本發(fā)明涉及集成電路及空間技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于主流半導(dǎo)體工藝條件的、能夠提高器件的抗輻照性能的SOI器件。

背景技術(shù)：

集成電路和電子元器件在輻照條件下，將會(huì)產(chǎn)生總劑量、單粒子、瞬時(shí)輻射等多種輻射效應(yīng)。如果人造地球衛(wèi)星、空間探測(cè)器和載人航天器等所采用的器件和電路，沒(méi)有經(jīng)過(guò)特殊的抗輻射加固措施，其性能很快就會(huì)退化以致失效，造成巨大的安全隱患和成本浪費(fèi)。因此，積極尋求具有高抗輻射能量的器件和電路的方法，對(duì)于空間技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義。

SOI器件由于采用了全介質(zhì)隔離，它的很多特性和體硅器件存在明顯的差異，具有更高的集成度、更低的功耗以及更優(yōu)良的短溝道特性，而且由于埋氧層的存在從根本上消除了閂鎖效應(yīng)從而使器件的可靠性大幅度提高。

如圖1所示為常規(guī)BTS SOI器件結(jié)構(gòu)剖面圖，包括了1-基底襯底層，2-絕緣氧化埋層，3-源區(qū)，4-溝道區(qū)，5-漏區(qū)，6-柵氧化層，7-多晶硅柵以及8-隔離氧化層；常規(guī)BTS SOI NMOS器件的俯視圖如圖1所示，漏端N+有源區(qū)上有三個(gè)漏端接觸孔，源端N+有源區(qū)上有一個(gè)源端接觸孔，上下各有一個(gè)P+有源區(qū)，源端N+有源區(qū)和兩個(gè)P+有源區(qū)共三個(gè)接觸孔通過(guò)金屬連接在一起引出。

在輻照條件下，2-絕緣氧化埋層中引入氧化物陷阱電荷，如圖3 所示，這些陷阱電荷會(huì)吸引硅層中的電子形成寄生導(dǎo)電溝道，使器件的泄露電流增大；同時(shí)由于耦合作用的影響，這一部分陷阱電荷會(huì)影響柵的控制能力，使器件性能退化。與此同時(shí)，SOI結(jié)構(gòu)中低導(dǎo)熱率的SiO₂層會(huì)造成溝道電流產(chǎn)生的熱量無(wú)法及時(shí)散掉，器件內(nèi)部溫度過(guò)高，載流子遷移率降低，使器件輸出電流下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明在現(xiàn)有的SOI器件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，提供了一種新的抗輻照SOI結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變絕緣埋層構(gòu)成，來(lái)降低自加熱效應(yīng)帶來(lái)的器件性能退化，同時(shí)能夠降低輻照條件下背柵積累的電荷，改善器件的抗輻照性能；通過(guò)改變?cè)绰﹨^(qū)的摻雜分布來(lái)，使輻照情況下由絕緣埋層產(chǎn)生的寄生溝道無(wú)法導(dǎo)通，減小由總劑量輻照引起的背柵泄漏電流。

按照本發(fā)明所提供的方案，采用氧離子注入的方法，實(shí)現(xiàn)SOI的埋氧化層。在進(jìn)行氧離子注入的時(shí)候，采用極低的注入劑量和注入能量，能夠形成更薄的頂層硅膜和埋氧化層。更薄頂層硅膜，使得器件的溝道能夠被耗盡區(qū)消耗完，降低了體效應(yīng)帶來(lái)的器件性能退化；同時(shí)更薄的埋氧化層，將在一定程度上減小自加熱效應(yīng)帶來(lái)的器件性能退化，而且更薄的埋氧化層在受到輻照的情況下，俘獲的電荷也將大大減少，與此同時(shí)，由于埋氧化層厚度很低，輻射條件下產(chǎn)生的電荷可以通過(guò)隧穿效應(yīng)，穿過(guò)埋氧化層釋放到襯底中，這樣降低了輻射下體區(qū)積累的電荷，提高了器件的抗輻照能力。在結(jié)構(gòu)的中部為多晶硅柵，多晶硅柵右側(cè)為MOS管的漏端，左側(cè)為MOS 管的源端，在漏端N+有源區(qū)上有三個(gè)漏端接觸孔，通過(guò)接觸孔引出漏端接觸；在源端N+有源區(qū)上有三個(gè)源端接觸孔，在源端N+有源區(qū)左側(cè)有一個(gè)P+有源區(qū)，源端N+有源區(qū)和P+有源區(qū)的接觸孔合并在一起，一起通過(guò)金屬導(dǎo)線引出。本發(fā)明中的源采用如圖6所示的摻雜分布，第一次對(duì)源區(qū)進(jìn)行離子注入摻雜，對(duì)于NMOS注入施主雜質(zhì)，對(duì)于PMOS注入受主雜質(zhì)；第二次對(duì)源區(qū)進(jìn)行與第一次摻雜類(lèi)型相反的離子注入。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

