CN102446858A

CN102446858A - 一种提高浮体动态随机存储器单元性能的栅氧预清洗方法

Info

Publication number: CN102446858A
Application number: CN2011102502761A
Authority: CN
Inventors: 俞柳江
Original assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Current assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Priority date: 2011-08-29
Filing date: 2011-08-29
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2031-08-29
Also published as: CN102446858B

Abstract

本发明公开了一种提高浮体动态随机存储器单元性能的栅氧预清洗方法，本发明通过在硅衬底上形成有一层氧化物埋层，在埋层上形成有有源区的源区、漏区，以及浅沟道隔离结构，其中，采用一种清洗工艺对栅氧化物下方位置的硅表面进行处理，清洗工艺存在于对硅表面的氧化物预清洗工艺之前，所述清洗工艺采用一种含有NH₄OH+H₂O₂+H₂O的混合清洗液对硅表面进行处理，处理后增加了硅表面的粗糙度，从而使得栅氧生长后，二氧化硅与硅衬底界面处的硅悬挂键等缺陷增加，使得由碰撞产生的电子空穴对中的电子，更容易通过栅氧进入栅极，从而使得更多的空穴被扫到衬底，提高了浮体效应存储单元的衬底电流，提高了浮体效应存储单元的写入性能。

Description

一种提高浮体动态随机存储器单元性能的栅氧预清洗方法

技术领域

本发明一般涉及半导体制备技术领域，更确切的说，本发明涉及一种动态随机存储器（DRAM）单元的改进工艺。

背景技术

嵌入式动态存储技术的发展已经使得大容量DRAM在目前的系统级芯片（SOC）中非常普遍。大容量嵌入式动态存储器（eDRAM）给SoC带来了诸如改善带宽和降低功耗等只能通过采用嵌入技术来实现的各种好处。传统嵌入式动态存储器（eDRAM）的每个存储单元除了晶体管之外，还需要一个深沟槽电容器结构，电容器的深沟槽使得存储单元的高度比其宽度大很多，造成制造工艺困难。其制作工艺与CMOS超大规模集成电路工艺非常不兼容，限制了它在嵌入式系统芯片（SOC）中的应用。

浮体效应存储单元（Floating Body Cell，即FBC）是一种有可能替代eDRAM的动态存储器。FBC是利用浮体效应（Floating Body Effect，即FBE）的动态随机存储器单元，其原理是利用绝缘体上硅（Silicon on Insulator，即SOI）器件中氧埋层（BOX）的隔离作用所带来的浮体效应，将被隔离的浮体（Floating Body）作为存储节点，实现写“1”和写“0”。图1A-1B是FBC的工作原理示意图。在图1A中以NMOS为例，在栅极（G）和漏极（D）端加正偏压，器件导通，由于横向电场作用，电子在漏极附近与硅原子碰撞电离，产生电子空穴对，一部分空穴被纵向电场扫入衬底，形成衬底电流，由于有氧埋层的存在，衬底电流无法释放，使得空穴在浮体积聚，定义为第一种存储状态，可定义为写“1”，写“0”的情况如图1B所示，在栅极上施加正偏压，在漏极上施加负偏压，通过PN结正向偏置，空穴从浮体发射出去，定义为第二种存储状态。由于衬底电荷的积聚，会改变器件的阈值电压（Vt），可以通过电流的大小感知这两种状态造成阈值电压的差异，即实现读操作。由于浮体效应存储单元去掉了传统DRAM中的电容器，使得其工艺流程完全与CMOS工艺兼容，同时可以构成密度更高的存储器，因此有希望替代现有的传统eDRAM应用于嵌入式系统芯片中。

发明内容

本发明一般涉及半导体制备技术领域，更确切的说，本发明涉及一种动态随机存储器（DRAM）单元的制备方法，该动态存储器单元是一种利用浮体效应（Floating Body Effect，即FBE）的动态随机存储器（DRAM）单元，该制备方法可以提高FBE动态随机存储器的写入性能。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种提高浮体动态随机存储器单元性能的栅氧预清洗方法，在硅衬底中形成有有源区，其中，在该硅衬底上沉积栅氧化物层之前，利用清洗液对该硅衬底的表面进行清洗处理，以增加后续栅氧化物层形成后硅衬底表面的硅与栅氧化物层两者的界面处的缺陷。

