[发明专利]基于22nm工艺的抗辐照FDSOI场效应管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于22nm工艺的抗辐照FDSOI场效应管及其制备方法，主要解决现有FDSOI场效应管抗辐照性能较差的问题，其结构有两个特征，一是在现有FDSOI场效应管的埋氧层(3)与单晶硅层(4)之间增设有氮化硅牺牲层(18)，以在辐照情况下在该牺牲层中产生负电荷抵消埋氧层中的正电荷，进而达到抑制阈值电压漂移的作用；二是对栅极(17)采用由两条水平金属栅与一条条形栅极构成的Z字型金属栅结构，以在辐照情况下将沟道和隔离槽隔离开，削弱辐照在槽隔离中产生的正电荷对泄露电流以及阈值电压的影响。本发明有效提高了FDSOI场效应管的抗辐照性能，可用于制作集成电路。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，特别涉及一种抗辐照FDSOI场效应管，可用于制作集成电路。

背景技术

随着集成电路在航空航天的应用，半导体器件和电路的辐照效应越来越受到关注，IC技术特征尺寸持续微缩，当集成电路的工艺尺寸减小到45nm及以下时，传统的体硅MOS晶体管会出现一系列短沟道效应，导致器件无法正常工作，这就使得绝缘体上硅SOI技术的诸多特点越来越受到关注。由于SOI技术具有良好的抗闭锁效应能力，良好的抗单粒子效应的性能和抗瞬时辐射效应的特点，在抗辐射芯片应用中，SOI技术起到了不可替代的作用。并且当器件尺寸进入到纳米级后，器件的辐照效应会表现出一些新的失效损伤特性，这促进了对于辐照所引起的效应的进一步深入研究。SOI技术被认为是军事和空间辐射硬化应用的良好候选技术。SOI优于传统的体硅CMOS，主要是因为它不受p-n-p-n结构的四层闩锁效应的影响，这是单个晶体管完全绝缘的结果。SOI又分为部分耗尽PDSOI和全耗尽FDSOI两种，PDSOI由于具有翘曲效应和浮体效应，在PDSOI的基础上又发展出了FDSOI结构，其改善了PDSOI器件的翘曲效应和浮体效应，而且FDSOI具有很好的亚阈值特性改善了短沟道效应以及背栅调节等诸多优点，使得FDOSI器件广泛应用于50nm以下的集成电路中。

自20世纪60年代以来，集成电路产业按照摩尔定律迅速发展，每隔18个月器件的特征尺寸缩小为原来的一半，随着器件尺寸的缩小，传统MOSFET逐渐受到短沟道效应影响，短沟道效应会导致器件的泄露电流增大，亚阈值摆幅退化，在2013年Global Foundry提出28nm FDSOI工艺，通过研究发现28nm的FDSOI器件能很好的改善短沟道效应，并且用其搭建的静态随机存储器SRAM不但具有很强的抗SEL能力，而且有着非常低的软容错率。为了进一步提高器件性能，降低器件功耗，缩小面积，Global Foundry在2015年又提出了22nm工艺FDSOI的产品规划，2016年优化并完善了22nm FDSOI工艺技术。

现有的22nm FDOSI器件结构，如图1所示，其包括：P型衬底、埋氧层BOX、源极区域、漏极区域、背栅接触、沟道、栅氧、浅槽隔离区STI、栅以及氮化硅侧墙。其制作流程为：首先制备P型衬底，接着在衬底上生长埋氧层，在埋氧层上方进行离子注入形成混合区，在混合区上方制备背栅接触，刻蚀单晶硅形成隔离槽区并用SiO₂填充形成STI，在单晶硅上进行干氧氧化工艺形成栅氧化层，在栅氧化层上面沉积盖帽层，再在盖帽层上面沉积多晶硅形成虚拟栅，在轻掺杂源漏区窗口进行轻掺杂形成轻掺杂源漏区，在轻掺杂源漏区上方制备氮化硅侧墙，紧接着在源漏窗口区重掺杂形成源极有源区和漏极有源区，最后在栅氧化层上面制备22nm金属栅。

然而，由于22nm FDSOI器件中设有掩埋氧化层BOX，因而当22nm FDSOI器件应用于航天领域时，其会遭受总电离剂量TID辐射损伤，电离辐射会在BOX层和STI中产生大量界面陷阱和氧化物陷阱电荷，进而在沟道中形成漏电通路，导致FDSOI器件的阈值电压减小、关态泄漏电流增大以及亚阈值特性退化。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种基于22nm工艺的叠层埋氧结合Z型栅结构抗辐照FDSOI场效应管及其制备方法，以抑制总剂量效应对器件阈值电压和关态泄漏电流的影响。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：