一种抗辐射的SOI材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种抗辐射的SOI材料的制备方法，包括：采用局域性离子注入的方式制备抗辐射的SOI材料。本发明专利技术顶层硅离子注入损伤小，局域性离子注入，其它部分不被注入，顶层硅晶格结构完整，成为后续退火修复的籽晶区域，退火后顶层硅晶格质量完整，均匀性好。

【技术实现步骤摘要】
一种抗辐射的SOI材料的制备方法
本专利技术属于SOI材料的制备领域，特别涉及一种抗辐射的SOI材料的制备方法。
技术介绍
SOI(SiliconOnInsulator)材料是一种具有“顶层硅/埋氧层/衬底”独特三层结构的半导体材料，顶层单晶硅薄膜用来制造半导体器件，器件与衬底之间由一层埋氧层隔开。SOI技术作为一种全介质隔离技术，与体硅技术相比，具有低功耗、抗辐射能力强、集成密度高、速度快、工艺简单、抗干扰能力强、消除了闩锁效应等优点。但也由于埋氧层的存在，SOI器件的抗总剂量辐射能力很差。当SOI器件遭受电离辐射时，会导致埋氧层中产生净的正电离累积，导致SOINMOS器件的背栅阈值电压降低和器件关态漏电流增加，影响SOI电路的可靠性甚至导致失效。目前，提高SOI器件抗总剂量辐射能力的方法主要是通过对SOI材料进行加固，主要有两种方式。一是将硅离子直接注入到已制备完成的SOI材料的埋氧层中并退火，该方法能够在埋氧层中产生硅纳米晶体，引入电子陷阱来俘获辐射产生的电子，补偿埋氧层中累积的空穴。二是在SOI材料的制备过程当中，先在埋氧层通过离子注入或CVD的方法产生硅纳米晶体，再键合制成SOI材料。但上述两种方法都存在着一些固有问题：方法一对SOI材料进行全局的离子注入，会导致顶层硅产生全局性注入损伤，注入后顶层硅内缺乏完整的籽晶区域，因此注入损伤难以通过后续的高温退火完全修复。方法二是在SOI材料制备的过程中引入硅纳米晶形成工艺，此种方法增加了SOI材料制造的工艺步骤和工艺难度，会影响材料顶层硅薄膜的均匀性和晶格质量。并且上述两种方法都是对SOI材料进行全局性加固，后续无论SOINMOS器件还是SOIPMOS器件的埋氧层中均有硅纳米晶，但实际上只有NMOS器件才对总剂量辐射严重敏感，PMOS器件实际上是不需加固的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种抗辐射的SOI材料的制备方法，克服现有技术产生无法完全恢复的顶层硅晶格注入损伤或降低顶层硅薄膜均匀性和晶格质量的技术缺陷，本专利技术中采用局域性离子注入的方式制备抗辐射的SOI材料、器件。本专利技术的一种抗辐射SOI材料的制备方法，包括：提供依次设有衬底硅、埋氧层、顶层硅的SOI材料，硅离子注入到SOI材料的埋氧层中，高温退火，所述硅离子注入前进行光刻。所述硅离子注入工艺具体为：1)采用各类离子注入机，包括并不限于中束流、大束流、高能离子注入机，将硅离子注入到光刻后未去胶前的SOI材料的埋氧层中。2)注入离子种类为硅离子。包括Si28和Si29同位素，包括并不限于1价或2价等不同电荷态的硅离子。3)注入能量根据目标SOI材料的顶层硅和埋氧层厚度决定。通常在5～300Kev范围内。4)注入剂量。根据SOI材料不同等级的抗辐射性能要求，通常在1×1013/cm2-1×1018/cm2间。所述高温退火具体为：高温退火的温度范围为800℃至1300℃，退火的气氛为氮气、氩气、氧气中任意一种或几种混合物，退火的时间范围为0.5小时至10小时。所述光刻工艺具体为：1)涂胶：在SOI材料全局表面涂布光刻胶；2)光刻：采用一层光刻掩膜版，定义出后续流片的所有SOINMOS晶体管的有源区，并去除该有源区上方的光刻胶；3)离子注入：对SOI材料进行全局硅离子注入，由于光刻胶的阻挡层作用，只有SOINMOS晶体管的有源区下方的埋氧层中才被注入硅离子；4)去胶：去除SOI材料顶层的剩余光刻胶。本专利技术提供一种所述方法制备的抗辐射SOI材料。本专利技术提供一种基于所述材料的SOI器件，所述器件包括PMOS器件和NMOS器件。所述器件中只有SOINMOS晶体管的有源区下方的埋氧层中含有硅纳米晶，而PMOS晶体管和其他种类的器件有源区均不含有硅纳米晶。本专利技术提供一种所述SOI器件的应用。