专利名称：提高mosfet抗单粒子辐照的方法及一种mosfet器件的制作方法
技术领域：
本发明是关于场效应晶体管(MOSFET~~Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor,简 称MOSFET)技术领域中的MOSFET器件，具体涉及一种提高MOSFET抗单粒子辐照的 方法及一种MOSFET器件。
背景技术：
在标准的MOSFET工艺中，随着器件特征尺寸的减小，浅槽隔离结构(STI)逐渐取 代了局部氧化隔离结构(LOCOS)成为主流的隔离结构。根据国际半导体技术发展蓝图 (ITRS)的要求，STI沟槽侧壁与器件有源区上表面的锐夹角应该越陡直越好。因此，根 据2006年更新的ITRS,对于2008年的MOSFET工艺，要求STI沟槽侧壁与器件有源区 上表面的锐夹角的值大于87.6度。高能单粒子与半导体材料相互作用，会在其中产生位移损伤，引入缺陷和陷阱，形成 物理损伤区。当CMOS器件进入超深亚微米时代，STI隔离区成为单粒子辐照的敏感区域。 在超深亚微米器件中，单个高能粒子入射在STI区中所产生的物理损伤区的尺寸己经可以 与器件的物理尺寸相比拟，从而使得器件的关态漏电流增加和阈值电压发生漂移，严重影 响器件的性能。寄生沟道反型的程度和STI物理损伤区中俘获的电荷量有关，因此减小STI氧化物的 厚度可以减少损伤区中被俘获的电荷量，从而可以抑制单粒子辐照引起的器件微剂量效 应。但这种方法不是可行的抗辐照方法，因为这将严重减弱STI的隔离能力，使得集成电 路中器件之间的漏电流增大。比较理想的抗辐照方法，应当在不影响隔离能力的同时优化 器件结构，并且应与传统CMOS工艺兼容，从而可以降低制造成本。发明内容本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种提高MOSFET抗单粒子辐照的方法及一 种MOSFET器件。本发明的技术方案是一种提高MOSFET抗单粒子辐照的方法，其特征在于，将STI区沟槽侧壁与器件有源 区上表面的锐夹角定义为器件抗单粒子辐照所引起微剂量效应的角度，该角度的值为78度至86度之间。一种MOSFET器件，包括衬底、有源区、控制栅、栅氧化层以及器件的STI隔离区， 所述STI隔离区为一填充绝缘介质材料的沟槽，其特征在于，所述STI隔离区沟槽的侧壁 与器件有源区上表面的锐夹角的值为78度至86度之间。所述STI隔离区的绝缘介质材料为，氮化硅、二氧化硅或者SiOxNy、 A1203、 Hf02 等高K材料。所述STI隔离区沟槽的深度为150nm—350nm。所述STI隔离区沟槽的宽度为200nm—lpm。所述STI隔离区沟槽的侧壁与器件有源区上表面锐夹角的优选值为83度一85度。 与现有技术相比，本发明的有益效果是-采用本发明所述的MOSFET器件结构，可以很好的抑制单粒子辐照所引起的微剂量效 应，使得由单粒子辐照导致的器件的关态漏电流比传统结构降低一个数量级。并且本发明 所述结构实现工艺简单，和传统CMOS工艺完全兼容，可以在提高器件抗单粒子辐照效应 能力的同时大大降低制造成本。
