[發明專利]耐輻射線三維金屬氧化物半導體場效應晶體管

有效

• 申請號: 201811546910.4
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN110350033B
• 公開（公告）日: 2023-09-01
• 發明（設計）人: 李熙哲;盧永卓
• 申請（專利權）人: 韓國科學技術院
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/417
• 代理公司: 北京金宏來專利代理事務所(特殊普通合伙) 11641
• 代理人: 許振強;杜正國

本發明涉及耐輻射線三維金屬氧化物半導體場效應晶體管(3?dimensional?MOSFET)，為了使總劑量效應的影響和單粒子效應的影響最小化，提出選擇性地追加虛擬漏極(Dummy?Drain；DD)、N阱層(N?well?layer；NW)、深N阱層(Deep?N?well?layer；DNW)及P+層(P+layer)中的至少一種的耐輻射線三維金屬氧化物半導體場效應晶體管。

技術領域

本發明涉及耐輻射線三維金屬氧化物半導體場效應晶體管(3-dimensionalMOSFET)，更詳細地，涉及具有抗總劑量效應及單粒子效應的耐輻射線特性的三維金屬氧化物半導體場效應晶體管。

背景技術

輻射線是指由原子或分子的組成成分以高能級狀態不穩定的情況下發射的能量流，以X射線、γ射線、α射線、β射線、中子、質子等的輻射線形式出現。它們分為粒子形式或電磁波形式，粒子形式稱為粒子輻射線，電磁波形式稱為電磁波輻射線。

在此情況下，即使是各自不同的輻射線，也可從能量流的本質根據能量的傳遞或被吸收的量的大小評價輻射線的強度或對物體的影響。將通過入射輻射線來制造離子(Ion)的輻射線稱為電離輻射線，除此之外的稱為非電離輻射線。尤其，電離輻射線對構成電子部件的金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)的半導體物質的原子進行電離或離子化而導致受損，從而無法確保半導體器件的正常的工作并受到暫時或永久損傷。

因入射輻射線而在半導體器件中發生的損傷大致分為總劑量效應(TotalIonizing?Dose?Effect)和單粒子效應(Single?Event?Effect)。

若晶體管的氧化膜厚度為10nm以上且電離輻射線向形成有電場的部分入射，則空穴(Hole)在氧化膜與硅酮之間的邊界產生陷阱(Trapping)。更具體地，若在向柵極(Gate)施加電壓的狀態下入射電離輻射線，則在源極(Source)與漏極(Drain)之間的氧化膜邊界產生空穴陷阱(Hole?trapping)，從而產生溝道反轉(Channel?inversion)來形成電流流動的泄漏電流路徑(Leakage?current?path)。通過電離輻射線形成的泄漏電流路徑引起金屬氧化物半導體場效應晶體管的非正常動作，這種現象稱為電離總劑量效應(TotalIonizing?Dose?Effect)。

圖1為示出以往的平面型金屬氧化物半導體場效應晶體管的結構圖，圖2a、圖2b為示出作為一種三維金屬氧化物半導體場效應晶體管的鰭式場效應晶體管(FinFET)的結構圖，圖3a、圖3b為示出作為一種三維金屬氧化物半導體場效應晶體管的環形柵極金屬氧化物半導體場效應晶體管(Gate-All-Around?MOSFET；GAA?MOSFET)的結構圖。

圖1的平面型金屬氧化物半導體場效應晶體管包括：柵極(Gate)，用于控制晶體管(Transistor)的工作；漏極(Drain)和源極(Source)，通過柵極來使電流信號流動；以及主體(Body)。

圖2a、圖2b及圖3a、圖3b的三維金屬氧化物半導體場效應晶體管呈柵極部分的三面(圖2a、圖2b的鰭式場效應晶體管的情況)或四面(圖3a、圖3b的環形柵極金屬氧化物半導體場效應晶體管的情況)被包圍的形態(surround)。并且，三維金屬氧化物半導體場效應晶體管的源極及漏極分別位于柵極的兩側，由此，與以往的平面型金屬氧化物半導體場效應晶體管相同地，由柵極產生的電流信號向源極及漏極流動。

圖1至圖3a、圖3b示出的金屬氧化物半導體場效應晶體管形成于硅基板上，各個金屬氧化物半導體場效應晶體管的源極及漏極和主體由PN結(PN?junction)構成。作為一例，當在金屬氧化物半導體場效應晶體管的PN結形成向N型部分施加正電壓且向P型部分施加負電壓的反向偏壓(Reverse?bias)時，若入射粒子輻射線，則生成多個電子空穴對(Electron?hole?pair)，通過因反向偏壓而形成的電磁場來使電子和空穴分別向源極及漏極方向和主體方向流動。