專利名稱：Soi硅片及其制造方法、浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件用的SOI (Silicon On hsulator 絕緣襯底上硅)硅片及其制造方法，更確切的說(shuō)，本發(fā)明涉及通過(guò)注氧隔離(SIMOX，Separation by Implantation of Oxygen)方法制備 SOI (Silicon On Insulator，絕緣襯底上硅)硅片，以及由該SOI硅片構(gòu)成的浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件。
背景技術(shù)：
嵌入式動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)使得大容量DRAM(Dynamic Random Access Memory :動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)在目前的系統(tǒng)級(jí)芯片(System On Chip :S0C)中非常普遍。 大容量嵌入式動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器(eDRAM =Embedded Dynamic RAM)，給SOC帶來(lái)了諸如改善帶寬和降低功耗等只能通過(guò)采用嵌入技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的各種優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的嵌入式動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器(eDRAM) 的每個(gè)存儲(chǔ)單元除了晶體管之外，還需要一個(gè)深溝槽電容器結(jié)構(gòu)，電容器的深溝槽使得存儲(chǔ)單元的高度比其寬度大很多，造成制造工藝?yán)щy。其制作工藝與CMOS (complementary metal oxide semiconductor :互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體)超大規(guī)模集成電路工藝非常不兼容，限制了它在嵌入式系統(tǒng)芯片(SOC)中的應(yīng)用。浮體效應(yīng)存儲(chǔ)單元(Floating Body Cell,即FBC)是一種有希望替代eDRAM的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器。FBC是利用浮體效應(yīng)(Floating Body Effect，即FBE)的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器件， 其原理是利用絕緣體上硅(Silicon on Insulator，即S0I)器件中氧埋層(BOX) 21的隔離作用所帶來(lái)的浮體效應(yīng)，將被隔離的浮體(Floating Body)作為存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)寫(xiě)“ 1”和寫(xiě)“0”。圖1A、1B是FBC的工作原理示意圖。在圖IA中以NM0S(N_channel metal oxide semiconductor :N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體)為例，在柵極(G) M和漏極(D) 25端加正偏壓， 使器件導(dǎo)通，由于橫向電場(chǎng)作用，電子在漏極附近與硅原子碰撞電離，產(chǎn)生電子空穴對(duì)，一部分空穴被縱向電場(chǎng)掃入襯底23，形成襯底電流，由于有氧埋層21的存在，襯底電流無(wú)法釋放，使得空穴在浮體積聚，將該狀態(tài)定義為第一存儲(chǔ)狀態(tài)，可定義為寫(xiě)“1”的情況；寫(xiě)“0” 的情況則如圖IB所示，在柵極M上施加正偏壓，在漏極25上施加負(fù)偏壓，通過(guò)PN結(jié)正向偏置，空穴從浮體發(fā)射出去，將該狀態(tài)定義為第二存儲(chǔ)狀態(tài)。由于襯底23電荷積聚，會(huì)改變器件的閾值電壓(Vt)，可以通過(guò)電流的大小來(lái)感知這兩種狀態(tài)造成閾值電壓的差異，即實(shí)現(xiàn)讀操作。由于浮體效應(yīng)存儲(chǔ)單元去掉了傳統(tǒng)DRAM中的電容器，使得其工藝流程完全與 CMOS工藝兼容，同時(shí)可以構(gòu)成密度更高的存儲(chǔ)器，因此有希望替代現(xiàn)有的傳統(tǒng)eDRAM應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)芯片中。浮體效應(yīng)存儲(chǔ)單元既可以采用NMOS結(jié)構(gòu)，也可以采用PMOS (P-channel Metal Oxide Semiconductor，P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體)結(jié)構(gòu)。相對(duì)于NMOS結(jié)構(gòu)的浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件，PMOS結(jié)構(gòu)的浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件在數(shù)據(jù)保持(Data Retention)方面的性能要差很多。