[发明专利]抗NMOS器件总剂量辐照的集成电路

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路，尤其涉及一种抗NMOS器件总剂量辐照的集成电路，属于电子技术领域。

背景技术

集成电路技术正越来越广泛的被应用于航天、军事、核电和高能物理等与总剂量辐照相关的行业中。而且随着集成电路集成度的不断提高，半导体器件的尺寸日益减小，浅槽隔离技术正以其优良的器件隔离性能成为集成电路中器件之间电学隔离的主流技术。但是由于总剂量辐照粒子对于器件中二氧化硅氧化层的损伤，会在浅槽隔离结构的氧化层内产生大量的固定正电荷。在NMOS器件中，这些大量固定正电荷的存在会引起浅槽隔离氧化层附近的衬底反型，并在一定的源漏偏压下形成寄生管漏电，漏电量的大小跟这些正电荷距离硅衬底的距离以及这些正电荷浓度大小有关，即浅槽隔离结构材料在总剂量辐照后正电性越强，距离硅衬底越近，漏电就越大。在器件主管开启之前，主管处于关态，但是这时的寄生管已经导通，形成较大的关态泄漏电流。这种关态泄漏电流会大大增加集成电路的功耗，并对集成电路的可靠性产生较大的负面影响，成为现阶段亟待解决的一个总剂量辐照可靠性问题。

因此，如果能够在不改变浅槽隔离技术的主流制备工艺的前提下提出一种可以减少总剂量辐照后浅槽隔离材料正电性，并增大正电荷与硅衬底之间的距离，以达到抑制这些正电性，最终减少NMOS器件总剂量辐照后CMOS集成电路和器件关态泄漏电流的新型隔离技术，将会对整个集成电路的抗辐照加固具有重大的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以减少NMOS器件总剂量辐照后关态泄漏电流的新型抗总剂量辐照的集成电路。

本发明在现有的CMOS集成电路浅槽隔离技术(shallow-trench isolation：STI)基础上，利用氮化硅等以受主型缺陷为特征并在辐照后能形成负电中心的工艺材料用作浅槽隔离氧化层与衬底之间接触的界面，通过辐照在这些特殊工艺材料中形成的大量负电中心来制约和抑制沟槽填充材料内固定正电荷对寄生漏电的影响，从而减少总剂量辐照后寄生晶体管电流，达到降低NMOS器件总剂量辐照后关态泄漏电流的目的。

具体来说，为了达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种抗NMOS器件总剂量辐照的集成电路，所述集成电路包括NMOS器件，也可包括PMOS器件，所述器件之间通过衬底上的沟槽隔离，其特征在于，在和所述NMOS器件相邻的沟槽中，沟槽填充材料和衬底材料之间存在一隔离材料，所述隔离材料在总剂量辐照下产生固定负电荷。也就是说，在每个NMOS器件两侧的两个沟槽中，均设置该界面材料，和该NMOS器件和NMOS器件还是PMOS器件相邻无关，如图1b所示。

所述隔离材料优选自氮化硅、氮化钛、氮化钽或它们的混合物。所述隔离材料的厚度优选在10纳米和80纳米的范围内。

所述沟槽填充材料可以是常规使用的二氧化硅，所述衬底材料可以是常规使用的硅。

图1a，b分别显示了常规浅槽隔离技术和本发明在沟槽与衬底之间的界面结构。图2显示了常规浅槽隔离工艺结构和本发明新型抗总剂量辐照工艺结构经过总剂量辐照后在衬底中产生反型载流子浓度的对比。

从图1和图2中可以看出，在常规的浅槽隔离工艺结构中，由于沟槽填充材料的存在，总剂量辐照在沟槽内产生的大量固定正电荷会在硅衬底中感生镜像出大量的反型载流子，即大量的电子，这些电子在源漏加有偏压的情况下能够导通，导致在NMOS晶体管在关态的时候就存在较大的泄漏电流。本发明的新型抗总剂量辐照工艺结构主要利用总剂量辐照在氮化硅等以受主型缺陷为特征并在辐照后能形成负电中心的工艺材料中形成的大量固定负电荷，通过这些负电荷的存在增大浅槽隔离材料与硅衬底的距离，并大大减弱隔离材料在总剂量辐照后的正电性，起到抑制甚至抵消沟槽填充材料内固定正电荷对硅衬底中载流子的镜像感生作用，抑制硅衬底的载流子反型，使得寄生晶体管的导通载流子大幅度减少甚至降低为零，从而大幅度降低NMOS器件的关态泄漏电流，使集成电路的抗辐照性能得到较大幅度的提升。

除此之外，本发明的抗总剂量辐照工艺结构的另一特点是所采用的氮化硅等以受主型缺陷为特征并在辐照后能形成负电中心的工艺材料与传统的CMOS工艺完全兼容的特点，并保留了传统的浅槽隔离工艺结构在集成电路隔离方面具有的所有技术优势，制造工艺步骤非常简单。