專利名稱：一種絕緣體上硅結(jié)構(gòu)形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及絕緣體上硅(SOI)器件領(lǐng)域，具體為一種絕緣體上硅結(jié)構(gòu)形成方法。
背景技術(shù)：
SOI (Silicon-On-Insulator)指絕緣層上的娃，可以實(shí)現(xiàn)集成電路中器件的介質(zhì)隔離，SOI結(jié)構(gòu)獨(dú)特的隱埋絕緣層把器件與襯底隔開，降低了器件的體效應(yīng)，消除了體硅CMOS電路的閂鎖效應(yīng)。采用SOI結(jié)構(gòu)器件制作的集成電路具有寄生電容小、速度快、集成度高、工藝簡(jiǎn)單、短溝道效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)。SOI (Silicon-On-Insulator)技術(shù)從上個(gè)世紀(jì)60年代開始受到關(guān)注,最初是為適應(yīng)航空航天、導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的控制和衛(wèi)星電子系統(tǒng)等需求而發(fā)展起來的。應(yīng)用于空間環(huán)境 的電子系統(tǒng)，最重要的是在惡劣環(huán)境下，特別是在宇宙射線、核爆炸等的核輻射環(huán)境下能夠保證正常、穩(wěn)定的工作。SOI器件具有優(yōu)良的抗輻射特性，以及可按工藝等比例縮小，可應(yīng)用于深亞微米工藝當(dāng)中，正是這些優(yōu)越的性能使SOI器件成為高可靠性微電子集成電路的核心器件，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于商業(yè)民用領(lǐng)域和國(guó)防建設(shè)等各個(gè)領(lǐng)域。碳化硅(SiC)是具有很多優(yōu)良特性的半導(dǎo)體材料。其良好的平衡電荷能力、高熱導(dǎo)率、高擊穿電廠等特性，對(duì)提高半導(dǎo)體器件的熱量耗散能力，工作頻率有著重要意義。除以上優(yōu)點(diǎn)外，SiC材料還具有抗輻射加固作用，碳化硅具有很高的臨界位移能，約為45 90eV。這使碳化硅具有很高的抗輻射破壞能力和抗電磁波干擾能力。碳化硅材料的禁帶寬度比硅的禁帶寬度寬得多。在相同的輻射條件下，輻照在碳化硅材料中而產(chǎn)生的電子空穴對(duì)數(shù)量相比體硅材料要少得多，并且碳化硅材料的抗中子能力至少是硅材料的四倍。所以SiC材料對(duì)于提高SOI器件的熱量散耗能力、提高器件工作頻率和抗輻射性能等方面有著重要應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種提高SOI器件抗輻射性能的SOI結(jié)構(gòu)形成方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明包括如下步驟(I)通過熱氧化生長(zhǎng)法，在多晶硅襯底上形成具有介質(zhì)隔離作用的第一氧化層(101)；(2)在第一氧化層上涂光刻膠，曝光、刻蝕出第一通孔(102)，除光刻膠；(3)通過第一通孔，在第一氧化層表面，利用選擇外延生長(zhǎng)形成第一多晶硅層(201)；(4)在第一多晶硅層上，通過熱生長(zhǎng)使硅與氧化劑在高溫下反應(yīng)形成第二氧化層(301)；(5)在第二氧化層上涂光刻膠，曝光、刻蝕出第二通孔(202)；(6)通過第二通孔，在第二氧化層表面，利用選擇外延生長(zhǎng)形成第二多晶硅層(401)。本發(fā)明還包括利用碳注入法，將碳注入到第一多晶硅層中，形成碳化硅薄膜(501)。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提出的一種SOI結(jié)構(gòu)形成方法，在SOI結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，形成具有導(dǎo)熱、平衡電荷和抗輻射加固作用的SiC結(jié)構(gòu)，SiC具有很高的臨界位移能，在SiC材料中由輻照而產(chǎn)生的電子空穴對(duì)要比輻照在體硅材料中產(chǎn)生的電子空穴對(duì)數(shù)目少很多，并且SiC的抗中子輻射能力是體硅的四倍以上，從而提高了 SOI器件的抗輻射性能。