這是由于，對(duì)于PMOS結(jié)構(gòu)的浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件，在寫(xiě)“1”的時(shí)候，襯底積聚的載流子是電子，由于電子的有效質(zhì)量遠(yuǎn)小于空穴，且電子的遷移率要大于空穴，所以襯底積聚的電子，更容易從源端泄漏，造成PMOS結(jié)構(gòu)的浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件在數(shù)據(jù)保持方面的性能下降。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于，提供一種浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件及其制造方法，該浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件能夠加長(zhǎng)電子在襯底的保持時(shí)間，并且降低電子從源端泄漏的速率，提高PMOS結(jié)構(gòu)浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件的數(shù)據(jù)保持性能。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件用SOI硅片，其特征在于， 包括底層硅，氧埋層，其形成在所述底層硅上，并且含有氮離子，襯底，其形成在所述氧埋層上；在所述氧埋層中，在所述氧埋層與所述襯底之間的邊界附近具有由所述氮離子形成的界面懸掛鍵。另外，本發(fā)明提供一種浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件用的SOI硅片的制造方法，其特征在于， 依次執(zhí)行以下步驟第一步驟，對(duì)硅片進(jìn)行氧離子注入，由此形成底層硅、硅的氧化物沉淀層、襯底，第二步驟，在氧氣氛環(huán)境下對(duì)所述硅片進(jìn)行超高溫退火，由此形成氧埋層；在所述第一步驟中，在對(duì)所述硅片進(jìn)行氧離子注入的同時(shí)，還對(duì)所述硅片進(jìn)行氮離子注入，由此在所述硅的氧化物沉淀層中摻雜規(guī)定量的氮離子。另外，本發(fā)明提供一種使用所述的SOI硅片制造的浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在通過(guò)注氧隔離(SIM0X，S印aration by Implantation of Oxygen)方法制備SOI硅片的工藝中，采用氮離子輔助注入的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)制備的SOI硅片的氧埋層(B0X，BUried Oxide)進(jìn)行氮摻雜，進(jìn)而在氧埋層與襯底的界面之間形成更多的界面懸掛鍵，從而可以更有效的俘獲電子，使得PMOS結(jié)構(gòu)的浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件的數(shù)據(jù)保持性能得到提高。另外，由于在進(jìn)行氧離子注入的同時(shí)，也進(jìn)行少量的氮離子注入，并且使得注入深度與氧離子匹配；在超高溫退火工藝后，在氧埋層與襯底的界面處形成更多的界面懸掛鍵。 由于這些懸掛鍵有一定的幾率與襯底積聚的電子進(jìn)行復(fù)合，從而加長(zhǎng)了電子在襯底的保持時(shí)間，并且降低了電子從源端泄漏的速率，提高了 PMOS結(jié)構(gòu)浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件的數(shù)據(jù)保持性能。


圖1A、IB是表示浮體動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)單元寫(xiě)“ 1”和寫(xiě)“0”的過(guò)程的圖。圖2是表示增加氧埋層與襯底之間懸掛鍵之后的PMOS浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件的剖面圖。圖3AJB是表示利用SIMOX方法制備浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件所使用的SOI硅片的圖。圖4A、4B是表示利用摻氮的SIMOX方法來(lái)制備浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件所使用的SOI硅片的圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件及其制造方法。圖2是表示增加氧埋層與襯底之間懸掛鍵之后的PMOS浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件的剖面圖。參照?qǐng)D2，由SOI硅片構(gòu)成的浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件1包括底層硅11 ；氧埋層(BOX) 12，其形成在底層硅11上，并且含有氮離子；襯底13，其形成在氧埋層12上。在氧埋層12中，在
