一种抑制浮体效应的新型SOI器件制造技术

本实用新型专利技术提供一种抑制浮体效应的新型SOI器件，包括从下往上依次层叠由底部硅层、中间BOX埋层和顶层硅膜组成的SOI衬底，顶层硅膜两侧形成有浅槽隔离层，顶层硅膜中注入有P离子形成P型硅，顶层硅膜上表面依次设有栅极氧化物和栅电极并以此组成Y型分布栅极，栅极正下方顶层硅膜中注入金属离子形成金属层，栅极两侧源漏区掺杂形成有源漏区超浅结，栅极周围形成有栅极侧墙，源漏区超浅结下方离子注入形成有源漏区晕环区，源栅漏区表面形成有硅化物，源漏极硅化物表面形成有源漏电极。本申请通过向顶层硅膜中注入金属离子形成金属层，有效减轻PD SOI器件中浮体效应，且Y型栅可以减少占用芯片面积，增加栅极接触面积。

【技术实现步骤摘要】
一种抑制浮体效应的新型SOI器件
本技术涉及半导体集成电路和射频应用
，具体涉及一种抑制浮体效应的新型SOI器件。
技术介绍
SOI(Silicon-on-insulator，绝缘体上硅)CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)器件更具有吸引力，因为与体硅CMOS器件相比，它能够彻底消除寄生闩锁效应，同时具有功耗低、速度快、集成度高等优点。SOIMOS器件按照最大耗尽层厚度可以分为部分耗尽SOIMOS器件(PDSOIMOS器件)和完全耗尽SOIMOS器件(FDSOIMOS器件)。部分耗尽SOIMOS器件顶层硅膜较厚，体区没有完全耗尽，致使器件会出现特有的浮体效应。完全耗尽SOIMOS器件顶层硅膜较薄，体区完全耗尽，因此FDSOI器件不会出现浮体效应，特别适合低压低功耗的应用。然而，由于FDSOI器件顶层硅膜薄，阈值电压较难控制，而且较薄顶层硅膜的SOI晶圆生产困难，所以当前PDSOI器件应用得更加广泛。PDSOI器件主要的缺点就是顶层硅膜固有的浮体效应，这种缺点对部分耗尽或是不完全耗尽的SOI器件的影响尤为显著。对于N型PDSOI器件来说，顶部硅层的有源区没有完全耗尽，会在顶部硅层与BOX埋层之间形成中性体区。BOX埋层氧化物具有绝缘性，使得中性体区处于悬浮状态。请参考图1所示，在N沟道PDSOI器件中，碰撞产生的电子空穴对，空穴漂移到低电势的体区10，即在此处会有大量的空穴积累，电子流向漏极。浮体效应会使得空穴在体区积累，体区积累大量的正电荷会使电势升高，导致SOINMOS器件阈值电压降低，漏电流增加。浮体效应会造成许多不好的现象，比如翘曲效应(Kink)、反常亚阈值斜率、早期击穿等。对于P型PDSOI器件，在耗尽层中发生的碰撞电离率低，因此浮体效应不明显。因而亟需提供新的解决方案对N型PDSOI器件的浮体效应进行抑制。
技术实现思路
针对现有N型PDSOI器件存在浮体效应的技术问题，本技术提供一种抑制浮体效应的新型SOI器件，能够有效抑制PDSOI器件浮体效应。具体是通过在N型PDSOI器件顶部硅层一定深度处注入金属，半导体中的杂质和缺陷在禁带中会形成一定的能级结构，这些能级结构除了影响半导体的电学性能外，还对非平衡载流子的寿命有很大的影响。一般来说，半导体中的杂质越多，晶格缺陷就越多，载流子的寿命就越短，这就说明杂质和缺陷对少数载流子起到促进复合的作用，因此可以将这些杂质和缺陷称为复合中心。