一种有源区形成方法以及半导体结构

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种有源区形成方法以及半导体结构。

背景技术

在现有的半导体工艺中，一般需要对半导体衬底进行刻蚀，以形成多个浅沟槽以及由多个浅沟槽隔离出的有源区，再向浅沟槽内填充绝缘材料形成浅沟槽隔离区，最后在有源区上制备所需要的半导体器件。然而，随着对小尺寸半导体器件的需求以及工艺条件的限制，无法得到较大线宽的有源区，有源区的线宽太小，不利于后续在有源区上制备半导体器件。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：随着对小尺寸半导体器件的需求以及工艺条件的限制，无法得到较大线宽的有源区，有源区的线宽太小，不利于后续在有源区上制备半导体器件。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种有源区形成方法以及半导体结构。

本发明的第一个方面，提供了一种有源区形成方法，其包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底包括沟槽以及由所述沟槽隔离出的至少一个呈长岛型或棒型的预备有源区；

在与所述半导体衬底设置有所述预备有源区的一侧表面呈锐角的方向对所述预备有源区进行离子掺杂；

在所述预备有源区的侧壁上沉积半导体层，以形成有源区。

在一些实施例中，在所述预备有源区的侧壁上沉积半导体层之前，所述方法还包括：

在所述预备有源区的侧壁上形成氧化层，其中，所述氧化层设置在所述预备有源区的侧壁和所述半导体层之间。

在一些实施例中，采用现场蒸汽生成氧化方法或低压自由基氧化方法生成所述氧化层。

在一些实施例中，所述预备有源区的延伸方向的氧化层厚度比所述预备有源区的头部区域的氧化层厚度厚。

在所述预备有源区的侧壁上形成所述氧化层之后且沉积所述半导体层之前，所述方法还包括：去除所述氧化层。

在一些实施例中，在所述预备有源区的侧壁上沉积半导体层之后，所述方法还包括：

对在所述预备有源区的侧壁上形成所述氧化层和所述半导体层后得到的堆叠结构进行热处理；

去除所述氧化层。

在一些实施例中，所述有源区在所述半导体衬底上的正投影呈预设图案，所述预设图案包括两个头部区域和位于两个所述头部区域之间的中间区域，在垂直于所述预备有源区延伸的方向上，所述头部区域最宽位置处的的第一尺寸大于所述中间区域的第二尺寸。

在一些实施例中，所述预设图案呈骨头形状。

在一些实施例中，所述半导体层在所述预备有源区的头部区域侧壁上的第一沉积厚度大于在所述预备有源区的中间区域侧壁上的第二沉积厚度。

在一些实施例中，所述方法还包括：

沉积填充所述沟槽的绝缘介质层。

本发明的第二个方面，提供了一种半导体结构，其包括：

半导体衬底，所述半导体衬底包括沟槽以及至少一个有源区，

其中，所述有源区包括由所述沟槽隔离出的至少一个呈长岛型或棒型的预备有源区以及覆盖所述预备有源区侧壁的半导体层，在垂直于所述预备有源区延伸的方向上，所述有源区的头部区域最宽位置处的第一尺寸大于所述有源区的中间区域的第二尺寸。

在一些实施例中，所述预备有源区中掺杂有掺杂离子，所述预备有源区的中间区域的第一离子掺杂浓度大于所述预备有源区的头部区域的第二离子掺杂浓度。

在一些实施例中，在垂直于所述预备有源区延伸的方向上，所述预备有源区的头部区域最宽位置处的第三尺寸大于所述预备有源区的中间区域的第四尺寸。

在一些实施例中，所述有源区在所述半导体衬底上的正投影呈骨头形状。

在一些实施例中，所述半导体层在所述预备有源区的头部区域侧壁上的第一沉积厚度大于在所述预备有源区的中间区域侧壁上的第二沉积厚度。

在一些实施例中，所述半导体结构还包括填充所述沟槽的绝缘介质层。

在一些实施例中，在所述预备有源区的延伸方向上相邻所述有源区的头部区域之间的距离和在垂直于所述预备有源区延伸的方向上相邻所述有源区的中间区域之间的距离满足d6

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

应用本发明提供的有源区形成方法，通过提供半导体衬底，该半导体衬底包括沟槽以及由沟槽隔离出的至少一个呈长岛型或棒型的预备有源区；在与半导体衬底设置有预备有源区的一侧表面呈锐角的方向对预备有源区进行离子掺杂；在预备有源区的侧壁上沉积半导体层，以形成有源区。该方法通过对预备有源区进行离子掺杂并另外沉积半导体层，有利于扩大有源区，从而能够增加有源区与其他导电结构的接触面积，提高半导体器件的性能。

