具有較小版圖面積的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法
【專利摘要】一種具有較小版圖面積的環(huán)柵場(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)包圍的源區(qū)(2)；被源區(qū)包圍的柵介質(zhì)(7)；覆蓋在柵介質(zhì)上的柵電極材料(4)；以及被柵包圍在中心的漏區(qū)(3)；其中，所述的柵介質(zhì)(7)具有折疊、嵌套或并列這三種結(jié)構(gòu)之一或之二或之三的任意組合，使得柵介質(zhì)(7)在較小的有源區(qū)面積下具有較大的柵寬，其中有源區(qū)面積包括源區(qū)、漏區(qū)和溝道區(qū)。本發(fā)明在保證場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有抗輻照的環(huán)柵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的同時(shí)，對(duì)器件的柵進(jìn)行了彎曲折疊、嵌套或并列排布，大大縮小了器件的版圖面積，減小了源漏區(qū)寄生電容。
【專利說明】具有較小版圖面積的環(huán)柵場(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，具體涉及抗總劑量、微劑量輻射的具有較小版圖面積的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]集成電路技術(shù)正越來越廣泛地應(yīng)用于航空、航天行業(yè)中。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，淺槽隔離結(jié)構(gòu)(STI)的廣泛使用為半導(dǎo)體器件的總劑量效應(yīng)和微劑量效應(yīng)帶來不可忽略的影響。總劑量效應(yīng)和微劑量效應(yīng)主要指器件在經(jīng)過高能射線或粒子輻射后，關(guān)態(tài)泄漏電流增大、閾值電壓漂移、短溝道效應(yīng)惡化等現(xiàn)象。這些現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是由于輻射在氧化物(如S12)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)，從而影響場(chǎng)效應(yīng)晶體管的閾值電壓，在場(chǎng)效應(yīng)晶體管源漏之間形成新的電流泄漏通道，使場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能退化。在場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，淺槽隔離結(jié)構(gòu)主要由氧化物構(gòu)成，是對(duì)輻射敏感的區(qū)域之一。
[0003]環(huán)柵金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管由于其特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在總劑量、微劑量輻射后，STI結(jié)構(gòu)不會(huì)在源漏之間引入電荷泄漏通道，因此具有良好的抗總劑量、微劑量福射能力。現(xiàn)有技術(shù)中的環(huán)棚場(chǎng)效應(yīng)晶體管版圖如圖1所不，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)包圍的源區(qū)02 ;被源區(qū)包圍，且呈環(huán)形的柵介質(zhì)07 ;覆蓋在柵介質(zhì)上的柵電極材料04 ;以及被柵包圍在中心的漏區(qū)03。
[0004]雖然環(huán)柵器件具有較好的抗總劑量輻射、微劑量輻射的能力，但其在實(shí)際使用中非常受限。原因之一是由于環(huán)柵器件與傳統(tǒng)常規(guī)器件相比，溝道寬度W相同時(shí)，所占的版圖面積比較大。傳統(tǒng)器件版圖面積與W成正比，而環(huán)柵器件的版圖面積則與W2成正比。因此環(huán)柵器件在版圖面積上的劣勢(shì)在W增大時(shí)變得更加顯著。這一缺陷限制了環(huán)柵器件的使用，尤其是在射頻領(lǐng)域，過大的版圖面積將導(dǎo)致寄生電容太大，從而器件無法有效工作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了幾種具有較小版圖面積的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
[0006]本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下:
[0007]方案1:一種具有較小版圖面積的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，所述的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括:襯底I ;在襯底上的淺槽隔離區(qū)STI5 ;在襯底上且被STI區(qū)包圍的源區(qū)2 ;被源區(qū)包圍的柵介質(zhì)7 ;覆蓋在柵介質(zhì)上的柵電極材料4 ;以及被柵包圍在中心的漏區(qū)3 ；
[0008]其中，所述的柵介質(zhì)7具有折疊、嵌套或并列這三種結(jié)構(gòu)之一或之二或之三的任意組合，使得柵介質(zhì)7在較小的有源區(qū)面積下具有較大的柵寬，其中有源區(qū)面積包括源區(qū)、漏區(qū)和溝道區(qū)(溝道區(qū)面積與柵面積基本相同)。
[0009]方案2:如方案I所述的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，所述的折疊結(jié)構(gòu)，柵介質(zhì)7首尾相連形成閉合圖形，相對(duì)的兩條邊彎曲折疊成方形鋸齒或波浪形，如附圖4所示。
[0010]方案3:如方案I所述的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，所述的嵌套結(jié)構(gòu)，漏區(qū)3包圍著第二層?xùn)沤橘|(zhì)7’和柵電極材料4’ ；以及被柵介質(zhì)7’包圍的第二層源區(qū)2’ ；該結(jié)構(gòu)可以按照源/漏/源/漏/…的方式進(jìn)行多層嵌套，如圖5所示。
[0011]方案4:如方案I所述的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，所述的并列結(jié)構(gòu)，柵介質(zhì)7為一系列方形并列連接在一起，如圖7所不。
