一种总剂量辐射加固特性表征器件的制作方法

本发明涉及半导体器件领域，尤其是一种总剂量辐射加固特性表征器件。

背景技术：

1、越来越多的高压电路，如电源管理芯片和电源驱动器，已应用于航空航天和卫星电子系统。然而，随着工作电压的升高，高压mosfet的总剂量电离辐射损伤效应仍然是应用中需要解决的关键问题。在mosfet器件中，总剂量辐射导致sio2中正氧化物陷阱电荷的累积和氧化硅界面处界面陷阱的产生。辐射期间，氧化层工艺及后续工艺严重影响sio2中固定电荷和sio2或si界面表面态的形成，这些电荷和表面态导致阈值电压漂移、迁移率退化和泄漏电流增加。为使芯片在恶劣的辐照环境中正常工作，必须对集成电路和高压器件进行抗总剂量辐射加固工艺。因此如何快速准确地评估高压器件的总剂量辐射加固效果，以确定抗总剂量辐射的加固方案是亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种总剂量辐射加固特性表征器件，本发明的技术方案如下：

2、一种总剂量辐射加固特性表征器件，包括衬底、与所述衬底适配的场氧化层、制备于场氧化层上的栅电极以及分布于场氧化层两侧的第一有源区与第二有源区，其中，

3、所述第一有源区至少包括第一导电类型第一掺杂区；

4、所述第二有源区至少包括第一导电类型第二掺杂区；

5、所述场氧化层的侧边与第一导电类型第一掺杂区、第一导电类型第二掺杂区接触；

6、在总剂量辐照下，测量所述表征器件的开启电压，并基于所测量的开启电压评估所述表征器件的总剂量辐射加固特性。

7、其进一步技术方案为，所述表征器件还包括制备于衬底内的第二导电类型阱区；

8、所述第二导电类型阱区的掺杂浓度大于衬底的掺杂浓度，且所述第一导电类型第一掺杂区以及第一导电类型第二掺杂区均位于第二导电类型阱区内。

9、其进一步技术方案为，还包括用于防止总剂量辐照下场区边缘寄生通道开启的载流子复合单元，所述载流子复合单元制备于阱区内；

10、载流子复合单元包括第二导电类型第一载流子复合区，第二导电类型第一载流子复合区呈闭合环状且与场氧化层以及栅电极的端部交叠；

11、第一导电类型第一掺杂区与第一导电类型第二掺杂区位于第二导电类型第一载流子复合区形成的闭合区域内，且第二导电类型第一载流子复合区通过第二导电类型阱区与第一导电类型第一掺杂区、第一导电类型第二掺杂区间隔。

12、其进一步技术方案为，所述栅电极的长度方向与场氧化层相同，且栅电极的两端在长度方向上超出第二导电类型第一载流子复合区的边缘。

13、其进一步技术方案为，所述载流子复合单元还包括第二导电类型第二载流子复合区，

14、所述第二导电类型第二载流子复合区制备于场氧化层的正下方，且第二导电类型第二载流子复合区的两端均与第二导电类型第一载流子复合区接触；

15、所述第二导电类型第二载流子复合区位于第一导电类型第一掺杂区与第一导电类型第二掺杂区之间，且第二导电类型第二载流子复合区通过第二导电类型阱区与第一导电类型第一掺杂区、第一导电类型第二掺杂区间隔。

16、其进一步技术方案为，第一有源区靠近栅电极的侧边与栅电极第一侧的间距不小于0.5μm，所述栅电极的第一侧靠近第一有源区；

17、第二有源区靠近栅电极的侧边与栅电极第二侧的间距不小于0.5μm，所述栅电极的第二侧靠近第二有源区。

18、其进一步技术方案为，所述第一有源区还包括第一导电类型第三掺杂区，所述第一导电类型第三掺杂区位于第一导电类型第一掺杂区内，且第一导电类型第三掺杂区的掺杂浓度大于第一导电类型第一掺杂区的掺杂浓度；

19、所述第二有源区还包括第二导电类型第四掺杂区，所述第一导电类型第四掺杂区位于第一导电类型第二掺杂区内，且第一导电类型第四掺杂区的掺杂浓度大于第一导电类型第二掺杂区的掺杂浓度。

