基于65nm工藝的環(huán)柵抗輻照MOS場(chǎng)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，特別涉及一種抗總劑量輻照的65nmM0S場(chǎng)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] 自從1964年首次發(fā)現(xiàn)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管M0SFET的電離輻射效應(yīng)以 來(lái)，對(duì)于空間應(yīng)用的電子系統(tǒng)器件和電路來(lái)說(shuō)，電離輻射的總劑量效應(yīng)都是導(dǎo)致功能衰退 的最重要因素之一?？倓┝啃?yīng)是指，能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度的致電離輻射粒子照射半 導(dǎo)體時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)部部分束縛態(tài)電子吸收輻射粒子能量，被激發(fā)到導(dǎo)帶，產(chǎn)生電子空穴對(duì)的 效應(yīng)。研宄表明，總劑量效應(yīng)主要對(duì)器件的介質(zhì)及界面產(chǎn)生重要影響?？倓┝啃?yīng)對(duì)于體 硅結(jié)構(gòu)器件的影響可以歸結(jié)為以下幾個(gè)方面：閾值電壓、亞閾值擺幅以及關(guān)態(tài)泄漏電流，這 些參數(shù)的退化會(huì)嚴(yán)重影響器件性能及可靠性。
[0003]隨著集成電路技術(shù)按照摩爾定律飛速的發(fā)展，商用集成電路器件已經(jīng)進(jìn)入了 22nm等級(jí)，而航空航天等國(guó)防軍用系統(tǒng)器件和電路也在朝著更小尺寸不斷邁進(jìn)。對(duì)于商用集 成電路系統(tǒng)中來(lái)說(shuō)，采用SOI絕緣體上硅結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的體硅結(jié)構(gòu)可以有效地消除閂鎖效 應(yīng)，提高器件性能。對(duì)于航天航空應(yīng)用來(lái)說(shuō)，SOI結(jié)構(gòu)在一定程度上減小了單粒子效應(yīng)的影 響，但是由于隔離介質(zhì)層的存在，使得其抵抗總劑量效應(yīng)的能力大大下降。如圖1所示，傳 統(tǒng)常規(guī)65nmM0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括P型襯底1和位于襯底上的外延層2,外延層2的上方 四周設(shè)有隔離槽7、外延層2的上方中部設(shè)有柵極4,柵極6左右兩側(cè)邊界到隔離槽7內(nèi)邊 界之間的外延層2中分別設(shè)有源區(qū)6和漏區(qū)3,柵極4兩側(cè)邊界下方的外延層2中設(shè)有輕 摻雜源漏區(qū)5,兩個(gè)輕摻雜源漏區(qū)5之間的區(qū)域形成溝道。這種傳統(tǒng)的65nmM0S場(chǎng)效應(yīng)晶 體管，隨著尺寸的不斷減小，柵氧化層厚度減薄，總劑量效應(yīng)抗性有所提升。有研宄表明，總 劑量導(dǎo)致的閾值電壓漂移與介質(zhì)厚度呈指數(shù)關(guān)系。隨著器件尺寸縮小至65nm，其5102的 柵氧化層厚度減薄至lnm量級(jí)，且具有很高的界面質(zhì)量。介質(zhì)厚度減薄及界面質(zhì)量的提升 使得總劑量效應(yīng)得到自然的改善，但卻使淺槽隔離STI以及互連介質(zhì)對(duì)器件的影響變得重 要。淺槽隔離STI引入的寄生溝道會(huì)導(dǎo)致器件閾值電壓漂移、亞閾值擺幅退化以及關(guān)態(tài)泄 漏電流增加，甚至在總劑量累積至一定程度時(shí)溝道無(wú)法正常關(guān)斷導(dǎo)致器件失效，嚴(yán)重威脅 電路及系統(tǒng)的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有65nmM0S場(chǎng)效應(yīng)管的不足，提出一種基于65nm 工藝的環(huán)柵抗輻照MOS場(chǎng)效應(yīng)管，以提高器件在輻照環(huán)境下的可靠性。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)思路是在65nmM0S工藝基礎(chǔ)上，參照M0S器件結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，通過(guò) 使隔離-源-柵-漏從外到內(nèi)依次形成環(huán)套結(jié)構(gòu)，從而消除輻照敏感區(qū)域，實(shí)現(xiàn)抗輻照加 固。
[0006] 根據(jù)上述思路，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -.本發(fā)明的65nmMOS場(chǎng)效應(yīng)管，包括P型襯底和位于襯底上的外延層，其特征在 于：外延層中部?jī)?nèi)設(shè)有漏極有源區(qū)，漏極有源區(qū)外圍緊鄰的外延層上方設(shè)有環(huán)形柵極，柵極 內(nèi)外兩側(cè)邊界下方的外延層內(nèi)設(shè)有輕摻雜源漏區(qū)，該輕摻雜源漏區(qū)之間的區(qū)域形成溝道； 柵極外圍緊鄰的外延層內(nèi)設(shè)有環(huán)形源極有源區(qū)，源極有源區(qū)外圍緊鄰的外延層內(nèi)設(shè)有環(huán)形 隔離槽，形成依次包圍在有源區(qū)外部的柵環(huán)、源環(huán)和隔離槽環(huán)環(huán)套結(jié)構(gòu)，以消除溝道與隔離 槽界面處的寄生溝道，實(shí)現(xiàn)抗輻照加固。