圖I多晶硅襯底示意圖；圖2在多晶硅表面形成氧化層薄膜示意圖；圖3在氧化層表面刻蝕通孔示意圖；圖4選擇外延生長(zhǎng)形成多晶硅層示意圖；圖5熱生長(zhǎng)形成薄氧化層示意圖；圖6在薄氧化層上刻蝕窗口示意圖；圖7選擇外延生長(zhǎng)形成SOI層示意圖；圖8C注入形成SiC層示意圖。
具體實(shí)施例方式上述一種SOI結(jié)構(gòu)形成方法，下面結(jié)合附圖對(duì)其形成過程進(jìn)行詳細(xì)說明。申請(qǐng)人:提出了一種SOI結(jié)構(gòu)形成方法，通過熱生長(zhǎng)在襯底上形成一層具有介質(zhì)隔離作用的氧化層，并在氧化層上通過光刻形成具有導(dǎo)熱和電荷傳導(dǎo)作用的通孔結(jié)構(gòu)，利用該通孔通過選擇外延生長(zhǎng)形成一層多晶硅層。通過熱生長(zhǎng)在該多晶硅層表面生成一層薄氧化層，該氧化層具有改變與Si界面特性的作用。利用光刻技術(shù)在該薄氧化層上刻蝕出通孔，再次利用選擇外延生長(zhǎng)形成頂層SOI層。在通過以上步驟形成的SOI結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，利用C注入，在兩層氧化層間的多晶硅層中注入C，形成具有導(dǎo)熱，平衡電荷和抗輻射加固作用的SiC結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到提高SOI器件抗輻射性能的目的。本發(fā)明涉及一種SOI結(jié)構(gòu)形成方法，特別介紹由在雙層SiO2層中加入一層SiC薄膜而形成的結(jié)構(gòu)作為隱埋絕緣層的SOI結(jié)構(gòu)形成方法。主要應(yīng)用在抗輻射、低功耗和高可靠性SOI器件領(lǐng)域中。I、本發(fā)明涉及的一種SOI結(jié)構(gòu)形成方法，其特點(diǎn)為，介紹了由在雙層SiO2層中加入一層SiC薄膜而形成的結(jié)構(gòu)作為隱埋絕緣層的SOI結(jié)構(gòu)形成方法。2、圖I所示為多晶硅襯底。在其表面通過熱氧化生長(zhǎng)法，使多晶硅與氧化劑在高溫下反應(yīng)生成圖2中具有介質(zhì)隔離作用的氧化層101。3、在圖2中的氧化層101上，涂光刻膠，曝光、刻蝕出如圖3所示的通孔102，并去除光刻膠。該通孔具有導(dǎo)熱導(dǎo)電荷作用，在一定程度上提高了 SOI器件的抗單粒子效應(yīng)能力，從而提高其抗輻射性能?！?br> 4、通過圖3所不的通孔102,利用選擇外延生長(zhǎng),在SiO2層表面形成一層如圖4所示的多晶硅層201。5、在圖4結(jié)構(gòu)中的多晶硅層201上，通過熱生長(zhǎng)，使硅與氧化劑在高溫下反應(yīng)形成一層如圖5所示的薄氧化層301。該氧化層具有改變與硅界面特性的作用。6、在圖5結(jié)構(gòu)中薄氧化層301上涂光刻膠，曝光、刻蝕出一個(gè)如圖6所示通孔結(jié)構(gòu)202，該通孔兼有導(dǎo) 熱和傳導(dǎo)電荷的作用。7、在圖6結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過通孔202，利用選擇外延生長(zhǎng)，在薄氧化層上形成如圖7所示的多晶硅層401，其厚度根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需要而定。