回形多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種抗總劑量、微劑量輻射的回行多叉指器件及其制備方法。本發(fā)明的回行多叉指器件包括：襯底；在襯底上的淺槽隔離區(qū)；在襯底上且被STI區(qū)包圍的有源區(qū)；柵為一條盤(pán)繞在有源區(qū)上的折線或曲線，柵的兩端分別過(guò)覆蓋STI區(qū)；以及覆蓋在柵介質(zhì)上的柵電極材料。本發(fā)明在保證較大溝道寬度、較小有源區(qū)面積、源漏完全對(duì)稱的同時(shí)，可以有效的減少輻照引起的位于源漏之間的泄漏通道的數(shù)目，有效提高器件的抗總劑量輻射、抗微劑量輻射的能力。
【專利說(shuō)明】回形多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路輻射效應(yīng)領(lǐng)域，具體涉及一種抗總劑量、微劑量輻射 的多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 多叉指金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有較大的跨導(dǎo)、較高的截止頻率，因 而廣泛應(yīng)用于射頻集成電路之中。如圖1所示，多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管是一種"折疊"結(jié)構(gòu)，每 兩條相鄰平行柵之間公用了源漏，因此可以有效減小源漏區(qū)電容。但是正是由于這種結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)，多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管在空間或地面環(huán)境下容易受到總劑量、微劑量輻射效應(yīng)的影響。
[0003] 總劑量、微劑量輻射主要通過(guò)高能射線或粒子在氧化物（如Si02)中產(chǎn)生氧化物 陷阱電荷，在氧化物/硅界面處產(chǎn)生界面態(tài)，在場(chǎng)效應(yīng)晶體管源漏之間形成電流泄漏通道， 進(jìn)而影響場(chǎng)效應(yīng)晶體管的閾值電壓等，使場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能退化。對(duì)于多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶 體管來(lái)說(shuō)，總劑量輻射將在淺槽隔離區(qū)（STI)中產(chǎn)生大量電離電荷，這些電離電荷被淺槽 隔離區(qū)（STI)中的電荷陷阱俘獲后，將使源漏之間的寄生管的閾值電壓下降，產(chǎn)生額外的 泄漏通道，關(guān)態(tài)泄漏電流隨之增大，截止頻率也隨之降低。更嚴(yán)重的是，多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體 管由于其特有的"折疊"結(jié)構(gòu)，每個(gè)溝道與STI相鄰（即柵過(guò)覆蓋STI)的地方都存在一個(gè) 這樣的寄生泄漏通道，因而η條叉指的場(chǎng)效應(yīng)晶體管有2n個(gè)泄漏通道，輻照引入的泄漏通 道數(shù)目更多。根據(jù)文獻(xiàn)中報(bào)導(dǎo)的結(jié)果，多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管的截止頻率在質(zhì)子輻照后發(fā)生 明顯的退化，這是由于微劑量輻照引入的缺陷使場(chǎng)效應(yīng)晶體管跨導(dǎo)減小所致。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中的多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括：襯底01 ;在襯底上的淺 槽隔離區(qū)（STI) 05,在襯底上且被STI區(qū)包圍的有源區(qū)06 ;橫跨有源區(qū)并過(guò)覆蓋STI區(qū)的η 條柵介質(zhì)07 ;以及覆蓋在柵介質(zhì)上的柵電極材料04。每條柵均有兩處過(guò)覆蓋STI區(qū)，如圖 1中圓圈部位所示。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種改進(jìn)的回形多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體 管，可以減小總劑量、微劑量輻照引起的場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性退化。
[0006] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：
