技術領域
本發明涉及集成電路，尤其涉及一種新型的抗總劑量輻照的SOI器件及其制造方法，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SOI器件的氧化層內產生大量的固定正電荷。在SOI器件中，用二氧化硅材料制作的埋氧層中的這些固定正電荷會引起器件的襯底反型，并帶來諸如亞閾值斜率變壞、器件可靠性變差等較壞影響，對CMOS集成電路的可靠性產生較大的負面影響，并且埋氧層中的固定正電荷的存在還會引起襯底的載流子反型，這些反型載流子在源漏偏壓的作用下形成較大的源漏導通電流，使得器件在柵壓遠小于閾值電壓即關態的時候仍然存在較大的源漏導通電流，增大了CMOS集成電路的功耗，并引起一系列的可靠性問題。如何提高SOI器件的抗總劑量輻照特性，以改善整個CMOS集成電路的抗輻照特性，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SOI器件埋氧結構優勢的前提下提出一種可以大幅度減弱埋氧層中固定正電荷對器件閾值電壓的影響的新型器件結構，消除總劑量輻照對SOI器件的不良影響，提高CMOS集成電路的可靠性，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總劑量輻照后閾值漂移的SOI器件，以及該器件的制造方法。
本發明在現有的SOI器件的結構基礎上，在通常由二氧化硅材料制作的埋氧層中增加一層由多晶硅材料構成的犧牲層，利用犧牲層材料多晶硅對輻照后的埋氧層中存在的固定正電荷產生鉗制作用，從而減弱輻照后SOI器件所產生的閾值電壓漂移，改善器件的亞閾值斜率，減小關態電流，并最終達到減小CMOS集成電路功耗，提高CMOS集成電路可靠性的目的。
具體來說，本發明提供一種抗總劑量輻照的SOI器件，該SOI器件包括襯底層，埋氧層和頂層，所述埋氧層中包括一多晶硅犧牲層，所述埋氧層在所述多晶硅犧牲層中產生固定負電荷。
所述多晶硅犧牲層的厚度優選在10nm到20nm的范圍內；所述襯底層和所述多晶硅犧牲層之間的埋氧層的厚度優選在10nm到20nm的范圍內；頂層和所多晶硅述犧牲層之間的埋氧層的厚度優選在60nm到70nm的范圍內。襯底層的材料優選為常規使用的P型硅，由硅制成的襯底層在本發明中也稱為硅膜襯底層。所述埋氧層的材料優選為常規使用的二氧化硅。
本發明的新型抗總劑量輻照SOI工藝結構利用埋氧層材料中的正電荷能在犧牲層材料中感應產生負電荷的特性，將埋氧層材料中因輻照產生的大量固定正電荷的電場限制在這一犧牲層上。埋氧層中的正電荷在犧牲層中產生的大量固定負電荷的存在大大減弱了淺槽隔離結構中埋氧層材料對硅膜襯底層材料的反型作用，并增大了埋氧層中大量固定正電荷與襯底之間的距離，而與襯底相接的一薄層二氧化硅埋氧層材料因為很薄(比如10納米至20納米)，里面產生的固定正電荷的量非常少，對襯底的影響可以忽略。這一結構設計可以起到抑制甚至抵消埋氧層材料內固定正電荷對硅膜襯底中載流子的鏡像感生作用，抑制硅膜襯底的載流子反型，使得寄生晶體管的導通載流子大幅度減少甚至降低為零，從而大幅度降低SOI器件的關態泄漏電流，使集成電路的抗輻照性能得到較大幅度的提升。
圖1a，b分別顯示了常規SOI器件和本發明SOI器件在埋氧層中形成的電荷類型以及硅膜襯底中形成反型載流子濃度對比。可以看到輻照后常規SOI器件的埋氧層中產生了大量的固定正電荷，這些正電荷導致硅膜襯底中產生了很多的負電荷的反型載流子，是形成SOI器件關態泄漏電流的主要原因。而本發明的新型SOI器件則由于犧牲層的存在，大大抑制了埋氧層中固定正電荷的反型作用，將電場鉗制在犧牲層中，并且在犧牲層中產生的負電荷也很好的抑制了正電荷的鏡像反型作用，在很大程度上遏制了反型載流子的形成，降低了器件關態電流和集成電路的靜態功耗。