8、在圖7所示的結(jié)構(gòu)中，利用C注入，并控制注入劑量和注入能量，將C注入到兩層SiO2層中間的多晶硅層中，并與其反應(yīng)生成如圖8所示的具有平衡電荷、抗輻射加固和導(dǎo)熱功能的SiC結(jié)構(gòu)501。這樣就形成了，由在雙層SiO2層中加入SiC層而形成的結(jié)構(gòu)作為SOI隱埋絕緣層。SiC具有很高的臨界位移能，在SiC材料中由輻照而產(chǎn)生的電子空穴對(duì)要比輻照在體硅材料中產(chǎn)生的電子空穴對(duì)數(shù)目少很多，并且SiC的抗中子輻射能力是體硅的四倍以上。另外該隱埋絕緣層還具有通孔結(jié)構(gòu)，通孔與SiC材料構(gòu)成了熱量和電荷的傳導(dǎo)通道，具有導(dǎo)熱、耗散熱量以及傳導(dǎo)感生電荷的作用?；赟iC材料的優(yōu)良特性和隱埋絕緣層的特殊結(jié)構(gòu)，SOI器件的抗單粒子效應(yīng)能力和抗總劑量輻射的能力以及熱穩(wěn)定性得到了提高。從而達(dá)到了抗輻射加固和提高SOI器件穩(wěn)定性的目的。本發(fā)明提出一種SOI結(jié)構(gòu)形成方法，其特點(diǎn)在于介紹了由在雙層Si02層中加入一層SiC薄膜而組成的結(jié)構(gòu)作為隱埋絕緣層的SOI結(jié)構(gòu)形成方法。在不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)，可做些許的調(diào)整和優(yōu)化，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種絕緣體上硅結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于包括如下步驟 (1)通過熱氧化生長(zhǎng)法，在多晶硅襯底上形成具有介質(zhì)隔離作用的第一氧化層(101); (2)在第一氧化層上涂光刻膠，曝光、刻蝕出第一通孔(102)，除光刻膠； (3)通過第一通孔，在第一氧化層表面，利用選擇外延生長(zhǎng)形成第一多晶硅層(201)； (4)在第一多晶硅層上，通過熱生長(zhǎng)使硅與氧化劑在高溫下反應(yīng)形成第二氧化層(301)； (5)在第二氧化層上涂光刻膠，曝光、刻蝕出第二通孔(202)； (6)通過第二通孔，在第二氧化層表面，利用選擇外延生長(zhǎng)形成第二多晶硅層(401)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種絕緣體上硅結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于利用碳注入法，將碳注入到第一多晶硅層中，形成碳化硅薄膜(501)。
全文摘要
本發(fā)明涉及絕緣體上硅器件領(lǐng)域，具體為一種絕緣體上硅結(jié)構(gòu)形成方法。本發(fā)明包括在多晶硅襯底上使多晶硅與氧化劑形成具有介質(zhì)隔離作用的第一氧化層；在第一氧化層上涂光刻膠，曝光、刻蝕出第一通孔，除光刻膠；在第一氧化層表面，形成第一多晶硅層；在第一多晶硅層上加氧化劑，使硅與氧化劑在高溫下反應(yīng)形成第二氧化層；在第二氧化層上涂光刻膠，曝光、刻蝕出第二通孔；通過第二通孔，在第二氧化層表面，利用選擇外延生長(zhǎng)形成第二多晶硅層；利用碳注入，將碳注入到第一多晶硅層中，形成碳化硅薄膜。SiC具有很高的臨界位移能，在SiC材料中由輻照而產(chǎn)生的電子空穴對(duì)要比輻照在體硅材料中產(chǎn)生的電子空穴對(duì)數(shù)目少很多，從而提高了器件的抗輻射性能。
文檔編號(hào)H01L21/762GK102915946SQ201210379408
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月9日
發(fā)明者王穎, 楊曉亮, 曹菲, 劉云濤, 邵磊 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)