[發明專利]絕緣體上硅硅片及浮體動態隨機存儲器單元的制造方法

有效

• 申請號: 201110256001.9
• 申請日: 2011-08-31
• 公開（公告）號: CN102969268A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 俞柳江
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762;H01L21/84
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 陸花

技術領域

本發明涉及一種半導體制備技術，尤其涉及一種絕緣體上硅硅片的制造方法，以提高浮體動態隨機存儲器單元的數據保持時間。

背景技術

隨著集成電路工藝的高速發展，集成度和工藝允許片內集成更多的存儲器。嵌入式存儲器在系統級芯片(SoC，System?on?Chip)的面積比重逐年增加，由1999年平均20％的芯片面積上升到2007年60-70％乃至2014年的90％的面積，由此可見，嵌入式存儲器的優劣對芯片的影響將越來越大。其中，嵌入式存儲器中動態隨機存取存儲器(DRAM，Dynamic?Random?Access?Memory)具備速度快、功耗低、高密度等優點，隨著嵌入式動態存儲器技術的發展已經使得大容量DRAM在目前的系統級芯片SoC中被廣泛運用。雖然大容量嵌入式動態存儲器(eDRAM，embedded?Dynamic?Random?Access?Memory)的運用給SoC帶來諸如改善寬帶和降低功耗等功能，但是，SoC芯片只能通過采用嵌入技術來實現eDRAM的各種好處。傳統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，因此，eDRAM工藝與常規邏輯工藝差異很大，造成制造工藝困難，其制作工藝與CMOS超大規模集成電路工藝非常不兼容，整合相當困難，限制了它在嵌入式SoC中的應用。

近幾年來，一個重要的發展方向便是利用浮體效應存儲單元(FBC，Floating?Body?Cell)替代eDRAM的動態存儲器。FBC是利用浮體效應(FBE，Floating?Body?Effect)的動態隨機存儲器單元，參見圖1a和1b，其原理是利用絕緣體上硅(SOI，Silicon?on?Insulator)器件208中氧埋層202(BOX)的隔離作用所帶來的浮體效應，將被隔離的浮體(Floating?Body)作為存儲節點，實現寫“1”和寫“0”。下面以浮體效應存儲單元采用NMOS結構為例，結合圖1a和圖1b對FBC的工作原理進行闡述。如圖1a所示，以源極(S)220作為參考電壓，源極可以接地，在柵極(G)218漏極(D)222加正偏壓，器件導通，在小尺寸器件中，較小的源-漏電壓即可在漏極端附近處形成很高的電場，由于該橫向電場作用，在漏端的強場區，溝道電子獲很大的漂移速度和能量，成為熱載流子，這些熱載流子一部分在漏極附近與硅原子碰撞電離，產生電子空穴對，一部分空穴228被由柵極指向襯底的縱向電場掃入襯底，形成襯底電流。由于有氧埋層202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，可定義為寫“1”。如圖1b所示，以源極作為參考電壓，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，空穴從浮體發射出去，定義為第二種存儲狀態，可定義為寫“0”。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造成閾值電壓的差異，即實現讀操作。由于利用絕緣體上硅器件制造的浮體效應存儲單元去掉了傳統DRAM中的電容器，不僅使其工藝流程完全與CMOS工藝兼容，同時可以構成密度更高的存儲器，有希望替代現有的傳統eDRAM應用于嵌入式系統芯片中。

以制作SOI硅片為例，現有比較通用的一種智能剝離(Smart?Cut)工藝，可以參見圖3a至圖3e。

首先，參見圖3a，采用熱氧化方法，在第一硅片300表面形成二氧化硅薄膜302和襯底304。

參見圖3b，對第一硅片300進行氫離子注入，在二氧化硅薄膜302下方的襯底304中形成富含氫離子的埋層306。

參見圖3c，在第一硅片300的二氧化硅薄膜302上鍵和第二硅片308。

參見圖3d，對鍵合后的第一硅片300和第二硅片308熱處理，使得第一硅片300的襯底304從富含氫離子的埋層處306剝離，從而形成絕緣體上硅硅片310，其由上至下依次包括第二硅片308以及與第二硅片308鍵合的第一硅片部分。其中，與第二硅片308鍵和在一起的第一硅片部分包括二氧化硅薄膜302、二氧化硅薄膜302下方的第一硅片300的部分襯底304，以及在部分襯底304下方的部分埋層306’。

參見圖3e，對絕緣體上硅硅片310采用化學機械拋光等工藝，去除與部分襯底304連接的部分埋層306’，并平坦化第一硅片部分襯底304，制備絕緣體上硅硅片310’。