具有阶梯型氧化埋层的SOI结构的制作方法技术

本发明专利技术提供形成具有阶梯型氧化埋层的SOI结构的两种方法，第一种包括：提供用于分别形成源区、漏区的第一、第三区域及形成有栅极、栅极绝缘层及硬掩膜层的第二区域的P型半导体衬底，且该衬底内具有BOX层；在BOX层下方形成漏区所对应的P型元素重掺杂区；形成覆盖硬掩膜层、栅极及栅极绝缘层侧边的侧壁；形成N型源区与N型漏区；对除侧壁外的位于源区与漏区对应的BOX层下方的衬底进行氧离子注入；高温退火将氧离子注入区与BOX层一起形成阶梯型氧化层。另外一种做法在衬底顶层形成N型掺杂区，在该掺杂区内形成源区与漏区。采用本发明专利技术的技术方案，可以解决现有的SOI结构出现的短沟道效应。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及具有阶梯型氧化埋层的SOI结构的制作方法。
技术介绍
在SOI(silicon-on-insulator)材料中，因顶硅膜与衬底硅之间存在绝缘埋层 (一般为二氧化硅埋层，简称氧化埋层)，使SOI技术具有诸多超越传统体硅技术的优势，例如与传统体硅的CMOS相比，使用SOI材料制造的CMOS具有速度高、功耗低、源漏寄生电容小的特点，同时避免了体硅CMOS中的闩锁效应。图1所示为现有技术中的具有氧化埋层的SOI结构，该结构包括半导体衬底10、 形成在衬底10上的栅极绝缘层14以及栅极15，该栅极绝缘层14以及栅极15的侧边形成有绝缘侧壁16，衬底内形成有对应栅极15的源区12与漏区13、具有两个厚度的氧化埋层 11 ；其中，较厚的氧化埋层11位于源区12与漏区13的下方，较薄的氧化埋层11位于源区 12与漏区13之间的沟道下方。由于氧化埋层11具有两个厚度，一般是通过两步氧化掩埋 (Double Step Buried Oxide,DSB0)形成的，因此，图1所示的具有两个厚度的氧化埋层11 简称DSBO S0I。此外，位于源区12与漏区13的下方为较厚的氧化埋层11，位于源区12与漏区13之间的沟道下方的为较薄的氧化埋层11，氧化埋层11整体犹如阶梯型，因此，图1 所示的DSBO SOI也称具有阶梯型氧化埋层的SOI结构。以长度为0. 15um，较厚的氧化埋层11厚度为lOOnm，较薄的氧化埋层11厚度为20nm为例，具有单一厚度IOOnm氧化埋层的 SOI结构与具有阶梯型氧化埋层的SOI结构的晶格温度对比图如图2所示；其中，峰值温度为42 的曲线为具有单一厚度IOOnm氧化埋层的SOI结构在SOI器件不同长度处对应的晶格温度，峰值温度为31 的曲线为具有阶梯型氧化埋层的SOI结构在SOI器件不同长度处对应的晶格温度，可以看出，较薄的氧化埋层11可以起到散热作用，从而较好抑制了传统SOI结构中由于自加热效应导致载流子迁移率退化的问题。然而，这种具有阶梯型氧化埋层的SOI结构随着尺寸小型化，具体地，沟道长度变短，会出现严重的短沟道效应。短沟道效应具体地表现为(1)阈值电压随着沟道长度变短不断变小；( 随着沟道长度变短，使得漏区与源区的耗尽层非常靠近，在源区与漏区施加偏压时，沟道中的电场线可以从漏区穿越到源区，并导致源区端势垒高度降低，结果导致 SOI结构处于关态时，即Ves未达到开启电压时，泄露电流增加，这不利于SOI结构器件的性能。有鉴于此，实有必要提出一种新的具有阶梯型氧化埋层的SOI结构的制作方法， 解决现有的SOI结构出现的短沟道效应。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提出一种新的具有阶梯型氧化埋层的SOI结构的制作方法， 以解决现有的SOI结构出现的短沟道效应。为解决上述问题，本专利技术提供两种具有阶梯型氧化埋层的SOI结构的制作方法， 第一种制作方法包括提供具有BOX层的P型半导体衬底，所述P型半导体衬底包括用于形成源区的第一区域、用于形成栅极的第二区域、用于形成漏区的第三区域，所述第二区域上形成有栅极、栅极绝缘层及硬掩膜层；经所述P型半导体衬底的表面对第三区域的半导体衬底进行P型离子注入，以在 BOX层下方形成漏区所对应的P型元素重掺杂区；在所述硬掩膜层及第一区域与第三区域的半导体衬底上淀积第二绝缘层，回蚀以形成覆盖所述硬掩膜层、栅极及栅极绝缘层侧边的侧壁；所述侧壁位于第一区域与第三区域；干法刻蚀去除硬掩膜层侧边的侧壁；经所述半导体衬底的表面对除侧壁外的位于第一区域与第三区域对应的BOX层下方的半导体衬底进行氧离子注入；经所述P型半导体衬底的表面对位于BOX层上的第一区域及第三区域的半导体衬底进行N型离子注入，以形成源区与漏区；去除硬掩膜层；高温退火后，经氧离子注入区域与BOX层一起形成阶梯形氧化层。