絕緣體上硅抗輻射特性表征結(jié)構(gòu)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種絕緣體上硅抗輻射特性表征結(jié)構(gòu)，包括襯底、絕緣埋層、頂層硅、絕緣介質(zhì)層、接觸電極一和接觸電極二，所述襯底、絕緣埋層和頂層硅從下往上依次疊置，頂層硅底面面積小于絕緣埋層頂面面積，絕緣介質(zhì)層堆積在絕緣埋層上并將頂層硅包覆，頂層硅具有P-輕摻雜區(qū)、N+源重?fù)诫s區(qū)和N+漏重?fù)诫s區(qū)，絕緣介質(zhì)層上開設(shè)有接觸孔一和接觸孔二，接觸孔一與N+源重?fù)诫s區(qū)連通，接觸孔二與N+漏重?fù)诫s區(qū)連通，接觸電極一覆蓋在接觸孔一上并填滿接觸孔一，接觸電極二覆蓋在接觸孔二上并填滿接觸孔二。此結(jié)構(gòu)能夠滿足MOS柵、源、漏的基本組成結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便測(cè)試和封裝。工藝流程縮短，操作性強(qiáng)，縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，降低了生產(chǎn)成本。
【專利說明】 絕緣體上硅抗輻射特性表征結(jié)構(gòu)及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子器件制備領(lǐng)域，尤其涉及一種絕緣體上硅抗輻射特性的表征結(jié)構(gòu)及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]絕緣體上硅即S0I，由于具有電路速度高、密度高、低功耗、耐高溫、抗閂鎖等特點(diǎn)，廣泛用于生產(chǎn)高可靠、高抗輻射的電子器件。但由于絕緣埋層的存在，使得SOI器件的抗總劑量電離輻射特性受到限制。
[0003]電離總劑量輻照引起器件性能退化主要是由于輻射在氧化層中感生的陷阱電荷造成的。對(duì)于SOI絕緣埋層，輻射感生電荷被俘獲在整個(gè)埋層，這些輻射感生的陷阱電荷主要呈正電性，能夠?qū)е戮w管的背溝道界面反型，從而引起部分耗盡和全耗盡晶體管的漏電流大幅度增加；對(duì)于全耗盡晶體管，正柵晶體管與背柵晶體管有電耦合作用，絕緣埋層中輻射感生正電荷的積累會(huì)造成正柵晶體管閾值電壓的降低。
[0004]對(duì)SOI材料埋層進(jìn)行改性，可以提高SOI器件的抗總劑量輻照特性。在通常情況下，通過基于改性SOI材料上制備的MOSFET的電離總劑量輻照性能可以反映SOI改性材料的抗電離總劑量輻射能力。但是制備標(biāo)準(zhǔn)SOI MOSFET要經(jīng)過繁瑣的工藝步驟，并且工藝周期長(zhǎng)、成本高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:為了解決評(píng)估SOI改性材料的抗總劑量輻照特性的標(biāo)準(zhǔn)SOI MOSFET制備繁瑣的問題，本發(fā)明提供一種絕緣體上硅抗輻射特性的表征結(jié)構(gòu)及其制備方法來替代標(biāo)準(zhǔn)SOI MOSFET結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種絕緣體上硅抗輻射特性表征結(jié)構(gòu)，包括襯底、絕緣埋層、頂層硅、絕緣介質(zhì)層、接觸電極一和接觸電極二，所述襯底、絕緣埋層和頂層硅從下往上依次疊置，頂層硅底面面積小于絕緣埋層頂面面積，絕緣介質(zhì)層堆積在絕緣埋層上并將頂層硅包覆，頂層硅具有P-輕摻雜區(qū)、N+源重?fù)诫s區(qū)和N+漏重?fù)诫s區(qū)，絕緣介質(zhì)層上開設(shè)有接觸孔一和接觸孔二，接觸孔一與N+源重?fù)诫s區(qū)連通，接觸孔二與N+漏重?fù)诫s區(qū)連通，接觸電極一覆蓋在接觸孔一上并填滿接觸孔一，接觸電極二覆蓋在接觸孔二上并填滿接觸孔二。
