專利名稱：浮體效應(yīng)存儲器件用soi硅片及制造方法、存儲器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及浮體效應(yīng)存儲器件用SOI (Silicon On Insulator 絕緣襯底上硅)硅片及其制造方法。
背景技術(shù)：
嵌入式動態(tài)存儲技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)使得大容量DRAM(Dynamic Random Access Memory :動態(tài)隨機存取存儲器)在目前的系統(tǒng)級芯片(System On Chip :S0C)中非常普遍。 大容量嵌入式動態(tài)存儲器(eDRAM =Embedded Dynamic RAM)，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(shù)來實現(xiàn)的各種優(yōu)點。傳統(tǒng)的嵌入式動態(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(jié)構(gòu)，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?yán)щy。其制作工藝與CMOS (complementary metal oxide semiconductor :互補型金屬氧化物半導(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(yīng)(Floating Body Effect，即FBE)的動態(tài)隨機存儲器件， 其原理是利用絕緣體上硅(Silicon on Insulator，即S0I)器件中氧埋層(BOX) 21的隔離作用所帶來的浮體效應(yīng)，將被隔離的浮體(Floating Body)作為存儲節(jié)點，實現(xiàn)寫“ 1”和寫“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23，形成襯底電流，由于有氧埋層21的存在，襯底電流無法釋放，使得空穴在浮體積聚，將該狀態(tài)定義為第一存儲狀態(tài)，可定義為寫“ 1”，寫“0”的情況如圖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)定義為第二存儲狀態(tài)。由于襯底23電荷積聚，會改變器件的閾值電壓(Vt)，可以通過電流的大小來感知這兩種狀態(tài)造成閾值電壓的差異，即實現(xiàn)讀操作。 由于浮體效應(yīng)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(gòu)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(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)芯片中。浮體效應(yīng)存儲單元既可以采用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)。相對于NMOS結(jié)構(gòu)的浮體效應(yīng)存儲器件，PMOS結(jié)構(gòu)的浮體效應(yīng)存儲器件在數(shù)據(jù)保持(Data Retention)方面的性能要差很多。這是由于，對于PMOS結(jié)構(gòu)的浮體效應(yīng)存儲器件，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(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
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種浮體效應(yīng)存儲器件用SOI硅片及其制造方法，通過使用該SOI硅片，能夠加長浮體效應(yīng)存儲器件中電子在襯底的保持時間并提高數(shù)據(jù)保持性能。本發(fā)明的浮體效應(yīng)存儲器件用SOI硅片，其特征在于，該SOI硅片包括底層硅，氧埋層，其形成在所述底層硅上，并且摻雜有氮離子，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的界面附近具有由氮離子形成的懸掛鍵。在本發(fā)明中，由于在氧埋層摻雜有氮離子，所以在氧埋層的與襯底的界面附近形成更多的懸掛鍵，從而可以更有效地俘獲電子，因此，若使用本發(fā)明的浮體效應(yīng)存儲器件用 SOI硅片，則可以提高浮體效應(yīng)存儲器件數(shù)據(jù)保持時間以及性能。本發(fā)明的浮體效應(yīng)存儲器件用SOI硅片的制造方法，其特征在于，包括第一步驟，對硅片進(jìn)行氧離子注入，以將所述硅片分為底層硅、硅的氧化物沉淀層、襯底，第二步驟，在氧+氮氣氛環(huán)境下對所述硅片進(jìn)行超高溫退火，以形成摻雜有氮離子的氧埋層。本發(fā)明在注氧隔離(SIMOX，Separation by Implantation of Oxygen)技術(shù)制備 SOI (Silicon On hsulator，絕緣襯底上硅)硅片的工藝中，采用氧+氮氣氛超高溫退火的方法，實現(xiàn)對制備的SOI硅片的氧埋層(BOX，Buried Oxide)進(jìn)行氮摻雜，進(jìn)而在氧埋層的與襯底的界面附近形成更多的懸掛鍵，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)存儲器單元的數(shù)據(jù)保持性能得到提高。一種浮體效應(yīng)存儲器件，使用如上述SOI硅片制造而成。


