专利名称：Soi硅片及其制造方法、浮体效应存储器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及浮体效应存储器件用的SOI (Silicon On hsulator 绝缘衬底上硅)硅片及其制造方法，更确切的说，本发明涉及通过注氧隔离(SIMOX，Separation by Implantation of Oxygen)方法制备 SOI (Silicon On Insulator，绝缘衬底上硅)硅片，以及由该SOI硅片构成的浮体效应存储器件。
背景技术：
嵌入式动态存储技术的发展已经使得大容量DRAM(Dynamic Random Access Memory :动态随机存取存储器)在目前的系统级芯片(System On Chip :S0C)中非常普遍。 大容量嵌入式动态存储器(eDRAM =Embedded Dynamic RAM)，给SOC带来了诸如改善带宽和降低功耗等只能通过采用嵌入技术来实现的各种优点。传统的嵌入式动态存储器(eDRAM) 的每个存储单元除了晶体管之外，还需要一个深沟槽电容器结构，电容器的深沟槽使得存储单元的高度比其宽度大很多，造成制造工艺困难。其制作工艺与CMOS (complementary metal oxide semiconductor :互补型金属氧化物半导体)超大规模集成电路工艺非常不兼容，限制了它在嵌入式系统芯片(SOC)中的应用。浮体效应存储单元(Floating Body Cell,即FBC)是一种有希望替代eDRAM的动态存储器。FBC是利用浮体效应(Floating Body Effect，即FBE)的动态随机存储器件， 其原理是利用绝缘体上硅(Silicon on Insulator，即S0I)器件中氧埋层(BOX) 21的隔离作用所带来的浮体效应，将被隔离的浮体(Floating Body)作为存储节点，实现写“ 1”和写“0”。图1A、1B是FBC的工作原理示意图。在图IA中以NM0S(N_channel metal oxide semiconductor :N沟道金属氧化物半导体)为例，在栅极(G) M和漏极(D) 25端加正偏压， 使器件导通，由于横向电场作用，电子在漏极附近与硅原子碰撞电离，产生电子空穴对，一部分空穴被纵向电场扫入衬底23，形成衬底电流，由于有氧埋层21的存在，衬底电流无法释放，使得空穴在浮体积聚，将该状态定义为第一存储状态，可定义为写“1”的情况；写“0” 的情况则如图IB所示，在栅极M上施加正偏压，在漏极25上施加负偏压，通过PN结正向偏置，空穴从浮体发射出去，将该状态定义为第二存储状态。由于衬底23电荷积聚，会改变器件的阈值电压(Vt)，可以通过电流的大小来感知这两种状态造成阈值电压的差异，即实现读操作。由于浮体效应存储单元去掉了传统DRAM中的电容器，使得其工艺流程完全与 CMOS工艺兼容，同时可以构成密度更高的存储器，因此有希望替代现有的传统eDRAM应用于嵌入式系统芯片中。浮体效应存储单元既可以采用NMOS结构，也可以采用PMOS (P-channel Metal Oxide Semiconductor，P沟道金属氧化物半导体)结构。相对于NMOS结构的浮体效应存储器件，PMOS结构的浮体效应存储器件在数据保持(Data Retention)方面的性能要差很多。这是由于，对于PMOS结构的浮体效应存储器件，在写“1”的时候，衬底积聚的载流子是电子，由于电子的有效质量远小于空穴，且电子的迁移率要大于空穴，所以衬底积聚的电子，更容易从源端泄漏，造成PMOS结构的浮体效应存储器件在数据保持方面的性能下降。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于，提供一种浮体效应存储器件及其制造方法，该浮体效应存储器件能够加长电子在衬底的保持时间，并且降低电子从源端泄漏的速率，提高PMOS结构浮体效应存储器件的数据保持性能。为了达到上述目的，本发明提供一种浮体效应存储器件用SOI硅片，其特征在于， 包括底层硅，氧埋层，其形成在所述底层硅上，并且含有氮离子，衬底，其形成在所述氧埋层上；在所述氧埋层中，在所述氧埋层与所述衬底之间的边界附近具有由所述氮离子形成的界面悬挂键。另外，本发明提供一种浮体效应存储器件用的SOI硅片的制造方法，其特征在于， 依次执行以下步骤第一步骤，对硅片进行氧离子注入，由此形成底层硅、硅的氧化物沉淀层、衬底，第二步骤，在氧气氛环境下对所述硅片进行超高温退火，由此形成氧埋层；在所述第一步骤中，在对所述硅片进行氧离子注入的同时，还对所述硅片进行氮离子注入，由此在所述硅的氧化物沉淀层中掺杂规定量的氮离子。另外，本发明提供一种使用所述的SOI硅片制造的浮体效应存储器件。根据上述结构，在通过注氧隔离(SIM0X，S印aration by Implantation of Oxygen)方法制备SOI硅片的工艺中，采用氮离子辅助注入的方法，实现对制备的SOI硅片的氧埋层(B0X，BUried Oxide)进行氮掺杂，进而在氧埋层与衬底的界面之间形成更多的界面悬挂键，从而可以更有效的俘获电子，使得PMOS结构的浮体效应存储器件的数据保持性能得到提高。另外，由于在进行氧离子注入的同时，也进行少量的氮离子注入，并且使得注入深度与氧离子匹配；在超高温退火工艺后，在氧埋层与衬底的界面处形成更多的界面悬挂键。 由于这些悬挂键有一定的几率与衬底积聚的电子进行复合，从而加长了电子在衬底的保持时间，并且降低了电子从源端泄漏的速率，提高了 PMOS结构浮体效应存储器件的数据保持性能。