附图说明

通过结合附图阅读下文示例性实施例的详细描述可更好地理解本公开的范围。其中所包括的附图是：

图1示出了本发明实施例一提供的一种有源区形成方法的流程示意图；

图2(1)示出了本发明实施例提供的一种半导体衬底的俯视结构示意图；图2(2)示出了本发明实施例提供的沿图2(1)中A-A’方向得到的半导体衬底的剖面结构示意图；

图3示出了本发明实施例提供的一种有源区的俯视结构示意图；

图4示出了本发明实施例提供的图3中有源区的放大结构示意图；

图5示出了本发明实施例二提供的一种有源区形成方法的流程示意图；

图6示出了本发明实施例二提供的预备有源区的俯视结构示意图；

图7示出了本发明实施例二提供的一种有源区的俯视结构示意图；

图8示出了本发明实施例二提供的另一有源区的俯视结构示意图；

图9示出了本发明实施例三提供的一种有源区形成方法的流程示意图；

图10示出了本发明实施例三提供的一种预备有源区的俯视结构示意图；

图11示出了本发明实施例三提供的一种有源区的俯视结构示意图；

图12示出了本发明实施例提供的一种半导体结构的俯视结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方法，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

在现有的半导体工艺中，一般需要对半导体衬底进行刻蚀，以形成多个浅沟槽以及由多个浅沟槽隔离出的有源区，再向浅沟槽内填充绝缘材料形成浅沟槽隔离区，最后在有源区上制备所需要的半导体器件。然而，随着对小尺寸半导体器件的需求以及工艺条件的限制，无法得到较大线宽的有源区，有源区的线宽太小，不利于后续在有源区上制备半导体器件。

有鉴于此，本发明提供了一种有源区形成方法，通过提供半导体衬底，该半导体衬底包括沟槽以及由沟槽隔离出的至少一个呈长岛型或棒型的预备有源区；在与半导体衬底设置有预备有源区的一侧表面呈锐角的方向对预备有源区进行离子掺杂；在预备有源区的侧壁上沉积半导体层，以形成有源区。该方法通过在与半导体衬底设置有预备有源区的一侧表面呈锐角的方向对预备有源区进行离子掺杂并另外沉积半导体层，有利于扩大有源区，从而能够增加有源区与其他导电结构的接触面积，提高半导体器件的性能。

参见图1所示，图1示出了本发明实施例一提供的一种有源区形成方法的流程示意图，其可以包括：

步骤S101：提供半导体衬底，半导体衬底包括沟槽以及由沟槽隔离出的至少一个呈长岛型或棒型的预备有源区；

步骤S102：在与半导体衬底设置有预备有源区的一侧表面呈锐角的方向对预备有源区进行离子掺杂；

步骤S103：在预备有源区的侧壁上沉积半导体层，以形成有源区。

在本发明实施例中，提供半导体衬底10，半导体衬底10可以为硅衬底、锗衬底以及绝缘体上硅等。半导体衬底10上可以设置有多个沟槽11以及由沟槽11隔离出的至少一个呈长岛型或棒型的预备有源区12，在一些实施例中，预备有源区12在半导体衬底10上的投影呈两个头部区域为半圆形且中间区域为矩形的棒状形状，参见图2(1)所示，图2(1)示出了本发明实施例提供的一种半导体衬底的俯视结构示意图。

在一些实施例中，步骤S102可以具体为采用离子注入工艺，在与半导体衬底10设置有预备有源区12的一侧表面呈锐角α的方向即第一方向D1对预备有源区12进行离子掺杂，如图2(2)所示，图2(2)示出了本发明实施例提供的沿图2(1)中A-A’方向得到的半导体衬底的剖面结构示意图。其中，可设置预备有源区12的延伸方向为第二方向D2，垂直于有源区延伸的方向为第三方向D3。掺杂后，位于预备有源区12中间区域的第一离子掺杂浓度大于预备有源区12头部区域的第二离子掺杂浓度。其中，掺杂离子可以为硼离子、磷离子或氮离子等，具体可根据需求进行掺杂离子的选择。

