專利名稱：抗nmos器件總劑量輻照的新型集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路，尤其涉及一種抗NMOS器件總劑量輻照的新型集成電路，屬于電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
集成電路技術(shù)正越來越廣泛的被應(yīng)用于航天、軍事、核電和高能物理等與總劑量輻照相關(guān)的行業(yè)中。而且隨著集成電路集成度的不斷提高，半導(dǎo)體器件的尺寸日益減小，淺槽隔離技術(shù)正以其優(yōu)良的器件隔離性能成為集成電路中器件之間電學(xué)隔離的主流技術(shù)。但是由于總劑量輻照粒子對于器件中二氧化硅氧化層的損傷，會在淺槽隔離結(jié)構(gòu)的氧化層內(nèi)產(chǎn)生大量的固定正電荷。在NMOS器件中，這些大量固定正電荷的存在會引起淺槽隔離氧化層附近的襯底反型，并在一定的源漏偏壓下形成寄生管漏電，漏電量的大小跟這些正電荷距離硅襯底的距離密切相關(guān)，即淺槽隔離結(jié)構(gòu)材料距離硅襯底越近，總劑量輻照后產(chǎn)生的正電荷對襯底的反型作用就越強(qiáng)，產(chǎn)生的導(dǎo)通電子就越多，漏電就越大。在器件主管開啟之前，主管處于關(guān)態(tài)，但是這時的寄生管已經(jīng)導(dǎo)通，形成較大的關(guān)態(tài)泄漏電流。這種關(guān)態(tài)泄漏電流會大大增加集成電路的功耗，并對集成電路的可靠性產(chǎn)生較大的負(fù)面影響，成為現(xiàn)階段亟待解決的一個總劑量輻照可靠性問題。
因此，如果能夠在不改變淺槽隔離技術(shù)的主流制備工藝的前提下提出一種可以減少總劑量輻照后淺槽隔離材料正電性，并增大正電荷與硅襯底之間的距離，以達(dá)到抑制這些正電性，最終減少NMOS器件總劑量輻照后CMOS集成電路和器件關(guān)態(tài)泄漏電流的新型隔離技術(shù)，將會對整個集成電路的抗輻照加固具有重大的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以減少NMOS器件總劑量輻照后關(guān)態(tài)泄漏電流的新型抗總劑量輻照的集成電路。
本發(fā)明在現(xiàn)有的常規(guī)NMOS器件的基礎(chǔ)上，在溝槽與襯底之間設(shè)計(jì)空氣層，通過利用空氣層的絕緣效應(yīng)和不受總劑量輻照影響的特點(diǎn)，在溝槽和襯底之間引入一有效的絕緣層，較大程度的抑制總劑量輻照在溝槽填充材料內(nèi)產(chǎn)生的固定正電荷對襯底載流子的鏡像反型作用，使寄生晶體管溝道的反型載流子數(shù)量大幅度減少，達(dá)到降低寄生晶體管泄漏電流，減少關(guān)態(tài)泄漏電流的作用。
具體來說，為了達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種抗NMOS器件總劑量輻照的集成電路，所述集成電路包括NMOS器件，也可包括PMOS器件，所述器件之間通過襯底上的溝槽隔離，其特征在于，在和所述NMOS器件相鄰的溝槽中，溝槽填充材料和其一側(cè)的襯底材料之間存在一空氣界面層，溝槽填充材料和其另一側(cè)的襯底材料之間也可存在一空氣界面層。也就是說，在每個NMOS器件兩側(cè)的兩個溝槽中，在每個溝槽的一側(cè)或兩側(cè)設(shè)置該空氣界面層，和該NMOS器件和NMOS器件還是PMOS器件相鄰無關(guān)，如圖lb所示。
所述空氣界面層可通過刻蝕所述溝槽填充材料和所述襯底材料之間的接觸部分形成。
所述空氣界面層的厚度優(yōu)選在10到20納米的范圍內(nèi)。所述溝槽填充材料可以是常規(guī)使用的二氧化硅，所述襯底材料可以是常
規(guī)使用的硅。
圖la,b分別顯示了常規(guī)淺槽隔離技術(shù)和本發(fā)明集成電路一具體實(shí)例在溝槽結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。圖2顯示了常規(guī)淺槽隔離工藝結(jié)構(gòu)和本發(fā)明新型抗總劑量輻照工藝結(jié)構(gòu)經(jīng)過總劑量輻照后在硅襯底中產(chǎn)生反型載流子濃度的對比，可以看到在常規(guī)的淺槽隔離器件結(jié)構(gòu)中，總劑量輻照在溝槽填充材料內(nèi)產(chǎn)生的
4大量固定正電荷會在臨近的硅襯底中感生鏡像出大量的反型載流子，即大量
的電子，這些電子在源漏加有偏壓的情況下能夠?qū)ǎ瑢?dǎo)致在NMOS晶體管 在關(guān)態(tài)的時候就存在較大的泄漏電流。本發(fā)明的新型抗總劑量輻照工藝結(jié)構(gòu) 主要利用空氣層的絕緣效應(yīng)和不受總劑量輻照影響的特點(diǎn)，在溝槽與硅襯底 之間引入一個有效的絕緣層，較大程度的抑制了輻照在STI區(qū)氧化層內(nèi)產(chǎn)生 的固定正電荷對硅襯底載流子的鏡像反型作用，使寄生晶體管溝道的反型載 流子數(shù)量大幅度減少，達(dá)到降低寄生晶體管泄漏電流，減少關(guān)態(tài)泄漏電流的 作用，使集成電路的抗輻照性能得到較大幅度的提升。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提出的能大幅度降低集成電路NMOS器件總 劑量輻照后關(guān)態(tài)泄漏電流的新型隔離技術(shù)，可以大大增強(qiáng)集成電路的抗總劑 量輻照性能，對于減少總劑量輻照下集成電路的功耗和增強(qiáng)集成電路的可靠 性具有重大意義，在集成電路抗總劑量輻照加固技術(shù)應(yīng)用中，有著明顯的優(yōu) 勢和廣泛的應(yīng)用前景。


