[发明专利]基于SOI工艺的堆叠层栅极MOS场效应管及制备方法

权利要求书

1.一种基于SOI工艺的堆叠层栅极MOS场效应管，自下而上包括N型衬底层(1)、隐埋氧化层(2)、体区(3)、栅氧化层(8)和多晶硅层(10)；该体区(3)两侧是浅槽隔离结构(4)；该多晶硅层(10)两侧是Si₃N₄侧墙(11)；该Si₃N₄侧墙(11)下方是轻掺杂源漏区(5)；该轻掺杂源漏区(5)左侧与浅槽隔离结构(4)右侧之间是源极有源区(7)，该轻掺杂源漏区(5)右侧与浅槽隔离结构(4)左侧之间是漏极有源区(6)，其特征在于：

所述栅氧化层(8)与所述多晶硅层(10)中间添加有一层厚度为2-5nm的氮化钛阻挡层(9)，以抑制MOS器件中的NBTI效应，提高MOS器件可靠性。

2.根据权利要求1所述场效应管，其特征在于，

所述N型衬底层(1)，掺杂有浓度为1×10¹⁵cm^-3的N型离子；

所述体区(3)，掺杂有浓度为5×10¹⁷cm^-3的砷离子；

所述多晶硅层(10)，掺杂有浓度为1×10¹⁹-1×10²⁰cm^-3的硼离子。

3.根据权利要求1所述场效应管，其特征在于，

所述轻掺杂源漏区(5)，掺杂有浓度为1×10¹⁸-1×10¹⁹cm^-3的硼离子；

所述漏极有源区(6)和源极有源区(7)，掺杂有浓度均为1×10¹⁹-1×10²⁰cm^-3的硼离子。

4.根据权利要求1所述场效应管，其特征在于，

所述隐埋氧化层(2)的厚度是100-200nm；

所述栅氧化层(8)的厚度为2-4nm。

5.一种基于SOI工艺的堆叠层栅极MOS场效应管的制备方法，其特征在于，包括：

1)制备SOI基板：

1a)选取两块相同尺寸的硅片，利用干氧氧化法在第一硅片上形成隐埋氧化层(2)，再对该硅片进行活化处理；

1b)将H⁺离子注入第二硅片，并将活化处理后的第一硅片与该硅片进行低温键合处理和热处理，以形成SOI基板；

2)通过湿法刻蚀工艺去除所述SOI基板上的硅层，再对该SOI基板进行离子掺杂得到N型衬底层(1)；

3)在隐埋氧化层(2)上外延生长硅层，再对该硅层进行掺杂形成体区(3)；

4)制备浅槽隔离结构(4)：

4a)采用干氧氧化法在体区(3)上方生长第一SiO₂缓冲层，在该SiO₂缓冲层上生长第一Si₃N₄保护层，再在该Si₃N₄保护层上涂抹光刻胶；

4b)通过曝光和刻蚀去除体区(3)两侧的单晶硅层、第一SiO₂缓冲层、第一Si₃N₄保护层和光刻胶，形成隔离区槽；

4c)在隔离区槽内填充SiO₂，形成浅槽隔离结构(4)；

5)利用干氧氧化法在所述体区(3)上方制备栅氧化层(8)；

6)制备堆叠层栅极：

6a)利用射频溅射法在所述栅氧化层(8)上生成氮化钛阻挡层(9)；

6b)通过化学气相淀积法在氮化钛阻挡层(9)上淀积一层多晶硅，并通过干氧氧化法在该多晶硅上方生长第二SiO₂缓冲层，再在该缓冲层上旋涂光刻胶；

6c)通过曝光在该光刻胶上刻蚀出栅极的注入窗口，再在该窗口进行离子注入，形成重掺杂多晶硅层(10)，完成堆叠层栅极的制备，并去除剩余的光刻胶和第二SiO₂缓冲层；

7)制备轻掺杂源漏区(5)：

7a)通过干氧氧化法在多晶硅层(10)和体区(3)上方生长第三SiO₂缓冲层，再在该SiO₂缓冲层上旋涂光刻胶；

7b)通过曝光在多晶硅层(10)两侧和部分体区(3)上方的光刻胶上刻蚀出轻掺杂源漏区的注入窗口，再在该窗口进行离子注入，得到轻掺杂源漏区(5)，并去除剩余的光刻胶和第三SiO₂缓冲层；

8)制备Si₃N₄侧墙(11)；

8a)通过干氧氧化法在栅极两侧、体区(3)上方生长第四SiO₂缓冲层，再在该缓冲层上生长第二Si₃N₄保护层，并在该保护层上涂抹光刻胶；

8b)通过曝光在轻掺杂源漏区(5)上方的光刻胶上刻蚀出注入窗口，并在该窗口对Si₃N₄保护层进行反应离子刻蚀，形成Si₃N₄侧墙(11)，并去除剩余的第四SiO₂缓冲层、第二Si₃N₄保护层和光刻胶；

9)制备漏极有源区(6)和源极有源区(7)：

9a)利用干氧氧化法在Si₃N₄侧墙(11)两侧、体区(3)上方生长第五SiO₂缓冲层，并在该缓冲层上旋涂光刻胶；

9b)通过曝光在Si₃N₄侧墙(11)两侧的光刻胶上刻蚀出注入窗口，再对该注入窗口进行离子注入，形成漏极有源区(6)和源极有源区(7)，并去除剩余的第五SiO₂缓冲层和光刻胶，完成器件制作。