专利名称：一种消除局部注氧隔离形成绝缘层上硅(soi)中边界应力的方法
技术领域：
本发明提出一种局部注氧形成绝缘层上硅(SOI)材料的边界应力消除方法，属于微电子技术领域。
在绝缘层上硅上制作的互补金属氧化物半导体晶体管(SOI CMOS)电路在抗辐照、低压、低功耗电路等方面由于其优异的性能，在光波导以及微电子机械系统方面有着重要应用。对SOI CMOS电路而言，其最重要的特点就是高速低压低功耗抗辐照，并且可以在高温下工作，但是，全介质隔离也导致它存在非常有害的效应，如浮体效应、寄生双极效应等，一种有效的解决方案就是采用SOI与非SOI单片混合集成。此外，在集成微电子机械系统中，由CMOS电路构成的信号处理以及通过SOI结构制作的微传感器、执行器件的集成同样也需要局部SOI工艺。为了实现局部SOI技术，Toshiharu Furukawa提出一种类似区域键合的办法(见美国专利US5956597Method for producing SOI & non-SOI circuits on a single wafer。1999年9月公布)，但该方法对工艺条件的要求非常苛刻，很难在一般条件下实施。
另一方面，硅中注氧隔离(SIMOX)是成熟的SOI技术之一，然而采用局部注入的方法获得的SOI在注入区边界存在两方面问题，问题之一是器件表面的不平整，而另外一个问题，也是最严重的问题就是在注入与非注入的边界存在较大应力，应力的出现改变了硅的载流子迁移率，所以对器件非常有害，是CMOS电路必须避免的。此外严重的应力还会甚至导致衬底的弯曲使得器件工艺根本无法实施。
所以人们渴望在采用SIMOX工艺的实现局部SOI技术的同时，能够有一种简单而有效的方法使注入与非注入区的边界的应力予以消除。
本发明的目的在于提供一种局部注氧形成SOI材料的边界应力消除方法，在应力消除同时解决了由于局部注氧而导致的表面的不平整现象。
本发明的目的是通过下述方法实施的。主要借助在硅集成电路中已广泛采用的硅局部氧化工艺(LOCOS)，通过将注入区边缘的应力区氧化从而将有源区隔离，再进行高温退火，从而消除了局部注氧所产生的注入区与非注入区的边界应力，较好地解决了这一问题。并使得采用局部注入的办法实现SOI与非SOI电路的单片集成成为可能，同时也给出了一种旨在改善局部注氧形成SIMOX的表面平整度问题的方法。这也正是本发明提供的方法的另一个功效，用类似相同的方法解决了两个问题。
具体地说，本发明是在局部氧离子注入(典型能量和剂量分别为170keV和2×1018/cm2，衬底温度550～650℃)后，采取了如下的步骤1.预氧化(温度800～1000℃，厚度40～80nm)并淀积Si3N4；2.光刻并且将可能存在应力的注入边界的Si3N4去除或者只保留有源区或打算保留制作SOI或Si CMOS器件的区域的Si3N4；3.热氧化(0.5～1μm)SiO2；4.高温退火(1300～1350℃)；5.去除淀积的Si3N4，进行下一步器件工艺。
本发明特征是将硅工艺中的局部氧化工艺(LOCOS)与传统的注氧隔离制作SOI的技术(SIMOX)技术结合起来，采用先区域氧化再高温退火的方法，从而消除边界应力。这里所谓的区域氧化实际是指注入区边缘氧化，从而将有源区隔离，显然，本发明提供的工艺方法与硅集成电路工艺完全兼容，它尤其适用于因注入机的束流较小而采取局部注入获得SIMOX材料的应力消除和质量的提高并可直接器件的制作结合起来。且在微电子机械系统也有重要应用。
显然，本发明提供的消除边界应力的方法中先氧化再高温退火是消除注入区和非注入区边界应力的充分必要条件，如局部注入后不经区域边缘氧化而直接退火，非但形成的SOI结构的边界应力不能消除而且往往导致衬底的弯曲，所以，先区域边缘氧化然后高温退火是二者缺一不可的二个工艺过程。
本发明的另一特点是注入机为一般注入机改造的注氧机，束流只有0.5mA，它可以在3英寸片的中央区域注入形成SOI材料。
下面通过具体实施例进一步阐明本发明的实质性特点和显著的进步，而本发明绝非局限于此实施例。
实施例1.在3英寸片的中央区域注入形成SOI材料注入机为一般注入机改造的注氧机，束流0.5mA，在中央大约40mm×40mm局部区域注氧，能量和剂量170keV和2×1018/cm2，衬底温度550～650℃。然后通过1)900℃预氧化60nmSiO2，淀积Si3N4；2)光刻去除注入区边界的Si3N4；3)热氧化，氧化层厚度0.8μm4)1320℃高温退火5小时。
经过上述工艺处理，实现了注入区边界应力消除。
权利要求
1.一种消除局部注氧隔离形成绝缘层上硅(SOI)产生的边界应力的方法，其特征在于将硅工艺中的局部氧化工艺与传统的注氧隔离制作SOI的技术结合，先区域氧化再高温退火。
2.按权利要求1所述消除局部注氧隔离产生的边界应力的方法，其特征在于所述的先区域氧化是(1)先区域氧化指的是注入区边缘氧化；(2)氧离子局部注入后，800-1000℃预氧化，氧化层厚度40～80nm，并淀积Si3N4；(3)光刻并且将可能存在应力的注入边界的Si3N4去除或者只保留有源区或打算保留制作SOI的区域的Si3N4；(4)热氧化0.5～1μm的SiO2。
3.按权利要求1所述的局部注氧隔离边界应力的方法，其特征在于区域氧化工艺后的退火是在1300-1350℃高温下进行，然后去除淀积的Si3N4。
4.按权利要求1、2、3所述的局部注氧隔离边界应力的方法，其特征在于注入后(1)900℃预氧化60nmSiO2，淀积Si3N4；(2)光刻去除注入区边界的Si3N4；(3)热氧化，氧化层厚度0.8μm(4)1320℃高温退火5小时。
5.按权利要求1所述的局部注氧隔离边界应力的方法，其工艺与硅集成电路工艺完全兼容，也可以用于微电子机械系统。
6.按权利要求1、2、3所述的局部注氧隔离边界应力的方法，可改善局部注氧形成的SIMOX的表面平整度。
全文摘要
本发明提供一种局部注氧隔离形成绝缘层上硅(SOI)材料的边界应力消除方法,属于微电子领域,本发明提供的方法特征是将硅工艺中的局部氧化工艺与传统的硅中注氧隔离技术结合起来,采用先区域氧化然后再高温退火工艺,与硅集成电路工艺完全兼容,在微电子机械系统也有重要应用。
文档编号H01L21/02GK1272690SQ0011530
公开日2000年11月8日 申请日期2000年3月30日 优先权日2000年3月30日
发明者王连卫, 林成鲁, 多新中, 范秀强, 邢昆山 申请人:中国科学院上海冶金研究所