一种抗单粒子加固的鳍式场效应晶体管

本发明涉及半导体器件抗辐射加固领域，具体涉及一种抗单粒子加固的鳍式场效应晶体管器件结构。

背景技术：

1、随着集成电路技术的发展，半导体器件的特征尺寸不断缩小。集成电路工艺进入纳米尺度后，传统平面体硅器件面临许多挑战，鳍式场效应晶体管(finfet)已取代传统平面mos器件成为了主流商用器件。随着航天技术和集成电路技术的进步，越来越多的电子设备应用于航天器中，finfet在航天领域也有着广阔的应用前景。

2、然而，太空环境中存在的大量辐射会给半导体器件及电路的正常运行带来严重的挑战。集成电路工艺进入纳米尺度后，单粒子效应成为导致航天器电子系统异常的重要原因之一。单粒子入射到半导体器件中将淀积能量，产生电子-空穴对，电荷被漏极收集会引发单粒子瞬态电流，进而使电路信号出现扰动，产生软错误；当淀积的能量足够大时，可能会引起单粒子闭锁，甚至进一步引起器件或电路烧毁，产生硬失效。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种抗单粒子加固的鳍式场效应晶体管器件，降低单粒子效应对器件的影响。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种鳍式场效应晶体管，包括半导体衬底，衬底材料包括但不限于硅、锗、ⅲ-ⅴ族化合物半导体，在半导体衬底上具有凸起的fin条，fin沟道的两端分别是源区和漏区，fin沟道的顶部和两侧由内向外依次覆盖栅介质和栅电极，其特征在于，所述源区和漏区采用非对称结构：源区下方无介质层，直接与衬底相连；漏区下方具有介质层，且介质层将漏区和衬底完全隔离；沟道区下方(全部或部分位置)具有介质层。

4、沟道区下方介质层起着抑制fin沟道下方泄漏电流、减少衬底电荷收集量的作用。沟道区下方介质层长度和厚度由多个因素折衷确定，包括介质层抑制短沟道效应的效果和自热效应导致的器件电学特性的退化等。介质层体积不可过小，要足以起到阻止单粒子入射后在衬底产生的电荷被漏区收集的作用。

5、本发明所述鳍式场效应晶体管可采用的衬底材料包括体硅衬底、体锗衬底、ⅲ-ⅴ族化合物半导体衬底等，不需要使用soi衬底，源区与衬底直接相连，以保证散热效果。

6、在本发明的一些实施例中，所述衬底为体硅衬底，所述介质层为sio2。通过下述方法制备所述鳍式场效应晶体管：在体硅衬底上采用光刻和干法刻蚀形成凸起的硅fin条；通过氧化使fin沟道下方和漏区下方的硅fin条底部形成sio2介质层；再淀积sio2形成浅槽隔离区；然后对源区和漏区进行掺杂；在fin沟道表面生长栅氧化层形成栅介质，再通过淀积、光刻、刻蚀工艺制备栅电极。

7、单粒子入射到半导体器件后在入射轨迹附近产生电子空穴对，漏区和衬底之间反偏pn结中较强的电场促进了衬底电荷被漏区收集。本发明提出的抗单粒子加固的鳍式场效应晶体管器件在finfet的沟道和漏区下方插入局部介质层，阻止单粒子入射后在衬底产生的电荷被漏区收集，从而减小单粒子瞬态电流。相比于传统体硅finfet器件，该结构finfet器件有更好的抗单粒子瞬态能力。另外，制备该结构不需要使用soi衬底，源区与衬底直接相连，比soi finfet具有更好的散热能力。

技术特征：

1.一种鳍式场效应晶体管，包括半导体衬底，在半导体衬底上具有凸起的fin条，fin沟道的两端分别是源区和漏区，fin沟道的顶部和两侧由内向外依次覆盖栅介质和栅电极，其特征在于，所述源区和漏区采用非对称结构：源区下方无介质层，直接与衬底相连；漏区下方由介质层将漏区和衬底完全隔离；沟道区下方由介质层将沟道区全部或部分位置与衬底隔离。

2.如权利要求1所述的鳍式场效应晶体管，其特征在于，所述衬底为体硅衬底、体锗衬底或ⅲ-ⅴ族化合物半导体衬底。

3.一种制备权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的方法，其特征在于，所述衬底为体硅衬底，所述方法包括以下步骤：在体硅衬底上采用光刻和干法刻蚀形成凸起的硅fin条；通过氧化使fin沟道下方和漏区下方的硅fin条底部形成sio2介质层；再淀积sio2形成浅槽隔离区；然后对源区和漏区进行掺杂；在fin沟道表面生长栅氧化层形成栅介质，再通过淀积、光刻、刻蚀工艺制备栅电极。

技术总结
本发明公开了一种抗单粒子加固的鳍式场效应晶体管，包括半导体衬底，在半导体衬底上具有凸起的Fin条，Fin沟道的两端分别是源区和漏区，Fin沟道的顶部和两侧由内向外依次覆盖栅介质和栅电极，其特征在于，所述源区和漏区采用非对称结构：源区下方无介质层，直接与衬底相连；漏区下方具有介质层，且介质层将漏区和衬底完全隔离；沟道区下方(全部或部分位置)具有介质层。该器件在FinFET的沟道和漏区下方插入局部介质层，阻止单粒子入射后在衬底产生的电荷被漏区收集，从而减小单粒子瞬态电流。相比于传统体硅FinFET器件，该结构FinFET器件有更好的抗单粒子瞬态能力。另外，源区与衬底直接相连，比SOIFinFET具有更好的散热能力。

技术研发人员：安霞,刘景怡,郭伟,宛良辰
受保护的技术使用者：北京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15