一种基于空气隙的抗辐照加固结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种基于空气隙的抗辐照加固结构及其制备方法，属于半导体器件制备及抗辐照加固领域，包括SOI衬底、空气隙结构、隔离结构、沟道区、绝缘介质层、栅极、侧墙结构和源漏电极。空气隙结构位于SOI衬底的埋氧层中；隔离结构位于SOI衬底上；沟道区位于SOI衬底上且被隔离结构隔离；绝缘介质层位于沟道区上；栅极位于绝缘介质层上；侧墙结构位于栅极和绝缘介质层的两侧；源漏电极在SOI衬底上且位于沟道区的两侧，栅极和绝缘介质层通过侧墙结构与源漏电极隔离。本发明专利技术通过引入空气隙代替器件沟道下方的埋氧层，免疫辐照造成的埋氧层空穴积累；去掉埋氧层免疫了衬底的背栅作用，隔绝寄生通道的形成，有效的降低漏电流。有效的降低漏电流。有效的降低漏电流。

【技术实现步骤摘要】
一种基于空气隙的抗辐照加固结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件制备及抗辐照加固
，特别涉及一种基于空气隙的抗辐照加固结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着航空航天事业不断发展，太空辐照环境对于器件的抗辐照性能要求也不断提高，对器件的抗单粒子和抗总剂量指标不断提出新的要求。随着工艺制备技术的发展，抗辐照器件加工方案选择变得多样，但是合理选择加工方案，达到抗辐照性能要求依然有诸多挑战，如器件兼容性。
[0003]目前抗辐照器件的制备主要基于体硅或者SOI衬底，前者对于总剂量效应有比较好的抗性，但是受单粒子效应影响比较显著；后者能够实现单粒子免疫，但是埋氧层的存在使其更易受到总剂量效应影响；通过对基于SOI衬底的器件进行埋氧层加固可以一定程度上抑制总剂量效应，但是这种方法需要对离子注入或者衬底制备工艺进行特殊设计，且有着工艺复杂或者特异性较高的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于空气隙的抗辐照加固结构及其制备方法，以实现对于单粒子效应和总剂量效应均有较高抗性的新型器件结构，同时降低器件对于衬底的制备要求。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于空气隙的抗辐照加固结构，包括SOI衬底、空气隙结构、隔离结构、沟道区、绝缘介质层、栅极、侧墙结构和源漏电极，其中；
[0006]所述空气隙结构位于所述SOI衬底的埋氧层中；所述隔离结构位于所述SOI衬底上；所述沟道区位于所述SOI衬底上且被所述隔离结构隔离；
>[0007]所述绝缘介质层位于所述沟道区上；所述栅极位于所述绝缘介质层上；
[0008]所述侧墙结构位于所述栅极和所述绝缘介质层的两侧；所述源漏电极在所述SOI衬底上且位于所述沟道区的两侧，所述栅极和所述绝缘介质层通过侧墙结构与所述源漏电极隔离。
[0009]可选的，所述SOI衬底包括顶层硅和埋氧层，所述顶层硅的厚度为2至1000纳米，所述埋氧层的厚度为5至1000纳米。
[0010]可选的，所述空气隙结构是通过刻蚀所述SOI衬底的顶层硅，之后再进行各向同性腐蚀而形成。
[0011]可选的，所述隔离结构是通过刻蚀所述SOI衬底的顶层硅，之后填充绝缘材料而形成，所述绝缘材料为SiO2、氮氧化物、Al2O3或Si3N4。
[0012]可选的，所述沟道区是通过对所述SOI衬底的顶层硅进行掺杂得到，掺杂类型为P型或者N型，掺杂元素为磷、硼、铟或砷，掺杂浓度为0
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[0013]可选的，所述绝缘介质层为SiO2、氮氧化物、TiO2、HfO2、Si3N4、ZrO2、Ta2O5、钛酸锶钡
BST、锆钛酸铅压电陶瓷PZT或Al2O3中的一种，或多种的组合，厚度为0.1～20纳米。
[0014]可选的，所述栅极为多晶硅、钽、钨、氮化钽或氮化钛，厚度为2～000纳米。
[0015]可选的，所述侧墙结构为SiO2，或者SiO2/Si3N4/SiO2三明治结构，横向厚度为5～300纳米。
[0016]可选的，所述源漏电极是通过对所述SOI衬底(1)的顶层硅自对准注入或者外延得到，所述源漏电极(8)通过包括硅化钛、硅化钴、硅化镍、硅化铷在内的硅化物进行外部互联。
[0017]本专利技术还提供了一种基于空气隙的抗辐照加固结构的制备方法，包括：
[0018]步骤1：提供SOI衬底，在SOI衬底的顶层硅上通过刻蚀开孔；
[0019]步骤2：借助所述开孔，通过各向同性腐蚀去掉部分埋氧层；