1.和傳統(tǒng)的SOI工藝兼容，不需要增加任何特殊工藝步驟。

2.本發(fā)明中提出的結(jié)構(gòu)，在不改變器件寬長(zhǎng)比的情況下，能夠減小MOS器件版圖的大小，同時(shí)由于采用了新的源漏調(diào)制摻雜結(jié)構(gòu)，能夠降低總劑量輻照后產(chǎn)生的寄生泄露電流，提高了器件的抗總劑量輻照能力。

附圖說(shuō)明

圖1為傳統(tǒng)SOI器件沿溝道方向的剖面圖和俯視結(jié)構(gòu)圖；

圖2為傳統(tǒng)SOI器件源漏區(qū)深度方向摻雜濃度分布示意圖；

圖3為傳統(tǒng)SOI器件在總劑量輻照后引起寄生泄漏溝道示意圖；

圖4為低劑量、低能量氧離子注入示意圖；

圖5為厚埋氧化層和薄埋氧化層能帶示意圖；

圖6為本發(fā)明SOI器件沿溝道方向的剖面圖和俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明SOI器件源漏區(qū)深度方向摻雜濃度分布示意圖；

各區(qū)域說(shuō)明如下：

1-硅襯底；2-埋氧化層；3-源區(qū)；4-溝道區(qū)；5-漏區(qū)；6-柵氧化層；7-多晶硅柵；8-隔離氧化層；9-總劑量輻照引起的寄生泄露溝道；10-P+有源區(qū)。

具體實(shí)施方式

如圖6所示：和圖1中所示的常規(guī)結(jié)構(gòu)的SOI器件對(duì)比，將傳統(tǒng)的SOI器件中較厚的SiO₂絕緣埋層換成了利用低劑量、低能量氧離子注入得到的超薄埋氧化層，由于降低了SiO₂層的厚度，可以有效的減少自加熱效應(yīng)。而且，采用上述方法，得到的頂層硅膜厚度更小，更容易形成全耗盡器件，受到體效應(yīng)的影響更小，在單粒子輻射的情況下，頂層硅膜積累的電荷更少，與此同時(shí)更薄的SiO₂埋層可以通過(guò)隧穿效應(yīng)將多余的載流子釋放到襯底中，進(jìn)一步降低了背柵控制的背面溝道導(dǎo)電能力。如圖4所示，采用低劑量、低能量氧離子注入，得到的SOI材料具有更薄的頂層硅膜厚度以及更薄的埋氧化層，更薄的頂層硅膜有利于硅膜的耗盡，能夠更好的實(shí)現(xiàn)FD SOI，從而減小體效應(yīng)的影響；更薄的埋氧化層能夠更好的導(dǎo)熱，抑制自加熱效應(yīng)的產(chǎn)生，與此同時(shí)如圖5所示，更薄的埋氧化層更有利于電子的隧穿，再受到輻照影響的情況下，部分電子通過(guò)隧穿效應(yīng)釋放到襯底中區(qū)，減少了電荷的積累，從而提高了器件的抗輻照能力。

