專利名稱：一種soi硅片的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體硅片的制備方法，尤其涉及一種能夠提高浮體動態(tài)隨機存儲器單元數(shù)據(jù)保持性能的SOI硅片的制備方、所述方法制備的SOI硅片、以及所述SOI硅片在制備的浮體動態(tài)隨機存儲器單元。
背景技術：
嵌入式動態(tài)存儲技術的發(fā)展已經(jīng)使得大容量DRAM在目前的系統(tǒng)級芯片(SOC)中非常普遍。大容量嵌入式動態(tài)存儲器(eDRAM)給SOC帶來了諸如改善帶寬和降低功耗等只能通過采用嵌入技術來實現(xiàn)的各種好處。傳統(tǒng)嵌入式動態(tài)存儲器(eDRAM)的每個存儲單元除了晶體管之外，還需要一個深溝槽電容器結構，電容器的深溝槽使得存儲單元的高度比其寬度大很多，造成制造工藝困難。其制作工藝與CMOS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)中的應用。浮體效應存儲單元(Floating Body Cell，即FBC)是一種有希望替代eDRAM的動態(tài)存儲器。FBC是利用浮體效應(Floating Body Effect，即FBE)的動態(tài)隨機存儲器單元， 其原理是利用絕緣體上硅(Silicon on hsulator，即SOI)器件中氧埋層(BOX)的隔離作用所帶來的浮體效應，將被隔離的浮體(Floating Body)作為存儲節(jié)點，實現(xiàn)寫“ 1”和寫 “0”。以NMOS為例，在柵極(G)和漏極(D)端加正偏壓，器件導通，由于橫向電場作用，電子在漏極附近與硅原子碰撞電離，產(chǎn)生電子空穴對，一部分空穴被縱向電場掃入襯底，形成襯底電流，由于有氧埋層的存在，襯底電流無法釋放，使得空穴在浮體積聚，定義為第一種存儲狀態(tài)，可定義為寫“ 1 ” ；寫“0”的情況下，在柵極上施加正偏壓，在漏極上施加負偏壓，通過PN結正向偏置，空穴從浮體發(fā)射出去，定義為第二種存儲狀態(tài)。由于襯底電荷的積聚，會改變器件的閾值電壓(Vt)，可以通過電流的大小感知這兩種狀態(tài)造成閾值電壓的差異，即實現(xiàn)讀操作。由于浮體效應存儲單元去掉了傳統(tǒng)DRAM中的電容器，使得其工藝流程完全與 CMOS工藝兼容，同時可以構成密度更高的存儲器，因此有希望替代現(xiàn)有的傳統(tǒng)eDRAM應用于嵌入式系統(tǒng)芯片中。浮體效應存儲單元即可以采用匪OS結構，也可以采用PMOS結構。相對于匪OS結構的浮體效應存儲器單元，PMOS結構的浮體效應存儲器單元在數(shù)據(jù)保持(Data Retention) 方面的性能要差很多。這是由于，對于PMOS結構的扶梯效應存儲器單元，在寫“1”的時候， 襯底積聚的載流子是電子，由于電子的有效質量遠小于空穴，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結構的浮體效應存儲器單元在數(shù)據(jù)保持方面的性能下降。

發(fā)明內容
針對浮體效應存儲器單元在數(shù)據(jù)保持性能下降的問題，本發(fā)明提供了一種能夠提高浮體動態(tài)隨機存儲器單元數(shù)據(jù)保持性能的SOI硅片(絕緣體上硅)的制備方、所述方法制備的SOI硅片、以及所述SOI硅片在制備的浮體動態(tài)隨機存儲器單元。采用該方法制備的SOI硅片，可以提高浮體動態(tài)隨機存儲器單元(Floating Body Cell，即FBC)的數(shù)據(jù)保持時間。本發(fā)明的第一個目的是提供一種制備所述SOI硅片的方法，步驟包括
步驟1，提供第一硅片，并對第一硅片進行氫離子注入，在所述第一硅片中形成富氫埋層；提供第二硅片，并在第二硅片的表面形成二氧化硅薄膜； 步驟2，對第一硅片表面進行預處理形成粗糙表面；
步驟3，將第一硅片的粗糙表面和第二硅片的二氧硅薄膜接觸，將第一硅片和第二硅片進行鍵合；