所述一种提高浮体动态随机存储器单元性能的栅氧预清洗方法，其中，利用清洗液对该硅衬底的表面进行清洗处理之后，利用氢氟酸预清洗硅衬底的表面。

所述一种提高浮体动态随机存储器单元性能的栅氧预清洗方法，其中，利用清洗液对该硅衬底的表面进行清洗处理持续时间15~120秒。

所述一种提高浮体动态随机存储器单元性能的栅氧预清洗方法，其中，所述清洗液为含有NH₄OH、H₂O₂、H₂O的混合清洗液，该溶液为SC1清洗液。

综上所述，本发明通过在栅氧预清洗之前，增加一步清洗处理工艺，对栅氧化物层下方位置的硅表面进行处理，增加了硅表面的粗糙度，从而使得栅氧生长后，二氧化硅与硅衬底界面处的硅悬挂键等缺陷增加，使得由碰撞产生的电子空穴对中的电子，更容易通过栅氧进入栅极，从而使得更多的空穴被扫到衬底，提高了浮体效应存储单元的衬底电流，提高了浮体效应存储单元的写入性能。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1A是附体效应存储单元的工作原理图中存储状态示意图；

图1B是附体效应存储单元的工作原理图中发射状态示意图；

图2是采用清洗工艺对硅衬底表面进行处理后的示意图。

具体实施方式

下面结合示意图和具体操作实施例对本发明作进一步说明。

如图1A所示，在硅衬底1上形成一个氧埋层2，该氧埋层是一层很薄的二氧化硅层，在该氧埋层2上形成有源区以及浅沟道隔离结构和阱区9，依次还具有源极5和漏极4，包括有栅氧化物层以及其上面的栅极7，阱区9的掺杂为P型，栅极为N+型，漏极为N+型，当在栅极7加正偏压VG(+),在漏极4加正偏压VD(+)，图中器件导通，由于横向电厂作用，电子在漏极4附近与硅原子碰撞电离，产生电子空穴对，一部分空穴被纵向电场扫入衬底，形成衬底电流，由于有氧埋层的存在，衬底电流无法释放，使得空穴在浮体积聚，定义为第一种存储状态，可定义为写“1”。

图1B为附体效应存储单元的工作原理图中发射状态示意图，如图1B所示，在硅衬底1上形成一个氧埋层2，该氧埋层是一层很薄的二氧化硅层，在该氧埋层2上形成有源区以及浅沟道隔离结构和阱区9，依次还具有源极5和漏极4，包括有栅氧化物层以及其上面的栅极7，阱区9的掺杂为P型，栅极为N+型，漏极为N+型，当在栅极7施加正偏压VG(+)，在漏极4施加负偏压VD(-)，通过PN结正向偏置，空穴从浮体发射出去，定义为第二种存储状态，可定义为写“0”。

如图2所示，在硅衬底1上形成一个氧埋层2，该氧埋层是一层很薄的二氧化硅层，在硅衬底1上形成有源区以及浅沟道隔离结构3和阱区9，还具有源极5和漏极4，包括有栅氧化物层6以及其上面的栅极7,通常，在CMOS器件制备工艺中，在栅氧生长前通常会有预清洗步骤，以去除硅表面自然氧化物在硅衬底表面，在预清洗过程中，通常会采用稀释的氢氟酸进行清洗。本发明通过在栅氧预清洗之前，增加一步清洗处理工艺，对栅氧化物6下方位置的硅表面进行处理，该清洗工艺采用一种含有NH₄OH和H₂O₂和H₂O的混合清洗液对硅表面进行处理。由于采取了该清洗工艺，增加硅表面的粗糙度，二氧化硅栅氧层6与硅衬底界面处的硅悬挂键等缺陷8增加，如图2所示，当作为浮体效应存储单元的NMOS器件的栅极7加上正电压后，这些缺陷8有助于碰撞电离的电子在纵向电场作用下，穿过栅氧层6，同时，会有更多的碰撞电离产生的空穴被扫入衬底，从而加大了衬底电流，由于氧埋层2的存在，衬底电流无法释放，使得空穴在浮体积聚。由于衬底电流加大，从而提高了浮体效应存储单元的写入能力。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何对该进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims

1.一种提高浮体动态随机存储器单元性能的栅氧预清洗方法，在硅衬底中形成有有源区，其特征在于：在该硅衬底上沉积栅氧化物层之前，利用清洗液对该硅衬底的表面进行清洗处理，以增加后续栅氧化物层形成后硅衬底表面的硅与栅氧化物层两者的界面处的缺陷。

2.如权利要求1所述一种提高浮体动态随机存储器单元性能的栅氧预清洗方法，利用清洗液对该硅衬底的表面进行清洗处理之后，利用氢氟酸预清洗硅衬底的表面。

3.如权利要求1所述一种提高浮体动态随机存储器单元性能的栅氧预清洗方法，利用清洗液对该硅衬底的表面进行清洗处理持续时间15~120秒。

4.如权利要求1-3任何一项权利要求所述一种提高浮体动态随机存储器单元性能的栅氧预清洗方法，所述清洗液为含有NH₄OH、H₂O₂、H₂O的混合清洗液，该溶液为SC1清洗液。