[0007]進(jìn)一步優(yōu)選的，P-輕摻雜區(qū)的P-摻雜劑量為6E13個(gè)/cm2-lE14個(gè)/cm2，N+源重?fù)诫s區(qū)和N+漏重?fù)诫s區(qū)的N+摻雜劑量為5E15個(gè)/cm2-8E15個(gè)/cm2。
[0008]絕緣體上硅抗輻射特性表征結(jié)構(gòu)的制備方法，是在絕緣體上硅上加工制備，絕緣體上硅具有從下往上依次疊置的襯底、絕緣埋層和頂層硅，所述制備方法包括如下步驟:
[0009]I)在頂層硅上采用熱氧化工藝形成S12鈍化層；
[0010]2)在S12鈍化層上對(duì)欲保留有源區(qū)進(jìn)行光刻，在有源區(qū)上形成光刻膠阻擋層20 ；
[0011]3)采用干法腐蝕，先腐蝕S12鈍化層，再腐蝕頂層硅，腐蝕停止在絕緣埋層上，未被腐蝕的頂層硅部分和S12鈍化層部分組成有源區(qū)孤島；
[0012]4)采用熱氧化工藝將露出的絕緣埋層表面和露出的頂層硅部分氧化形成一層S12阻擋層；
[0013]5)對(duì)頂層硅內(nèi)進(jìn)行P阱注入，形成P-輕摻雜區(qū)；
[0014]6)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積，形成絕緣介質(zhì)層；
[0015]7)在絕緣介質(zhì)層上進(jìn)行接觸孔光刻腐蝕，形成接觸孔一和接觸孔二 ；
[0016]8)沿接觸孔一對(duì)頂層硅內(nèi)進(jìn)行N+注入形成N+源重?fù)诫s區(qū)，沿接觸孔二對(duì)頂層硅內(nèi)進(jìn)行N+注入形成N+漏重?fù)诫s區(qū)；
[0017]9)先采用氧化回流工藝在絕緣介質(zhì)層表面、接觸孔一、接觸孔二和頂層硅露出部分形成一層摻雜硼和磷的S12層，然后再清洗除去所述S12層，最后采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積，在絕緣介質(zhì)層表面、接觸孔一和接觸孔二內(nèi)形成金屬疊層；
[0018]10)對(duì)金屬疊層50進(jìn)行光刻腐蝕，形成接觸電極一和接觸電極二。
[0019]對(duì)所述的制備方法進(jìn)一步優(yōu)化，步驟6)中先淀積一層非摻雜S12層，再淀積一層摻雜硼和磷的S12層，所述非摻雜S12層和摻雜硼和磷的S12層組成絕緣介質(zhì)層。
[0020]對(duì)所述的制備方法進(jìn)一步優(yōu)化，步驟9)中采用淀積形成的金屬疊層是由T1、TiN和AlSiCu依次淀積而成。
[0021]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明絕緣體上硅抗輻射特性表征結(jié)構(gòu)是以標(biāo)準(zhǔn)的SOIMOS結(jié)構(gòu)和工藝為基礎(chǔ)制備的一種贗MOS結(jié)構(gòu)，用于表征改性SOI埋層的抗輻射特性，其省去了多晶硅前柵和柵氧結(jié)構(gòu)，其接觸電極一和接觸電極二可分別作為SOI贗MOS器件的源端和漏端，襯底可作為SOI贗MOS器件的背柵，通過施加不同的背柵電壓控制器件的開啟和關(guān)閉；此結(jié)構(gòu)能夠滿足MOS柵、源、漏的基本組成結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便測(cè)試和封裝。該結(jié)構(gòu)可用于表征SOI材料埋層在輻射環(huán)境下的抗總劑量電離輻射特性。本發(fā)明絕緣體上硅抗輻射特性表征結(jié)構(gòu)的制備方法的工藝特征在于以標(biāo)準(zhǔn)SOI CMOS工藝為基礎(chǔ)，通過SOI材料改性、氧化、有源區(qū)光刻腐蝕、P阱注入、介質(zhì)薄膜淀積、接觸孔光刻腐蝕、N+源漏注入、金屬化等步驟形成簡(jiǎn)化背柵NMOS器件，可以大大縮短了工藝流程，操作性強(qiáng)，縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，降低了生產(chǎn)成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0023]圖1是本發(fā)明絕緣體上硅抗輻射特性表征結(jié)構(gòu)最優(yōu)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2-圖11為本發(fā)明絕緣體上硅抗輻射特性表征結(jié)構(gòu)的制備方法工藝流程圖；
