基于65nm工藝的超陡倒摻雜抗輻照MOS場效應(yīng)管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種M0S場效應(yīng)晶體管，可用于大規(guī)模 集成電路的制備。
【背景技術(shù)】
[0002] M0S場效應(yīng)晶體管是構(gòu)成集成電路的基本元器件之一，具有功耗低、速度快、集成 度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于軍事和航空航天領(lǐng)域中。空間飛行器壽命內(nèi)的輻射總劑量可 以達(dá)到幾十萬拉德，因此，總劑量輻射效應(yīng)的研究很重要?？倓┝枯椛湫?yīng)是由于輻射電離 產(chǎn)生的電子空穴對在氧化層內(nèi)產(chǎn)生陷阱正電荷以及在氧化層硅襯底界面產(chǎn)生界面陷阱電 荷，長期輻照下，積累的陷阱電荷到達(dá)一定濃度導(dǎo)致關(guān)態(tài)漏電流的變化、電流-電壓特性的 改變，由于噪聲余量和傳播延遲的變化，總劑量輻照效應(yīng)還可以導(dǎo)致功能失效。
[0003] 隨著器件特征尺寸的縮小，當(dāng)集成電路進(jìn)入到深亞微米領(lǐng)域時(shí)，M0S場效應(yīng)晶體管 的總劑量輻射效應(yīng)表現(xiàn)出一些新的特點(diǎn)：柵氧化層越來越薄，由于柵氧化層本身的尺寸和 隧穿電流的影響，柵氧化層對M0S場效應(yīng)晶體管輻照特性影響很小。但是淺槽隔離STI氧化 層的厚度約比柵氧化層高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，氧化層積累輻照產(chǎn)生的固定正電荷的能力與氧化層 的厚度密切相關(guān)，厚度越大，積累的固定正電荷越多，所以厚的STI區(qū)是M0S場效應(yīng)晶體管在 長時(shí)間的輻照作用下影響最嚴(yán)重的區(qū)域。
[0004] CMOS電路由于低功耗的特性在集成電路中廣泛應(yīng)用，CMOS電路由pMOS場效應(yīng)晶體 管作為上拉網(wǎng)絡(luò)、nMOS場效應(yīng)晶體管作為下拉網(wǎng)絡(luò)組成。pMOS場效應(yīng)晶體管是η型襯底、p型 溝道摻雜、由空穴作為載流子導(dǎo)電的M0S場效應(yīng)晶體管，nMOS場效應(yīng)晶體管是ρ型襯底、η型 溝道摻雜、由電子作為載流子導(dǎo)電的M0S場效應(yīng)晶體管。在65nm工藝下的CMOS電路中，pMOS 場效應(yīng)晶體管具有很好的抗輻照特性，但是nMOS場效應(yīng)晶體管抗輻照特性不好。薄的柵氧 化層對nMOS場效應(yīng)晶體管的總劑量輻照特性幾乎沒有影響，如圖1所示，輻照在與襯底接觸 的STI區(qū)側(cè)墻中產(chǎn)生的陷阱電荷會(huì)在nMOS場效應(yīng)晶體管的襯底中產(chǎn)生漏電通道，進(jìn)而導(dǎo)致 nMOS場效應(yīng)晶體管的閾值電壓減小、關(guān)態(tài)泄漏電流增大以及亞閾值特性退化。研究表明，低 輻照劑量下較低密度電流在STI側(cè)墻附近襯底表面形成，高輻照劑量下高密度電流在STI側(cè) 墻附近襯底深處的漏電通道中形成，而nMOS場效應(yīng)晶體管輻照特性的嚴(yán)重惡化主要是由襯 底深處的漏電造成的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有65nm M0S場效應(yīng)管的不足，提出一種基于65nm工 藝的超陡倒摻雜抗輻照M0S場效應(yīng)管，減小輻照導(dǎo)致的襯底深處漏電，提高器件在輻照環(huán)境 下的可靠性。