步驟4，對鍵合后的第一硅片和第二硅片進行加熱，第一硅片從富氫埋層處分離； 步驟5，退火，將鍵合第二硅片的部分進行化學化學機械拋光去除剩余富氫埋層，得到 SOI硅片。其中，步驟2中所述預處理為使用含氫氟酸的溶液進行處理。所述含氫氟酸的溶液進行預處理的時間優(yōu)選為30s。本發(fā)明所述含氫氟酸的溶液可以是氫氟酸水溶液、含HF和HNO3的混合酸溶液等。本發(fā)明的第二個目的是提供一種上述方法制備的SOI硅片，包括底層硅、底層硅上覆蓋的二氧化硅埋層以及二氧化硅埋層上覆蓋的硅襯底，所述硅襯底與二氧化硅埋層之間的接觸面為粗糙面。本發(fā)明的第三個目的是提供一種上述SOI硅片的應用，所述SOI硅片優(yōu)選應用于制備65nm浮體動態(tài)隨機存儲器。本發(fā)明的第四個目的是提供一種應用上述SOI硅片制備的浮體動態(tài)隨機存儲器， 包括底層硅、底層硅上覆蓋的二氧化硅埋層以及二氧化硅埋層上覆蓋的硅襯底，所述硅襯底與二氧化硅埋層之間的接觸面為粗糙面。所述襯底上表面有柵極，柵極兩側的襯底內有源區(qū)和漏區(qū)；以所述柵極為中心，在源區(qū)、漏區(qū)的外側為淺溝槽。其中，所述淺溝槽底部接觸二氧化硅埋層。本發(fā)明在制備SOI硅片的工藝中，采用氫氟酸等溶液對鍵合硅片的表面進行預處理，適當增加鍵合硅片的表面粗糙度，使得在鍵合過程中，在二氧化硅埋層與襯底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結構的浮體效應存儲器單元的數(shù)據(jù)保持性能得到提高。


圖1為本發(fā)明所述第一硅片結構示意圖； 圖2為本發(fā)明第二硅片結構示意圖3為本發(fā)明制備SOI硅片流程圖，其中 圖3A為第一硅片表面預處理后結構示意圖； 圖:3B為第一硅片和第二硅片鍵合后結構示意圖； 圖3C為加熱使第一硅片在富氫埋層處分離結構示意4為本發(fā)明制備的SOI硅片結構示意圖； 圖5為本發(fā)明制備的浮體動態(tài)隨機存儲單元結構示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種能夠提高浮體動態(tài)隨機存儲器單元數(shù)據(jù)保持性能的SOI硅片 (絕緣體上硅)的制備方、所述方法制備的SOI硅片、以及所述SOI硅片在制備的浮體動態(tài)隨機存儲器單元。在制備SOI硅片的工藝中，采用氫氟酸等溶液對鍵合硅片的表面進行預處理，適當增加鍵合硅片的表面粗糙度，使得在鍵合過程中，在二氧化硅埋層與襯底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結構的浮體效應存儲器單元的數(shù)據(jù)保持性能得到提高。下面參照附圖，通過具體實施例對本發(fā)明進行詳細的介紹和描述，以使更好的理解本發(fā)明，但是下述實施例并不限制本發(fā)明范圍。步驟1，提供第一硅片和第二硅片
如圖1所示，提供第一硅片1，并對第一硅片1進行氫離子注入，形成富氫埋層10，富氫埋層10的深度可根據(jù)需要由注入能量控制。如圖2所示，提供第二硅片2，在第二硅片2上覆蓋一層二氧化硅薄膜20。步驟2，對第一硅片表面預處理
市購氫氟酸用200倍體積去離子水稀釋，對第一硅片1的表面進行預處理30s，氫氟酸可以與硅反應生成氣態(tài)物質四氟化硅，因此可以使第一硅片1的表面上部分硅被除去，從而增加第一硅片1的表面粗糙度，在第一硅片表面形成粗糙面11，如圖3A所示。步驟3，鍵合
如圖:3B所示，將第一硅片1的粗糙面11與第二硅片2的二氧化硅薄膜20接觸貼合， 進行鍵合。由于第一塊硅片1表面粗糙度適當增加，在第一硅片1與第二硅片2的鍵合的過程中，會在第一硅片1的表面與第二硅片2的二氧化硅薄膜20的界面處形成更多的硅懸掛鍵，在最終的SOI硅片中，二氧化硅埋層與襯底之間的懸掛鍵密度增加。步驟4，加熱分離第一硅片
如圖3C所示，對鍵合后的第一硅片1和第二硅片2進行加熱，第一硅片1中的富氫埋層10發(fā)生斷層，將第一硅片分為襯底11和襯底表面富氫層101，以及下料硅片12和下料硅片表面富氫層102。步驟5，得到SOI硅片
