一種抗單粒子效應(yīng)的n溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種抗單粒子效應(yīng)的N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制作方法。所述抗單粒子效應(yīng)的N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括半導(dǎo)體襯底、外延層、源區(qū)、漏區(qū)、柵極，源區(qū)與漏區(qū)之間設(shè)有第一閾值電壓注入?yún)^(qū)，所述漏區(qū)的外圍設(shè)有環(huán)形深摻雜漏區(qū)，深摻雜漏區(qū)與漏區(qū)之間設(shè)有第二閾值電壓注入?yún)^(qū)。本發(fā)明在傳統(tǒng)N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管漏區(qū)外圍環(huán)繞一圈深摻雜漏區(qū)，附加的深摻雜漏區(qū)能夠在單粒子入射敏感漏區(qū)產(chǎn)生漏斗效應(yīng)后有效地輔助漏區(qū)收集電荷，使得器件在受到單粒子輻照后漏區(qū)所吸收電荷量及吸收時(shí)間減少，減小了單粒子瞬態(tài)電流脈沖時(shí)間與峰值，并屏蔽一定線性能量傳輸值的單粒子在反相器鏈中所造成的瞬態(tài)電壓脈沖，提高了器件的抗輻照能力。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種抗單粒子效應(yīng)的N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)，特別涉及一種具有抗輻照能力的抗單粒子效應(yīng)的N溝 道場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 輻照會(huì)對(duì)集成電路的性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，輻射環(huán)境對(duì)集成電路主要造成總劑量 效應(yīng)和單粒子效應(yīng)兩種影響。隨著微電子工藝的進(jìn)步，器件特征尺寸越來(lái)越小，總劑量效應(yīng) 對(duì)集成電路的影響已經(jīng)越來(lái)越弱，而單粒子效應(yīng)的影響在不斷加大。
[0003] 單粒子效應(yīng)是指單個(gè)高能粒子穿透電子器件敏感區(qū)域時(shí)，在其軌跡上造成電離并 沉積電荷，這些所產(chǎn)生的沉積電荷被敏感區(qū)域所收集，造成器件或電路邏輯狀態(tài)改變或者 損毀。單粒子效應(yīng)分為硬錯(cuò)誤和軟錯(cuò)誤兩大類(lèi)。硬錯(cuò)誤是指單粒子造成器件永久性損毀。 軟錯(cuò)誤是指單粒子造成電路邏輯狀態(tài)發(fā)生改變，但器件并未損毀。軟錯(cuò)誤中，最主要的是單 粒子翻轉(zhuǎn)和單粒子瞬態(tài)。單粒子瞬態(tài)已隨著器件特征尺寸的減小和時(shí)鐘頻率的增加而逐漸 取代單粒子翻轉(zhuǎn)成為單粒子所造成軟錯(cuò)誤的主要來(lái)源。
[0004] 針對(duì)單粒子瞬態(tài)的加固方法可分為器件級(jí)加固和電路級(jí)加固兩種，電路級(jí)加固中 最常見(jiàn)的是三倍冗余電路加固方法，但采用該方法需要犧牲大量的電路面積，同時(shí)也會(huì)增 加電路響應(yīng)時(shí)間。而器件級(jí)加固只需犧牲極小的面積便能獲得良好的抗輻照性能收益，同 時(shí)還不會(huì)對(duì)電路性能產(chǎn)生較大影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種抗單粒子效應(yīng)的N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管及 制作方法。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：包括半導(dǎo)體襯底（101)、外延層、源 區(qū)、漏區(qū)，源區(qū)與漏區(qū)之間設(shè)有第一閾值電壓注入?yún)^(qū)，所述漏區(qū)的外圍設(shè)有環(huán)形深摻雜漏 區(qū)，深摻雜漏區(qū)與漏區(qū)之間設(shè)有第二閾值電壓注入?yún)^(qū)，源區(qū)與第一閾值電壓區(qū)之間、漏區(qū)與 第一閾值電壓區(qū)之間、漏區(qū)與第二閾值電壓區(qū)以及深摻雜漏區(qū)與第二閾值電壓區(qū)之間均設(shè) 置有輕摻雜源漏區(qū)；在源區(qū)與深摻雜漏區(qū)外側(cè)設(shè)置槽隔離。
[0007] 上述的抗單粒子效應(yīng)的N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，所述深摻雜漏區(qū)的是注入砷，注 入劑量為lXl〇 15cnT2,注入能量為30keV。所述第二閾值電壓注入?yún)^(qū)是注入硼，注入劑量為 2X10 15cnT2,注入能量為 3keV。
[0008] -種抗單粒子效應(yīng)的N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法如下：