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的超陡倒摻雜抗輻照M0S場效應(yīng)管包括P型襯底1，和外延 層2,該外延層的上方四周為隔離槽3、外延層的上方中部為柵極4,柵極兩側(cè)邊界到隔離槽 內(nèi)邊界之間的外延層中為源區(qū)5和漏區(qū)6,柵極兩側(cè)邊界下方的外延層中為輕摻雜源漏區(qū)7， 柵極正下方位于兩個(gè)輕摻雜源漏區(qū)之間的區(qū)域形成溝道，其特征在于:兩個(gè)輕摻雜源漏區(qū) 之間的溝道下方設(shè)有摻雜濃度為6 X 1017cnf3到2 X 1018cnf3的重?fù)诫s超陡倒摻雜區(qū)8,以實(shí)現(xiàn) 抗輻照加固。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明制備基于65nm工藝的超陡倒摻雜抗輻照M0S場效應(yīng)管的 方法，包括如下過程：
[0008] 1)摻雜外延層
[0009] 使用化學(xué)氣相淀積的方法在500-650°C的溫度下以SiH4為反應(yīng)物在P型Si襯底 (100)晶向上生長厚度為600-1000nm的外延層，再對外延層進(jìn)行深度為100-200nm、濃度為2 X 1017cm-3至 9 X 1017cm-3 的摻雜；
[0010] 2)在摻雜的外延層上刻蝕隔離槽窗口
[0011] 在外延層上通過干氧氧化工藝依次生長3-6nm厚度的薄Si02緩沖層和20-25M1厚 度的Si 3N4保護(hù)層;再在Si3N4；S護(hù)層上淀積一層光刻膠，加掩膜板后曝光刻蝕光刻膠制作寬 度200-400nm的隔離槽窗口，再在175-185°C的熱磷酸中去除隔離槽窗口內(nèi)的Si0 2緩沖層與 Si3N4保護(hù)層；
[0012] 3)填充隔離槽，制作超陡倒摻雜區(qū)
[0013] 在清洗后的隔離槽窗口中填充淀積的氧化物Si02,并拋光;再在1100-1200°c的溫 度下通過干氧氧化工藝在隔離槽以外的外延層即有源區(qū)上生長4-6nm厚度的薄Si0 2層，計(jì) 算薄Si02層下有源區(qū)內(nèi)的超陡倒摻雜的峰值濃度位置和擴(kuò)散長度，再采用倒摻雜工藝按照 該峰值濃度位置和擴(kuò)散長度在有源區(qū)內(nèi)摻雜6 X 1017cnf3至2 X 1018cnf3的硼，并使用HF溶液 去除薄Si〇2層；
[0014] 4)淀積柵氧化層和多晶硅柵
[0015]在外延層上依次淀積等效柵氧化層厚度為0.7-0.9nm的Hf02和Si02的疊柵氧化層 和50-80nm厚度的多晶硅層，再淀積光刻膠，加入掩膜版后通過曝光、顯影光刻膠制作多晶 娃柵窗口，刻蝕窗口以外的多晶娃形成多晶娃柵；
[0016] 5)制作輕摻雜源漏區(qū)和重?fù)诫s源漏區(qū)
[0017] 在1100-1250°c的溫度下通過熱氧化工藝在多晶硅柵與有源區(qū)上長出3-5nm厚度 Si〇2緩沖隔離層，再在緩沖隔離層上制作一層光刻膠，通過曝光在柵極兩側(cè)的光刻膠上刻 蝕出輕摻雜源漏區(qū)的注入窗口，并在該窗口內(nèi)注入濃度為1 X 1〇18-5 X 1018cnf3的砷離子，以 使不被柵覆蓋的有源區(qū)內(nèi)形成30_40nm深度的輕摻雜源漏區(qū)，再清洗掉光刻膠；
[0018] 在緩沖隔離層上生長20-25nm厚度的Si3N4保護(hù)層，再淀積光刻膠，加入掩膜版后通 過曝光、顯影、刻蝕光刻膠在柵極與柵極兩側(cè)的保護(hù)層上形成重?fù)诫s源漏區(qū)注入窗口，通過 反應(yīng)離子刻蝕工藝去掉窗口內(nèi)的Si 3N4保護(hù)層，則柵極兩側(cè)剩余的Si3N4保護(hù)層形成側(cè)墻，再 清洗掉光刻膠；
[0019] 用側(cè)墻作為掩膜在重?fù)诫s源漏區(qū)注入窗口內(nèi)注入1 X l〇19-5 X 1019cnf3濃度砷離 子，形成50-60nm深度的重?fù)诫s源漏區(qū)；
[0020] 6)重?fù)诫s源漏區(qū)形成后，使用HF溶液除去多晶硅柵和外延層表面的Si02層，完成 基于6 5 nm工藝的超陡倒摻雜抗福照nMO S場效應(yīng)管的制作。