在一些实施例中，参见图3所示，图3示出了本发明实施例提供的一种有源区的俯视结构示意图，沉积半导体层13之后，有源区12’在半导体衬底10上的正投影呈预设图案，该预设图案可以包括两个头部区域和位于两个头部区域之间的中间区域，在垂直于预备有源区12延伸的方向上，预设图案头部区域最宽位置处的第一尺寸W1大于预设图案中间区域的第二尺寸W2。在一些实施例中，预设图案呈骨头形状。

因设置在第一方向D1向预备有源区12进行离子掺杂，可以在预备有源区12内形成中间区域的第一离子掺杂浓度大于预备有源区12头部区域的第二离子掺杂浓度的离子浓度分布，有利于半导体层13在预备有源区12的中间区域侧壁上沉积，另外，预备有源区12的头部区域可以设置为呈半圆形形状，更有利于半导体层13的沉积。在一些实施例中，步骤S103可以为在预备有源区12的侧壁上随形沉积厚度均匀的半导体层13；在另一些实施例中，步骤S103还可以为在沉积半导体层13之后，得到半导体层13在预备有源区12的头部区域侧壁上的第一沉积厚度d1大于在预备有源区12的中间区域侧壁上的第二沉积厚度d2，如图4所示，图4示出了本发明实施例提供的图3中有源区的放大结构示意图。

在一些实施例中，半导体层13可以为多晶硅层。

需要说明的是，在一些实施例中，还可以沉积填充沟槽的绝缘介质层(图中未示出)，以形成浅沟槽隔离区。

以上为本发明提供的一种有源区形成方法，通过提供半导体衬底10，该半导体衬底10包括沟槽11以及由沟槽11隔离出的至少一个呈长岛型或棒型的预备有源区12；在与半导体衬底10设置有预备有源区12的一侧表面呈锐角的方向即第一方向D1对预备有源区12进行离子掺杂；在预备有源区12的侧壁上沉积半导体层13，以形成有源区12’。该方法通过在第一方向D1对预备有源区12进行离子掺杂并另外沉积半导体层13，有利于扩大有源区12’，从而能够增加有源区12’与其他导电结构的接触面积，提高半导体器件的性能。

参见图5所示，图5示出了本发明实施例二提供的一种有源区形成方法的流程示意图，其可以包括：

步骤S201：提供半导体衬底，半导体衬底包括沟槽以及由沟槽隔离出的至少一个呈长岛型或棒型的预备有源区；

步骤S202：在与半导体衬底设置有预备有源区的一侧表面呈锐角的方向对预备有源区进行离子掺杂；

步骤S203：在预备有源区的侧壁上形成氧化层，其中，氧化层设置在预备有源区的侧壁和半导体层之间；

步骤S204：在氧化层上沉积半导体层；

步骤S205：对在预备有源区的侧壁上形成氧化层和半导体层后得到的堆叠结构进行热处理；

步骤S206：去除氧化层。

其中，步骤S201和步骤S202可以相应采用和实施例一中步骤S101和步骤S102相同的方法实现，半导体衬底20中沟槽21可以采用和实施例一中相同的方式设置，为了简要起见在此不再赘述，具体可参见以上实施例一中的描述。

在一些实施例中，步骤S203可以具体为采用现场蒸汽生成氧化方法或低压自由基氧化方法在预备有源区22的侧壁上形成氧化层24，在一些实施例中，预备有源区22的延伸方向的氧化层厚度比预备有源区的头部区域的氧化层厚度更厚，参见图6所示，图6示出了本发明实施例二提供的预备有源区的俯视结构示意图。其中，氧化层24可以为氧化硅层。

在本发明实施例中，步骤S204可以具体为，沉积半导体层23，半导体层23随形覆盖氧化层24，其中，预备有源区22的头部区域可以设置为呈半圆形形状，有利于半导体层23更多的沉积。在一些实施例中，步骤S204可以为在氧化层24的侧壁上随形沉积厚度均匀的半导体层23；在另一些实施例中，步骤S204还可以为在沉积半导体层23之后，得到半导体层23在预备有源区22的头部区域侧壁上的第一沉积厚度d1’大于在预备有源区22的中间区域侧壁上的第二沉积厚度d2’，如图7所示，图7示出了本发明实施例二提供的有源区的俯视结构示意图。其中，半导体层23可以为多晶硅层。