[0025]其中，圖2是本發(fā)明的制備方法步驟I)示意圖；
[0026]圖3是本發(fā)明的制備方法步驟2)示意圖；
[0027]圖4是本發(fā)明的制備方法步驟3)示意圖；
[0028]圖5是本發(fā)明的制備方法步驟4)示意圖；
[0029]圖6是本發(fā)明的制備方法步驟5)示意圖；
[0030]圖7是本發(fā)明的制備方法步驟6)示意圖；
[0031]圖8是本發(fā)明的制備方法步驟7)示意圖；
[0032]圖9是本發(fā)明的制備方法步驟8)示意圖；
[0033]圖10是本發(fā)明的制備方法步驟9)示意圖；
[0034]圖11是本發(fā)明的制備方法步驟10)示意圖；
[0035]圖中1、襯底；2、絕緣埋層；3、頂層硅；4、絕緣介質(zhì)層；5、接觸電極一 ；6、接觸電極二 ；31、P-輕摻雜區(qū)；32、N+源重?fù)诫s區(qū)；33、N+漏重?fù)诫s區(qū)；41、接觸孔一 ；42、接觸孔二 ；10、S12鈍化層；20、光刻膠阻擋層；30、Si02阻擋層；40、絕緣介質(zhì)層；50、金屬疊層。

【具體實(shí)施方式】
[0036]現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0037]如圖1所示，本發(fā)明一種絕緣體上硅抗輻射特性表征結(jié)構(gòu)，包括襯底1、絕緣埋層2、頂層硅3、絕緣介質(zhì)層4、接觸電極一 5和接觸電極二 6，所述襯底1、絕緣埋層2和頂層硅3從下往上依次疊置，頂層硅3底面面積小于絕緣埋層2頂面面積，絕緣介質(zhì)層4堆積在絕緣埋層2上并將頂層硅3包覆，頂層硅3具有P-輕摻雜區(qū)31、N+源重?fù)诫s區(qū)32和N+漏重?fù)诫s區(qū)33，絕緣介質(zhì)層4上開設(shè)有接觸孔一 41和接觸孔二 42，接觸孔一 41與N+源重?fù)诫s區(qū)32連通，接觸孔二 42與N+漏重?fù)诫s區(qū)33連通，接觸電極一 5覆蓋在接觸孔一 41上并填滿接觸孔一 41，接觸電極二 6覆蓋在接觸孔二 42上并填滿接觸孔二 42。
[0038]P-輕摻雜區(qū)31的P-摻雜劑量為6E13個(gè)/cm2-lE14個(gè)/cm2，N+源重?fù)诫s區(qū)32和N+漏重?fù)诫s區(qū)33的N+摻雜劑量為5E15個(gè)/cm2_8E15個(gè)/cm2。
[0039]所述的絕緣體上硅抗輻射特性表征結(jié)構(gòu)的制備方法，在絕緣體上硅上加工制備，絕緣體上硅具有從下往上依次疊置的襯底1、絕緣埋層2和頂層硅3，絕緣埋層2厚度為375±10nm，頂層硅3厚度為205 ± 10nm，所述制備方法包括如下步驟:
[0040]I)如圖2所示，在頂層硅3上采用熱氧化工藝形成Si02鈍化層10，Si02鈍化層10厚度約為10nm-40nm ；
[0041]2)如圖3所示，在Si02鈍化層10上對(duì)欲保留有源區(qū)進(jìn)行光刻，在有源區(qū)上形成光刻膠阻擋層20 ；
[0042]3)如圖4所示，采用干法腐蝕，先腐蝕Si02鈍化層10，再腐蝕頂層硅3，腐蝕停止在絕緣埋層2上，未被腐蝕的頂層硅3部分和Si02鈍化層10部分組成有源區(qū)孤島；
[0043]4)如圖5所不,米用熱氧化工藝將露出的絕緣埋層2表面和露出的頂層娃3部分氧化形成一層S12阻擋層30，S12阻擋層30厚度在15nm左右；
[0044]5)如圖6所示，對(duì)頂層硅3內(nèi)進(jìn)行P阱注入，形成P-輕摻雜區(qū)31，P-摻雜劑量為6E13 個(gè) /cm2-lE14 個(gè) /cm2 ；