[0007] -種回形多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，所述的回形多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括： 襯底1，在襯底上的淺槽隔離區(qū)STI5,在襯底上且被STI區(qū)包圍的有源區(qū)6,柵為一條盤(pán)繞在 有源區(qū)上的折線或曲線，柵的兩端分別過(guò)覆蓋STI區(qū)，稱為回形柵7,以及覆蓋在柵介質(zhì)上 的柵電極材料4 ;柵有兩處過(guò)覆蓋STI區(qū)，如圖2中圓圈部位所示。
[0008] 優(yōu)選的：
[0009] 所述的回形多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，所述襯底為體硅或SOI。
[0010] 所述的回形多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，柵的數(shù)目可以為奇數(shù)或偶數(shù)（圖2示 例為4條柵）；當(dāng)柵數(shù)目為奇數(shù)時(shí)，源和漏結(jié)構(gòu)對(duì)稱。 toon] 所述的回形多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，回形柵的拐角處也可以有多種設(shè)計(jì)， 如圖7至10所示。其中，圖7第二幅圖為圖2的俯視圖，代表拐角處（圓圈區(qū)域）為直角 的情況，圖8為拐角處存在折角的情況，圖9為圓角的情況。組成角的兩條邊所成的角度可 以從90°到小于180°，90°時(shí)即為直角，角度增大即逐漸從直角過(guò)渡到多邊形折角，最終 至圓角。
[0012] 所述的回形多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管由一組（圖7) 或多組回形柵組合形成（如圖10所示），同樣每組柵的數(shù)目可以為奇數(shù)或偶數(shù)，并且拐角可 以有多種設(shè)計(jì)，在多組回形柵組合的情況下大于2處柵過(guò)覆蓋STI區(qū)。
[0013] 所述的回形多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，柵介質(zhì)用氧化硅Si02或氮氧硅SiON。
[0014] 所述的回形多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，柵介質(zhì)用高k柵介質(zhì)（如：HfSi02) 等。
[0015] 本發(fā)明同時(shí)提供所述的回形多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，包括如下步驟：
[0016] 1)在襯底上熱生長(zhǎng)二氧化硅與化學(xué)氣相淀積氮化硅作為掩模；
[0017] 2)利用光刻技術(shù)刻蝕二氧化硅與氮化硅，并刻蝕硅襯底形成如圖4所示的溝槽；
[0018] 3)淀積STI氧化層，并用化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)對(duì)表面進(jìn)行平整化處理；
[0019] 4)對(duì)溝道進(jìn)行摻雜形成摻雜區(qū)，熱生長(zhǎng)一層二氧化硅柵介質(zhì)，淀積多晶硅柵極；
[0020] 5)利用光刻技術(shù)對(duì)柵極進(jìn)行光刻使之呈回形，形成回形柵；
[0021] 6)對(duì)源極漏極離子注入。
[0022] 在輻射環(huán)境下，總劑量或微劑量輻射效應(yīng)將在STI區(qū)中引入陷阱正電荷。對(duì)于現(xiàn) 有技術(shù)中的多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管來(lái)說(shuō)，這些陷阱正電荷將使2n個(gè)寄生管閾值電壓降低，從 而引起較為明顯的直流特性和頻率特性的退化。對(duì)于本發(fā)明提出的多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管來(lái) 說(shuō)，在保證較大溝道寬度、較小有源區(qū)面積的同時(shí)，減少了輻照引起的位于源漏之間的電荷 泄漏通道的數(shù)目，可以有效提升多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管的抗輻照性能。本發(fā)明減小了輻照時(shí) STI區(qū)中指向硅/二氧化硅界面的電場(chǎng)的強(qiáng)度，從而減少了 STI區(qū)中陷阱電荷的數(shù)目。其 次，本發(fā)明中只存在兩處柵過(guò)覆蓋STI區(qū)，除此之外溝道與STI區(qū)被源漏區(qū)隔離，因此對(duì)于 圖2所示的多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管來(lái)說(shuō)，寄生泄漏通道數(shù)目從8個(gè)減少至兩個(gè)，有效減少了輻 照引起的源漏之間的寄生泄漏通道的數(shù)目。第三，當(dāng)柵數(shù)目為奇數(shù)時(shí)，可以做到源漏完全對(duì) 稱，便于場(chǎng)效應(yīng)晶體管在集成電路中的設(shè)計(jì)和使用?；谝陨蠋c(diǎn)，本發(fā)明的回形多叉指場(chǎng) 效應(yīng)晶體管可以有效地減小總劑量輻射效應(yīng)、微劑量效應(yīng)對(duì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管直流特性以及頻 率特性的影響。
