[發明專利]一種抗輻射的SOI材料的制備方法

在審

• 申請號: 202010578947.6
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111739838A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 畢大煒;胡志遠;張正選;鄒世昌
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762;H01L21/8238;H01L27/092
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 宋旭;黃志達

本發明涉及一種抗輻射的SOI材料的制備方法，包括：采用局域性離子注入的方式制備抗輻射的SOI材料。本發明頂層硅離子注入損傷小，局域性離子注入，其它部分不被注入，頂層硅晶格結構完整，成為后續退火修復的籽晶區域，退火后頂層硅晶格質量完整，均勻性好。

技術領域

本發明屬于SOI材料的制備領域，特別涉及一種抗輻射的SOI材料的制備方法。

背景技術

SOI(Silicon On Insulator)材料是一種具有“頂層硅/埋氧層/襯底”獨特三層結構的半導體材料，頂層單晶硅薄膜用來制造半導體器件，器件與襯底之間由一層埋氧層隔開。SOI技術作為一種全介質隔離技術，與體硅技術相比，具有低功耗、抗輻射能力強、集成密度高、速度快、工藝簡單、抗干擾能力強、消除了閂鎖效應等優點。但也由于埋氧層的存在，SOI器件的抗總劑量輻射能力很差。當SOI器件遭受電離輻射時，會導致埋氧層中產生凈的正電離累積，導致SOI NMOS器件的背柵閾值電壓降低和器件關態漏電流增加，影響SOI電路的可靠性甚至導致失效。

目前，提高SOI器件抗總劑量輻射能力的方法主要是通過對SOI材料進行加固，主要有兩種方式。一是將硅離子直接注入到已制備完成的SOI材料的埋氧層中并退火，該方法能夠在埋氧層中產生硅納米晶體，引入電子陷阱來俘獲輻射產生的電子，補償埋氧層中累積的空穴。二是在SOI材料的制備過程當中，先在埋氧層通過離子注入或CVD的方法產生硅納米晶體，再鍵合制成SOI材料。

但上述兩種方法都存在著一些固有問題：方法一對SOI材料進行全局的離子注入，會導致頂層硅產生全局性注入損傷，注入后頂層硅內缺乏完整的籽晶區域，因此注入損傷難以通過后續的高溫退火完全修復。方法二是在SOI材料制備的過程中引入硅納米晶形成工藝，此種方法增加了SOI材料制造的工藝步驟和工藝難度，會影響材料頂層硅薄膜的均勻性和晶格質量。并且上述兩種方法都是對SOI材料進行全局性加固，后續無論SOI NMOS器件還是SOI PMOS器件的埋氧層中均有硅納米晶，但實際上只有NMOS器件才對總劑量輻射嚴重敏感，PMOS器件實際上是不需加固的。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種抗輻射的SOI材料的制備方法，克服現有技術產生無法完全恢復的頂層硅晶格注入損傷或降低頂層硅薄膜均勻性和晶格質量的技術缺陷，本發明中采用局域性離子注入的方式制備抗輻射的SOI材料、器件。

本發明的一種抗輻射SOI材料的制備方法，包括：

提供依次設有襯底硅、埋氧層、頂層硅的SOI材料，硅離子注入到SOI材料的埋氧層中，高溫退火，所述硅離子注入前進行光刻。

所述硅離子注入工藝具體為：

1)采用各類離子注入機，包括并不限于中束流、大束流、高能離子注入機，將硅離子注入到光刻后未去膠前的SOI材料的埋氧層中。

2)注入離子種類為硅離子。包括Si28和Si29同位素，包括并不限于1價或2價等不同電荷態的硅離子。

3)注入能量根據目標SOI材料的頂層硅和埋氧層厚度決定。通常在5～300Kev范圍內。

4)注入劑量。根據SOI材料不同等級的抗輻射性能要求，通常在1×10¹³/cm²-1×10¹⁸/cm²間。

所述高溫退火具體為：高溫退火的溫度范圍為800℃至1300℃，退火的氣氛為氮氣、氬氣、氧氣中任意一種或幾種混合物，退火的時間范圍為0.5小時至10小時。

所述光刻工藝具體為：

1)涂膠：在SOI材料全局表面涂布光刻膠；

2)光刻：采用一層光刻掩膜版，定義出后續流片的所有SOI NMOS晶體管的有源區，并去除該有源區上方的光刻膠；