與此同時(shí)，如圖1所示常規(guī)SOI器件中3-源區(qū)直接與2-埋氧化層相接觸，而圖6中所示的結(jié)構(gòu)中，SOI器件中的3-源區(qū)與2-埋氧化層之間存在一個(gè)很薄區(qū)域，該區(qū)域的摻雜與4-溝道區(qū)摻雜類(lèi)型相同。如圖6表示了SOI器件剖面中源區(qū)摻雜濃度的分布，其中Tsi是頂層硅 膜的厚度，Ta是本發(fā)明結(jié)構(gòu)中源區(qū)的深度，Nd為源區(qū)的摻雜濃度，Na為3-源區(qū)和2-埋氧化層之間的摻雜濃度。例如NMOS結(jié)構(gòu)中，先在源區(qū)注入施主雜質(zhì)(如磷、砷等)在源區(qū)形成N型重?fù)诫s，然后使用相同的掩膜版采用離子注入的方式，進(jìn)行二次深注入受主雜質(zhì)(如硼、鎵等)，使3-源區(qū)和2-埋氧化層之間形成P型摻雜。這一層薄層摻雜區(qū)域能夠隔離源漏區(qū)和寄生泄露溝道，從而減小由于輻照產(chǎn)生的泄漏電流，同時(shí)可以通過(guò)這一層薄層摻雜區(qū)域?qū)系荔w區(qū)和10-P+有源區(qū)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)體接觸。在傳統(tǒng)SOI器件中，由于輻照的影響，2-埋氧化層中的氧化物陷阱電荷會(huì)吸引溝道中的電子，在2-埋氧化層表面附近形成寄生泄露溝道，在源漏偏置電壓的作用下，會(huì)形成較大的泄露溝道電流，使SOI器件的性能發(fā)生退化。本發(fā)明不僅可以減小由輻照引起的寄生泄露電流，而且該結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)SOI工藝完全兼容，只需要增加一次注入工藝，不會(huì)對(duì)成本造成大的影響。

本發(fā)明基于傳統(tǒng)的BTS SOI CMOS結(jié)構(gòu)，對(duì)版圖設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化。圖1為傳統(tǒng)的BTS SOI MOS結(jié)構(gòu)，為了提高器件的抗輻照能力，采用了無(wú)島邊結(jié)構(gòu)，中部為poly區(qū)，poly的右側(cè)為N+漏端，poly的左側(cè)為N+源端，N+漏端上有三個(gè)接觸孔并引出導(dǎo)線，在N+源端上有一個(gè)源端接觸孔，在N+源端的上下兩側(cè)各有一個(gè)P+有源區(qū)，兩個(gè)P+有源區(qū)上各有一個(gè)接觸孔來(lái)引出導(dǎo)線。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的版圖橫向?qū)挾葹?λ，縱向高度為8.2λ，總的面積為57.4λ²。本發(fā)明的新型體接觸SOI NMOS結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示，N+漏端的高度為3λ，N+源端高度 為3λ，在源端區(qū)域中會(huì)進(jìn)行兩次摻雜，最后形成如圖6的雜質(zhì)分布；本發(fā)明中N+源端的左側(cè)新增加了一個(gè)P+有源區(qū)，通過(guò)左側(cè)的P+有源區(qū)以及源端底部的P+薄層摻雜區(qū)和溝道體區(qū)連接，實(shí)現(xiàn)體接觸，最后把N+源端和P+有源區(qū)上的接觸孔合并在一起，然后通過(guò)導(dǎo)線引出。本發(fā)明中的版圖結(jié)構(gòu)中橫向?qū)挾葹?.6λ，縱向高度為3.2λ，總的版圖面積為24.32λ²。

以上通過(guò)詳細(xì)實(shí)施步驟描述了本發(fā)明提供的基于復(fù)合絕緣埋層的新型源漏結(jié)構(gòu)的抗輻照SOI器件及其制備方法，具有較小的版圖面積、較小的自加熱效應(yīng)、較小的浮體效應(yīng)，以及輻照條件下更小的寄生泄漏電流。