[發明專利]抗NMOS器件總劑量輻照的新型集成電路

有效

• 申請號: 200910093415.7
• 申請日: 2009-09-30
• 公開（公告）號: CN101667578A
• 公開（公告）日: 2010-03-10
• 發明（設計）人: 劉文;黃如
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L27/088
• 分類號: H01L27/088;H01L23/552;H01L21/8234;H01L21/76;H01L21/762;H01L21/764
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所（普通合伙）
• 代理人: 俞達成

技術領域

本發明涉及集成電路，尤其涉及一種具有NMOS器件抗總劑量輻照的新型集成電路，屬于電子技術領域。

背景技術

集成電路技術正越來越廣泛的被應用于航天、軍事、核電和高能物理等與總劑量輻照相關的行業中。而且隨著集成電路集成度的不斷提高，半導體器件的尺寸日益減小，淺槽隔離技術正以其優良的器件隔離性能成為集成電路中器件之間電學隔離的主流技術。但是由于總劑量輻照粒子對于器件中二氧化硅氧化層的損傷，會在淺槽隔離結構的氧化層內產生大量的固定正電荷。在NMOS器件中，這些大量固定正電荷的存在會引起淺槽隔離氧化層附近的襯底反型，并在一定的源漏偏壓下形成寄生管漏電，漏電量的大小跟這些正電荷距離硅襯底的距離密切相關，即淺槽隔離結構材料距離硅襯底越近，總劑量輻照后產生的正電荷對襯底的反型作用就越強，產生的導通電子就越多，漏電就越大。在器件主管開啟之前，主管處于關態，但是這時的寄生管已經導通，形成較大的關態泄漏電流。這種關態泄漏電流會大大增加集成電路的功耗，并對集成電路的可靠性產生較大的負面影響，成為現階段亟待解決的一個總劑量輻照可靠性問題。

因此，如果能夠在不改變淺槽隔離技術的主流制備工藝的前提下提出一種可以減少總劑量輻照后淺槽隔離材料正電性，并增大正電荷與硅襯底之間的距離，以達到抑制這些正電性，最終減少NMOS器件總劑量輻照后CMOS集成電路和器件關態泄漏電流的新型隔離技術，將會對整個集成電路的抗輻照加固具有重大的意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種可以減少NMOS器件總劑量輻照后關態泄漏電流的新型抗總劑量輻照的集成電路。

本發明在現有的常規NMOS器件的基礎上，在溝槽與襯底之間設計空氣層，通過利用空氣層的絕緣效應和不受總劑量輻照影響的特點，在溝槽和襯底之間引入一有效的絕緣層，較大程度的抑制總劑量輻照在溝槽填充材料內產生的固定正電荷對襯底載流子的鏡像反型作用，使寄生晶體管溝道的反型載流子數量大幅度減少，達到降低寄生晶體管泄漏電流，減少關態泄漏電流的作用。

具體來說，為了達到上述技術目的，本發明采用如下技術方案：

一種具有NMOS器件抗總劑量輻照的集成電路，所述集成電路包括NMOS器件，也可包括PMOS器件，所述器件之間通過襯底上的溝槽隔離，其特征在于，在和所述NMOS器件相鄰的溝槽中，溝槽填充材料和其一側的襯底材料之間存在一空氣界面層，溝槽填充材料和其另一側的襯底材料之間也可存在一空氣界面層。也就是說，在每個NMOS器件兩側的兩個溝槽中，在每個溝槽的一側或兩側設置該空氣界面層，和該NMOS器件和NMOS器件還是PMOS器件相鄰無關，如圖1b所示。

所述空氣界面層可通過刻蝕所述溝槽填充材料和所述襯底材料之間的接觸部分形成。

所述空氣界面層的厚度優選在10到20納米的范圍內。

所述溝槽填充材料可以是常規使用的二氧化硅，所述襯底材料可以是常規使用的硅。

圖1a，b分別顯示了常規淺槽隔離技術和本發明集成電路一具體實例在溝槽結構上的區別。圖2顯示了常規淺槽隔離工藝結構和本發明新型抗總劑量輻照工藝結構經過總劑量輻照后在硅襯底中產生反型載流子濃度的對比，可以看到在常規的淺槽隔離器件結構中，總劑量輻照在溝槽填充材料內產生的大量固定正電荷會在臨近的硅襯底中感生鏡像出大量的反型載流子，即大量的電子，這些電子在源漏加有偏壓的情況下能夠導通，導致在NMOS晶體管在關態的時候就存在較大的泄漏電流。本發明的新型抗總劑量輻照工藝結構主要利用空氣層的絕緣效應和不受總劑量輻照影響的特點，在溝槽與硅襯底之間引入一個有效的絕緣層，較大程度的抑制了輻照在STI區氧化層內產生的固定正電荷對硅襯底載流子的鏡像反型作用，使寄生晶體管溝道的反型載流子數量大幅度減少，達到降低寄生晶體管泄漏電流，減少關態泄漏電流的作用，使集成電路的抗輻照性能得到較大幅度的提升。

和現有技術相比，本發明所提出的能大幅度降低集成電路NMOS器件總劑量輻照后關態泄漏電流的新型隔離技術，可以大大增強集成電路的抗總劑量輻照性能，對于減少總劑量輻照下集成電路的功耗和增強集成電路的可靠性具有重大意義，在集成電路抗總劑量輻照加固技術應用中，有著明顯的優勢和廣泛的應用前景。

附圖說明

圖1顯示常規淺槽隔離技術和本發明一具體實例在溝槽結構上的區別，圖1a表示常規技術，圖1b表示本發明技術；

圖2顯示常規淺槽隔離工藝結構和本發明新型抗總劑量輻照工藝結構經過總劑量輻照后在襯底中產生反型載流子濃度的對比；

圖3-7顯示實施例制備集成電路的各個步驟。

具體實施方式