可选地，在形成BOX层下漏区对应的P型元素重掺杂区步骤中，还包括对第一区域的半导体衬底进行P型离子注入，以形成BOX层下源区对应的P型元素重掺杂区。可选地，先进行所述去除硬掩膜层侧边的侧壁的步骤；再进行所述氧离子注入的步骤；而后进行所述N型离子注入，以形成源区与漏区的步骤；再接着进行所述去除硬掩膜层的步骤。可选地，先进行所述氧离子注入的步骤；再进行所述N型离子注入，以形成源区与漏区的步骤；而后进行所述去除硬掩膜层侧边的侧壁的步骤；再接着进行所述去除硬掩膜层的步骤。可选地，形成具有BOX层的P型半导体衬底，及在第二区域上形成栅极、栅极绝缘层及硬掩膜层的方法包括提供P型半导体衬底，所述P型半导体衬底包括用于形成源区的第一区域、用于形成栅极的第二区域、用于形成漏区的第三区域；经所述半导体衬底的表面对半导体衬底进行氧离子注入，高温退火形成BOX层；在所述半导体衬底的表面依次淀积第一绝缘层、多晶硅层及硬掩膜层；选择性蚀刻所述硬掩膜层、多晶硅层及第一绝缘层，以保留第二区域上的栅极、栅极绝缘层及硬掩膜层。可选地，经所述P型半导体衬底的表面对第一区域及第三区域的半导体衬底进行 P型离子注入，以形成BOX层下漏区对应的P型元素重掺杂区步骤中，所述P型离子浓度为 P型半导体衬底中的P型离子浓度的1000-10000倍。可选地，经所述P型半导体衬底的表面对位于BOX层上的第一区域及第三区域的半导体衬底进行P型离子注入，以形成源区与漏区步骤中，所述P型离子为硼元素。本专利技术提供的另外一种具有阶梯型氧化埋层的SOI结构的制作方法，，包括提供具有BOX层的P型半导体衬底，所述P型半导体衬底的顶层为N型掺杂区，所述N型掺杂区包括用于形成源区的第一区域、用于形成栅极的第二区域、用于形成漏区的第三区域，所述第二区域上形成有栅极、栅极绝缘层及硬掩膜层；经所述N型掺杂区的顶层表面对第三区域下方对应的半导体衬底进行P型离子注入，以在BOX层下方形成漏区所对应的P型元素重掺杂区；在所述硬掩膜层及第一区域与第三区域的N型掺杂区上淀积第二绝缘层，回蚀以形成覆盖所述硬掩膜层、栅极及栅极绝缘层侧边的侧壁；所述侧壁位于第一区域与第三区域；干法刻蚀去除硬掩膜层侧边的侧壁；经所述N型掺杂区的顶层表面对除侧壁外的位于第一区域与第三区域对应的BOX 层下方的半导体衬底进行氧离子注入；经所述N型掺杂区的顶层表面对位于BOX层上的第一区域及第三区域的N型掺杂区进行P型离子注入，以形成源区与漏区；去除硬掩膜层；高温退火后，经氧离子注入区域与BOX层一起形成阶梯型的氧化层。可选地，经所述N型掺杂区的顶层表面对第三区域下方对应的半导体衬底进行P 型离子注入，以形成BOX层下漏区对应的P型元素重掺杂区步骤中，还包括对第一区域下方对应的半导体衬底进行P型离子注入，以形成BOX层下源区对应的P型元素重掺杂区。可选地，先进行所述去除硬掩膜层侧边的侧壁的步骤；再进行所述氧离子注入的步骤；而后进行所述N型离子注入，以形成源区与漏区的步骤；再接着进行所述去除硬掩膜层的步骤。可选地，先进行所述氧离子注入的步骤；再进行所述N型离子注入，以形成源区与漏区的步骤；而后进行所述去除硬掩膜层侧边的侧壁的步骤；再接着进行所述去除硬掩膜层的步骤。可选地，形成具有BOX层的P型半导体衬底，及在第二区域上形成栅极、栅极绝缘层及硬掩膜层的方法包括 提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种具有阶梯型氧化埋层的ＳＯＩ结构的制作方法，其特征在于，包括：提供具有ＢＯＸ层的Ｐ型半导体衬底，所述Ｐ型半导体衬底包括用于形成源区的第一区域、用于形成栅极的第二区域、用于形成漏区的第三区域，所述第二区域上形成有栅极、栅极绝缘层及硬掩膜层；经所述Ｐ型半导体衬底的表面对第三区域的半导体衬底进行Ｐ型离子注入，以在ＢＯＸ层下方形成漏区所对应的Ｐ型元素重掺杂区；在所述硬掩膜层及第一区域与第三区域的半导体衬底上淀积第二绝缘层，回蚀以形成覆盖所述硬掩膜层、栅极及栅极绝缘层侧边的侧壁；所述侧壁位于第一区域与第三区域；干法刻蚀去除硬掩膜层侧边的侧壁；经所述半导体衬底的表面对除侧壁外的位于第一区域与第三区域对应的ＢＯＸ层下方的半导体衬底进行氧离子注入；经所述Ｐ型半导体衬底的表面对位于ＢＯＸ层上的第一区域及第三区域的半导体衬底进行Ｎ型离子注入，以形成源区与漏区；去除硬掩膜层；高温退火后，经氧离子注入区域与ＢＯＸ层一起形成阶梯型的氧化层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苟鸿雁，唐树澍，
申请(专利权)人：上海宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：31