CN102915946A - 一种绝缘体上硅结构形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及绝缘体上硅器件领域，具体为一种绝缘体上硅结构形成方法。本发明包括：在多晶硅衬底上使多晶硅与氧化剂形成具有介质隔离作用的第一氧化层；在第一氧化层上涂光刻胶，曝光、刻蚀出第一通孔，除光刻胶；在第一氧化层表面，形成第一多晶硅层；在第一多晶硅层上加氧化剂，使硅与氧化剂在高温下反应形成第二氧化层；在第二氧化层上涂光刻胶，曝光、刻蚀出第二通孔；通过第二通孔，在第二氧化层表面，利用选择外延生长形成第二多晶硅层；利用碳注入，将碳注入到第一多晶硅层中，形成碳化硅薄膜。SiC具有很高的临界位移能，在SiC材料中由辐照而产生的电子空穴对要比辐照在体硅材料中产生的电子空穴对数目少很多，从而提高了器件的抗辐射性能。
Description
技术领域
本发明涉及绝缘体上硅（SOI）器件领域，具体为一种绝缘体上硅结构形成方法。
背景技术
SOI（Silicon-On-Insulator）指绝缘层上的硅，可以实现集成电路中器件的介质隔离，SOI结构独特的隐埋绝缘层把器件与衬底隔开，降低了器件的体效应，消除了体硅CMOS电路的闩锁效应。采用SOI结构器件制作的集成电路具有寄生电容小、速度快、集成度高、工艺简单、短沟道效应小等优点。
SOI（Silicon-On-Insulator）技术从上个世纪60年代开始受到关注，最初是为适应航空航天、导弹武器系统的控制和卫星电子系统等需求而发展起来的。应用于空间环境的电子系统，最重要的是在恶劣环境下，特别是在宇宙射线、核爆炸等的核辐射环境下能够保证正常、稳定的工作。SOI器件具有优良的抗辐射特性，以及可按工艺等比例缩小，可应用于深亚微米工艺当中，正是这些优越的性能使SOI器件成为高可靠性微电子集成电路的核心器件，已经广泛的应用于商业民用领域和国防建设等各个领域。
碳化硅（SiC）是具有很多优良特性的半导体材料。其良好的平衡电荷能力、高热导率、高击穿电厂等特性，对提高半导体器件的热量耗散能力，工作频率有着重要意义。除以上优点外，SiC材料还具有抗辐射加固作用，碳化硅具有很高的临界位移能，约为45～90eV。这使碳化硅具有很高的抗辐射破坏能力和抗电磁波干扰能力。碳化硅材料的禁带宽度比硅的禁带宽度宽得多。在相同的辐射条件下，辐照在碳化硅材料中而产生的电子空穴对数量相比体硅材料要少得多，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材料对于提高SOI器件的热量散耗能力、提高器件工作频率和抗辐射性能等方面有着重要应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高SOI器件抗辐射性能的SOI结构形成方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明包括如下步骤：
（1）通过热氧化生长法，在多晶硅衬底上形成具有介质隔离作用的第一氧化层（101）；
（2）在第一氧化层上涂光刻胶，曝光、刻蚀出第一通孔（102），除光刻胶；
（3）通过第一通孔，在第一氧化层表面，利用选择外延生长形成第一多晶硅层（201）；
（4）在第一多晶硅层上，通过热生长使硅与氧化剂在高温下反应形成第二氧化层（301）；
（5）在第二氧化层上涂光刻胶，曝光、刻蚀出第二通孔（202）；
（6）通过第二通孔，在第二氧化层表面，利用选择外延生长形成第二多晶硅层（401）。
本发明还包括利用碳注入法，将碳注入到第一多晶硅层中，形成碳化硅薄膜（501）。
本发明的有益效果在于：
本发明提出的一种SOI结构形成方法，在SOI结构基础上，形成具有导热、平衡电荷和抗辐射加固作用的SiC结构，SiC具有很高的临界位移能，在SiC材料中由辐照而产生的电子空穴对要比辐照在体硅材料中产生的电子空穴对数目少很多，并且SiC的抗中子辐射能力是体硅的四倍以上，从而提高了SOI器件的抗辐射性能。
附图说明
图1多晶硅衬底示意图；
图2在多晶硅表面形成氧化层薄膜示意图；
图3在氧化层表面刻蚀通孔示意图；
图4选择外延生长形成多晶硅层示意图；
图5热生长形成薄氧化层示意图；
图6在薄氧化层上刻蚀窗口示意图；
