[發明專利]改善自熱效應的SOI器件及其制備方法

有效

• 申請號: 202010849581.1
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN111986996B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 劉強;俞文杰
• 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: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L29/06;H01L29/786
• 代理公司: 上海泰博知識產權代理有限公司 31451
• 代理人: 錢文斌

1.一種改善自熱效應的SOI器件的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：

提供具有空腔結構的半導體襯底，所述半導體襯底自下而上包括底襯底、絕緣層以及頂半導體層，并于所述半導體襯底表面所在的平面內定義相互垂直的第一方向及第二方向，所述空腔結構位于所述頂半導體層中并顯露所述絕緣層，所述空腔結構的特征尺寸為納米級，所述空腔結構沿所述第一方向上具有第一尺寸，所述空腔結構沿所述第二方向上具有第二尺寸，所述第二尺寸大于所述第一尺寸；

刻蝕所述頂半導體層，以形成包覆所述空腔結構的有源區；

于所述有源區上形成柵介質材料層及柵金屬材料層并進行刻蝕以形成柵極結構，所述柵極結構對應位于所述空腔結構上；

對所述有源區進行離子注入，以在所述柵極結構的兩側形成源極區及漏極區，所述源極區及所述漏極區沿所述第一方向排布，且所述空腔結構位于所述源極區與所述漏極區之間的溝道區域內，所述空腔結構的第一尺寸小于所述溝道沿所述第一方向的尺寸，所述空腔結構與所述源極區及漏極區無直接接觸；以及

對應所述源極區及所述漏極區分別制備源極電極及漏極電極。

2.根據權利要求1所述的改善自熱效應的SOI器件的制備方法，其特征在于，形成所述源極區及所述漏極區之前還包括步驟：

形成所述柵介質材料層及所述柵金屬材料層后，刻蝕所述柵金屬材料層形成柵極層；

以所述柵極層為掩膜并基于所述柵介質材料層對所述有源區進行離子注入，以在所述柵極層兩側形成LDD摻雜區結構；

刻蝕所述柵介質材料層，以于所述柵極層下方形成柵介質層，得到所述柵極結構。

3.根據權利要求2所述的改善自熱效應的SOI器件的制備方法，其特征在于，形成所述源極區及所述漏極區之前還包括步驟：于所述柵極結構的側面制作柵極側墻。

4.根據權利要求3所述的改善自熱效應的SOI器件的制備方法，其特征在于，形成所述柵極側墻之后且在形成所述源極區及所述漏極區之前還包括步驟：以所述柵極結構及所述柵極側墻為掩膜對所述有源區進行離子注入，以在所述柵極結構兩側形成暈環結構，所述暈環結構包裹或不包裹所述空腔結構。

5.根據權利要求1所述的改善自熱效應的SOI器件的制備方法，其特征在于，形成有源區后還包括在有源區周圍制備隔離結構的步驟，形成所述隔離結構的步驟包括：在形成有所述有源區的結構上形成介質材料層；通過化學機械研磨工藝去除所述有源區上的所述介質材料層，得到位于所述有源區側部的所述隔離結構。

6.根據權利要求1所述的改善自熱效應的SOI器件的制備方法，其特征在于，所述柵極結構下方的所述空腔結構的數量為至少兩個，各所述空腔結構沿所述第一方向間隔排布。

7.根據權利要求1所述的改善自熱效應的SOI器件的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括在制備所述柵極結構前制備漏電屏蔽結構的步驟，其中，所述漏電屏蔽結構的制備包括：于形成有所述有源區的結構上制備圖形化掩膜層，所述圖形化掩膜層在所述第二方向上對應所述有源區的端部具有注入窗口；基于所述注入窗口對所述有源區進行離子注入以形成離子摻雜區，且所述離子摻雜區在所述第二方向上的寬度大于所述有源區與所述絕緣層交疊的區域的寬度，所述離子摻雜區構成所述漏電屏蔽結構，其中，所述離子注入的摻雜離子類型與所述頂半導體層的離子摻雜類型相同，且所述離子注入的摻雜離子濃度大于所述頂半導體層的摻雜離子濃度的兩個數量級以上。

8.根據權利要求1-7中任意一項所述的改善自熱效應的SOI器件的制備方法，其特征在于，所述空腔結構的頂部與所述頂半導體層上表面之間的距離介于2nm-60nm之間，所述空腔結構的特征尺寸介于5nm-20nm之間；所述空腔結構沿所述第二方向上，各邊距離所述頂半導體層 的邊緣的距離介于9nm-11nm之間。