20、其进一步技术方案为，所述栅电极为多晶硅栅电极或金属栅电极；

21、当栅电极为金属栅电极时，所述表征器件还包括制备于场氧化层与衬底上的金属前介质层，所述金属栅电极位于金属前介质层上，且金属栅电极与场氧化层通过金属前介质层隔离。

22、其进一步技术方案为，制备所述第二导电类型第一载流子复合区以及第二导电类型第二载流子复合区时，离子的注入剂量范围为1e13cm-2至1e15cm-2。

23、其进一步技术方案为，制备所述第一导电类型第一掺杂区以及第一导电类型第二掺杂区时，离子的注入剂量范围为1e12cm-2至1e14cm-2。

24、本发明的有益技术效果是：

25、本发明提供了一种总剂量辐射加固特性表征器件，包括制备于场氧化层上的栅电极，以及分布于场氧化层两侧的第一有源区与第二有源区，将第一有源区与第二有源区中的一个作为表征器件的源极，另一个作为表征器件的漏极，通过栅电极形成表征器件的栅极。总剂量辐照下，在表征器件的漏极加载工作电压，通过测量所述表征器件的开启电压以评估所述表征器件的总剂量辐射加固特性。

26、并且，在阱区内设置有载流子复合单元，避免总剂量辐照下场区边缘的寄生通道开启，从而有效消除了场区边缘漏电对器件开启电压评估的影响。在总剂量辐照下，所述表征器件的开启电压由载流子复合单元的掺杂浓度和场氧化层厚度决定，使得该器件可以更准确地评估场区总剂量辐射的加固效果，从而确定抗总剂量辐射工艺的场区加固方案。该器件结构简单，层次均是抗总剂量辐射工艺中的现有层次，通过不同栅电极以及源漏区的设置，很好地集成到抗总剂量辐射工艺中。

技术特征：

1.一种总剂量辐射加固特性表征器件，其特征在于，包括衬底、与所述衬底适配的场氧化层、制备于场氧化层上的栅电极以及分布于场氧化层两侧的第一有源区与第二有源区，其中，

2.根据权利要求1所述的总剂量辐射加固特性表征器件，其特征在于，所述表征器件还包括制备于衬底内的第二导电类型阱区；

3.根据权利要求2所述的总剂量辐射加固特性表征器件，其特征在于，还包括用于防止总剂量辐照下场区边缘寄生通道开启的载流子复合单元，所述载流子复合单元制备于阱区内；

4.根据权利要求3所述的总剂量辐射加固特性表征器件，其特征在于，所述栅电极的长度方向与场氧化层相同，且栅电极的两端在长度方向上超出第二导电类型第一载流子复合区的边缘。

5.根据权利要求3所述的总剂量辐射加固特性表征器件，其特征在于，所述载流子复合单元还包括第二导电类型第二载流子复合区，

6.根据权利要求1所述的总剂量辐射加固特性表征器件，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的总剂量辐射加固特性表征器件，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的总剂量辐射加固特性表征器件，其特征在于，所述栅电极为多晶硅栅电极或金属栅电极；

9.根据权利要求5所述的总剂量辐射加固特性表征器件，其特征在于，制备所述第二导电类型第一载流子复合区以及第二导电类型第二载流子复合区时，离子的注入剂量范围为1e13cm-2至1e15cm-2。

10.根据权利要求1所述的总剂量辐射加固特性表征器件，其特征在于，制备所述第一导电类型第一掺杂区以及第一导电类型第二掺杂区时，离子的注入剂量范围为1e12cm-2至1e14cm-2。

技术总结
本发明公开了一种总剂量辐射加固特性表征器件，涉及半导体器件领域，包括衬底、位于所述衬底上的场氧化层、制备于场氧化层上的栅电极以及分布于场氧化层两侧的第一有源区与第二有源区，其中，所述第一有源区至少包括第一导电类型第一掺杂区，所述第二有源区至少包括第一导电类型第二掺杂区，所述场氧化层的侧边与第一导电类型第一掺杂区、第一导电类型第二掺杂区接触。在总剂量辐照下，测量所述表征器件的开启电压，并基于所测量的开启电压评估所述表征器件的总剂量辐射加固特性。该表征器件可快速准确地评估器件的总剂量辐射加固效果。

技术研发人员：李燕妃,谢儒彬,洪根深
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十八研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19