[发明专利]绝缘体上硅器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明总地涉及绝缘体上硅(SOI)器件及其制造方法，更特别地，涉及能获得浮体效应(floating body effect)以及能防止击穿(punch-through)的SOI器件及其制造方法。

背景技术

在半导体工业中，非常期望具有高集成度、高速和低功耗的器件。实现高集成度、高速和低功耗的一种途径是利用绝缘体上硅(SOI)衬底而不是块硅(bulk silicon)制成的衬底的半导体器件(下文中，利用SOI衬底的半导体器件称为“SOI器件”)。SOI器件与利用由块硅制成的衬底而形成的器件相比优点包括：归因于低结电容的高速，归因于低阈值电压的低功耗，以及归因于完全隔离的闩锁效应(latch-up)去除。

SOI器件形成在下述制成的SOI衬底上：支承整个器件的硅衬底，其上形成栅极的硅层，以及形成于硅衬底和硅层之间的填充氧化物层。栅极形成于SOI衬底上且结区域形成在硅层中的栅极两侧。

SOI器件增大了晶体管的有效沟道长度，因此能改善短沟道效应且还能最小化漏极诱发势垒下降(Drain Induced Barrier Lowering，DIBL)或源极区域与漏极区域之间发生干扰的现象。此外，SOI器件能获得浮体效应，因为体部分被结区域和掩埋氧化物层隔离，且因此，浮体能储存电荷。所以，不需要用于存储电荷的单独电容器，且单元尺寸能减小到6F²和4F²。

然而，在常规SOI器件中，尽管结区域在硅层表面内在栅极两侧形成，但是结区域的下端不毗接掩埋氧化物层。因此，由于沟道区域即晶体管的体(body)不能被结区域和掩埋氧化物层隔离，所以不能获得浮体效应。

可以通过以足够高的剂量实施形成结区域的离子注入工艺以使结区域的下端部充分毗接其下的部分掩埋氧化物层而解决上述问题。然而，在该情况下，相邻的结区域之间的距离减小，因为当结区域形成时，它不仅在硅层中沿垂直方向延伸，而且沿水平方向延伸。结果，由于晶体管的有效沟道长度减小，会发生击穿。

发明内容

本发明的实施例涉及能获得浮体效应的SOI器件及其制造方法。

此外，本发明的实施例还涉及能防止击穿的SOI器件及其制造方法。

在一实施例中，SOI器件包括：SOI衬底，具有第一掩埋氧化物层和硅层顺序堆叠于半导体衬底上的结构；栅极，形成于SOI衬底的硅层上；第二掩埋氧化物层，在硅层的下部分中形成于栅极两侧从而第二掩埋氧化物层的下端部接触第一掩埋氧化物层；以及结区域，形成于硅层的在第二掩埋氧化物层上的部分中从而该结区域的下端部接触该第二掩埋氧化物层。

第二掩埋氧化物层可形成为SiO₂层。

在另一实施例中，制造SOI器件的方法包括：在SOI衬底的硅层上形成栅极，该SOI衬底具有第一掩埋氧化物层和硅层顺序堆叠于半导体衬底上的结构；在硅层的下部分中的栅极两侧形成第二掩埋氧化物层从而第二掩埋氧化物层的下端部接触第一掩埋氧化物层；以及在硅层的位于该第二掩埋氧化物层上方的部分中形成结区域从而该结区域的下端部接触该第二掩埋氧化物层。

该第二掩埋氧化物层可形成为SiO₂层。

形成第二掩埋氧化物层的步骤包括：离子注入促进氧化的杂质到硅层的位于栅极两侧的部分中；以及热处理杂质被离子注入到其中的该部分硅层从而氧化该部分。

用于促进氧化的杂质包括氧或氟。

该离子注入能以1×10⁵～1×10²⁰离子/cm²范围内的剂量进行。

该离子注入能以1KeV～1MeV范围内的能量进行。

该热处理能在N₂和Ar气的气氛中在500～1100℃范围的温度进行。

该热处理可进行1～1800秒范围的时间段。

该结区域通过以1～15°范围的倾斜角离子注入杂质来形成。