在一些实施例中，通过执行步骤S205对预备有源区的侧壁上形成氧化层和半导体层后得到的堆叠结构进行热处理，可将位于预备有源区22的侧壁和半导体层24之间的氧化层23置换于半导体层24的外侧侧壁。

在一些实施例中，参见图8所示，图8示出了本发明实施例二提供的另一有源区的俯视结构示意图，在对堆叠结构进行热处理之后，还可以去除氧化层24得到如图8示出的有源区22’，该有源区22’在半导体衬底20上的正投影呈预设图案，预设图案包括包括两个头部区域和位于两个头部区域之间的中间区域，在第三方向D3上，头部区域最宽位置处的第一尺寸W1’大于中间区域的第二尺寸W2’。其中，头部区域可以为半圆形形状，中间区域可以为矩形形状。在一些实施例中，预设图案呈骨头形状。

需要说明的是，在一些实施例中，还可以沉积填充沟槽的绝缘介质层(图中未示出)，以形成浅沟槽隔离区。

以上为本发明实施例提供的另一种有源区形成方法，通过提供半导体衬底20，该半导体衬底20包括沟槽21以及由沟槽21隔离出的至少一个呈长岛型或棒型的预备有源区22；在与半导体衬底20设置有预备有源区22的一侧表面呈锐角的方向即第一方向D1对预备有源区22进行离子掺杂；在预备有源区22与第二方向D2平行的侧壁上形成氧化层24；在氧化层24上沉积半导体层23；最后对在预备有源区22的侧壁上形成氧化层24和半导体层23后得到的堆叠结构进行热处理；去除氧化层24。该方法通过在第一方向D1对预备有源区22进行离子掺杂以及在预备有源区22与的侧壁上形成氧化层24，可以修复预备有源区22侧壁表面悬空键并有利于后续形成在第一方向D1上头部区域最宽位置处的第一尺寸W1’大于中间区域的第二尺寸W2’的有源区22’，能够增加有源区22’与其他导电结构的接触面积，此外，沉积半导体层23可以补充氧化消耗掉的预备有源区22，进一步扩大有源区22’，提高半导体器件的性能。

参见图9所示，图9示出了本发明实施例三提供的一种有源区形成方法的流程示意图，其可以包括：

步骤S301：提供半导体衬底，半导体衬底包括沟槽以及由沟槽隔离出的至少一个呈长岛型或棒型的预备有源区；

步骤S302：在与半导体衬底设置有预备有源区的一侧表面呈锐角的方向对预备有源区进行离子掺杂；

步骤S303：在预备有源区的侧壁上形成氧化层，其中，氧化层设置在预备有源区的侧壁和半导体层之间；

步骤S304：去除氧化层；

步骤S305：沉积半导体层，以形成有源区。

其中，步骤S301至步骤S303可以采用和实施例二中步骤S201至步骤S203相同的方式实现，为了简要起见在此不再赘述，具体可参见以上实施例二中的描述。

参见图10所示，图10示出了本发明实施例三提供的一种预备有源区的俯视结构示意图，其可以包括半导体衬底30、沟槽31、预备有源区32以及位于预备有源区32侧壁上的氧化层33。

在一些实施例中，步骤S304中去除氧化层33之后可以得到如图11示出的预备有源区32，该预备有源区32在半导体衬底30上的投影可以为，在垂直于预备有源区32延伸的方向上预备有源区32的头部区域最宽位置处的第三尺寸W3大于预备有源区32的中间区域的第四尺寸W4，中间区域相对于去除氧化层33之前，在垂直于预备有源区32延伸的方向上的横向尺寸减小。

在一些实施例中，步骤S305可以具体为沉积半导体层34，半导体层34随形覆盖预备有源区32的侧壁，以形成有源区32’，如图11所示，图11示出了本发明实施例三提供的一种有源区的俯视结构示意图。有源区32’在半导体衬底30上的正投影呈预设图案，预设图案可以包括两个头部区域和位于两个头部区域之间的中间区域，在垂直于预备有源区32延伸的方向上，头部区域最宽位置处的第一尺寸W1”大于中间区域的第二尺寸W2”。在一些实施例中，预设图案可以呈骨头形状形状。因在预备有源区32内可以形成在中间区域的第一离子掺杂浓度大于预备有源区32头部区域的第二离子掺杂浓度的离子浓度分布，沉积半导体层34之后，可形成半导体层34在有源区32’的头部区域侧壁上的第一沉积厚度d1”大于在有源区32’的中间区域侧壁上的第二沉积厚度d2”。

