[發明專利]抗輻照加固的SOI結構及其制作方法

有效

• 申請號: 201110418323.9
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN102437087A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 呂蔭學;畢津順;羅家俊;韓鄭生;葉甜春
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762
• 代理公司: 北京漢昊知識產權代理事務所(普通合伙) 11370
• 代理人: 朱海波

技術領域

本發明涉及半導體制造技術，尤其涉及一種具有抗輻照性能加固的SOI結構及其制作方法。

背景技術

相對于其它半導體器件技術而言，絕緣體上硅(Silicon-On-Insulator，SOI)技術是一種全介質隔離技術。一種典型的SOI?CMOS結構如圖1所示，即在頂層硅膜與襯底之間存在一層介質層-埋氧層用來把器件有源區與襯底隔離。由于埋氧層實現了良好的隔離，因此SOI器件在器件抗輻照性能方面有這其它器件不可比擬的優越性，這也是起初發展SOI技術的動機。

盡管SOI器件由于埋氧層的存在實現了良好的隔離，器件有源區體積小，相對于體硅具有更低的泄漏電流，無閂鎖效應，因此其抗輻照性能獲得很大的提高。但是，由于埋氧層的存在，其內存在大量的空穴陷阱，當SOI器件持續工作于電離輻照環境中時，電離輻照會在埋氧層中激發電子-空穴對，電子會很快遷移出埋氧層，而空穴會被空穴陷阱俘獲，成為固定空間正電荷，造成正電荷的積累，這些固定空間電荷主要集中在Si/SiO₂界面附近。當埋氧層中的正電荷積累到一定程度時，SOI?n溝道晶體管的背柵界面將會反型，致使器件漏電電流增加、電特性參數漂移，并最終失效。因此，相對于體硅器件，SOI器件在抗總劑量輻照能力方面并沒有優勢，反而因埋氧層的存在增加了抗輻照加固的復雜性，因此如何提高SOI器件的抗總劑量性能成為目前研究的焦點。

目前，主要通過離子注入的方式向已有的SOI結構的埋氧層中引入深電子陷阱或者復合中心，防止輻照產生的電子遷移出埋氧層，保持埋氧層的電中性，從而提高埋氧層的抗輻照能力，進而提高SOI結構的抗輻照能力、以及SOI器件的抗總劑量輻照水平。

但是，在向埋氧層中進行離子注入的同時，不可避免的會對頂層材料造成一定的注入損傷；此外，離子注入在有效改善埋氧層抗輻照性能的同時，必定影響到埋氧層的內部微觀結構，宏觀上表現為埋氧層電特性的變化，而這樣的變化又可能反過來影響到離子注入對材料的抗輻照加固效果。

因此，希望提出一種可以解決上述問題的具有加固的抗輻照性能的SOI結構及其制作方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有加固的抗輻照性能的SOI結構及其制作方法，在SOI制備過程中通過輻照高能粒子的方法例如質子、中子等，在埋氧層中引入位移損傷，形成缺陷，這些缺陷相當于復合中心，從而減小輻照時產生的電子空穴對來提高SOI結構背柵隱埋氧化層的抗輻照性能，進而提高SOI器件的抗總劑量輻照水平。

在一個方面，針對目前制備SOI的鍵合技術，本發明提供一種SOI結構加固的制作方法，包括：

a)提供兩個晶片，在至少一個所述晶片的表面形成絕緣氧化層；

b)對所述絕緣氧化層進行輻照質子注入引入位移損傷；

c)將兩個所述襯底通過所述絕緣氧化層進行鍵合；

d)對鍵合后的兩個晶片之一進行減薄，形成SOI結構。

在另一個方面，本發明提供根據上述方法制作的SOI結構。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

(1)通過在智能鍵合技術制備SOI的過程中，對熱氧化法所生成的SiO₂層進行輻照質子注入，向其中引入位移損傷形成復合中心，使得載流子的壽命減小，如此一來，在輻照過程中產生的大量電子-空穴對會被復合中心所復合，使埋氧層中陷阱所俘獲的空穴數量大大減小，從而有效地提高SOI結構的抗輻照性能。而且，質子注入僅僅只是引入位移損傷，對埋氧層的電中性特性并不會產生影響；

(2)由于質子注入是在鍵合技術過程中直接對隱埋層進行的，因此控制注入能量可以對頂層硅層影響很小，因此，不會影響到SOI頂層器件的性能。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：

圖1為現有技術中SOI?CMOS結構的剖面示意圖；

圖2為根據本發明的加固SOI結構抗輻照性能的方法流程圖；

圖3(a)至圖3(g)為根據本發明一個具體實施例按照圖2所示流程加固SOI結構抗輻照性能的各個階段的剖面示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。