图1为传统的M0SFET器件结构剖面示意图；其中101—栅，102—器件的隔离区， 103—栅氧化层，104—P型硅衬底，105—源(漏)，106—漏(源)，107—传统MOSFET 结构中STI区沟槽侧壁与器件有源区上表面的夹角。图2至图4为本发明所要实现器件结构的示意图。其中，图2为器件最终结构的俯视图；图3为图2沿X-X线所取的剖面图；其中108—优化的STI区沟槽侧壁与器件有源区 上表面的夹角；图4为图2沿Y-Y线所取的剖面图；图5至图8是本发明实施例中所制备的器件在各个步骤形成的结构示意图，分别与实 施例的步骤1) 一4)对应；其中，IOI —栅，102—器件的隔离区，103 —栅氧化层，104 一P型硅衬底，105—源(漏)，106—漏(源)，108—优化的STI区沟槽侧壁与器件有源 区上表面的夹角，109—mask硬掩膜层，IIO—隔离结构的沟槽。图9为采用本发明具体实施例所述工艺条件，由于单粒子辐照所导致的MOSFET关态 漏电流与STI沟槽侧壁和器件有源区上表面夹角的关系；图10至图12为对本发明所述器件结构的进一步说明；其中，图IO为单粒子辐照在MOSFET中引起微剂量效应的示意图；其中，lll一器件STI隔 离区中所俘获的正电荷，112 —有源区被器件STI隔离区中所俘获正电荷反型而产生的载 流子电子。图11为STI区沟槽侧壁与器件有源区上表面的夹角增大后的单粒子辐照效应示意图； 其中，U3 —夹角增大后增多的被俘获正电荷，114一夹角增大前所对应的有效寄生沟道宽 度，U5 —夹角增大后大倾角所对应的有效寄生沟道宽度，116—增大后的STI区沟槽侧壁 与器件有源区上表面的夹角。图12为由于单粒子辐照而导致的寄生电流剖面示意图；其中，117—单粒子辐照所导 致的寄生电流的电流线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细描述-图2、图3和图4是本发明晶体管的一个具体实施例的结构示意图，该器件的结构依 次包括101—栅，102—器件的隔离区，103—栅氧化层，104—P型硅衬底，105—源(漏)， 106—漏(源)，108—优化的MOSFET结构中STI区沟槽侧壁与器件有源区上表面的夹角。 该器件的沟道长度为130纳米、栅氧厚度为3纳米、隔离结构的深度为400nm，沟槽侧墙 倾角为85度。以下结合图5至图8并以NMOSFET为例简要描述制备上述晶体管的一种实现方法。 该方法以氮化硅填充STI隔离区，但不构成对本发明的限制。参照图5至图8，该方法包 括如下关键步骤1) p型硅衬底104，光刻耐辐照器件的有源区，用mask硬掩模层对有源区进行保护， 形成图5中所示的结构；2) 在步骤1所定义的有源区外刻槽，该槽侧壁与器件有源区上表面的夹角为所选定 的最优值，如图6所示；3) 在步骤2所获得的沟槽中填充绝缘介质材料，形成器件的隔离区，然后去掉硬掩 膜层并将器件表面平坦化，得到如图7所示的结构；4) 其余步骤与常规MOS工艺步骤相同，譬如热氧化形成栅氧化层、定义栅线条、源 漏区掺杂、LPCVD淀积低氧、开孔、溅射金属、金属线、合金、钝化，最后得到可以用 于测试的成品器件，如图8所示。到此为止，己经实现如图4所示的本发明所述的器件结构。 本发明中所述的STI沟槽侧壁与器件有源区上表面的夹角范围为78至86度。 本发明隔离结构中填充的绝缘介质材料氮化硅可以用二氧化或者SiOxNy、 Al203、Hf02 等高K材料替换。图9为采用本发明具体实施例所述工艺条件，由单粒子辐照所引起微剂量效应而导致 的MOSFET关态漏电流与STI沟槽侧壁和器件有源区上表面夹角的关系。从图中可以看出， 为使关态漏电流最小，确实存在一个最优的夹角，即STI隔离区沟槽的侧壁与器件有源区 上表面的锐夹角的最优值为83度至85度。如图10所示，在辐照环境中，当高能粒子入射MOSFET器件，会在STI中造成物理 损伤区。如果物理损伤区中俘获足够量的正电荷，会使得邻近的有源区被反型，从而形成 寄生电流，使得器件关态漏电流增加，阈值电压发生漂移，从而严重影响器件的性能。