[0021] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0022] 1.本發(fā)明由于在兩個(gè)輕摻雜源漏區(qū)之間的溝道下方設(shè)有重?fù)诫s超陡倒摻雜區(qū)，提 高了抗輻照性能。
[0023] 2.本發(fā)明與傳統(tǒng)的65nm nMOS工藝相比，僅增加了一個(gè)襯底倒摻雜工藝，工藝復(fù)雜 度低，帶來的成本增加少，且沒有帶來面積上的增加，不影響集成電路的集成度。
[0024] 3.本發(fā)明通過超陡倒摻雜工藝增加了襯底深處的摻雜濃度，使得輻照作用下淺槽 隔離STI側(cè)墻附近的襯底深處不易反型，減弱了高輻照劑量下襯底深處的漏電導(dǎo)致的器件 輻照特性嚴(yán)重惡化，因此，輻照后器件的關(guān)態(tài)漏電流減小，閾值電壓負(fù)向漂移減小，亞閾值 退化減小，增強(qiáng)了器件的抗總劑量輻照的能力。
[0025] 4.本發(fā)明中提出了確定超陡倒摻雜起點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置的方法，將超陡倒摻雜的 起點(diǎn)選擇為半導(dǎo)體表面費(fèi)米能級(jí)與本征費(fèi)米能級(jí)重合時(shí)的空間電荷區(qū)位置，不僅提高了抗 輻照特性，而且具有好的工作特性。
[0026] 仿真結(jié)果表明，本發(fā)明具有較強(qiáng)的抗總劑量輻照能力，在相同總劑量輻照條件下， 超陡倒摻雜器件的關(guān)態(tài)漏電流較普通M0S器件明顯降低；輻照劑量小于200krad時(shí)，關(guān)態(tài)漏 電流幾乎沒有提高，在400krad輻照劑量下，器件的漏電流也只有約10 1<3Cnf3,比普通摻雜的 器件，下降了約5個(gè)數(shù)量級(jí)，表現(xiàn)出十分良好的抗總劑量輻照特性。
【附圖說明】
[0027] 圖1是輻照在nMOS場效應(yīng)晶體管中產(chǎn)生寄生通道的示意圖；
[0028]圖2是本發(fā)明超陡倒摻雜65nm nMOS場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)不意圖；
[0029]圖3是本發(fā)明制備超陡倒摻雜65nm nMOS場效應(yīng)管的工藝流程圖；
[0030]圖4是高氧化物陷講濃度條件下本發(fā)明65nm nMOS場效應(yīng)管與常規(guī)65nm nMOS場效 應(yīng)管在各種輻照劑量下的電特性仿真圖；
[0031]圖5是低氧化物陷講濃度條件下本發(fā)明65nm nMOS場效應(yīng)管與常規(guī)65nm nMOS場效 應(yīng)管在各種輻照劑量下的電特性仿真圖；
[0032] 圖6是不同溝道慘雜濃度下本發(fā)明65nm nMOS場效應(yīng)管與常規(guī)65nm nMOS場效應(yīng)管 在各種輻照劑量下的電特性仿真圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案和效果做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0034]參照圖2，本發(fā)明的超陡倒摻雜抗輻照M0S場效應(yīng)管包括:P型襯底1、外延層2、淺槽 隔離STI區(qū)3、柵極4、源區(qū)5、漏區(qū)6、輕摻雜源漏區(qū)7和超陡倒摻雜區(qū)81型外延層2位于襯底1 的上方，淺槽隔離STI區(qū)3位于外延層2的上方四周，柵極4位于外延層2的上方中部，柵極4兩 側(cè)邊界到淺槽隔離STI區(qū)內(nèi)邊界之間的外延層2中分別為源區(qū)5和漏區(qū)6,柵極4兩側(cè)邊界下 方的外延層2中為輕摻雜源漏區(qū)7,超陡倒摻雜區(qū)8位于兩個(gè)輕摻雜源漏區(qū)7下方，該兩個(gè)