图1A、IB是表示浮体动态随机存储单元写“ 1”和写“0”的过程的图。图2是表示增加氧埋层与衬底之间悬挂键之后的PMOS浮体效应存储器件的剖面图。图3AJB是表示利用SIMOX方法制备浮体效应存储器件所使用的SOI硅片的图。图4A、4B是表示利用掺氮的SIMOX方法来制备浮体效应存储器件所使用的SOI硅片的图。
具体实施例方式下面，参照附图来说明本发明的浮体效应存储器件及其制造方法。图2是表示增加氧埋层与衬底之间悬挂键之后的PMOS浮体效应存储器件的剖面图。参照图2，由SOI硅片构成的浮体效应存储器件1包括底层硅11 ；氧埋层(BOX) 12，其形成在底层硅11上，并且含有氮离子；衬底13，其形成在氧埋层12上。在氧埋层12中，在
4氧埋层12与衬底13之间的边界附近具有界面悬挂键。另外，浮体效应存储器件1还可以具有栅极14、漏极15、源极16、沟槽17，这些栅极14、漏极15、源极16、沟槽17可以通过公知的技术形成，这里仅对浮体效应存储器件的SOI硅片的制造方法进行说明。图 3A 3B 是表示利用 SIM0X(S^)aration by Implantation of Oxygen)方法制备浮体效应存储器件所使用的SOI硅片的图。首先，如图3A所示，在第一步骤中，对普通硅片进行层间高剂量范围为1E17/ cm2 5E18/cm2的氧离子注入，形成硅的氧化物沉淀层12_1，由此使硅片分层为底层硅11、 硅的氧化物沉淀层12-1、衬底13。接着，如图:3B所示，在在第二步骤中，在氧气氛环境下对注入后的硅片1进行超高温退火，例如退火温度为约摄氏1200 1300度，形成氧埋层(BOX) 12_2。另外，图4A、4B是表示利用掺氮的SIMOX方法来制备浮体效应存储器件所使用的 SOI硅片的图。如图4A所示，在所述第一步骤中，在层间高剂量氧离子注入的同时，也进行少量的氮离子注入，氮离子的注入剂量的范围为lE15/cm2 5E16/cm2，注入深度与氧离子匹配，由此在硅的氧化物沉淀层12-1中掺杂规定量的氮离子。由此形成了掺杂有氮离子的氧埋层12。并且，如图4B所示，在所述第二步骤中，在氧气氛环境下进行超高温退火时，由于在所述第一步骤中向硅的氧化物沉淀层12-1中注入了氮离子，因此在形成氧埋层12的过程中，在氧埋层12与衬底13之间的界面处存在氮离子，从而会形成更多的由氮离子构成的界面悬挂键，即悬挂键面密度增加。由此，完成了浮体效应存储器件所使用的SOI硅片1。由于在氧埋层12与衬底13之间的悬挂键密度增大，当衬底积聚电子时，电子有一定的几率与这些悬挂键进行复合，使得电子在衬底的保持时间加长，降低了电子从源端泄漏的速率，从而提高了 PMOS结构浮体效应存储器件的数据保持性能。
权利要求
1.一种SOI硅片，用于浮体效应存储器件，该SOI硅片的特征在于，包括 底层硅，氧埋层，其形成在所述底层硅上，并且含有氮离子， 衬底，其形成在所述氧埋层上；在所述氧埋层中，在所述氧埋层与所述衬底之间的边界附近具有由所述氮离子形成的界面悬挂键。
2.一种浮体效应存储器件用的SOI硅片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤 第一步骤，对硅片进行氧离子注入，由此使硅片分层为底层硅、硅的氧化物沉淀层、衬底，第二步骤，在氧气氛环境下对所述硅片进行超高温退火，由此形成氧埋层； 在所述第一步骤中，在对所述硅片进行氧离子注入的同时，还对所述硅片进行氮离子注入，由此在所述硅的氧化物沉淀层中掺杂规定量的氮离子。
3.如权利要求2所述的浮体效应存储器件用的SOI硅片的制造方法，其特征在于， 在所述第一步骤中，对所述硅片进行氧离子注入的层间高剂量范围为lE17/cm2 5E18/cm2。
4.如权利要求2所述的浮体效应存储器件用的SOI硅片的制造方法，其特征在于， 在所述第一步骤中，所注入的氮离子的注入剂量的范围为lE15/cm2 5E16/cm2。
5.如权利要求2 4中任意一项所述的浮体效应存储器件用的SOI硅片的制造方法， 其特征在于，在所述第二步骤中，所述超高温退火的温度范围为摄氏1200 1300度。
6.如权利要求2 4中任意一项所述的浮体效应存储器件用的SOI硅片的制造方法， 其特征在于，在所述第一步骤中，所注入的氮离子的注入深度与所注入的氧离子匹配。
7.一种使用如权利要求1所述的SOI硅片制造的浮体效应存储器件。
全文摘要
本发明提供一种SOI硅片及其制造方法，以及使用该SOI制备的浮体效应存储器件，该SOI硅片包括底层硅，氧埋层，其形成在所述底层硅上，并且含有氮离子，衬底，其形成在所述氧埋层上；在所述氧埋层中，在所述氧埋层与所述衬底之间的边界附近具有界面悬挂键。
文档编号H01L21/762GK102446929SQ20111039279
公开日2012年5月9日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者俞柳江 申请人:上海华力微电子有限公司