论文部分内容阅读
近年来，SOI技术已经发展成为制造ULSI集成电路的主流技术之一。但是，SOI器件存在着浮体效应和自热效应。另外，为了获得功能更强大、价格更低廉的芯片，在SOI衬底上集成多种功能（如逻辑电路、存储器等）形成系统芯片（SOC）也是当今集成电路领域的研究热点之一。然而，有一些电路（如RF电路、成像电路和DRAM等）在SOI衬底上的制造工艺并不成熟。这限制了高性能SOC芯片在SOI衬底上的实现。 图形化SOI技术可以有效地解决上述问题。其实，克服SOI器件浮体效应和自热效应的一个最简单、经济的方法就是去掉器件沟道下方的BOX层，形成DSOI（Drain and Source On Insulator）结构。对于SOC芯片而言，可以将制造工艺还不成熟的SOI电路（如DRAM、RF等）制造在图形化SOI衬底的体硅区域；而逻辑电路等则制造在衬底的SOI区域。 由于工艺简单、成熟，SIMOX技术是制备图形化SOI材料的首选技术。但是，由于形成局部BOX层时会产生体积膨胀，这导致了图形化SOI材料的质量很差。所以，到目前为止国际上关于高质量图形化SOI材料的报道很少；有关成功制作DSOI器件的报道更是没有。 本论文对图形化SOI技术进行了系统的研究，重点是高质量图形化SOI材料的制备和新型DSOI器件的研制。 本论文研究了图形化SOI材料的制备工艺，分析了注入参数，如剂量、能量对图形化SOI材料质量的影响。实验中，氧离子的注入剂量和能量分别是0.15-1.5×1018cm-2和25-160 keV。XTEM分析表明，高剂量图形化SOI材料存在着严重的质量问题：体硅与SOI的过渡区域有高密度的缺陷存在，衬底表面有很大的高度差，BOX层中有大量硅岛。为了提高图形化SOI材料的质量，我们发展了一种剂量-能量优化的低剂量SIMOX工艺。研究发现，采用这种新工艺洲洲尸摘要可以成功地制备出高质量的图形化501材料:衬底表面非常平整;过渡区域的缺陷密度很低;BOX层中没有观察到硅岛。这种高平整度、低缺陷密度的图形化501材料在国际上未见报道。此外，本论文还研究了具有深亚微米间隔的图形化BOX层的制备工艺。实验结果表明，采用优化的低剂量SIMOX工艺同样可以制备出高质量的深亚微米间隔的图形化BOX层。这为DSOI器件的制作打下了基础。 在成功制备高质量图形化501材料的基础上，本论文对DSOI器件进行了全面研究，包括器件模拟和制作。器件模拟的结果表明，DSOI器件可以有效地解决浮体效应和自热效应。采用优化的低剂量SIMOX工艺，我们在国际上首次制作出性能良好的DSOI器件。对同一芯片上的体硅、501和DSOI器件的测试结果表明，DSOI器件具有良好的电、热学性能。和501器件相比，DSOI器件能够有效地抑制DIBL效应和提高源漏击穿电压，这是消除浮体效应的结果。同时，DSOI器件的自热效应也比501器件大幅度降低，和体硅器件相接近。 另一方面，我们还对DSOI器件的源漏自对准注氧工艺进行了研究。模拟分析和高温退火实验表明，自对准的DSOI器件也是可以实现的。为了实现自对准DSOI纳米器件，我们提出了采用侧墙技术定义多晶栅（和栅上阻挡氧离子注入的掩模）的新工艺。这为DSOI器件的进一步发展，尤其是在纳米范围内的应用奠定了基础。 图形化501技术除了应用在DSOI器件和SOC芯片之外，我们还提出了采用图形化SIMOX技术制备纳米通道（nanochannel）的新方法。初步的实验结果证明了这种新方法的可行性。