[0045]6)如圖7所示，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積，形成絕緣介質(zhì)層40，包括160nm-220nm的非摻雜S12層和500nm-600nm的摻雜硼和磷的S12層；
[0046]7)如圖8所示，在絕緣介質(zhì)層40上進(jìn)行接觸孔光刻腐蝕，形成接觸孔一 41和接觸孔二 42，接觸孔一 41和接觸孔二 42尺寸約為0.75um-l.1um ；
[0047]8)如圖9所示，沿接觸孔一 41對(duì)頂層硅3內(nèi)進(jìn)行N+注入形成N+源重?fù)诫s區(qū)32，沿接觸孔二 42對(duì)頂層硅3內(nèi)進(jìn)行N+注入形成N+漏重?fù)诫s區(qū)33，N+源重?fù)诫s區(qū)32和N+漏重?fù)诫s區(qū)33的N+摻雜劑量為5E15個(gè)/cm2-8E15個(gè)/cm2 ；
[0048]9)如圖10所示，先采用氧化回流工藝在絕緣介質(zhì)層40表面、接觸孔一 41、接觸孔二 42和頂層硅3露出部分形成一層摻雜硼和磷的S12層，然后再清洗除去所述S12層，最后采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積，在絕緣介質(zhì)層40表面、接觸孔一 41和接觸孔二 42上T1、TiN和AlSiCu依次淀積形成金屬疊層50，T1、TiN、AlSiCu，厚度分別為30nm_50nm、50nm-70nm>400nm-500nm 左右；
[0049]10)如圖11所示，對(duì)金屬疊層50進(jìn)行光刻腐蝕，形成接觸電極一 5和接觸電極二 6，接觸孔一 41和接觸孔二 42尺寸約為1.3um-l.6um，接觸電極包接觸孔的距離為0.15um-0.3um。
[0050]本發(fā)明中P-輕摻雜區(qū)31可替換為N-輕摻雜區(qū)，相應(yīng)的，N+源重?fù)诫s區(qū)32和N+漏重?fù)诫s區(qū)33可替換為P+源重?fù)诫s區(qū)和P+漏重?fù)诫s區(qū)。
[0051]本發(fā)明結(jié)構(gòu)特征在于制備的表征結(jié)構(gòu)以SOI MOS器件為基礎(chǔ)，省去了多晶硅前柵和柵氧結(jié)構(gòu)，它主要由控制背柵開啟的襯底以及頂層硅的源漏組成，在源漏之間是輕摻雜的P-阱或N-阱區(qū)域，源漏是重?fù)诫sN+或P+區(qū)，將源漏和襯底引出作為電極，形成三端簡(jiǎn)化背柵贗MOS結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便測(cè)試和封裝。該結(jié)構(gòu)通過輻照前后背柵閾值電壓的漂移來表征SOI材料埋層在輻射環(huán)境下的抗總劑量電離輻射特性。
[0052]其工藝特征在于以標(biāo)準(zhǔn)SOI CMOS工藝為基礎(chǔ)，通過SOI材料改性、氧化、有源區(qū)光刻腐蝕、P阱或N阱注入、介質(zhì)薄膜淀積、接觸孔光刻腐蝕、N+S/D源漏注入或P+S/D源漏注入、金屬化等步驟形成簡(jiǎn)化背柵NMOS或PMOS器件，工藝流程短，大大縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間和成本。對(duì)采用本工藝制備得簡(jiǎn)化背柵NMOS或PMOS器件進(jìn)行封裝和總劑量輻照試驗(yàn)，大大縮短了 SOI材料改性的研發(fā)周期，適用于工程化應(yīng)用。
