[發明專利]一種絕緣體上半導體結構及其抗總劑量輻照加固方法

在審

• 申請號: 202010797041.3
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN112086516A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 顏剛平;許高博;畢津順;習凱;李博;殷華湘;王文武
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/792;H01L29/06;H01L21/336;H01L21/268
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 金銘

本發明涉及一種絕緣體上半導體結構及其抗總劑量輻照加固方法。一種絕緣體上半導體結構，由下至上包括：半導體襯底，第一絕緣層，電子捕獲層，第二絕緣層，所述電子捕獲層與所述第一絕緣層及所述第二絕緣層的材料不同，半導體層，其中，所述半導體層包括源區、漏區，以及設置在所述源區和所述漏區之間的溝道區；第三絕緣層，柵極。本發明解決了現有的加固方案因工藝復雜、溝道寄生效應、應用不靈活等原因導致的應用局限性與無法靈活地、非易失地解決總劑量輻照效應累積與不可逆問題。

技術領域

本發明涉及半導體領域，特別涉及一種絕緣體上半導體結構及其抗總劑量輻照加固方法。

背景技術

與體硅金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(MOSFET)相比，全耗盡絕緣體上硅(FDSOI)器件由于寄生電容小、良好的調控漏至勢壘降低(DIBL)等短溝道效應的能力、亞閾值特性好、特殊結構無需體硅電路的隔離工藝、優良的抗單粒子效應等優勢，被廣泛應用于空間和軍事等領域，在高性能超大規模集成電路、高速存儲設備、低功耗電路、軍用抗輻照等方面有廣闊應用前景。

雖然N型FDSOI器件具有優異的抗單粒子效應性能，但因其埋氧層的存在，該器件的總劑量輻照效應會加重。現有的總劑量效應加固方案有多種，如Ω型柵結構、部分耗盡SOI(PDSOI)、BUSFET、背柵電壓調控等。但Ω型柵結構制作工藝復雜，PDSOI使得背溝漏電遠離源漏區但仍然存在寄生效應，BUSFET源漏不可互換導致應用不靈活，背柵電壓調控可以抑制背柵漏電但操作不方便。而且，除背柵電壓調控之外的加固方案雖然對總劑量效應有一定的抑制作用，但無法做到對總劑量效應進行調控，無法解決輻照效應的累積和不可逆問題。背柵電壓調控雖然能夠調控總劑量效應導致的背溝電子反型，但需要持續保持背柵壓降，不具備非易失性。因此在設計復雜、大規模集成電路時，這些方案都具有局限性。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種絕緣體上半導體結構，該結構相比同類型器件具有更優異的抗總劑量輻照(TID)性能。

本發明的另一目的在于提供上述絕緣體上半導體結構的抗總劑量輻照加固方法，該方法解決了現有的加固方案因工藝復雜、溝道寄生效應、應用不靈活等原因導致的應用局限性與無法靈活地、非易失地解決總劑量輻照效應累積與不可逆問題。

為了實現以上目的，本發明提供了以下技術方案：

一種絕緣體上半導體結構，由下至上包括：

半導體襯底，

第一絕緣層，

電子捕獲層，

第二絕緣層，

半導體層，

第三絕緣層，

柵極；

其中，所述半導體層包括源區、漏區，以及設置在所述源區和所述漏區之間的溝道區；所述電子捕獲層與所述第一絕緣層及所述第二絕緣層的材料不同。

上述絕緣體上半導體結構相比傳統N型絕緣體上半導體器件增加了第二絕緣層和電子捕獲層，可以用于抵消輻射環境中多次粒子入射積累的正電荷，因此，該結構本身天然具有優異的抗總劑量輻照(TID)性能。如在施壓操作下使溝道區中的電子FN(Fowler-Nordheim)隧穿至電子捕獲層中，則其抗總劑量效應性能更佳。

上述絕緣體上半導體結構相應的抗總劑量輻照加固方法：對所述絕緣體上半導體結構進行如下施壓操作：

所述源區、所述漏區、以及所述柵極接地，在所述半導體襯底上施加一個正偏壓，并維持至所述絕緣體上半導體結構達到預設的電學性能；其中，所述正偏壓能使所述溝道區中的電子發生FN隧穿，優選為7V～18V。