有益效果(1)本专利技术顶层硅离子注入损伤小，局域性离子注入，其它不被注入部分的顶层硅晶格结构完整，成为后续退火修复的籽晶区域，退火后顶层硅晶格质量完整，均匀性好。对顶层硅晶格结构进行TEM图观察，如图3所示，本专利技术局域化离子注入的SOI材料顶层硅的衍射光斑更明亮，原子排列更有序且晶向明显可见，顶层硅/BOX层界面更为清晰陡峭，样品的顶层硅晶格质量更优。(2)本专利技术能承受更大能量和剂量的离子注入工艺，从而制备抗辐射性能更强的SOI晶体管。(3)本专利技术的局域性选择性加固，只针对SOINMOS晶体管区域进行抗辐射加固，PMOS晶体管区域无需加固，因此也屏蔽了加固工艺对PMOS管和其它类型器件的电学特性的影响。(4)本专利技术方法采用硅离子注入到SOI材料的埋氧层中并结合后续高温退火产生硅纳米晶体。但与如图2所述方法的主要不同之处在于，硅离子的注入是局域化的，在注入前加入一道光刻工艺，使得硅离子只注入到SOINMOS晶体管的有源区下方的埋氧层中，而PMOS晶体管和其他种类的器件有源区均不会被注入硅离子。附图说明图1为本专利技术的局域化离子注入制备抗辐射SOI材料的流程图；图2为现有全局离子注入制备抗辐射SOI材料的流程图；图3为同样较大剂量和能量条件下(a)对比例1全局离子注入的SOI材料顶层硅TEM图(b)实施例1局域化离子注入的SOI材料顶层硅TEM图；图4为(a)普通样品与(b)加固样品(指实施例1制备的MOS器件)的NMOS(W/L＝10μm/0.35μm)器件在不同总剂量辐照后的前栅转移特性曲线；图5为(a)普通样品与(b)加固样品的NMOS(W/L＝10μm/0.35μm)器件在不同总剂量辐照后的背栅转移特性曲线；图6为普通样品与加固样品背栅主晶体管在不同总剂量辐照后的阈值电压漂移量。其中上述普通样品，均是指采购自日本SEH公司的SOI材料(ShinEtsu-200mm-)，该材料采用Smart-cut技术制备而成，材料的顶层硅和埋氧层厚度为100nm/400nm，在该SOI材料上直接采用SOI工艺流片制备的SOIMOS晶体管；加固样品均为实施例1获得的样品。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1SOI材料采购自日本SEH公司的成熟商业化产品，该材料采用Smart-cut技术制备而成，材料的顶层硅和埋氧层厚度为100nm/400nm，对该SOI材料先进行涂胶光刻，再进行局部离子注入，注入离子种类为28Si+，注入能量200KeV，注入剂量1.5×1017/cm2，注入后进行去胶清洗，然后在氩气环境下，1100℃高温退火2小时。之后采用SOI工艺流片制备SOIMOS晶体管，并进行晶体管的电学性能测试和辐射性能测试。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗辐射SOI材料的制备方法，包括：/n提供依次设有衬底硅、埋氧层、顶层硅的SOI材料，然后硅离子注入到SOI材料的埋氧层中，高温退火，其特征在于，所述硅离子注入前进行光刻。/n

【技术特征摘要】
1.一种抗辐射SOI材料的制备方法，包括：
提供依次设有衬底硅、埋氧层、顶层硅的SOI材料，然后硅离子注入到SOI材料的埋氧层中，高温退火，其特征在于，所述硅离子注入前进行光刻。


2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述光刻工艺具体为：
(1)在SOI材料全局表面涂布光刻胶；
(2)采用一层光刻掩膜版，定义出后续流片的所有SOINMOS晶体管的有源区，并去除该有源区上方的光刻胶；
(3)离子注入：对SOI材料进行全局硅离子注入，由于光刻胶的阻挡层作用，只有SOINMOS晶体管的有源区下方的埋氧层中才被注入硅离子；
(4)去除SOI材料顶层的剩余光刻胶。


3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述硅离子注入工艺参数为：
采用离子注入机，将硅离子注入到光刻后未去胶前的SOI材料的埋氧层中；其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕大炜，胡志远，张正选，邹世昌，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31