[0008] 二.制作本發(fā)明的65nmM0S場(chǎng)效應(yīng)管的方法，包括如下步驟：
[0009] 1)在P型襯底上生長(zhǎng)厚度600-1200nm的外延層，再對(duì)外延層進(jìn)行深度為 100-150nm，濃度為2X1017cm_3至IX10 18cm_3的摻雜，以調(diào)節(jié)溝道濃度；
[0010] 2)在外延層上通過(guò)干氧工藝在1100-1250°C的溫度下熱氧化生長(zhǎng)5-10nm厚度的 薄Si02緩沖層，在SiO2緩沖層上生長(zhǎng)20-25nm厚度的Si3N4保護(hù)層，在Si3N4保護(hù)層上制作 一層光刻膠，通過(guò)曝光在Si3N4保護(hù)層周邊的光刻膠上制作寬度300-500nm的隔離槽窗口 并進(jìn)行刻蝕，形成隔離槽環(huán)，刻蝕完成后清洗光刻膠，再在175-185°C的熱磷酸中清洗去除 SiOgl沖層與Si3N4保護(hù)層；
[0011] 3)磷酸清洗后，使用化學(xué)汽相淀積CVD的方法生長(zhǎng)隔離氧化物Si02，以填充隔離 槽，并進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，拋光完成后再在溫度為175-185°C的熱磷酸液中清洗去除SiC^l 沖層與Si3N4保護(hù)層；
[0012] 4)磷酸清洗后，通過(guò)干氧工藝在1100-1200°C的溫度下熱氧化生長(zhǎng)6-12nm犧牲氧 化層，再使用HF溶液去除犧牲氧化層，使得Si表面更加潔凈，再在1100-1200°C的溫度下熱 氧化生長(zhǎng)厚度l_2nm的柵氧化層，厚度精確± 1A;
[0013] 5)制作多晶硅柵
[0014] 使用化學(xué)汽相淀積CVD的方法在柵氧化層上生長(zhǎng)厚度為50-80nm的多晶硅層，在 多晶硅層上通過(guò)干氧工藝在1100-1250°C的溫度下熱氧化生長(zhǎng)5-10nm厚度的薄Si02緩沖 層；
[0015] 在Si02緩沖層上生長(zhǎng)20-25nm厚度的Si3N4保護(hù)層，在Si3N4保護(hù)層上制作一層光 刻膠，通過(guò)曝光在保護(hù)層上方中間位置的光刻膠上刻蝕環(huán)狀的多晶硅柵極窗口并光刻，形 成環(huán)狀的65nm多晶娃柵；
[0016] 再在175-185°C的熱磷酸液中清洗去除SiOgl沖層與Si3N4保護(hù)層；
[0017] 6)制作輕摻雜源漏
[0018] 在1100-1250°C的溫度下對(duì)多晶硅柵與外延層進(jìn)行熱氧化，使多晶硅柵與外延層 表面生長(zhǎng)出3-5nm氧化層作為緩沖隔離層；
[0019] 在緩沖隔離層上制作一層光刻膠，通過(guò)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5X1017cm3至5X1018cm3的砷離子，形成深 度為30-50nm的輕摻雜源漏；
[0020] 再清洗掉光刻膠保留緩沖隔離層；
[0021] 7)制作源漏區(qū)
[0022] 在緩沖隔離層上生長(zhǎng)20-25nm厚度的Si3N4保護(hù)層，再在其上制作一層光刻膠，通 過(guò)曝光在緩沖層上刻蝕出注入窗口，窗口邊沿距離柵環(huán)外側(cè)120-180nm;
[0023] 在窗口內(nèi)對(duì)Si3N4層進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕形成柵極側(cè)墻，并采用濃度2X10 19cnT3至 1X102°cm3的砷離子注入對(duì)對(duì)窗口內(nèi)部進(jìn)行摻雜，使柵極內(nèi)、外側(cè)分別形成深度為40-80nm的漏區(qū)和環(huán)形源區(qū)，其中源區(qū)寬度為120-180nm;
[0024] 8)源漏區(qū)摻雜完成后，使用氫氟酸HF溶液除去表面氧化物，完成基于65nm工藝的 環(huán)柵抗輻照MOS場(chǎng)效應(yīng)管的制作。
[0025] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0026] 1.本發(fā)明中由于引入環(huán)柵結(jié)構(gòu)，消除了常規(guī)器件的溝道與隔離槽界面處的寄生溝 道，使得器件在輻照環(huán)境中泄漏電流減小，消除了寄生結(jié)構(gòu)對(duì)器件閾值電壓以及亞閾值擺 幅的影響，提高了器件工作可靠性與抗總劑量輻照的能力。
[0027] 2.本發(fā)明由于僅改變部分光刻窗口形狀，與常規(guī)65nmMOS器件相比可在不增加 工藝成本的條件下增強(qiáng)器件抗總劑量能力。
[0028] 3.仿真結(jié)果表明：
[0029] 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，關(guān)態(tài)漏電流較 普通MOS器件明顯降低；
[0030] 本發(fā)明隨劑量累積泄漏電流無(wú)明顯增長(zhǎng)，在劑量累積至IMrad時(shí)關(guān)態(tài)漏電流比普 通MOS器件小6個(gè)數(shù)量級(jí)，表現(xiàn)出