圖IA IB分別是表示NMOS結(jié)構(gòu)的浮體動態(tài)隨機存儲單元寫“1”和寫“0”的過程的圖。圖2是表示使用本發(fā)明的增加氧埋層的與襯底的界面附近的懸掛鍵的SOI硅片制造的PMOS浮體效應(yīng)存儲單元的剖面圖。圖3A ;3B是表示以往的采用SIMOX技術(shù)制備SOI硅片的圖。圖4是表示本發(fā)明的采用氧+氮氣氛進(jìn)行超高溫退火的示意圖。其中，附圖標(biāo)記說明如下11底層硅12氧埋層12-1氧化物沉淀層12-2 氧埋層13 襯底14 柵極15 漏極
16 源極17 溝槽M 柵極25 漏極26 源極
具體實施例方式下面，參照附圖來說明本發(fā)明的浮體效應(yīng)存儲器件用SOI硅片及其制造方法。圖2是表示使用本發(fā)明的增加氧埋層的與襯底界面附近的懸掛鍵的SOI硅片制造的PMOS浮體效應(yīng)存儲器件的剖面圖。參照圖2，浮體效應(yīng)存儲器件1利用SOI硅片制造而成，該SOI硅片包括底層硅11 ；氧埋層(BOX) 12，其形成在底層硅11上，并且摻雜有氮離子；襯底13，其形成在氧埋層12上。在氧埋層12中，在氧埋層12與襯底13之間的邊界附近具有由氮離子形成的界面懸掛鍵。另外，該SOI硅片的襯底13用于形成該浮體效應(yīng)存儲器件1的柵極14、漏極15、源極16、溝槽17，這些柵極14、漏極15、源極16、溝槽17可以通過公知的技術(shù)形成，這里僅對浮體效應(yīng)存儲器件用的SOI硅片的制造方法進(jìn)行說明。圖3A 圖;3B是表示以往的利用注氧隔離(SIM0X，S印aration by Implantation of Oxygen)方法制造SOI硅片的圖。注氧隔離方法是一種制備SOI硅片的方法，以往，其工藝流程如圖3A ;3B所示。首先，在第一步驟中，對普通硅片進(jìn)行層間高劑量例如大約1. 7E18/cm2氧離子注入，形成硅的氧化物沉淀層12-1。由此，將硅片分為底層硅11、硅的氧化物沉淀層12-1、襯底13，如圖3A所示。接著，如圖IBB所示，在第二步驟中，對注入后的硅片在氧氣氛環(huán)境下進(jìn)行超高溫例如約1300攝氏度退火，形成氧埋層(BOX) 12-2。由此，完成了以往的SOI硅片的制造。但是，在本發(fā)明中，利用注氧隔離方法制備SOI硅片的工藝流程如下。首先，在第一步驟中，對普通硅片進(jìn)行層間高劑量例如大約lE17/cm2 5E18/cm2 氧離子注入，形成硅的氧化物沉淀層12-1，如圖3A所示。接著，在第二步驟中，對注入后的硅片在氧+氮氣氛環(huán)境下進(jìn)行超高溫例如約 1150 1300攝氏度退火，以形成摻雜有氮離子的氧埋層12。在氧+氮氣氛中，氮氣所占的比例為10% 80%，這樣能夠更好地向氧埋層中摻雜氮離子。在本發(fā)明的退火過程中，氮離子穿過表層硅擴(kuò)散到氧埋層與襯底硅之間的界面處，可以形成更多的界面懸掛鍵，即，在氧埋層中，在氧埋層的與襯底硅的界面處的由氮離子形成的懸掛鍵面密度增加，如圖4所示。由于在氧埋層中與襯底的界面處的懸掛鍵密度增大，當(dāng)襯底積聚電子時，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間加長，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)存儲器單元的數(shù)據(jù)保持性能。另外，在超高溫退火工藝中，采用氧+氮氣氛環(huán)境進(jìn)行退火，在氧埋層中在與襯底的邊界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，從而加長了電子在襯底的保持時間。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)存儲器單元的數(shù)據(jù)保持性能。
權(quán)利要求
1.一種浮體效應(yīng)存儲器件用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，并且摻雜有氮離子， 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的界面附近具有由氮離子形成的懸掛鍵。
2.一種浮體效應(yīng)存儲器件用SOI硅片的制造方法，其特征在于，包括第一步驟，對硅片進(jìn)行氧離子注入，以將所述硅片分為底層硅、硅的氧化物沉淀層、襯底，第二步驟，在氧+氮氣氛環(huán)境下對所述硅片進(jìn)行超高溫退火，以形成摻雜有氮離子的氧埋層。
3.如權(quán)利要求2所述的浮體效應(yīng)存儲器件用SOI硅片的制造方法，其特征在于， 在所述第一步驟中，對所述硅片進(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)存儲器件用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1150 1300攝氏度。
5.如權(quán)利要求2所述的浮體效應(yīng)存儲器件用SOI硅片的制造方法，其特征在于， 在氧+氮氣氛環(huán)境中，氮氣所占的比例為10 % 80 %。
6.一種浮體效應(yīng)存儲器件，使用如權(quán)利要求1所述的SOI硅片制造而成。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種浮體效應(yīng)存儲器件用SOI硅片及其制造方法，通過使用該SOI硅片，能夠加長浮體效應(yīng)存儲器件中電子在襯底的保持時間并提高數(shù)據(jù)保持性能。一種浮體效應(yīng)存儲器件的制造方法，包括第一步驟，對硅片進(jìn)行氧離子注入，以將所述硅片分為底層硅、硅的氧化物沉淀層、襯底，第二步驟，在氧+氮氣氛環(huán)境下對所述硅片進(jìn)行超高溫退火，以形成摻雜有氮離子的氧埋層。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)存儲器器件的數(shù)據(jù)保持性能得到提高。
文檔編號H01L27/108GK102412253SQ20111039173
公開日2012年4月11日 申請日期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 申請人:上海華力微電子有限公司