[发明专利]SOI硅片及其制造方法、浮体效应存储器件

说明书

技术领域

本发明涉及浮体效应存储器件用的SOI(Silicon On Insulator：绝缘衬底上硅)硅片及其制造方法，更确切的说，本发明涉及通过注氧隔离(SIMOX，Separation by Implantation of Oxygen)方法制备SOI(Silicon On Insulator，绝缘衬底上硅)硅片，以及由该SOI硅片构成的浮体效应存储器件。

背景技术

嵌入式动态存储技术的发展已经使得大容量DRAM(Dynamic Random Access Memory：动态随机存取存储器)在目前的系统级芯片(System On Chip：SOC)中非常普遍。大容量嵌入式动态存储器(eDRAM：Embedded Dynamic RAM)，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优点。传统的嵌入式动态存储器(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(complementary metal oxide semiconductor：互补型金属氧化物半导体)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)是一种有希望替代eDRAM的动态存储器。FBC是利用浮体效应(Floating Body Effect，即FBE)的动态随机存储器件，其原理是利用绝缘体上硅(Silicon on Insulator，即SOI)器件中氧埋层(BOX)21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(N-channel metal oxide semiconductor：N沟道金属氧化物半导体)为例，在栅极(G)24和漏极(D)25端加正偏压，使器件导通，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23，形成衬底电流，由于有氧埋层21的存在，衬底电流无法释放，使得空穴在浮体积聚，将该状态定义为第一存储状态，可定义为写“1”的情况；写“0”的情况则如图1B所示，在栅极24上施加正偏压，在漏极25上施加负偏压，通过PN结正向偏置，空穴从浮体发射出去，将该状态定义为第二存储状态。由于衬底23电荷积聚，会改变器件的阈值电压(Vt)，可以通过电流的大小来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。

浮体效应存储单元既可以采用NMOS结构，也可以采用PMOS(P-channel Metal Oxide Semiconductor，P沟道金属氧化物半导体)结构。相对于NMOS结构的浮体效应存储器件，PMOS结构的浮体效应存储器件在数据保持(Data Retention)方面的性能要差很多。这是由于，对于PMOS结构的浮体效应存储器件，在写“1”的时候，衬底积聚的载流子是电子，由于电子的有效质量远小于空穴，且电子的迁移率要大于空穴，所以衬底积聚的电子，更容易从源端泄漏，造成PMOS结构的浮体效应存储器件在数据保持方面的性能下降。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于，提供一种浮体效应存储器件及其制造方法，该浮体效应存储器件能够加长电子在衬底的保持时间，并且降低电子从源端泄漏的速率，提高PMOS结构浮体效应存储器件的数据保持性能。

为了达到上述目的，本发明提供一种浮体效应存储器件用SOI硅片，其特征在于，包括：底层硅，氧埋层，其形成在所述底层硅上，并且含有氮离子，衬底，其形成在所述氧埋层上；在所述氧埋层中，在所述氧埋层与所述衬底之间的边界附近具有由所述氮离子形成的界面悬挂键。

另外，本发明提供一种浮体效应存储器件用的SOI硅片的制造方法，其特征在于，依次执行以下步骤：第一步骤，对硅片进行氧离子注入，由此形成底层硅、硅的氧化物沉淀层、衬底，第二步骤，在氧气氛环境下对所述硅片进行超高温退火，由此形成氧埋层；在所述第一步骤中，在对所述硅片进行氧离子注入的同时，还对所述硅片进行氮离子注入，由此在所述硅的氧化物沉淀层中掺杂规定量的氮离子。

另外，本发明提供一种使用所述的SOI硅片制造的浮体效应存储器件。