需要说明的是，在一些实施例中，还可以沉积填充沟槽的绝缘介质层(图中未示出)，以形成浅沟槽隔离区。

以上为本发明实施例提供的另一种有源区形成方法，通过提供半导体衬底30，该半导体衬底30包括沟槽31以及由沟槽31隔离出的至少一个呈长岛型或棒型的预备有源区32；在与半导体衬底30设置有预备有源区32的一侧表面呈锐角的方向即第一方向D1对预备有源区32进行离子掺杂；在预备有源区32的侧壁上形成氧化层33；去除氧化层33；在预备有源区32的侧壁上沉积半导体层34，以形成有源区32’。该方法通过在预备有源区32的侧壁上形成氧化层33，在沉积半导体层34之前将氧化层33去除，可形成在垂直于预备有源区32延伸的方向上两个头部区域最宽位置处的横向尺寸大于中间区域的横向尺寸的预备有源区32，另外，半导体层34随形覆盖预备有源区32的侧壁形成有源区32’，能够增加有源区32’与其他导电结构的接触面积，提高半导体器件的性能。

本发明的另一方面，还提供了一种半导体结构，具体请参见以下实施例四中的描述。

本发明实施例提供了一种半导体结构，该半导体结构可以包括：

半导体衬底，半导体衬底包括沟槽以及至少一个有源区，

其中，有源区包括由沟槽隔离出的至少一个呈长岛型或棒型的预备有源区以及覆盖预备有源区侧壁的半导体层，在垂直于预备有源区延伸的方向上，有源区的头部区域最宽位置处的第一尺寸大于有源区的中间区域的第二尺寸。

在本发明实施例中，有源区可以采用如上实施例一至实施例三中任意一个实施例所述的有源区形成方法制备而成。

参见如上图4，8或11所示，在本发明实施例中，半导体衬底(10,20或30)可以为硅衬底、锗衬底以及绝缘体上硅等。半导体衬底(10,20或30)上可以设置有多个沟槽(11,21或31)以及由沟槽(11,21或31)隔离出的至少一个呈长岛型或棒型的有源区(12’,22’或32’)。设定有源区(12’,22’或32’)的延伸方向为第二方向D2，垂直于有源区延伸方向的方向为第三方向D3，有源区(12’,22’或32’)的头部区域最宽位置处的第一尺寸(W1，W1’或W”)大于有源区(12’,22’或32’)的中间区域的第二尺寸(W2,W2’或W2”)。

在本发明实施例中，预备有源区(12,22或32)中掺杂有掺杂离子，预备有源区(12,22或32)的中间区域的第一离子掺杂浓度大于预备有源区(12,22或32)的头部区域的第二离子掺杂浓度。

在一些实施例中，如图11所示，预备有源区32的头部区域最宽位置处的第三尺寸W3大于预备有源区32的中间区域的第四尺寸W4。

在一些实施例中，有源区(12’,22’或32’)在半导体衬底上的正投影呈骨头形状。

在一些实施例中，半导体层(13,23或34)在有源区的头部区域侧壁上的第一沉积厚度(d1，d1’，d1”)大于在有源区的中间区域侧壁上的第二沉积厚度(d2，d2’，d2”)。

在一些实施例中，该半导体结构还可以包括填充沟槽的绝缘介质层41。以实施例一中形成的有源区为例，沉积填充沟槽的绝缘介质层41后，可在半导体衬底10上形成浅沟槽隔离区，具体可参见图12所示，图12示出了本发明实施例提供的一种半导体结构的俯视结构示意图。

在一些实施例中，如图12所示，在预备有源区的延伸方向上相邻有源区的头部区域之间的距离和在垂直于预备有源区延伸的方向即第三方向上相邻有源区的中间区域之间的距离满足：d6

以上为本发明提供的一种半导体结构，其可以包括半导体衬底，半导体衬底可以包括沟槽以及至少一个有源区，其中，有源区可以包括由沟槽隔离出的至少一个呈长岛型或棒型的预备有源区以及覆盖预备有源区侧壁的半导体层，在垂直于预备有源区延伸的方向上，有源区的头部区域最宽位置处的第一尺寸大于有源区的中间区域的第二尺寸。该半导体结构中的有源区可以与其他导电结构有较大的接触面积，能够有效提高半导体器件的性能。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。