[0009] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明在傳統(tǒng)N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管漏區(qū)外圍環(huán)繞一圈深 摻雜漏區(qū)，為了防止深摻雜漏區(qū)與漏區(qū)相互之間的電壓影響，在深摻雜漏區(qū)與漏區(qū)之間設(shè) 有第二閾值電壓注入?yún)^(qū)。附加的深摻雜漏區(qū)能夠在單粒子入射敏感漏區(qū)產(chǎn)生漏斗效應(yīng)后有 效地輔助漏區(qū)收集電荷，使得器件在受到單粒子輻照后漏區(qū)所吸收電荷量及吸收時(shí)間大大 減少，有效地減小了單粒子瞬態(tài)電流脈沖時(shí)間與峰值，并屏蔽一定線性能量傳輸值的單粒 子在反相器鏈中所造成的瞬態(tài)電壓脈沖，提高了器件或電路的抗輻照能力。同時(shí)，因?yàn)榈诙?閾值電壓區(qū)的電壓阻斷作用，深摻雜漏區(qū)上的電壓不會(huì)對(duì)漏區(qū)有影響。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1是本發(fā)明的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011] 圖2是本發(fā)明應(yīng)用于多器件中的布局俯視示意圖。
[0012] 圖3是本發(fā)明中單粒子入射本發(fā)明敏感節(jié)點(diǎn)時(shí)電荷收集路徑示意圖。
[0013] 圖4是本發(fā)明與常規(guī)器件在單粒子入射后漏區(qū)所產(chǎn)生的瞬態(tài)電流脈沖對(duì)比圖。
[0014] 圖5是本發(fā)明與常規(guī)器件在不同線性能量傳輸值的單粒子入射后七級(jí)反相器鏈 終端所產(chǎn)生的電壓脈沖寬度對(duì)比圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖以及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0016] 如圖1所示，圖1是本發(fā)明抗單粒子效應(yīng)的N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的剖面結(jié)構(gòu)示意 圖。101為重?fù)诫s襯底；外延層102生長(zhǎng)在襯底101之上；外延層102之上，漏區(qū)110與源 區(qū)111位于兩端；第一閾值電壓注入?yún)^(qū)103位于漏區(qū)110與源區(qū)111之間，其上面是柵氧層 及柵極；漏區(qū)電極108與漏區(qū)110相連，并連接電壓V DD ;深摻雜漏區(qū)105位于外延層102之 上，漏區(qū)110右側(cè)；深摻雜漏區(qū)105與漏區(qū)110之間為第二閾值電壓注入?yún)^(qū)104 ;深摻雜漏 區(qū)電極106與深摻雜漏區(qū)105相連，并連接電壓VDD ;源區(qū)111與第一閾值電壓區(qū)103之間、 漏區(qū)110與第一閾值電壓區(qū)103之間、漏區(qū)110與第二閾值電壓區(qū)104和深摻雜漏區(qū)與第 二閾值電壓區(qū)104之間均設(shè)置有輕摻雜源漏區(qū)109 ;在源區(qū)111與深摻雜漏區(qū)105外側(cè)設(shè) 置槽隔離107,槽隔離可以為深槽隔離，也可以為淺槽隔離。
[0017] 圖中N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管抗單粒子加固結(jié)構(gòu)，包括普通N溝道場(chǎng)效應(yīng)管所具備的 漏柵源結(jié)構(gòu)，同時(shí)附加了第二閾值電壓注入?yún)^(qū)與深摻雜漏區(qū)，深摻雜漏區(qū)始終與V DD相連 接。所述第二閾值電壓注入?yún)^(qū)的設(shè)置是為了間隔漏區(qū)與深摻雜漏區(qū)，阻斷深摻雜漏區(qū)在接 入V DD后所產(chǎn)生的電場(chǎng)因漏區(qū)與深摻雜漏區(qū)之間溝道過(guò)短而對(duì)漏區(qū)所產(chǎn)生的影響。第二閾 值電壓注入?yún)^(qū)的工藝與第一閾值電壓注入?yún)^(qū)完全相同，與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝所兼容，可以在制 備第一閾值電壓注入?yún)^(qū)的同時(shí)制備第二閾值電壓注入?yún)^(qū)以縮短生產(chǎn)周期。所述深摻雜漏區(qū) 的深度為漏區(qū)的1?3倍，其俯視形狀如圖2所示，設(shè)置為環(huán)繞漏區(qū)式。其環(huán)繞方式為"工" 字形，也可為馬蹄形、柵欄形等。以上兩種關(guān)于深摻雜漏區(qū)的設(shè)置均是為了增加深摻雜漏區(qū) 在單粒子入射敏感漏區(qū)后吸收電荷的面積，以增強(qiáng)其輔助漏區(qū)收集電荷的能力。