4氧埋層12與襯底13之間的邊界附近具有界面懸掛鍵。另外，浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件1還可以具有柵極14、漏極15、源極16、溝槽17，這些柵極14、漏極15、源極16、溝槽17可以通過(guò)公知的技術(shù)形成，這里僅對(duì)浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件的SOI硅片的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。圖 3A 3B 是表示利用 SIM0X(S^)aration by Implantation of Oxygen)方法制備浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件所使用的SOI硅片的圖。首先，如圖3A所示，在第一步驟中，對(duì)普通硅片進(jìn)行層間高劑量范圍為1E17/ cm2 5E18/cm2的氧離子注入，形成硅的氧化物沉淀層12_1，由此使硅片分層為底層硅11、 硅的氧化物沉淀層12-1、襯底13。接著，如圖:3B所示，在在第二步驟中，在氧氣氛環(huán)境下對(duì)注入后的硅片1進(jìn)行超高溫退火，例如退火溫度為約攝氏1200 1300度，形成氧埋層(BOX) 12_2。另外，圖4A、4B是表示利用摻氮的SIMOX方法來(lái)制備浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件所使用的 SOI硅片的圖。如圖4A所示，在所述第一步驟中，在層間高劑量氧離子注入的同時(shí)，也進(jìn)行少量的氮離子注入，氮離子的注入劑量的范圍為lE15/cm2 5E16/cm2，注入深度與氧離子匹配，由此在硅的氧化物沉淀層12-1中摻雜規(guī)定量的氮離子。由此形成了摻雜有氮離子的氧埋層12。并且，如圖4B所示，在所述第二步驟中，在氧氣氛環(huán)境下進(jìn)行超高溫退火時(shí)，由于在所述第一步驟中向硅的氧化物沉淀層12-1中注入了氮離子，因此在形成氧埋層12的過(guò)程中，在氧埋層12與襯底13之間的界面處存在氮離子，從而會(huì)形成更多的由氮離子構(gòu)成的界面懸掛鍵，即懸掛鍵面密度增加。由此，完成了浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件所使用的SOI硅片1。由于在氧埋層12與襯底13之間的懸掛鍵密度增大，當(dāng)襯底積聚電子時(shí)，電子有一定的幾率與這些懸掛鍵進(jìn)行復(fù)合，使得電子在襯底的保持時(shí)間加長(zhǎng)，降低了電子從源端泄漏的速率，從而提高了 PMOS結(jié)構(gòu)浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件的數(shù)據(jù)保持性能。
權(quán)利要求
1.一種SOI硅片，用于浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件，該SOI硅片的特征在于，包括 底層硅，氧埋層，其形成在所述底層硅上，并且含有氮離子， 襯底，其形成在所述氧埋層上；在所述氧埋層中，在所述氧埋層與所述襯底之間的邊界附近具有由所述氮離子形成的界面懸掛鍵。
2.一種浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件用的SOI硅片的制造方法，其特征在于，包括以下步驟 第一步驟，對(duì)硅片進(jìn)行氧離子注入，由此使硅片分層為底層硅、硅的氧化物沉淀層、襯底，第二步驟，在氧氣氛環(huán)境下對(duì)所述硅片進(jìn)行超高溫退火，由此形成氧埋層； 在所述第一步驟中，在對(duì)所述硅片進(jìn)行氧離子注入的同時(shí)，還對(duì)所述硅片進(jìn)行氮離子注入，由此在所述硅的氧化物沉淀層中摻雜規(guī)定量的氮離子。
3.如權(quán)利要求2所述的浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件用的SOI硅片的制造方法，其特征在于， 在所述第一步驟中，對(duì)所述硅片進(jìn)行氧離子注入的層間高劑量范圍為lE17/cm2 5E18/cm2。
4.如權(quán)利要求2所述的浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件用的SOI硅片的制造方法，其特征在于， 在所述第一步驟中，所注入的氮離子的注入劑量的范圍為lE15/cm2 5E16/cm2。
5.如權(quán)利要求2 4中任意一項(xiàng)所述的浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件用的SOI硅片的制造方法， 其特征在于，在所述第二步驟中，所述超高溫退火的溫度范圍為攝氏1200 1300度。
6.如權(quán)利要求2 4中任意一項(xiàng)所述的浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件用的SOI硅片的制造方法， 其特征在于，在所述第一步驟中，所注入的氮離子的注入深度與所注入的氧離子匹配。
7.一種使用如權(quán)利要求1所述的SOI硅片制造的浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種SOI硅片及其制造方法，以及使用該SOI制備的浮體效應(yīng)存儲(chǔ)器件，該SOI硅片包括底層硅，氧埋層，其形成在所述底層硅上，并且含有氮離子，襯底，其形成在所述氧埋層上；在所述氧埋層中，在所述氧埋層與所述襯底之間的邊界附近具有界面懸掛鍵。
文檔編號(hào)H01L21/762GK102446929SQ20111039279
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者俞柳江 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司