MOSFET器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供的MOSFET器件，包括：具有图形化的衬底，所述衬底包括底层硅以及覆盖于所述底层硅表面的埋氧化层，且所述衬底中包括通过刻蚀埋氧化层形成的凹槽；位于所述凹槽上方、且采用二维半导体材料制成的沟道区域；所述二维半导体材料为过渡金属硫族化合物、黑磷、硅烯、锗烯或具有能带的石墨烯。本发明专利技术形成了一种无背栅结构的MOSFET器件，在受到高能射线和高能粒子照射时杜绝了衬底中氧化物陷阱电荷和界面陷阱电荷的出现，避免了寄生背沟道的产生，使得MOSFET器件同时具有抗单粒子效应的性能和抗总剂量效应的性能。

MOSFET Device and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
MOSFET器件及其制造方法
本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种MOSFET器件及其制造方法。
技术介绍
MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)器件，是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效应晶体管(field-effecttransistor)。在太空环境、核辐射环境或者其他高能环境中，常常存在很多高能量的射线或粒子。在这些高能环境下，集成电路芯片很容易因受到较强辐射而发生损坏。对构成集成电路的基础元件——MOSFET器件来说，引起芯片损坏的辐射效应一般分为两种：单粒子效应和总剂量效应。为了克服单粒子效应对MOSFET器件的影响，人们采用SOI(SiliconOnInsulator)衬底来制备集成电路通过一介质层将MOSFET器件的有源区与硅衬底隔离，以减少辐射粒子引起的诱生电荷。但是随之而来的是产生较为严重的总剂量效应，表现为入射粒子在埋氧化层(BuriedOxide，BOX)逐渐诱发并积累了较多的氧化物陷阱电荷，以及在Si/SiO2界面处诱发相应的界面陷阱电荷，这些氧化物陷阱电荷和界面陷阱电荷总体上表现为正电荷，并对MOSFET器件的沟道施加额外的电场，使得沟道中的载流子浓度和能带结构发生变化，进而导致MOSFET器件的电学性能的改变，主要表现为阈值电压的漂移和漏电流的增大。因此，如何改善高能量的粒子对MOSFET器件的辐射影响，确保MOSFET器件的品质，是目前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种MOSFET器件及其制造方法，用以解决现有技术中MOSFET器件已收到高能量粒子辐射影响的问题，以提高MOSFET器件的品质。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种MOSFET器件，包括：具有图形化的衬底，所述衬底包括底层硅以及覆盖于所述底层硅表面的埋氧化层，且所述衬底中包括通过刻蚀埋氧化层形成的凹槽；位于所述凹槽上方、且采用二维半导体材料制成的沟道区域；所述二维半导体材料为过渡金属硫族化合物、黑磷、硅烯、锗烯或具有能带的石墨烯。优选的，还包括置于所述衬底与所述沟道区域之间的二维绝缘材料层。优选的，所述二维绝缘材料层为单层氮化硼薄膜、多层氮化硼薄膜或经氟化处理的石墨烯薄膜。优选的，所述凹槽是通过对所述埋氧化层进行反应离子刻蚀形成的。为了解决上述问题，本专利技术还提供了一种MOSFET器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：提供衬底，所述衬底包括底层硅以及覆盖于所述底层硅表面的埋氧化层；图形化所述衬底，以通过刻蚀埋氧化层形成凹槽；采用二维半导体材料在所述凹槽上方形成沟道区域；所述二维半导体材料为过渡金属硫族化合物、黑磷、硅烯、锗烯或具有能带的石墨烯。优选的，图形化所述衬底，以通过刻蚀埋氧化层形成凹槽之后还包括如下步骤：在所述衬底表面覆盖二维绝缘材料层；采用二维半导体材料在所述二维绝缘材料层表面、且与所述凹槽上方对应的位置形成沟道区域。优选的，图形化所述衬底，以刻蚀埋氧化层形成凹槽的具体步骤包括：采用光刻工艺在所述衬底表面定义沟道区域；采用刻蚀工艺去除与所述沟道区域对应的全部或部分埋氧化层以形成凹槽。优选的，所述刻蚀工艺为反应离子刻蚀工艺。优选的，采用二维半导体材料在所述二维绝缘材料层表面、且与所述凹槽上方对应的位置形成沟道区域的具体步骤包括：在所述二维绝缘材料层表面覆盖二维半导体材料层；采用光刻工艺在所述二维半导体材料层表面定义有源区，采用刻蚀工艺清除所述有源区之外的二维半导体材料层，并对所述有源区进行离子掺杂，使得所述有源区中的沟道区域与所述凹槽对应；在经过离子掺杂的有源区表面制造源极、漏极和栅极。优选的，采用二维半导体材料在所述二维绝缘材料层表面、且与所述凹槽上方对应的位置形成沟道区域的具体步骤包括：采用光刻工艺在所述二维绝缘层表面定义有源区，采用刻蚀工艺清除所述有源区之外的二维绝缘材料层，并对所述有源区进行离子掺杂，使得所述有源区中的沟道区域与所述凹槽对应；在所述二维绝缘材料层表面覆盖二维半导体材料层，从而使得离子掺杂对所述二维半导体材料层表面进行修饰；在所述二维半导体材料层表面、且与经过离子掺杂的有源区对应的位置制造源极、漏极和栅极。优选的，所述二维半导体材料层采用如下步骤制造而成：提供与所述衬底尺寸相等的基底；在所述基底表面生长二维半导体薄膜；采用薄膜转移工艺将所述二维半导体薄膜转移至所述二维绝缘材料层表面，以形成所述二维半导体材料层。