回形多叉指场效应晶体管及其制备方法

摘要

本发明公开了一种抗总剂量、微剂量辐射的回行多叉指器件及其制备方法。本发明的回行多叉指器件包括：衬底；在衬底上的浅槽隔离区；在衬底上且被STI区包围的有源区；栅为一条盘绕在有源区上的折线或曲线，栅的两端分别过覆盖STI区；以及覆盖在栅介质上的栅电极材料。本发明在保证较大沟道宽度、较小有源区面积、源漏完全对称的同时，可以有效的减少辐照引起的位于源漏之间的泄漏通道的数目，有效提高器件的抗总剂量辐射、抗微剂量辐射的能力。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路辐射效应领域，具体涉及一种抗总剂量、微剂量辐射的多叉 指场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

多叉指金属-氧化物-半导体场效应晶体管具有较大的跨导、较高的截止频率，因而广泛 应用于射频集成电路之中。如图1所示，多叉指场效应晶体管是一种“折叠”结构，每两条相 邻平行栅之间公用了源漏，因此可以有效减小源漏区电容。但是正是由于这种结构特点，多 叉指场效应晶体管在空间或地面环境下容易受到总剂量、微剂量辐射效应的影响。

总剂量、微剂量辐射主要通过高能射线或粒子在氧化物(如SiO₂)中产生氧化物陷阱电 荷，在氧化物/硅界面处产生界面态，在场效应晶体管源漏之间形成电流泄漏通道，进而影响 场效应晶体管的阈值电压等，使场效应晶体管的性能退化。对于多叉指场效应晶体管来说， 总剂量辐射将在浅槽隔离区(STI)中产生大量电离电荷，这些电离电荷被浅槽隔离区(STI) 中的电荷陷阱俘获后，将使源漏之间的寄生管的阈值电压下降，产生额外的泄漏通道，关态 泄漏电流随之增大，截止频率也随之降低。更严重的是，多叉指场效应晶体管由于其特有的“折 叠”结构，每个沟道与STI相邻(即栅过覆盖STI)的地方都存在一个这样的寄生泄漏通道， 因而n条叉指的场效应晶体管有2n个泄漏通道，辐照引入的泄漏通道数目更多。根据文献中 报导的结果，多叉指场效应晶体管的截止频率在质子辐照后发生明显的退化，这是由于微剂 量辐照引入的缺陷使场效应晶体管跨导减小所致。

现有技术中的多叉指场效应晶体管结构如图1所示，包括：衬底01；在衬底上的浅槽隔 离区(STI)05，在衬底上且被STI区包围的有源区06；横跨有源区并过覆盖STI区的n条 栅介质07；以及覆盖在栅介质上的栅电极材料04。每条栅均有两处过覆盖STI区，如图1中 圆圈部位所示。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提出一种改进的回形多叉指场效应晶体管，可 以减小总剂量、微剂量辐照引起的场效应晶体管特性退化。

本发明提供的技术方案如下：

一种回形多叉指场效应晶体管，其特征是，所述的回形多叉指场效应晶体管包括：衬底 1，在衬底上的浅槽隔离区STI5，在衬底上且被STI区包围的有源区6，栅为一条盘绕在有源 区上的折线或曲线，栅的两端分别过覆盖STI区，称为回形栅7，以及覆盖在栅介质上的栅 电极材料4；栅有两处过覆盖STI区，如图2中圆圈部位所示。

优选的：

所述的回形多叉指场效应晶体管，其特征是，所述衬底为体硅或SOI。

所述的回形多叉指场效应晶体管，其特征是，栅的数目可以为奇数或偶数(图2示例为 4条栅)；当栅数目为奇数时，源和漏结构对称。

所述的回形多叉指场效应晶体管，其特征是，回形栅的拐角处也可以有多种设计，如图 7至10所示。其中，图7第二幅图为图2的俯视图，代表拐角处(圆圈区域)为直角的情况， 图8为拐角处存在折角的情况，图9为圆角的情况。组成角的两条边所成的角度可以从90° 到小于180°，90°时即为直角，角度增大即逐渐从直角过渡到多边形折角，最终至圆角。

所述的回形多叉指场效应晶体管，其特征是，所述的场效应晶体管由一组(图7)或多 组回形栅组合形成(如图10所示)，同样每组栅的数目可以为奇数或偶数，并且拐角可以有 多种设计，在多组回形栅组合的情况下大于2处栅过覆盖STI区。