[0023] 本發(fā)明的優(yōu)越性：
[0024] 本發(fā)明在保證較大溝道寬度、較小有源區(qū)面積、（柵數(shù)目為奇數(shù)時(shí)）源漏完全對(duì)稱 的同時(shí)，可以有效地減少輻照引起的位于源漏之間的泄漏通道的數(shù)目。本發(fā)明由于仍然具 備多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管特有的"折疊"結(jié)構(gòu)，每?jī)蓷l平行柵之間公用了源漏，仍然可以保證 源漏區(qū)低電容。本發(fā)明中僅有兩處柵過(guò)覆蓋STI區(qū)，從而減弱了 STI區(qū)中電場(chǎng)，從而減小了 陷阱電荷數(shù)目。并且只有兩處柵過(guò)覆蓋STI區(qū)，減少了輻照引起的電荷泄漏通道的數(shù)目。同 時(shí)，在柵數(shù)目為奇數(shù)時(shí)，可以做到源漏完全對(duì)稱，便于場(chǎng)效應(yīng)晶體管的設(shè)計(jì)和使用。與現(xiàn)有 技術(shù)的多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管相比，這種場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)可以做到在版圖面積基本不變的 前提下，有效提高場(chǎng)效應(yīng)晶體管的抗總劑量輻射、抗微劑量輻射的能力。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖2為本發(fā)明的抗總劑量、微劑量輻射的回形多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)施例的示意 圖；
[0027] 圖3至圖7為制備抗總劑量、微劑量輻射的回形多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)施例的流 程圖，每圖左側(cè)為剖面圖，右側(cè)為俯視圖。
[0028] 圖7至圖10體現(xiàn)了柵拐角處由直角、帶一定角度到圓角的變化。圖10所示柵的 拐角也可以有多種設(shè)計(jì)。
[0029] 其中：
[0030] I-襯底；2_源極；3_漏極；4_柵極；5-STI區(qū)；6_有源區(qū)；7_柵介質(zhì)；8_二氧化娃 掩膜；9-光刻膠；10-氮化硅掩膜；11-P型摻雜區(qū)。

【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0032] 如圖2所示，本發(fā)明的回形多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括：襯底（體硅或rosoi) 1 ;在 襯底上的淺槽隔離區(qū)（STI)2 ;在襯底上且被STI區(qū)包圍的有源區(qū)3 ;呈回形盤(pán)繞在有源區(qū) 之上，并與STI區(qū)產(chǎn)生兩處交疊的柵介質(zhì)層4 ;以及覆蓋在柵介質(zhì)上的柵電極材料5。與圖 1中現(xiàn)有技術(shù)的多叉指M0SFET相比，本發(fā)明在保證較大柵寬、較小有源區(qū)面積的同時(shí)，有效 的減小總劑量輻射效應(yīng)、微劑量效應(yīng)對(duì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管直流特性以及頻率特性的影響。
[0033] 本實(shí)施例的回形多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管制備方法包括以下步驟：
[0034] 實(shí)施例一：
[0035] 1)在襯底1 (P、N型硅襯底或Si02襯底等）上熱生長(zhǎng)二氧化硅8與CVD (化學(xué)氣相 淀積）氮化硅10作為掩模，如圖3 ;
[0036] 2)利用光刻技術(shù)刻蝕二氧化硅8與氮化硅10,并刻蝕硅襯底1形成如圖4所示的 溝槽；
[0037] 3)淀積STI氧化層5,并用化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)對(duì)表面進(jìn)行平整化處理；
[0038] 4)對(duì)溝道進(jìn)行摻雜形成P-型摻雜區(qū)11，熱生長(zhǎng)一層二氧化硅柵介質(zhì)7,淀積多晶 娃柵極4如圖5 ;
[0039] 5)利用光刻技術(shù)對(duì)柵極4進(jìn)行光刻，6為有源區(qū)，形成如圖6所示的圖形；