[0053]以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種絕緣體上硅抗輻射特性表征結(jié)構(gòu)，其特征是:包括襯底(I)、絕緣埋層(2)、頂層硅(3)、絕緣介質(zhì)層(4)、接觸電極一(5)和接觸電極二(6)，所述襯底(I)、絕緣埋層(2)和頂層硅(3)從下往上依次疊置，頂層硅(3)底面面積小于絕緣埋層(2)頂面面積，絕緣介質(zhì)層(4)堆積在絕緣埋層(2)上并將頂層硅(3)包覆，頂層硅(3)具有P-輕摻雜區(qū)(31)、N+源重?fù)诫s區(qū)(32)和N+漏重?fù)诫s區(qū)(33)，絕緣介質(zhì)層(4)上開設(shè)有接觸孔一(41)和接觸孔二(42)，接觸孔一(41)與N+源重?fù)诫s區(qū)(32)連通，接觸孔二(42)與N+漏重?fù)诫s區(qū)(33)連通，接觸電極一(5)覆蓋在接觸孔一(41)上并填滿接觸孔一(41)，接觸電極二(6)覆蓋在接觸孔二(42)上并填滿接觸孔二(42)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣體上硅抗輻射特性表征結(jié)構(gòu)，其特征是:P-輕摻雜區(qū)(31)的P-摻雜劑量為6E13個(gè)/cm2-lE14個(gè)/cm2, N+源重?fù)诫s區(qū)(32)和N+漏重?fù)诫s區(qū)(33)的N+摻雜劑量為5E15個(gè)/cm2-8E15個(gè)/cm2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣體上硅抗輻射特性表征結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征是:在絕緣體上硅上加工制備，絕緣體上硅具有從下往上依次疊置的襯底(I)、絕緣埋層(2)和頂層硅(3)，所述制備方法包括如下步驟: 1)在頂層硅(3)上采用熱氧化工藝形成S12鈍化層(10)； 2)在S12鈍化層(10)上對(duì)欲保留的有源區(qū)進(jìn)行光刻，在有源區(qū)上形成光刻膠阻擋層(20)； 3)采用干法腐蝕，先腐蝕S12鈍化層(10)，再腐蝕頂層硅(3)，腐蝕停止在絕緣埋層(2)上，未被腐蝕的頂層硅(3)部分和S12鈍化層(10)部分組成有源區(qū)孤島； 4)采用熱氧化工藝將露出的絕緣埋層(2)表面和露出的頂層硅(3)部分氧化形成一層S12阻擋層(30)； 5)對(duì)頂層硅(3)內(nèi)進(jìn)行P阱注入，形成P-輕摻雜區(qū)(31)； 6)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積，形成絕緣介質(zhì)層(40)； 7)在絕緣介質(zhì)層(40)上進(jìn)行接觸孔光刻腐蝕，形成接觸孔一(41)和接觸孔二(42)； 8)沿接觸孔一(41)對(duì)頂層硅(3)內(nèi)進(jìn)行N+注入形成N+源重?fù)诫s區(qū)(32)，沿接觸孔二(42)對(duì)頂層硅(3)內(nèi)進(jìn)行N+注入形成N+漏重?fù)诫s區(qū)(33)； 9)先采用氧化回流工藝在絕緣介質(zhì)層(40)表面、接觸孔一(41)、接觸孔二(42)和頂層硅(3)露出部分形成一層摻雜硼和磷的S12層，然后再清洗除去所述S12層，最后采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積，在絕緣介質(zhì)層(40)表面、接觸孔一(41)和接觸孔二(42)內(nèi)形成金屬疊層(50)； 10)對(duì)金屬疊層(50)進(jìn)行光刻腐蝕，形成接觸電極一(5)和接觸電極二(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征是:步驟6)中先淀積一層非摻雜S12層，再淀積一層摻雜硼和磷的S12層，所述非摻雜S12層和摻雜硼和磷的S12層組成絕緣介質(zhì)層(40)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征是:步驟9)中采用淀積形成的金屬疊層(50)是由T1、TiN和AlSiCu依次淀積而成。
【文檔編號(hào)】H01L27/12GK104392998SQ201410523437
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】陳海波, 吳建偉, 洪根深, 顧祥 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所