[0018] 單粒子入射器件中時(shí)，其能量將會(huì)損失，損失的能量將會(huì)引起器件材料的直接電 離，直接電離產(chǎn)生的電子與空穴仍具有相當(dāng)大的能量，能夠繼續(xù)引起器件材料的二次電離， 因此，在單粒子入射軌跡處將會(huì)產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)。當(dāng)器件不存在電場(chǎng)時(shí)，所產(chǎn)生的電子 空穴對(duì)將會(huì)自動(dòng)復(fù)合，不對(duì)器件造成影響。但當(dāng)存在電場(chǎng)時(shí)，所產(chǎn)生的電子/空穴將會(huì)被器 件敏感電極所收集，產(chǎn)生瞬時(shí)電流，從而影響器件工作，產(chǎn)生軟錯(cuò)誤。在N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體 管中，反偏漏/體結(jié)是敏感節(jié)點(diǎn)，其耗盡區(qū)的強(qiáng)電場(chǎng)將會(huì)通過(guò)電荷漂移的方式收集單粒子 入射后產(chǎn)生的電子。
[0019] 201為源區(qū)；源區(qū)201右側(cè)為漏區(qū)203 ;漏區(qū)之上為漏區(qū)電極202 ;漏區(qū)203右側(cè)為 深摻雜漏區(qū)204,可以為"工"字型，也可以為馬蹄形、環(huán)形、柵欄形等；205為深摻雜漏區(qū)電 極，與深摻雜漏區(qū)204相連。
[0020] 如圖3所示，圖3為單粒子入射本發(fā)明敏感節(jié)點(diǎn)時(shí)電荷收集路勁示意圖。單粒子入 射本發(fā)明敏感漏區(qū)之后將產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，對(duì)于N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，敏感節(jié)點(diǎn)將會(huì) 收集電子，而空穴將會(huì)擴(kuò)散至外延區(qū)，并最終至襯底自然消散。本發(fā)明中的電子將會(huì)產(chǎn)生兩 種路徑，第一路徑為在漏區(qū)下方耗盡區(qū)的強(qiáng)電場(chǎng)作用下通過(guò)電荷漂移至漏區(qū)；第二路徑為 在深摻雜漏區(qū)的電場(chǎng)影響下通過(guò)電荷漂移至深摻雜漏區(qū)。因?yàn)樯顡诫s漏區(qū)的吸收面積大， 吸收路徑短，吸收效率高，大量由單粒子效應(yīng)產(chǎn)生的電子被深摻雜漏區(qū)所收集，從而有效地 減小了漏區(qū)所收集電荷量，所產(chǎn)生的電流脈沖峰值及持續(xù)時(shí)間也因此而減小，如圖4所示。 當(dāng)將本發(fā)明應(yīng)用于七級(jí)反相器鏈中時(shí)，當(dāng)單粒子入射后反相器鏈終端所產(chǎn)生的電壓脈沖寬 度將大幅降低，特別是能夠屏蔽部分低線性能量傳輸值的單粒子所產(chǎn)生的電壓脈沖，如圖5 所示。
[0021] 本發(fā)明提出的針對(duì)抗單粒子效應(yīng)的N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其實(shí)現(xiàn)方式與常規(guī)N溝 道場(chǎng)效應(yīng)晶體管大致相同，所增加的第二閾值電壓注入?yún)^(qū)104可用常規(guī)CMOS制造工藝并同 第一閾值電壓注入?yún)^(qū)103同時(shí)制備。深摻雜漏區(qū)105的制備不能與源漏區(qū)同時(shí)制備，必須 單獨(dú)制備。以下實(shí)施例將詳細(xì)說(shuō)明，但以下實(shí)施例僅是說(shuō)明，本發(fā)明并不受以下實(shí)施例的限 制。
[0022] 1)選用P型摻雜半導(dǎo)體襯底，硼摻雜，濃度為1 X 1018cnT3 ;
[0023] 2)制作P型外延層，硼摻雜，濃度為1 X 1016cnT3 ;
[0024] 3)制作柵極氧化層，溫度為700°C，厚度為1. 07nm ;
[0025] 4)制作柵極多晶硅層，溫度為535°C，厚度為62. 93nm ;
[0026] 5)制作輕摻雜源漏區(qū)，光刻出輕摻雜源漏區(qū)區(qū)域，砷摻雜，注入劑量為 1. 15X1013cnT2,注入能量為 12keV;
[0027] 6)制作源漏區(qū)，光刻出源漏區(qū)區(qū)域，砷摻雜，注入劑量為1. 15X1013cnT2,注入能量 為18keV，不進(jìn)行退火處理；
[0028] 7)制作深摻雜漏區(qū)，光刻出深摻雜漏區(qū)區(qū)域，注入砷，注入劑量為IX 1015cnT2,注 入能量為30keV ;
[0029] 8)退火處理，600°C低溫退火1小時(shí)，1000°C快速退火10秒；
[0030] 9)制作第一第二閾值電壓注入?yún)^(qū)，光刻出第一第二閾值電壓區(qū)區(qū)域，注入注入硼， 注入劑量為2X10 15cnT2,注入能量為3keV ;
[0031] 10)采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完成CMOS器件及電路。
