骤中，在包括气态硅化合物而不是所述气态砷化合物的气氛中进行加热。因此，氧化硅区域用自对准方式设有非晶或多晶硅籽层。
文档编号H01L21/20GK1729555SQ200380107111
公开日2006年2月1日 申请日期2003年12月16日 优先权日2002年12月20日
发明者P·H·C·马格尼, J·J·T·M·当克斯, X·史 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司