一种改进SOI结构抗辐照性能的方法技术

一种改进SOI结构抗辐照性能的方法，该方法包括以下步骤：对所述SOI结构进行质子、中子和γ射线等高能粒子注入，并执行退火操作。本发明专利技术通过利用高能粒子注入在埋氧层中引入位移损伤，以此来提高SOI结构抗辐照的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造技术，尤其涉及一种改进SOI结构抗辐照性能的方法。
技术介绍
绝缘体上硅(Silicon-On-Insulator，SOI)技术是一种全介质隔离技术，即在顶层硅膜与衬底之间存在一层埋氧层，用于把有源器件薄膜去与衬底进行隔离。基于SOI技术所制造的半导体器件被称为SOI器件。请参考图1，图1为现有技术中典型的SOI CMOS 结构的剖面示意图。由于埋氧层实现了良好的隔离，而SOI器件有源区的体积也较小，相对于体硅具有更低的泄漏电流，且无闩锁效应，因此SOI器件在器件抗辐照性能方面有着其它器件不可比拟的优越性。但是，也正是由于埋氧层的存在，其内部存在大量的空穴陷阱， 当SOI器件持续工作在电离辐照环境中时，电离辐照会在埋氧层中激发电子-空穴对，电子会很快迁移出埋氧层，而空穴会被空穴陷阱俘获，成为固定空间正电荷，造成正电荷的积累。这些固定空间正电荷主要集中在顶层硅膜和埋氧层的界面附近。当埋氧层中的正电荷积累到一定程度时，SOI N沟道晶体管的背栅界面将会反型，致使器件漏电电流增加、电特性参数漂移，并最终失效。因此，如何提高SOI器件的抗总剂量性能成为目前研究的焦点。在现有技术中，主要采用以下两种方式提高SOI结构的抗辐照能力，进而提升SOI 器件的抗总剂量辐照水平。第一种方式是向SOI结构的硅衬底中注入硼等正离子，以此来提高背栅阈值电压，从而提高SOI器件的抗辐照能力。第二种方式是向埋氧层中引入深电子陷阱或者复合中心，防止辐照产生的电子迁移出埋氧层，保持埋氧层的电中性，从而提高埋氧层的抗辐照能力。注入到埋氧层内的离子应该能够很容易地和辐照产生的电子结合，且不容易分离，在埋氧层中也不会重新分配。通常采用对埋氧层进行离子注入(例如Si、N、Al等)的方式，向埋氧层中引入深电子陷阱或者复合中心。以向埋氧层中注入Si为例，注入的Si在埋氧层中形成电子陷阱，当这些电子陷阱被填充后，它们会补偿陷阱正电荷，减少埋氧层中的净正电荷。以向埋氧层中注入N 为例，对于典型的SOI器件，由于埋氧层内存在高浓度的空穴陷阱，整个埋氧层内辐照所产生的电子-空穴对中的空穴几乎在原位被俘获，而电子则被浅能级电子陷阱俘获并很快就被热激发，随后大多数热激发的电子被电场扫出埋氧层。在这种情况下，埋氧层宏观上带正电，会影响SOI器件的正常使用性能。N离子的注入能在埋氧层中产生大量的电子陷阱，并且在退火后，N离子与Si结合形成键能较大的Si-N键，替代了部分弱键。弱键被替代能够减低埋氧层在电离辐照中产生的电子-空穴对，从而提高SOI器件的抗辐照性能；而且在电离辐照中，这些电子陷阱俘获电子后既可以作为复合中心吸引辐照产生的空穴，又可以补偿被空穴陷阱俘获的空穴，有助于达到宏观电中性；此外，这些电子陷阱还影响了埋氧层内的电场，有利于辐照后产生的电子-空穴对的复合。但是，上述两种方式均存在一定的缺点。其中，第一种方式的缺点在于对SOI结构抗辐照能力的提升有限。第二种方式的缺点在于在向SOI结构的埋氧层中进行离子注入的过程中，不可避免地会对顶层硅膜造成一定的注入损伤，尽管这样的损伤可以通过注入后的退火基本予以消除，但退火后遗留的部分缺陷仍会对SOI器件的性能产生一定的影响。此外，离子注入在有效改善埋氧层抗辐照性能的同时，会影响到埋氧层的内部微观结构，宏观上的表现则为埋氧层电特性的变化，而这样的变化又可能反过来影响到离子注入对SOI结构的抗辐照改进效果。例如，高剂量氮离子的注入对埋氧层的结构会产生影响，使致密的S^2原子网络松弛，Si-O-Si键角变得更大，这会使更多的空穴俘获在埋氧层内，不利于SOI器件的抗辐照性能，而且，注氮还会使NM0SFET和PM0SFET的背栅阈值电压分别降低和提高。