圖1顯示常規(guī)淺槽隔離技術(shù)和本發(fā)明一具體實(shí)例在溝槽結(jié)構(gòu)上的區(qū)別， 圖la表示常規(guī)技術(shù)，圖lb表示本發(fā)明技術(shù)；
圖2顯示常規(guī)淺槽隔離工藝結(jié)構(gòu)和本發(fā)明新型抗總劑量輻照工藝結(jié)構(gòu)經(jīng) 過總劑量輻照后在襯底中產(chǎn)生反型載流子濃度的對比；
圖3-7顯示實(shí)施例制備集成電路的各個步驟。
具體實(shí)施例方式
下面通過一個具體的制備實(shí)施例結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。 本實(shí)施例制備根據(jù)本發(fā)明的基于High-K材料的抗NMOS器件總劑量輻照 的集成電路，主要包括如下步驟
1)二氧化硅和氮化硅的形成。如圖3所示，在硅襯底1上熱氧化生長
5一層厚度大約為100埃米至200埃米的二氧化硅作為氮化硅與硅襯底之間的 應(yīng)力緩沖層2，然后再用低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)方法淀積一層1000埃 米至1500埃米氮化硅，作為阻擋層3。
2) 第一次溝壑光刻和刻蝕。如圖4所示，在用第一個光刻版光刻定義 出所示圖形后，用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)方法在MOS器件之間刻蝕梯形溝槽 4，刻蝕氣體可以是Cl2， HBr，和02等，槽寬約為100至250納米，槽深約 為300納米至500納米，梯形槽的正梯形邊的傾斜角度約為75° 89°。
3) 淀積溝槽填充材料5。如圖5所示，用高密度等離子體CVD (HDPCVD)方法淀積二氧化硅材料至步驟2所刻蝕的溝槽4中?？涛g與淀
積的比例即所謂的Etch/Depo比例，通常保持在0.14-0.33之間。
4) 去除應(yīng)力緩沖層。如圖6所示，用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，濃磷酸 煮，漂洗等方法去除應(yīng)力緩沖層材料。
5) 第二次溝壑光刻和刻蝕。如圖7所示，在用第二個光刻版定義出所 示圖形后，用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)方法刻蝕梯形溝槽，刻蝕氣體可以是Cl2， HBr，和02等。在步驟4所形成的溝槽的兩側(cè)刻蝕較小的梯形溝槽8，溝槽8 的槽深約為300納米至500納米，槽寬約為10至20納米，梯形槽的正梯形 邊的傾斜角度約為80。 90°，得到最終的隔離結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種抗NMOS器件總劑量輻照的集成電路，所述集成電路包括NMOS器件，也可包括PMOS器件，所述器件之間通過襯底上的溝槽隔離，其特征在于，在和所述NMOS器件相鄰的溝槽中，溝槽填充材料和其一側(cè)的襯底材料之間存在一空氣界面層。
2. 如權(quán)利要求1所述的集成電路，其特征在于，所述溝槽填充材料和其 另一側(cè)的襯底材料之間也存在一空氣界面層。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的集成電路，其特征在于，所述空氣界面層通 過刻蝕所述溝槽填充材料和所述襯底材料之間的接觸部分形成。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的集成電路，其特征在于，所述空氣界面層的 厚度在10到20納米的范圍內(nèi)。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的集成電路，其特征在于，所述溝槽填充材料 是二氧化硅。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的集成電路，其特征在于，所述襯底材料是硅。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抗NMOS器件總劑量輻照的新型集成電路，屬于電子技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明抗NMOS器件總劑量輻照的集成電路包括NMOS器件，也可包括PMOS器件，所述器件之間通過襯底上的溝槽隔離，其特征在于，在和所述NMOS器件相鄰的溝槽中，溝槽填充材料和其一側(cè)的襯底材料之間存在一空氣界面層，所述溝槽填充材料和其另一側(cè)的襯底材料之間也存在一空氣界面層。所述空氣界面層通過刻蝕所述溝槽填充材料和所述襯底材料之間的接觸部分形成。本發(fā)明可用于航天、軍事、核電和高能物理等與總劑量輻照相關(guān)的行業(yè)。
文檔編號H01L27/085GK101667578SQ20091009341
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者文 劉, 如 黃 申請人:北京大學(xué)