一种具有双侧互连的对称型双栅FDSOI器件及其制造方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，且具体涉及一种具有双侧互连的对称型双栅fdsoi器件及其制造方法。

背景技术：

1、随着器件特征尺寸的不断缩减，特别是22nm节点之后，体硅cmos面临诸如短沟道效应、亚阈斜率增大、阈值电压漂移、寄生闩锁效应和栅控能力降低等技术挑战，受限于器件特征尺寸难以微缩，亟需新材料和新技术破局。

2、在诸多技术中，fdsoi凭借其优越的栅控能力成为了替代体硅cmos的一种选择。fdsoi的超薄硅体自然地限定了源漏结深，同时也限定了源漏结的耗尽区，从而可改善短沟道效应，改善亚阈特性，降低电路的静态功耗。fdsoi可实现无沟道掺杂和口袋型离子注入，可避免随机杂质波动等效应，可保持稳定的阈值电压和迁移率，可提供更低的噪声和更高的增益，在高频、低功耗、抗静电等方面有明显优势，契合iot、5g、ai和自动驾驶等新技术领域的应用需求。

3、为进一步增大驱动电流，并抑制短沟道效应，fdsoi器件由单栅结构向双栅结构发展，依据前栅和背栅的情况可分为：对称型双栅晶体管和非对称型双栅晶体管。双栅晶体管易获得高性能和高均匀性的器件特性，但制备工艺非常复杂，特别是对称型双栅晶体管，背栅的离子掺杂与背栅硅化物实现有较大困难，背栅氧厚度的精确控制有很大工艺难度。

4、双栅fdsoi具有灵活可调的背偏压，可实现器件性能的机动性调控。然而，现有背栅的控制端通常从正面引出，增大了金属互连结构的面积，进而增大了芯片面积。

技术实现思路

1、本发明提出了一种具有双侧互连的对称型双栅fdsoi器件，减小对称型双栅fdsoi器件的金属互连结构面积；一种具有双侧互连的对称型双栅fdsoi器件的制造方法，简化了工艺，降低了成本。

2、本发明的技术方案：

3、一种具有双侧互连的对称型双栅fdsoi器件，一对称型双栅fdsoi器件（包括：第一衬底和介质层，介质层位于所述第一衬底上方；背栅极，位于介质层上；超薄硅体，在第一衬底和第二衬底晶圆键合后，由第二衬底经智能剥离形成；浅沟槽隔离，位于超薄硅体和第一衬底上；背栅氧，位于超薄硅体的下方；正栅氧，位于超薄硅体的上方；正栅极，位于正栅氧的上方；补偿侧墙，位于正栅极的侧边；侧墙，位于补偿侧墙的侧边；抬起的源/漏极，位于所述超薄硅体上；背栅/正栅/源/漏极接触，分别置于背栅/正栅/源/漏极上；提供具有不同厚度的栅氧区，每种所述栅氧区内的所述背栅氧和所述正栅氧具有相同物理厚度；所述背栅极接触区域被浅沟槽隔离区域所包围；所述超薄硅体的厚度介于5~20nm；所述背栅极和所述正栅极为同型掺杂；所述背栅极和所述正栅极具有独立控制端，可实现沟道的单栅或双栅控制），其双侧均匀设置有金属互连结构，即为具有双侧互连的对称型双栅fdsoi器件；

4、其中，正侧金属互连结构形成在对称型双栅fdsoi器件的超薄硅体上方，背侧金属互连结构形成在对称型双栅fdsoi器件的第一衬底下方，正侧金属互连结构与背侧金属互连结构通过贯穿对称型双栅fdsoi器件的超薄硅体、第一衬底的硅通孔互连，背侧金属互连结构通过硅通孔连接对称型双栅fdsoi器件的背栅，用于对称型双栅fdsoi器件的背栅的控制）