首先，导带电子落入复合中心的能级，然后，这个电子再落入价带与空穴复合，最终复合中心恢复了原来空着的状态，又可以进行下一次的复合过程。因此通过引入复合中心的方法，可以缩短少数载流子寿命，抑制体区的浮体效应。本技术就是采用离子注入的方式，向N型PDSOI器件的顶层硅膜中注入一定深度的金属，这种金属可以在硅中形成复合中心，缩短耗尽层中载流子的寿命，抑制浮体效应。为了解决上述技术问题，本技术采用了如下的技术方案：一种抑制浮体效应的新型SOI器件，包括SOI衬底，所述SOI衬底包括从下往上依次层叠的底部硅层、中间BOX埋层和顶层硅膜，所述顶层硅膜的两侧形成有浅槽隔离层，所述顶层硅膜中注入有P离子形成P型硅，所述顶层硅膜的上表面依次设有栅极氧化物和栅电极，所述栅极氧化物和栅电极组成栅极，所述栅极在顶层硅膜的上表面呈Y型分布，所述栅极正下方的顶层硅膜中注入金属离子形成有一金属层，所述栅极一侧的源区掺杂形成有源区超浅结，所述栅极另一侧的漏区掺杂形成有漏区超浅结，所述栅极的周围形成有栅极侧墙，所述源区超浅结下方离子注入形成有源区晕环区，所述漏区超浅结下方离子注入形成有漏区晕环区，所述源区超浅结的表面形成有源极硅化物，所述栅极的表面形成有栅极硅化物，所述漏区超浅结的表面形成有漏极硅化物，所述源极硅化物的表面形成有源电极，所述漏极硅化物的表面形成有漏电极。进一步，所述顶层硅膜的厚度为100～200nm。进一步，所述金属层的厚度为1～20nm，所述金属层距离顶层硅膜的上表面为50～200nm。进一步，所述金属层中的金属为Au、Cu、Fe、Mn和In中的任意一种。进一步，所述源极硅化物、栅极硅化物和漏极硅化物为钛化硅、钴化硅和镍化硅中的任意一种。本技术还提供一种前述抑制浮体效应的新型SOI器件的制备方法，所述方法包括以下步骤：S1、提供一片SOI衬底，所述SOI衬底包括从下往上依次层叠的底部硅层、中间BOX埋层和顶层硅膜，所述顶层硅膜的两侧通过浅槽隔离工艺形成有浅槽隔离层；S2、向所述顶层硅膜中注入P离子，形成P型硅；S3、在所述顶层硅膜的上表面涂覆一层光刻胶，然后对所述光刻胶进行显影、曝光和光刻，形成具有沟槽的图案化掩膜层，接着向通过沟槽暴露出来的顶层硅膜进行金属离子注入，在顶层硅膜中形成一金属层，最后去除光刻胶掩膜层；S4、在所述顶层硅膜的上表面依次形成栅极氧化物和栅电极，所述栅极氧化物和栅电极组成栅极并在顶层硅膜的上表面呈Y型分布，且所述栅极的正下方为金属层；S5、在栅极两侧的源区和漏区第一次轻掺杂注入离子，分别形成轻掺杂源区和轻掺杂漏区，获得源区超浅结和漏区超浅结；S6、在所述栅极的周围形成栅极侧墙，然后在栅极两侧的源区和漏区第二次中等或高能掺杂注入离子，在所述源区超浅结下方形成源区晕环区，在所述漏区超浅结下方形成漏区晕环区；S7、对所述源区超浅结、栅电极和漏区超浅结的表面沉积金属，使金属与硅发生反应进行金属化，分别形成有源极硅化物、栅极硅化物和漏极硅化物，然后在源极硅化物的表面制作出源电极，在漏极硅化物的表面制作出漏电极；S8、将制作完毕的N型PDSOI器件放入通入氩气的快速热处理机中，进行3～6秒快速热退火处理。进一步，所述步骤S3中，在所述顶层硅膜的上表面涂覆的光刻胶厚度大于2μm。进一步，所述步骤S3中，金属离子注入的深度是距离顶层硅膜的上表面为50～200nm，注入的剂量为1×1013个/cm2～6×1015个/cm2。