因此，亟需提出一种可以解决上述问题的改进SOI结构抗辐照性能的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种改进SOI结构抗辐照性能的方法，利用高能中子、质子和Y射线等高能粒子辐照SOI材料的方式在SOI埋氧层中引入位移损伤，形成缺陷如同复合中心，减小辐照产生的电子-空穴对，以此来提高SOI结构背栅隐埋氧化层的抗辐照性能，进而提升SOI器件的抗辐照性能。本专利技术提供了一种改进SOI结构抗辐照性能的方法，包括对所述SOI结构的埋氧层进行高能粒子注入，并执行退火操作。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点通过加速器辐照高能中子、质子、Y射线等方式在埋氧层中引入位移损伤形成缺陷，这些缺陷如同复合中心一样，使载流子的寿命减小，这样在辐照过程中所产生的大量电子-空穴对会被复合中心所复合，使得埋氧层中空穴陷阱所俘获的空穴数量大大减小。此外，辐照质子、中子和Y射线等对于埋氧层仅仅是引入了位移损伤，与现有技术中通过离子注入在埋氧层中引入深电子陷阱或复合中心的方式相比，对SOI器件的电中性特性并不会产生影响，所以不会造成SOI器件背栅阈值电压漂移等改变埋氧层电学特性的影响，因此可以有效地提高SOI结构背栅隐埋氧化层的抗辐照性能，进而提升SOI器件的抗辐照性能。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显图1为现有技术中SOI CMOS结构的剖面示意图；图2为根据本专利技术的改进SOI结构抗辐照性能的方法流程图；图3和图4为根据本专利技术一个具体实施例按照图2所示流程改进SOI结构抗辐照性能的各个阶段的剖面示意图；以及图5为改进与未改进SOI晶圆辐照后背栅阈值电压与辐照吸收总剂量之间的关系曲线图。具体实施例方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本专利技术的不同结构。为了简化本专利技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本专利技术。此外，本专利技术可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本专利技术提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本专利技术省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本专利技术。下面，请结合图3和图4通过本专利技术的一个实施例对图2中改进SOI结构抗辐照性能的方法进行具体地描述。SOI结构一般包括衬底100、位于所述衬底之上的埋氧层110以及位于所述埋氧层 110之上的硅层120。具体地，如图3所示，SOI结构包括衬底100、埋氧层110以及硅层120，其中，所述埋氧层110位于所述衬底100之上，所述硅层120位于所述埋氧层110之上。在本实施例中，所述衬底100的材料为单晶硅。典型地，所述衬底100的厚度可以约为但不限于几百微米，例如从0. 5mm-l. 5mm的厚度范围。所述埋氧层110的材料为SiO2,典型地，所述埋氧层110的厚度范围为 200nm-400nm。所述硅层120的材料为单晶硅，其厚度范围为200nm-300nm。如图2中步骤S 101所示，根据本专利技术的一个实施例，对SOI结构的埋氧层110本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕荫学，毕津顺，罗家俊，韩郑生，叶甜春，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：