[0040] 6)對(duì)源極2漏極3離子注入，形成如圖7所示的圖形。
[0041] 實(shí)施例二：
[0042] 在實(shí)施例一中，第5)步中使用的光刻板形狀可以有不同設(shè)計(jì)，回形柵的拐角處 (圖7圓圈區(qū)域）也可以有多種形狀，圖8至圖10是幾種可選用的柵的形狀例舉。即除去 第5)步中使用的光刻板形狀不同，其余步驟與實(shí)施例一相同。從圖7至圖9體現(xiàn)了柵拐角 處由直角、帶一定角度到圓角的變化。其中，圖10所示情況寄生管數(shù)目有可能多于兩個(gè)，并 且圖10中柵的拐角也可以有多種設(shè)計(jì)。
[0043] 最后需要注意的是，公布實(shí)施方式的目的在于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和 修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實(shí)施例所公開(kāi)的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以 權(quán)利要求書(shū)界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種回形多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，所述的回形多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括： 襯底（1)，在襯底上的淺槽隔離區(qū)STI (5)，在襯底上且被STI區(qū)包圍的有源區(qū)（6)，柵為一條 盤(pán)繞在有源區(qū)上的折線或曲線，柵的兩端分別過(guò)覆蓋STI區(qū)，稱為回形柵（7)，以及覆蓋在 柵介質(zhì)上的柵電極材料（4)。
2. 如權(quán)利要求1所述的回形多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，所述襯底為體硅或SOI。
3. 如權(quán)利要求1所述的回形多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，柵的數(shù)目可以為奇數(shù)或 偶數(shù)；當(dāng)柵數(shù)目為奇數(shù)時(shí)，源和漏結(jié)構(gòu)對(duì)稱。
4. 如權(quán)利要求1所述的回形多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，回形柵的拐角可以是直 角、折角或圓角；其中，組成折角的兩條邊所成的角度可以從90°到小于180°，90°時(shí)即 為直角，角度增大即逐漸從直角過(guò)渡到多邊形折角，最終至圓角。
5. 如權(quán)利要求1所述的回形多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管由 多組回形柵組合形成，在這種情況下大于2處柵過(guò)覆蓋STI區(qū)。
6. 如權(quán)利要求1所述的回形多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，柵介質(zhì)用氧化硅Si02或 氮氧硅SiON。
7. 如權(quán)利要求1所述的回形多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，柵介質(zhì)用高k柵介質(zhì)。
8. -種回形多叉指場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征是，包括如下步驟： 1) 在襯底（1)上熱生長(zhǎng)二氧化娃（8)與化學(xué)氣相淀積氮化娃（10)作為掩模； 2) 利用光刻技術(shù)刻蝕二氧化硅（8)與氮化硅（10)，并刻蝕硅襯底（1)形成溝槽； 3) 淀積STI氧化層（5)，并用化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)對(duì)表面進(jìn)行平整化處理； 4) 對(duì)溝道進(jìn)行摻雜形成摻雜區(qū)（11)，熱生長(zhǎng)一層二氧化硅柵介質(zhì)（7)，淀積多晶硅柵 極⑷； 5) 利用光刻技術(shù)對(duì)柵極（4)進(jìn)行光刻使之呈回形，形成回形柵，（6)為有源區(qū)； 6) 對(duì)源極（2)漏極（3)離子注入。
9. 如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征是，所述襯底為P、N型硅襯底或Si02襯底。
【文檔編號(hào)】H01L29/78GK104124275SQ201410356251
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】黃如, 武唯康, 安霞, 劉靜靜, 陳葉華, 張曜, 張興 申請(qǐng)人:北京大學(xué)