寄 生电流的示意图如图12中所示。如图ll所示，当STI区沟槽侧壁与器件有源区上表面的夹角增大时，有效的物理损伤 区的体积增大，其中俘获的正电荷的数量增多，但是有效的寄生沟道宽度减小。这两种因 素对寄生电流的影响是相反的，正电荷数量的增加会增大寄生漏电流，而有效寄生沟道宽 度的减小则会减小寄生漏电流，因此必然存在一个最优的夹角，在不减弱STI隔离能力的 同时使寄生漏电流的值降到最小。当上述夹角的值减小时，分析与此类同。因此，本发明所述的器件结构能够有效地提 高MOSFET器件抗单粒子辐照效应的能力。以上通过详细实施例描述了本发明所提供提高MOSFET器件抗单粒子辐照效应的方 法，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明实质的范围内，可以对本发明做一定的 变形或修改；本发明MOSFET器件的制备方法也不限于实施例中所公开的内容。
权利要求
1. 一种提高MOSFET抗单粒子辐照的方法，其特征在于，将MOSFET器件的STI区沟槽侧壁与MOSFET器件的有源区上表面的锐夹角的值设定为78度至86度之间。
2、 如权利要求1所述的提高MOSFET抗单粒子辐照的方法，其特征在于，所述STI 隔离区填充的绝缘介质材料为氮化硅或二氧化硅。
3、 如权利要求1所述的提高MOSFET抗单粒子辐照的方法，其特征在于，所述STI 隔离区填充的绝缘介质材料为SiOxNy、 A1203或Hf02等高K材料。
4、 如权利要求l、 2或3所述的提高MOSFET抗单粒子辐照的方法，其特征在于，所 述MOSFET器件的STI区沟槽侧壁与MOSFET器件的有源区上表面的锐夹角的优选角度 为83度一85度。
5、 一种MOSFET器件，包括衬底、有源区、控制栅、栅氧化层以及STI隔离区，所 述STI隔离区为一填充绝缘介质材料的沟槽，其特征在于，STI隔离区的沟槽侧壁与有源 区上表面的锐夹角的值为78度至86度之间。
6、 如权利要求5所述的MOSFET器件，其特征在于，所述STI隔离区的绝缘介质材 料为氮化硅或二氧化硅。
7、 如权利要求5所述的MOSFET器件，其特征在于，所述STI隔离区的绝缘介质材 料为SiOxNy、 A1203或Hf02等高K材料。
8、 如权利要求5所述的MOSFET器件，其特征在于，所述STI隔离区沟槽的深度为 150 nm—350nm。
9、 如权利要求5或8所述的MOSFET器件，其特征在于，所述STI隔离区沟槽的宽 度为200 nm~1拜。
10、 如权利要求9所述的MOSFET器件，其特征在于，所述STI区沟槽侧壁与有源区 上表面锐夹角的优选角度为83度一85度。
全文摘要
本发明公开了一种提高MOSFET抗单粒子辐照的方法及一种MOSFET器件，属于场效应晶体管技术领域。在本发明MOSFET器件中，STI区沟槽侧壁与器件有源区上表面的锐夹角定义为，器件抗单粒子辐照所引起微剂量效应的角度，该角度取值在78至86度之间。采用本发明所述的MOSFET器件结构，可以很好的抑制单粒子辐照所引起的微剂量效应，使得由单粒子辐照导致的器件的关态漏电流比传统结构降低一个数量级。并且本发明所述结构实现工艺简单，和传统CMOS工艺完全兼容，可以在提高器件抗单粒子辐照效应能力的同时大大降低制造成本。
文档编号H01L21/70GK101266972SQ20081010459
公开日2008年9月17日 申请日期2008年4月22日 优先权日2008年4月22日
发明者王鹏飞, 庆 鲁, 如 黄 申请人:北京大学