5、所述具有双侧互连的对称型双栅fdsoi器件的端口由正侧金属互连结构和背侧金属互连结构分别导出。

6、所述具有双侧互连的对称型双栅fdsoi器件的端口由正侧金属互连结构单独导出，此时，所述背侧金属互连结构由硅通孔导出至正侧金属互连结构。

7、上述具有双侧互连的对称型双栅fdsoi器件的制造方法，所述方法包括：

8、提供第一衬底；

9、在第一衬底上形成介质层；

10、在介质层上形成背栅极，对背栅极执行离子掺杂；

11、提供第二衬底，在第二衬底是形成具有不同厚度的背栅氧；

12、对第二衬底执行h+离子注入，在第二衬底内部形成富h层；

13、执行第一衬底和第二衬底的晶圆键合；

14、智能剥离第二衬底制备超薄硅体，形成以第一衬底为支撑的soi晶圆；

15、两次蚀刻法形成浅沟槽隔离；

16、在超薄硅体中形成n阱和p阱；

17、形成具有不同厚度的正栅氧；

18、形成正栅极；

19、形成补偿侧墙；

20、形成抬起的源/漏极；

21、执行轻掺杂离子注入；

22、形成侧墙；

23、执行源/漏极重掺杂离子注入；

24、执行快速热处理工艺；

25、形成背栅/正栅/源/漏极金属硅化物；

26、形成接触通孔；

27、形成正侧金属互连结构；

28、形成硅通孔；

29、形成背侧金属互连结构。

30、在背栅氧形成之前，预先在所述第二衬底上形成台阶，在形成具有不同厚度的背栅氧之后，确保所述第二衬底表面的平整。

31、两次蚀刻法形成浅沟槽隔离：第一次蚀刻去除浅沟槽隔离内的超薄硅体，第二次蚀刻去除背栅极接触区域以外的浅沟槽隔离内的介质层及部分第一衬底。

32、在形成背栅/正栅/源/漏极金属硅化物的过程中，执行两次蚀刻打开阻挡层，第一次打开正栅/源/漏极上的阻挡层，第二次打开背栅极上的阻挡层。

33、本发明的优点是，设计合理，构思巧妙，采用正面和背面的双侧金属互连结构，节省了金属互连面积，适配异构集成，可在芯片正、背面形成双侧控制电路，节省了芯片面积；将背栅极、晶圆键合、超薄硅体和硅通孔等工艺与cmos工艺整合，简化了背栅的离子掺杂和背栅硅化物工艺，可以实现不同厚度的背栅氧的精确控制，降低了成本。

技术特征：

1.一种具有双侧互连的对称型双栅fdsoi器件，其特征在于，一对称型双栅fdsoi器件，其双侧均匀设置有金属互连结构，即为具有双侧互连的对称型双栅fdsoi器件；

2.根据权利要求1所述的一种具有双侧互连的对称型双栅fdsoi器件，其特征在于，所述具有双侧互连的对称型双栅fdsoi器件的端口由正侧金属互连结构和背侧金属互连结构分别导出。

3.根据权利要求1所述的一种具有双侧互连的对称型双栅fdsoi器件，其特征在于，所述具有双侧互连的对称型双栅fdsoi器件的端口由正侧金属互连结构单独导出，此时，所述背侧金属互连结构由硅通孔导出至正侧金属互连结构。

4.权利要求1-3中任意一项权利要求的具有双侧互连的对称型双栅fdsoi器件的制造方法，其特征在于，所述方法包括：

5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，在背栅氧形成之前，预先在所述第二衬底上形成台阶，在形成具有不同厚度的背栅氧之后，确保所述第二衬底表面的平整。

6.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，两次蚀刻法形成sti区域：第一次蚀刻去除sti区域内的超薄硅体，第二次蚀刻去除背栅极接触区域以外的sti区域内的介质层及部分第一衬底。

7.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，在形成背栅/正栅/源/漏极金属硅化物的过程中，执行两次蚀刻打开阻挡层，第一次打开正栅/源/漏极上的阻挡层，第二次打开背栅极上的阻挡层。

技术总结
本发明涉及一种具有双侧互连的对称型双栅FDSOI器件及其制造方法，所述器件包括位于第一衬底的背栅极、背栅极接触和背侧互连结构，位于第二衬底的背栅氧、超薄硅体、正栅氧、正栅极、抬起的源/漏极、正栅/源/漏极接触和正侧互连结构。所述方法包括：预制背栅极于第一衬底；预制背栅氧于第二衬底；第一、二衬底的晶圆键合；第二衬底的智能剥离，形成以第一衬底为支撑的SOI晶圆；形成对称型双栅FDSOI；形成正侧互连结构；形成背侧互连结构。将背栅极、晶圆键合、超薄硅体和硅通孔等工艺与CMOS工艺整合，简化了对称型双栅FDSOI的制造工艺，节省了制造成本，同时在芯片正、背面形成双侧控制电路，节省了芯片面积。

技术研发人员：聂祥龙,宋一诺,曹红霞
受保护的技术使用者：上海兆方半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21