所述的回形多叉指场效应晶体管，其特征是，栅介质用氧化硅SiO₂或氮氧硅SiON。

所述的回形多叉指场效应晶体管，其特征是，栅介质用高k栅介质(如：HfSiO₂)等。

本发明同时提供所述的回形多叉指场效应晶体管的制备方法，包括如下步骤：

1)在衬底上热生长二氧化硅与化学气相淀积氮化硅作为掩模；

2)利用光刻技术刻蚀二氧化硅与氮化硅，并刻蚀硅衬底形成如图4所示的沟槽；

3)淀积STI氧化层，并用化学机械抛光技术对表面进行平整化处理；

4)对沟道进行掺杂形成掺杂区，热生长一层二氧化硅栅介质，淀积多晶硅栅极；

5)利用光刻技术对栅极进行光刻使之呈回形，形成回形栅；

6)对源极漏极离子注入。

在辐射环境下，总剂量或微剂量辐射效应将在STI区中引入陷阱正电荷。对于现有技术 中的多叉指场效应晶体管来说，这些陷阱正电荷将使2n个寄生管阈值电压降低，从而引起较 为明显的直流特性和频率特性的退化。对于本发明提出的多叉指场效应晶体管来说，在保证 较大沟道宽度、较小有源区面积的同时，减少了辐照引起的位于源漏之间的电荷泄漏通道的 数目，可以有效提升多叉指场效应晶体管的抗辐照性能。本发明减小了辐照时STI区中指向 硅/二氧化硅界面的电场的强度，从而减少了STI区中陷阱电荷的数目。其次，本发明中只存 在两处栅过覆盖STI区，除此之外沟道与STI区被源漏区隔离，因此对于图2所示的多叉指 场效应晶体管来说，寄生泄漏通道数目从8个减少至两个，有效减少了辐照引起的源漏之间 的寄生泄漏通道的数目。第三，当栅数目为奇数时，可以做到源漏完全对称，便于场效应晶 体管在集成电路中的设计和使用。基于以上几点，本发明的回形多叉指场效应晶体管可以有 效地减小总剂量辐射效应、微剂量效应对场效应晶体管直流特性以及频率特性的影响。

本发明的优越性：

本发明在保证较大沟道宽度、较小有源区面积、(栅数目为奇数时)源漏完全对称的同时， 可以有效地减少辐照引起的位于源漏之间的泄漏通道的数目。本发明由于仍然具备多叉指场 效应晶体管特有的“折叠”结构，每两条平行栅之间公用了源漏，仍然可以保证源漏区低电容。 本发明中仅有两处栅过覆盖STI区，从而减弱了STI区中电场，从而减小了陷阱电荷数目。 并且只有两处栅过覆盖STI区，减少了辐照引起的电荷泄漏通道的数目。同时，在栅数目为 奇数时，可以做到源漏完全对称，便于场效应晶体管的设计和使用。与现有技术的多叉指场 效应晶体管相比，这种场效应晶体管结构可以做到在版图面积基本不变的前提下，有效提高 场效应晶体管的抗总剂量辐射、抗微剂量辐射的能力。

附图说明

图1为现有技术中多叉指场效应晶体管的结构示意图；

图2为本发明的抗总剂量、微剂量辐射的回形多叉指场效应晶体管实施例的示意图；

图3至图7为制备抗总剂量、微剂量辐射的回形多叉指场效应晶体管实施例的流程图， 每图左侧为剖面图，右侧为俯视图。

图7至图10体现了栅拐角处由直角、带一定角度到圆角的变化。图10所示栅的拐角也 可以有多种设计。

其中：

1-衬底；2-源极；3-漏极；4-栅极；5-STI区；6-有源区；7-栅介质；8-二氧化硅掩膜；9- 光刻胶；10-氮化硅掩膜；11-P型掺杂区。

具体实施方式

下面结合附图，详细说明本发明的实施方式。

如图2所示，本发明的回形多叉指场效应晶体管包括：衬底(体硅或PDSOI)1；在衬底 上的浅槽隔离区(STI)2；在衬底上且被STI区包围的有源区3；呈回形盘绕在有源区之上， 并与STI区产生两处交叠的栅介质层4；以及覆盖在栅介质上的栅电极材料5。与图1中现有 技术的多叉指MOSFET相比，本发明在保证较大栅宽、较小有源区面积的同时，有效的减小 总剂量辐射效应、微剂量效应对场效应晶体管直流特性以及频率特性的影响。

本实施例的回形多叉指场效应晶体管制备方法包括以下步骤：

实施例一：

1)在衬底1(P、N型硅衬底或SiO₂衬底等)上热生长二氧化硅8与CVD(化学气相淀积) 氮化硅10作为掩模，如图3；

2)利用光刻技术刻蚀二氧化硅8与氮化硅10，并刻蚀硅衬底1形成如图4所示的沟槽；

3)淀积STI氧化层5，并用化学机械抛光技术对表面进行平整化处理；

4)对沟道进行掺杂形成P-型掺杂区11，热生长一层二氧化硅栅介质7，淀积多晶硅栅 极4如图5；

5)利用光刻技术对栅极4进行光刻，6为有源区，形成如图6所示的图形；

6)对源极2漏极3离子注入，形成如图7所示的图形。

实施例二：

在实施例一中，第5)步中使用的光刻板形状可以有不同设计，回形栅的拐角处(图7圆 圈区域)也可以有多种形状，图8至图10是几种可选用的栅的形状例举。即除去第5)步中使 用的光刻板形状不同，其余步骤与实施例一相同。从图7至图9体现了栅拐角处由直角、带 一定角度到圆角的变化。其中，图10所示情况寄生管数目有可能多于两个，并且图10中栅 的拐角也可以有多种设计。

最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技 术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是 可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求 书界定的范围为准。