[0012]方案5:如方案I所述的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，所述襯底為體硅或SOI。
[0013]方案6:如方案I所述的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，所述的柵介質(zhì)用氧化硅S12或氮氧硅S1N。
[0014]方案7:如方案I所述的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，所述的柵介質(zhì)用高k柵介質(zhì)(介電常數(shù)K>3.9，如=HfS12)材料。
[0015]方案8:如方案2所述的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，在傳統(tǒng)的方形柵的環(huán)柵晶體管的基礎(chǔ)上，柵的四個(gè)邊可以分別獨(dú)立進(jìn)行多次彎曲折疊；圖2為一組對(duì)邊彎曲折疊一次的結(jié)果，形成兩個(gè)向版圖中心凹陷的鋸齒形；對(duì)邊η次折疊將會(huì)產(chǎn)生2η個(gè)向版圖中心凹陷的鋸齒形或波浪形。
[0016]方案9:如方案2所述的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，柵經(jīng)過彎曲后存在的拐角可以為直角(如圖4(a))、折角(圖4(b))或圓角(圖4(c))，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渡到多邊形折角，最終至圓角180°，角度越大，越有利于改善拐角處的強(qiáng)電場(chǎng)效應(yīng)。
[0017]方案10:如方案3所述的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，存在拐角的地方有多種設(shè)計(jì)，圖6為某一層?xùn)诺氖疽鈭D，拐角可以由兩條邊組成為90°角；或由多邊形組成，多邊形的每個(gè)角均大于90° ;或拐角無限接近圓形180°，以此來減小強(qiáng)電場(chǎng)效應(yīng)。
[0018]方案11:如方案4所述的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，存在拐角的地方有多種設(shè)計(jì)，圖8為柵的示意圖，拐角可以由兩條邊組成為90°角；或由多邊形組成，多邊形的每個(gè)角均大于90° ;或拐角無限接近圓形180°，以此來減小強(qiáng)電場(chǎng)效應(yīng)。
[0019]方案12:—種具有較小版圖面積的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征是，包括如下步驟:
[0020]I)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；
[0021]2)利用光刻技術(shù)刻蝕二氧化硅與氮化硅，并刻蝕硅襯底形成溝槽；
[0022]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；
[0023]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；
[0024]5)利用光刻技術(shù)對(duì)柵極進(jìn)行光刻，形成柵；
[0025]6)對(duì)源極漏極離子注入。
[0026]在輻射環(huán)境下，總劑量或微劑量輻射效應(yīng)將在STI結(jié)構(gòu)中引入陷阱正電荷。對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管來說，由于STI結(jié)構(gòu)中的陷阱正電荷與溝道區(qū)隔離，因此不會(huì)在溝道區(qū)產(chǎn)生寄生導(dǎo)電通道。對(duì)于本發(fā)明提出的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管來說，仍然保持了這一優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，本發(fā)明中的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管更加節(jié)省版圖面積，將柵進(jìn)行了彎曲折疊、嵌套或并列排布，柵之間可以共用源漏，并有效地減小了源漏區(qū)寄生電容。近似計(jì)算表明，保證溝道總寬度W不變的前提下，使用折疊的方案時(shí)，柵對(duì)稱彎曲折疊一次，有源區(qū)面積減小約40%。對(duì)稱彎曲折疊兩次，有源區(qū)面積減小約50%。彎曲折疊的次數(shù)越多，有源區(qū)面積越小，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。
[0027]綜上，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于保證場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有抗輻照的環(huán)柵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的同時(shí)，對(duì)器件的柵進(jìn)行了彎曲折疊、嵌套或并列排布，大大縮小了器件的版圖面積，減小了源漏區(qū)寄生電容。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2至圖9為本發(fā)明的具有較小版圖面積的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)施例的示意圖；
[0030]圖10至圖14為制備具有較小版圖面積的環(huán)柵場(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。
[0031]其中:
[0032]1-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】
[0033]下面結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0034]以方案一為例，如圖2所示，本發(fā)明的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括:襯底(體硅或rosoi)i;在襯底上的淺槽隔離區(qū)(STI)5 ;在襯底上且被STI區(qū)包圍的源區(qū)2 ;被源區(qū)包圍的柵介質(zhì)7，柵介質(zhì)首尾相連形成閉合圖形，但相對(duì)的兩條邊彎曲折疊成方形鋸齒或波浪形；覆蓋在柵介質(zhì)上的柵電極材料4 ;以及被柵包圍在中心的漏區(qū)3。與圖1中現(xiàn)有技術(shù)的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管相比，本發(fā)明仍然可以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)晶體管的影響。并且，在保證較大柵寬的同時(shí)，有效的減小了器件的版圖面積，減小了源漏區(qū)的寄生電容。