进一步，所述步骤S5中，向源区和漏区第一次轻掺杂注入的离子为As或BF2，掺杂的剂量为1×1014个/cm2～3×1015个/cm2，掺杂的深度为距离顶层硅膜上表面40～50nm。进一步，所述步骤S6中，向源区和漏区第二次中等或高能掺杂注入的离子为As，掺杂的剂量为5×1014个/cm2～6×1015个/cm2，掺杂的深度为距离顶层硅膜上表面50～200nm。与现有技术相比，本技术提供的抑制浮体效应的新型SOI器件及其制备方法，具有以下技术优点：1、本离子注入型PDSOI器件采用Y型栅结构，因而有利于增加栅极接触面积，减少占用芯片面积，避免了传统体接触增加芯片面积的缺点，减轻了寄生效应的问题；2、向PDSOI器件耗尽区注入Au、Cu、Fe、Mn和In等任意一种金属时，这种金属可以在硅中形成为复合中心，因而能有效减小少数载流子寿命，抑制体区的浮体效应，降低浮体效应的影响；3、在硅中Au、Cu、Fe、Mn和In等金属都是有效的复合中心，与硅几乎不发生反应，所以注入金属的浓度相对好控制，而且Au、Cu、Fe、Mn和In等金属在硅中具有高扩散率，所以容易在硅的晶格间隙中运动形成金属层；4、本申请提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制浮体效应的新型SOI器件，其特征在于，包括SOI衬底，所述SOI衬底包括从下往上依次层叠的底部硅层、中间BOX埋层和顶层硅膜，所述顶层硅膜的两侧形成有浅槽隔离层，所述顶层硅膜中注入有P离子形成P型硅，所述顶层硅膜的上表面依次设有栅极氧化物和栅电极，所述栅极氧化物和栅电极组成栅极，所述栅极在顶层硅膜的上表面呈Y型分布，所述栅极正下方的顶层硅膜中注入金属离子形成有一金属层，所述栅极一侧的源区掺杂形成有源区超浅结，所述栅极另一侧的漏区掺杂形成有漏区超浅结，所述栅极的周围形成有栅极侧墙，所述源区超浅结下方离子注入形成有源区晕环区，所述漏区超浅结下方离子注入形成有漏区晕环区，所述源区超浅结的表面形成有源极硅化物，所述栅极的表面形成有栅极硅化物，所述漏区超浅结的表面形成有漏极硅化物，所述源极硅化物的表面形成有源电极，所述漏极硅化物的表面形成有漏电极。

【技术特征摘要】
1.一种抑制浮体效应的新型SOI器件，其特征在于，包括SOI衬底，所述SOI衬底包括从下往上依次层叠的底部硅层、中间BOX埋层和顶层硅膜，所述顶层硅膜的两侧形成有浅槽隔离层，所述顶层硅膜中注入有P离子形成P型硅，所述顶层硅膜的上表面依次设有栅极氧化物和栅电极，所述栅极氧化物和栅电极组成栅极，所述栅极在顶层硅膜的上表面呈Y型分布，所述栅极正下方的顶层硅膜中注入金属离子形成有一金属层，所述栅极一侧的源区掺杂形成有源区超浅结，所述栅极另一侧的漏区掺杂形成有漏区超浅结，所述栅极的周围形成有栅极侧墙，所述源区超浅结下方离子注入形成有源区晕环区，所述漏区超浅结下方离子注入形成有漏区晕环区，所述源区超浅结的表面形成有源极硅化物，所述栅极的表面形成有...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄瑞，周广正，代京京，
申请(专利权)人：中证博芯重庆半导体有限公司，
类型：新型
国别省市：重庆,50