图7选择外延生长形成SOI层示意图；
图8C注入形成SiC层示意图。
具体实施方式
上述一种SOI结构形成方法，下面结合附图对其形成过程进行详细说明。
申请人提出了一种SOI结构形成方法，通过热生长在衬底上形成一层具有介质隔离作用的氧化层，并在氧化层上通过光刻形成具有导热和电荷传导作用的通孔结构，利用该通孔通过选择外延生长形成一层多晶硅层。通过热生长在该多晶硅层表面生成一层薄氧化层，该氧化层具有改变与Si界面特性的作用。利用光刻技术在该薄氧化层上刻蚀出通孔，再次利用选择外延生长形成顶层SOI层。在通过以上步骤形成的SOI结构基础上，利用C注入，在两层氧化层间的多晶硅层中注入C，形成具有导热，平衡电荷和抗辐射加固作用的SiC结构，从而达到提高SOI器件抗辐射性能的目的。
本发明涉及一种SOI结构形成方法，特别介绍由在双层SiO2层中加入一层SiC薄膜而形成的结构作为隐埋绝缘层的SOI结构形成方法。主要应用在抗辐射、低功耗和高可靠性SOI器件领域中。
1、本发明涉及的一种SOI结构形成方法，其特点为，介绍了由在双层SiO2层中加入一层SiC薄膜而形成的结构作为隐埋绝缘层的SOI结构形成方法。
2、图1所示为多晶硅衬底。在其表面通过热氧化生长法，使多晶硅与氧化剂在高温下反应生成图2中具有介质隔离作用的氧化层101。
3、在图2中的氧化层101上，涂光刻胶，曝光、刻蚀出如图3所示的通孔102，并去除光刻胶。该通孔具有导热导电荷作用，在一定程度上提高了SOI器件的抗单粒子效应能力，从而提高其抗辐射性能。
4、通过图3所示的通孔102，利用选择外延生长，在SiO2层表面形成一层如图4所示的多晶硅层201。
5、在图4结构中的多晶硅层201上，通过热生长，使硅与氧化剂在高温下反应形成一层如图5所示的薄氧化层301。该氧化层具有改变与硅界面特性的作用。
6、在图5结构中薄氧化层301上涂光刻胶，曝光、刻蚀出一个如图6所示通孔结构202，该通孔兼有导热和传导电荷的作用。
7、在图6结构的基础上，通过通孔202，利用选择外延生长，在薄氧化层上形成如图7所示的多晶硅层401，其厚度根据实际设计需要而定。
8、在图7所示的结构中，利用C注入，并控制注入剂量和注入能量，将C注入到两层SiO2层中间的多晶硅层中，并与其反应生成如图8所示的具有平衡电荷、抗辐射加固和导热功能的SiC结构501。这样就形成了，由在双层SiO2层中加入SiC层而形成的结构作为SOI隐埋绝缘层。SiC具有很高的临界位移能，在SiC材料中由辐照而产生的电子空穴对要比辐照在体硅材料中产生的电子空穴对数目少很多，并且SiC的抗中子辐射能力是体硅的四倍以上。另外该隐埋绝缘层还具有通孔结构，通孔与SiC材料构成了热量和电荷的传导通道，具有导热、耗散热量以及传导感生电荷的作用。基于SiC材料的优良特性和隐埋绝缘层的特殊结构，SOI器件的抗单粒子效应能力和抗总剂量辐射的能力以及热稳定性得到了提高。从而达到了抗辐射加固和提高SOI器件稳定性的目的。
本发明提出一种SOI结构形成方法，其特点在于介绍了由在双层SiO2层中加入一层SiC薄膜而组成的结构作为隐埋绝缘层的SOI结构形成方法。在不脱离本发明的实质和范围内，可做些许的调整和优化，本发明的保护范围以权利要求为准。
Claims (2)
1.一种绝缘体上硅结构形成方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）通过热氧化生长法，在多晶硅衬底上形成具有介质隔离作用的第一氧化层（101）；
（2）在第一氧化层上涂光刻胶，曝光、刻蚀出第一通孔（102），除光刻胶；
（3）通过第一通孔，在第一氧化层表面，利用选择外延生长形成第一多晶硅层（201）；
（4）在第一多晶硅层上，通过热生长使硅与氧化剂在高温下反应形成第二氧化层（301）；
（5）在第二氧化层上涂光刻胶，曝光、刻蚀出第二通孔（202）；
（6）通过第二通孔，在第二氧化层表面，利用选择外延生长形成第二多晶硅层（401）。
2.根据权利要求1所述的一种绝缘体上硅结构形成方法，其特征在于：利用碳注入法，将碳注入到第一多晶硅层中，形成碳化硅薄膜（501）。
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