[發明專利]基于22nm工藝的抗輻照FDSOI場效應管及其制備方法

有效

• 申請號: 202110907056.5
• 申請日: 2021-08-09
• 公開（公告）號: CN113644115B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 劉紅俠;范曉洋;王樹龍;陳樹鵬
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/423;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;陳媛

本發明公開了一種基于22nm工藝的抗輻照FDSOI場效應管及其制備方法，主要解決現有FDSOI場效應管抗輻照性能較差的問題，其結構有兩個特征，一是在現有FDSOI場效應管的埋氧層(3)與單晶硅層(4)之間增設有氮化硅犧牲層(18)，以在輻照情況下在該犧牲層中產生負電荷抵消埋氧層中的正電荷，進而達到抑制閾值電壓漂移的作用；二是對柵極(17)采用由兩條水平金屬柵與一條條形柵極構成的Z字型金屬柵結構，以在輻照情況下將溝道和隔離槽隔離開，削弱輻照在槽隔離中產生的正電荷對泄露電流以及閾值電壓的影響。本發明有效提高了FDSOI場效應管的抗輻照性能，可用于制作集成電路。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，特別涉及一種抗輻照FDSOI場效應管，可用于制作集成電路。

背景技術

隨著集成電路在航空航天的應用，半導體器件和電路的輻照效應越來越受到關注，IC技術特征尺寸持續微縮，當集成電路的工藝尺寸減小到45nm及以下時，傳統的體硅MOS晶體管會出現一系列短溝道效應，導致器件無法正常工作，這就使得絕緣體上硅SOI技術的諸多特點越來越受到關注。由于SOI技術具有良好的抗閉鎖效應能力，良好的抗單粒子效應的性能和抗瞬時輻射效應的特點，在抗輻射芯片應用中，SOI技術起到了不可替代的作用。并且當器件尺寸進入到納米級后，器件的輻照效應會表現出一些新的失效損傷特性，這促進了對于輻照所引起的效應的進一步深入研究。SOI技術被認為是軍事和空間輻射硬化應用的良好候選技術。SOI優于傳統的體硅CMOS，主要是因為它不受p-n-p-n結構的四層閂鎖效應的影響，這是單個晶體管完全絕緣的結果。SOI又分為部分耗盡PDSOI和全耗盡FDSOI兩種，PDSOI由于具有翹曲效應和浮體效應，在PDSOI的基礎上又發展出了FDSOI結構，其改善了PDSOI器件的翹曲效應和浮體效應，而且FDSOI具有很好的亞閾值特性改善了短溝道效應以及背柵調節等諸多優點，使得FDOSI器件廣泛應用于50nm以下的集成電路中。

自20世紀60年代以來，集成電路產業按照摩爾定律迅速發展，每隔18個月器件的特征尺寸縮小為原來的一半，隨著器件尺寸的縮小，傳統MOSFET逐漸受到短溝道效應影響，短溝道效應會導致器件的泄露電流增大，亞閾值擺幅退化，在2013年Global Foundry提出28nm FDSOI工藝，通過研究發現28nm的FDSOI器件能很好的改善短溝道效應，并且用其搭建的靜態隨機存儲器SRAM不但具有很強的抗SEL能力，而且有著非常低的軟容錯率。為了進一步提高器件性能，降低器件功耗，縮小面積，Global Foundry在2015年又提出了22nm工藝FDSOI的產品規劃，2016年優化并完善了22nm FDSOI工藝技術。

現有的22nm FDOSI器件結構，如圖1所示，其包括：P型襯底、埋氧層BOX、源極區域、漏極區域、背柵接觸、溝道、柵氧、淺槽隔離區STI、柵以及氮化硅側墻。其制作流程為：首先制備P型襯底，接著在襯底上生長埋氧層，在埋氧層上方進行離子注入形成混合區，在混合區上方制備背柵接觸，刻蝕單晶硅形成隔離槽區并用SiO₂填充形成STI，在單晶硅上進行干氧氧化工藝形成柵氧化層，在柵氧化層上面沉積蓋帽層，再在蓋帽層上面沉積多晶硅形成虛擬柵，在輕摻雜源漏區窗口進行輕摻雜形成輕摻雜源漏區，在輕摻雜源漏區上方制備氮化硅側墻，緊接著在源漏窗口區重摻雜形成源極有源區和漏極有源區，最后在柵氧化層上面制備22nm金屬柵。

然而，由于22nm FDSOI器件中設有掩埋氧化層BOX，因而當22nm FDSOI器件應用于航天領域時，其會遭受總電離劑量TID輻射損傷，電離輻射會在BOX層和STI中產生大量界面陷阱和氧化物陷阱電荷，進而在溝道中形成漏電通路，導致FDSOI器件的閾值電壓減小、關態泄漏電流增大以及亞閾值特性退化。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提供了一種基于22nm工藝的疊層埋氧結合Z型柵結構抗輻照FDSOI場效應管及其制備方法，以抑制總劑量效應對器件閾值電壓和關態泄漏電流的影響。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：