[發(fā)明專利]基于SOI CMOS工藝的輻射探測器件及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310656997.1
• 申請日: 2013-12-05
• 公開（公告）號: CN103715293A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊凌
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航天科技集團(tuán)公司第九研究院第七七一研究所
• 主分類號: H01L31/113
• 分類號: H01L31/113;H01L31/0352;H01L31/0224;H01L31/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體器件，具體涉及一種基于SOI?CMOS工藝的輻射探測器件及其制備方法。?

背景技術(shù)

輻射探測器主要是為了測量各種輻射環(huán)境粒子，例如光子、中子、α粒子、β粒子和高能離子等。因此，它在核物理、醫(yī)療、生物醫(yī)學(xué)場合以及宇航衛(wèi)星探測等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。例如，在空間應(yīng)用領(lǐng)域，需要實(shí)時(shí)測量空間環(huán)境粒子的計(jì)量率，從而確保電子設(shè)備的正常工作。?

MOS器件型輻射劑量計(jì)指的是用半導(dǎo)體材料制作出來的劑量計(jì)。在輻射條件下，器件的柵氧介質(zhì)區(qū)域會產(chǎn)生感生的空穴電子對，其中一定數(shù)量的電子空穴對會立即發(fā)生復(fù)合并消失，而那些沒有發(fā)生復(fù)合的電子空穴對在電場的作用下會慢慢漂移。如果柵極加上正偏壓，那么電子就會迅速漂移到柵極上并離開靈敏區(qū)域。這意味著在柵極加上正偏壓可以增加劑量計(jì)的靈敏度。與電子運(yùn)動(dòng)方向相反，空穴會緩慢的向Si襯底方向移動(dòng)。作為SiO₂的一個(gè)固有特性，在SiO₂中會有一些空穴陷阱。在Si和SiO₂的界面處附近，空穴陷阱的密度最高。因此，當(dāng)空穴向Si襯底方向移動(dòng)時(shí)，一定數(shù)量的空穴就會被空穴陷阱俘獲，從而引起SiO₂區(qū)域中正電荷的增加量跟所受到的輻射量服從一定的函數(shù)關(guān)系，是一種次線性的關(guān)系。這是因?yàn)殡S著輻照量的增加，空穴陷阱的數(shù)量會減少，柵壓區(qū)域的靈敏度會下降。隨著SiO₂區(qū)域中正電荷的增加，MOS管的開端電壓會增加，所以通過測量MOS管的開端電壓之差△V，就可以計(jì)算出MOS劑量計(jì)?受到的輻射累計(jì)劑量D。?

1983年，Ian?thomson首次利用MOS器件來進(jìn)行輻射效應(yīng)的探測并對其p-MOS的RADFET輻射劑量計(jì)進(jìn)行了標(biāo)定。1985年，M?einhard?knoll利用浮柵MOS器件對輻射劑量率進(jìn)行計(jì)量，由于采用浮柵結(jié)構(gòu)和干法氧化二氧化硅柵介質(zhì)工藝，從而使MOS器件的抗輻射性能進(jìn)一步提高，輻射感生的電荷主要產(chǎn)生在浮柵上。?

1996年，R?istic利用厚柵氧結(jié)構(gòu)，得到了具有高抗輻射退化能力的RADFET器件，但其柵極的工作電壓過高。1998年，O'cornell利用干法熱氧化和PECVD的工藝方法，研制出一種SiO₂/SiON的疊層?xùn)沤橘|(zhì)結(jié)構(gòu)，利用此結(jié)構(gòu)，將其輻射靈敏度提升到7.54mv/rad，并成功將其應(yīng)用到臨床工作醫(yī)療中。?

2004年，Arner?haran系統(tǒng)研究了非摻雜和摻雜的介質(zhì)的MOS器件的長期可靠性問題，研究表明摻雜后的柵介質(zhì)能夠有效的改善RADFET器件的長期可靠性。?

綜上所述，當(dāng)前國際上的RADFET器件都是基于體硅工藝，采用SiO₂(SiN)柵介質(zhì)薄膜形成的。該型RADFET器件的主要問題有以下幾個(gè)方面：1)由于采用了體硅工藝，未對單粒子效應(yīng)做有效的隔離；2)為了抑制RADFET器件輻射后閾值電壓的退化，一般都采用較厚的柵氧厚度，造成RADFET器件的工作電壓過高；3)現(xiàn)有的RADFET器件普遍采用SiO₂(SiON)結(jié)構(gòu)柵介質(zhì)，這使其靈敏度響應(yīng)偏低；4)現(xiàn)有的RADFET器件的工作時(shí)間較短，無法滿足長期的輻射信息數(shù)據(jù)的記錄；5)缺乏保護(hù)裝置，在突發(fā)性的高輻射環(huán)境下，容易造成MOS劑量率器件的燒毀。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于SOI?CMOS工藝的輻射探測器件及其制備方法，該基于SOI?CMOS工藝的輻射探測器件的輻射靈敏度高、感生電荷容量高、工作柵電壓較低，該制備方法成本低、工藝簡單、重復(fù)性好、易于和現(xiàn)有的大規(guī)模集成電路工藝整合。?

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：?

一種基于SOI?CMOS工藝的輻射探測器件，包括埋氧氧化層，埋氧氧化層的正面從中心向兩側(cè)分別依次對稱的設(shè)有Si薄膜區(qū)、源極或漏極注入?yún)^(qū)和介質(zhì)隔離區(qū)，Si薄膜區(qū)的上表面嵌有體區(qū)注入?yún)^(qū)，源極或漏極注入?yún)^(qū)和體區(qū)注入?yún)^(qū)的上方設(shè)有歐姆接觸電極；埋氧氧化層的背面設(shè)有Si襯底，Si襯底上開設(shè)有底部向上的凹槽，凹槽的深度等于Si襯底的厚度，凹槽的表面設(shè)有背柵電極，埋氧氧化層內(nèi)設(shè)有與背柵電極相連的背通孔金屬填充區(qū)。?

所述的源極或漏極注入?yún)^(qū)和體區(qū)注入?yún)^(qū)的摻雜類型為N型或P型；?

每立方厘米的源極或漏極注入?yún)^(qū)和體區(qū)注入?yún)^(qū)內(nèi)摻雜有2×10¹³-5×10¹⁵個(gè)摻雜離子。?

所述的體區(qū)注入?yún)^(qū)的厚度小于Si薄膜區(qū)厚度的二分之一；?