优选的，所述二维半导体材料层采用如下步骤制造而成：采用化学气相沉积方式或者原子层沉积方式在所述二维绝缘材料层表面沉积二维半导体材料，以形成所述二维半导体材料层。优选的，所述二维绝缘材料层为单层氮化硼薄膜、多层氮化硼薄膜或经氟化处理的石墨烯薄膜。本专利技术提供的MOSFET器件及其制造方法，去除了衬底中与器件沟道区域对应的埋氧化层，形成了一种无背栅结构的MOSFET器件，在受到高能射线和高能粒子照射时杜绝了衬底中氧化物陷阱电荷和界面陷阱电荷的出现，避免了寄生背沟道的产生，使得MOSFET器件同时具有抗单粒子效应的性能和抗总剂量效应的性能，提高了MOSFET器件的品质。附图说明附图1是本专利技术第一具体实施方式的MOSFET器件的结构示意图；附图2是本专利技术第二具体实施方式的MOSFET器件的结构示意图；附图3是本专利技术第三具体实施方式的MOSFET器件的制造方法的流程图；附图4A-4I是本专利技术第三具体实施方式的MOSFET器件的制造方法的主要工艺示意图；附图5A-5E是本专利技术第四具体实施方式的MOSFET器件的制造方法的主要工艺流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术提供的MOSFET器件及其制造方法的具体实施方式做详细说明。第一具体实施方式本具体实施方式提供了一种MOSFET器件，附图1是本专利技术第一具体实施方式的MOSFET器件的结构示意图。如图1所示，本具体实施方式提供的MOSFET器件，包括：具有图形化的衬底，所述衬底包括底层硅111以及覆盖于所述底层硅表面的埋氧化层112，且所述衬底中包括通过刻蚀埋氧化层112形成的凹槽113；位于所述凹槽113上方、且采用二维半导体材料制成的沟道区域；所述二维半导体材料为过渡金属硫族化合物、黑磷、硅烯、锗烯或具有能带的石墨烯。优选的，所述凹槽113是通过对所述埋氧化层112进行反应离子刻蚀(ReactiveIonEtching，RIE)形成的。其中，所述埋氧化层112的具体材料可以是二氧化硅，也可是其他低介电常数的绝缘材料，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。本具体实施方式通过去除与所述沟道区域对应的埋氧化层112的结构，使得所述沟道区域与所述底层硅之间不是直接接触而是具有空隙，当所述MOSFET器件受到高能射线(例如伽马射线、X射线)或高能粒子(例如质子、α粒子)照射时，杜绝了在所述MOSFET器件的衬底中氧化物陷阱电荷和界面陷阱电荷的出现，避免了寄生背沟道的产生，使得MOSFET器件同时具有抗单粒子效应的性能和抗总剂量效应的性能，提高了MOSFET器件的品质；而且相较于传统的MOSFET器件，本具体实施方式提供的MOSFET器件寄生电容更小，能够实现更高的开关频率。所述二维半导体材料可以是直接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MOSFET器件，其特征在于，包括：具有图形化的衬底，所述衬底包括底层硅以及覆盖于所述底层硅表面的埋氧化层，且所述衬底中包括通过刻蚀埋氧化层形成的凹槽；位于所述凹槽上方、且采用二维半导体材料制成的沟道区域；所述二维半导体材料为过渡金属硫族化合物、黑磷、硅烯、锗烯或具有能带的石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种MOSFET器件，其特征在于，包括：具有图形化的衬底，所述衬底包括底层硅以及覆盖于所述底层硅表面的埋氧化层，且所述衬底中包括通过刻蚀埋氧化层形成的凹槽；位于所述凹槽上方、且采用二维半导体材料制成的沟道区域；所述二维半导体材料为过渡金属硫族化合物、黑磷、硅烯、锗烯或具有能带的石墨烯。2.根据权利要求1所述的MOSFET器件，其特征在于，还包括置于所述衬底与所述沟道区域之间的二维绝缘材料层。3.根据权利要求2所述的MOSFET器件，其特征在于，所述二维绝缘材料层为单层氮化硼薄膜、多层氮化硼薄膜或经氟化处理的石墨烯薄膜。4.根据权利要求1所述的MOSFET器件，其特征在于，所述凹槽是通过对所述埋氧化层进行反应离子刻蚀形成的。5.一种MOSFET器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：提供衬底，所述衬底包括底层硅以及覆盖于所述底层硅表面的埋氧化层；图形化所述衬底，以通过刻蚀埋氧化层形成凹槽；采用二维半导体材料在所述凹槽上方形成沟道区域；所述二维半导体材料为过渡金属硫族化合物、黑磷、硅烯、锗烯或具有能带的石墨烯。6.根据权利要求5所述的MOSFET器件的制造方法，其特征在于，图形化所述衬底，以通过刻蚀埋氧化层形成凹槽之后还包括如下步骤：在所述衬底表面覆盖二维绝缘材料层；采用二维半导体材料在所述二维绝缘材料层表面、且与所述凹槽上方对应的位置形成沟道区域。7.根据权利要求5所述的MOSFET器件的制造方法，其特征在于，图形化所述衬底，以通过刻蚀埋氧化层形成凹槽的具体步骤包括：采用光刻工艺在所述衬底表面定义沟道区域；采用刻蚀工艺去除与所述沟道区域对应的全部或部分埋氧化层以形成凹槽。8.根据权利要求7所述的MOSFET器件的制造方法，其特征在于，所述刻蚀工艺为反应离子刻蚀工艺。9.根据权利要求6所述的MOSFET器...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，俞文杰，蔡剑辉，陈治西，刘晨鹤，王曦，
申请(专利权)人：上海新微技术研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31