[0035]本發(fā)明所述的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法實(shí)施例如下:
[0036]I)在襯底I (P、N型硅襯底或S12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10 ；
[0037]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I形成如圖11所示的溝槽，9為光刻膠；
[0038]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；
[0039]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，淀積多晶硅柵極4如圖12 ；
[0040]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13所示的圖形；
[0041]6)對(duì)源極2漏極3離子注入，形成如圖14所示的圖形。
[0042]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)施例所公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有較小版圖面積的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，所述的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括:襯底(I);在襯底上的淺槽隔離區(qū)STI (5);在襯底上且被STI區(qū)包圍的源區(qū)(2);被源區(qū)包圍的柵介質(zhì)(7);覆蓋在柵介質(zhì)上的柵電極材料(4);以及被柵包圍在中心的漏區(qū)(3)； 其中，所述的柵介質(zhì)(X)具有折疊、嵌套或并列這三種結(jié)構(gòu)之一或之二或之三的任意組合，使得柵介質(zhì)(7)在較小的有源區(qū)面積下具有較大的柵寬，其中有源區(qū)面積包括源區(qū)、漏區(qū)和溝道區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，所述的折疊結(jié)構(gòu)，柵介質(zhì)(7)首尾相連形成閉合圖形，相對(duì)的兩條邊彎曲折疊成方形鋸齒或波浪形。
3.如權(quán)利要求1所述的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，所述的嵌套結(jié)構(gòu)，漏區(qū)(3)包圍著第二層?xùn)沤橘|(zhì)(7’ )和柵電極材料(4’ );以及被柵介質(zhì)(7’ )包圍的第二層源區(qū)(2’ )；該結(jié)構(gòu)可以按照源/漏/源/漏/…的方式進(jìn)行多層嵌套。
4.如權(quán)利要求1所述的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，所述的并列結(jié)構(gòu)，柵介質(zhì)(7)為一系列方形并列連接在一起。
5.如權(quán)利要求1所述的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，所述襯底為體硅或SOI。
6.如權(quán)利要求1所述的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，所述的柵介質(zhì)用氧化硅S12或氮氧硅S1N。
7.如權(quán)利要求1所述的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，所述的柵介質(zhì)用高k柵介質(zhì)材料。
8.如權(quán)利要求2所述的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，在傳統(tǒng)的方形柵的環(huán)柵晶體管的基礎(chǔ)上，柵的四個(gè)邊可以分別獨(dú)立進(jìn)行多次彎曲折疊。
9.如權(quán)利要求2所述的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，柵經(jīng)過彎曲后存在的拐角可以為直角、折角或圓角，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渡到多邊形折角，最終至圓角180°。
10.如權(quán)利要求3所述的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，存在拐角的地方有多種設(shè)計(jì)，拐角可以由兩條邊組成為90°角；或由多邊形組成，多邊形的每個(gè)角均大于90° ;或拐角無限接近圓形180°。
11.如權(quán)利要求4所述的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，存在拐角的地方有多種設(shè)計(jì)，拐角可以由兩條邊組成為90°角；或由多邊形組成，多邊形的每個(gè)角均大于90° ;或拐角無限接近圓形180°。
12.—種具有較小版圖面積的環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征是，包括如下步驟: 1)在襯底上熱生長(zhǎng)二氧化硅與化學(xué)氣相淀積氮化硅作為掩模； 2)利用光刻技術(shù)刻蝕二氧化娃與氮化娃，并刻蝕娃襯底形成溝槽； 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； 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； 5)利用光刻技術(shù)對(duì)柵極進(jìn)行光刻，形成柵； 6)對(duì)源極漏極離子注入。
【文檔編號(hào)】H01L21/336GK104241385SQ201410490291
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23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)