退火，去除富氫層101，并將襯底11進行表面進行平坦化，得到SOI硅片。如圖4所示，本發(fā)明制備的SOI硅片結構包括襯底11、二氧化硅埋層201、底層硅 2，襯底11與二氧化硅埋層201接觸的面為粗糙面，與普通的SOI硅片的區(qū)別在于，在二氧化硅埋層201與硅襯底11的界面處，懸掛鍵的面密度較大。本發(fā)明應用上述方法制備的SOI硅片，可用于65nm浮體動態(tài)隨機存儲器制備工藝中，進行PMOS浮體效應存儲單元的制備，如圖5所示，制備出的PMOS浮體效應存儲單元結構如下
在底層硅2的上表面覆蓋有二氧化硅埋層201，二氧化硅埋層201的上方覆蓋有襯底 11，襯底11與二氧化硅埋層的接觸面為粗糙面101。襯底1的上表面制備有柵極4，柵極4兩側的襯底中分別為源區(qū)51和漏區(qū)52，柵極4的側壁上還形成有側墻41。以柵極4為中心，源區(qū)51和漏區(qū)52的外側分別形成一個淺溝槽(STI) 6。由于用氫氟酸對第一硅片1的表面進行的預處理，提高了 SOI硅片的二氧化硅埋層201和襯底11之間的懸掛鍵的面密度，當襯底積聚電子時，電子有一定幾率與這些懸掛鍵進行復合，使得電子在襯底的保持時間延長，降低了電子從源端泄露的速度，因此提高了 PMOS結構浮體效應存儲單元的數(shù)據(jù)保持性能。以上對本發(fā)明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實施例。對于本領域技術人員而言，任何對本發(fā)明進行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發(fā)明的范圍內。
權利要求
1.一種制備SOI硅片的方法，其特征在于，步驟包括步驟1，提供第一硅片，并對第一硅片進行氫離子注入，在所述第一硅片中形成富氫埋層；提供第二硅片，并在第二硅片的表面形成二氧化硅薄膜； 步驟2，對第一硅片表面進行預處理形成粗糙表面；步驟3，將第一硅片的粗糙表面和第二硅片的二氧硅薄膜接觸，將第一硅片和第二硅片進行鍵合；步驟4，對鍵合后的第一硅片和第二硅片進行加熱，第一硅片從富氫埋層處剝離； 步驟5，退火，將鍵合第二硅片的部分進行化學化學機械拋光去除剩余富氫埋層，得到 SOI硅片。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2中所述預處理為使用含氫氟酸的溶液進行處理。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述預處理時間控制在30s。
4.一種如權利要求1所述方法制備的SOI硅片，其特征在于，包括底層硅、底層硅上覆蓋的二氧化硅埋層以及二氧化硅埋層上覆蓋的硅襯底，所述硅襯底與二氧化硅埋層之間的接觸面為粗糙面。
5.一種如權利要求4所述的SOI硅片的應用，其特征在于，所述SOI硅片用于制備65nm 浮體動態(tài)隨機存儲器。
6.一種應用如權利要求4所述SOI硅片制備的浮體動態(tài)隨機存儲器，其特征在于，包括底層硅、底層硅上覆蓋的二氧化硅埋層以及二氧化硅埋層上覆蓋的硅襯底，所述硅襯底與二氧化硅埋層之間的接觸面為粗糙面；襯底上表面有柵極，柵極兩側的襯底內有源區(qū)和漏區(qū)；以所述柵極為中心，在源區(qū)、漏區(qū)的外側為淺溝槽。
7.根據(jù)權利要求6所述的浮體動態(tài)隨機存儲器，其特征在于，所述淺溝槽底部接觸二氧化硅埋層。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制備SOI硅片的方法，在制備SOI硅片的工藝中，采用氫氟酸等溶液對鍵合硅片的表面進行預處理，適當增加鍵合硅片的表面粗糙度，使得在鍵合過程中，在氧埋層與襯底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結構的浮體效應存儲器單元的數(shù)據(jù)保持性能得到提高。
文檔編號H01L21/762GK102543828SQ20111034109
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月2日 優(yōu)先權日2011年11月2日
發(fā)明者俞柳江 申請人:上海華力微電子有限公司