[0032] 以上實(shí)施例第6)與第7)步順序可以交換，并無(wú)特別差異。其余技術(shù)細(xì)節(jié)均可采 用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝執(zhí)行，普通技術(shù)人員能夠依據(jù)本發(fā)明說(shuō)明書(shū)實(shí)施，故不再對(duì)本發(fā)明更具體 技術(shù)細(xì)節(jié)贅述。
[0033] 以上所述具體實(shí)施例，旨在進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，在本 發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，各種替換和修改均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種抗單粒子效應(yīng)的N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括半導(dǎo)體襯底（101)、外延層（102)、源 區(qū)（111)、漏區(qū)（110)，源區(qū)與漏區(qū)之間設(shè)有第一閾值電壓注入?yún)^(qū)（103)，其特征在于：所述 漏區(qū)的外圍設(shè)有環(huán)形深摻雜漏區(qū)（105)，深摻雜漏區(qū)與漏區(qū)之間設(shè)有第二閾值電壓注入?yún)^(qū) (104)，源區(qū)（111)與第一閾值電壓區(qū)（103)之間、漏區(qū)（110)與第一閾值電壓區(qū)103之間、 漏區(qū)（110)與第二閾值電壓區(qū)（104)和深摻雜漏區(qū)與第二閾值電壓區(qū)（104)之間均設(shè)置有 輕摻雜源漏區(qū)（109);在源區(qū)（111)與深摻雜漏區(qū)（105)外側(cè)設(shè)置槽隔離（107)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗單粒子效應(yīng)的N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于：所述深 摻雜漏區(qū)（105)注入砷，注入劑量為lX10 15cm_2,注入能量為30keV。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗單粒子效應(yīng)的N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于：所述第 二閾值電壓注入?yún)^(qū)（104)注入硼，注入劑量為2X10 15cnT2,注入能量為3keV。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗單粒子效應(yīng)的N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于：所述深 摻雜漏區(qū)（105)與漏區(qū)（110)摻雜類(lèi)型相同。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗單粒子效應(yīng)的N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于：所述輕 摻雜源漏區(qū)為砷摻雜，注入劑量為1. 15X1013cm_2,注入能量為12keV。
6. -種抗單粒子效應(yīng)的N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法，包括以下步驟： 選用P型摻雜半導(dǎo)體襯底，硼摻雜，濃度為1X 1018cnT3 ; 制作P型外延層，硼摻雜，濃度為1X 1016cnT3 ; 制作柵極氧化層，溫度為700°C，厚度為1. 07nm ; 制作柵極多晶硅層，溫度為535°C，厚度為62. 93nm ; 制作輕摻雜源漏區(qū)，光刻出輕摻雜源漏區(qū)區(qū)域，砷摻雜，注入劑量為1. 15X1013cnT2,注 入能量為12keV ; 制作源漏區(qū)，光刻出源漏區(qū)區(qū)域，砷摻雜，注入劑量為1. 15X1013cnT2,注入能量為 18keV，不進(jìn)行退火處理； 制作深摻雜漏區(qū)，光刻出深摻雜漏區(qū)區(qū)域，注入砷，注入劑量為1 X l〇15cnT2,注入能量 為 30keV ; 退火處理，600°C低溫退火1小時(shí)，1000°C快速退火10秒； 制作第一第二閾值電壓注入?yún)^(qū)，光刻出第一第二閾值電壓區(qū)區(qū)域，注入注入硼，注入劑 量為2X1015cm_2,注入能量為3keV ; 采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完成CMOS器件及電路。
7. 如權(quán)利要求6所述的抗單粒子效應(yīng)的N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法：所述第二閾 值電壓注入?yún)^(qū)（104)與第一閾值電壓注入?yún)^(qū)（103)的離子類(lèi)型、能量和劑量相同。
【文檔編號(hào)】H01L29/78GK104157650SQ201410427196
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】唐明華, 徐新宇, 燕少安, 張萬(wàn)里 申請(qǐng)人:湘潭大學(xué)