[发明专利]一种SOI硅片的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体硅片的制备方法，尤其涉及一种能够提高浮体动态随机存储器单元数据保持性能的SOI硅片的制备方、所述方法制备的SOI硅片、以及所述SOI硅片在制备的浮体动态随机存储器单元。

背景技术

嵌入式动态存储技术的发展已经使得大容量DRAM在目前的系统级芯片（SOC）中非常普遍。大容量嵌入式动态存储器（eDRAM）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好处。传统嵌入式动态存储器（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）的动态随机存储器单元，其原理是利用绝缘体上硅（Silicon on Insulator，即SOI）器件中氧埋层（BOX）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”。以NMOS为例，在栅极（G）和漏极（D）端加正偏压，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，形成衬底电流，由于有氧埋层的存在，衬底电流无法释放，使得空穴在浮体积聚，定义为第一种存储状态，可定义为写“1”；写“0”的情况下，在栅极上施加正偏压，在漏极上施加负偏压，通过PN结正向偏置，空穴从浮体发射出去，定义为第二种存储状态。由于衬底电荷的积聚，会改变器件的阈值电压（Vt），可以通过电流的大小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。

浮体效应存储单元即可以采用NMOS结构，也可以采用PMOS结构。相对于NMOS结构的浮体效应存储器单元，PMOS结构的浮体效应存储器单元在数据保持（Data Retention） 方面的性能要差很多。这是由于，对于PMOS结构的扶梯效应存储器单元，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单元在数据保持方面的性能下降。

发明内容

针对浮体效应存储器单元在数据保持性能下降的问题，本发明提供了一种能够提高浮体动态随机存储器单元数据保持性能的SOI硅片（绝缘体上硅）的制备方、所述方法制备的SOI硅片、以及所述SOI硅片在制备的浮体动态随机存储器单元。采用该方法制备的SOI硅片，可以提高浮体动态随机存储器单元（Floating Body Cell，即FBC）的数据保持时间。

本发明的第一个目的是提供一种制备所述SOI硅片的方法，步骤包括：

步骤1，提供第一硅片，并对第一硅片进行氢离子注入，在所述第一硅片中形成富氢埋层；提供第二硅片，并在第二硅片的表面形成二氧化硅薄膜；

步骤2，对第一硅片表面进行预处理形成粗糙表面；

步骤3，将第一硅片的粗糙表面和第二硅片的二氧硅薄膜接触，将第一硅片和第二硅片进行键合；

步骤4，对键合后的第一硅片和第二硅片进行加热，第一硅片从富氢埋层处分离；

步骤5，退火，将键合第二硅片的部分进行化学化学机械抛光去除剩余富氢埋层，得到SOI硅片。

其中，步骤2中所述预处理为使用含氢氟酸的溶液进行处理。所述含氢氟酸的溶液进行预处理的时间优选为30s。

本发明所述含氢氟酸的溶液可以是氢氟酸水溶液、含HF和HNO₃的混合酸溶液等。

本发明的第二个目的是提供一种上述方法制备的SOI硅片，包括底层硅、底层硅上覆盖的二氧化硅埋层以及二氧化硅埋层上覆盖的硅衬底，所述硅衬底与二氧化硅埋层之间的接触面为粗糙面。

本发明的第三个目的是提供一种上述SOI硅片的应用，所述SOI硅片优选应用于制备65nm浮体动态随机存储器。