[0020]步骤3：通过绝缘介质填充将开孔填满，形成空气隙结构，再进行化学机械抛光或刻蚀去掉表面绝缘介质层，形成隔离结构；
[0021]步骤4：对SOI衬底的顶层硅进行离子注入或者扩散，形成沟道区；
[0022]步骤5：在SOI衬底的顶层硅表面通过沉积或者氧化形成绝缘介质层；
[0023]步骤6：在绝缘介质层上淀积栅极材料，并进行各向异性刻蚀，形成栅极；
[0024]步骤7：淀积侧墙材料并刻蚀，形成侧墙结构；
[0025]步骤8：在SOI衬底的顶层硅上进行源漏自对准离子注入或者外延工艺，制备源漏电极，完成结构制备。
[0026]本专利技术具有以下有益效果：
[0027](1)通过引入空气隙代替器件沟道下方的埋氧层，免疫辐照造成的埋氧层空穴积累；去掉埋氧层免疫了衬底的背栅作用，隔绝寄生通道的形成，有效的降低漏电流；
[0028](2)通过可控的各向同性腐蚀实现空气隙的制备，采用现有工艺，开发成本低；
[0029](3)结构适用于全耗尽SOI器件和部分耗尽SOI器件，有一定的应用范围。
附图说明
[0030]图1是本专利技术提供的基于空气隙的抗辐照加固结构示意图；
[0031]图2是SOI衬底的结构示意图；
[0032]图3是在SOI衬底的顶层硅上通过刻蚀开孔的示意图；
[0033]图4是通过各向同性腐蚀去掉部分埋氧层的示意图；
[0034]图5是通过绝缘介质填充将开孔填满形成空气隙结构的示意图。
具体实施方式
[0035]以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的一种基于空气隙的抗辐照加固结构及其制备方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。
[0036]本专利技术提供了一种基于空气隙的抗辐照加固结构，其结构如图1所示，包括SOI衬底1、空气隙结构2、隔离结构3、沟道区4、绝缘介质层5、栅极6、侧墙结构7和源漏电极8，其中；所述空气隙结构2位于所述SOI衬底1的埋氧层中；所述隔离结构3位于所述SOI衬底1上；
所述沟道区4位于所述SOI衬底1上且被所述隔离结构3隔离；所述绝缘介质层5位于所述沟道区4上；所述栅极6位于所述绝缘介质层5上；所述侧墙结构7位于所述栅极6和所述绝缘介质层5的两侧；所述源漏电极8在所述SOI衬底1上且位于所述沟道区4的两侧，所述栅极6和所述绝缘介质层5通过侧墙结构7与所述源漏电极8隔离。
[0037]所述SOI衬底1顶层硅厚度为2～1000纳米，埋氧层厚度为5至1000纳米。所述空气隙结构2是通过刻蚀所述SOI衬底1的顶层硅，之后再进行各向同性腐蚀而形成。所述隔离结构3是通过刻蚀所述SOI衬底1的顶层硅，之后填充绝缘材料而形成，所述绝缘材料为SiO2、氮氧化物、Al2O3或Si3N4。所述沟道区4是通过对所述SOI衬底1的顶层硅进行掺杂得到，掺杂类型为P型或者N型，掺杂元素为磷、硼、铟或砷，掺杂浓度为0
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‑3。所述绝缘介质层5为SiO2、氮氧化物、TiO2、HfO2、Si3N4、ZrO2、Ta2O5、钛酸锶钡BST、锆钛酸铅压电陶瓷PZT或Al2O3中的一种，或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空气隙的抗辐照加固结构，其特征在于，包括SOI衬底(1)、空气隙结构(2)、隔离结构(3)、沟道区(4)、绝缘介质层(5)、栅极(6)、侧墙结构(7)和源漏电极(8)，其中；所述空气隙结构(2)位于所述SOI衬底(1)的埋氧层中；所述隔离结构(3)位于所述SOI衬底(1)上；所述沟道区(4)位于所述SOI衬底(1)上且被所述隔离结构(3)隔离；所述绝缘介质层(5)位于所述沟道区(4)上；所述栅极(6)位于所述绝缘介质层(5)上；所述侧墙结构(7)位于所述栅极(6)和所述绝缘介质层(5)的两侧；所述源漏电极(8)在所述SOI衬底(1)上且位于所述沟道区(4)的两侧，所述栅极(6)和所述绝缘介质层(5)通过侧墙结构(7)与所述源漏电极(8)隔离。2.如权利要求1所述的基于空气隙的抗辐照加固结构，其特征在于，所述SOI衬底(1)包括顶层硅(11)和埋氧层(12)，所述顶层硅(11)的厚度为2至1000纳米，所述埋氧层(12)的厚度为5至1000纳米。3.如权利要求1所述的基于空气隙的抗辐照加固结构，其特征在于，所述空气隙结构(2)是通过刻蚀所述SOI衬底(1)的顶层硅，之后再进行各向同性腐蚀而形成。4.如权利要求1所述的基于空气隙的抗辐照加固结构，其特征在于，所述隔离结构(3)是通过刻蚀所述SOI衬底(1)的顶层硅，之后填充绝缘材料而形成，所述绝缘材料为SiO2、氮氧化物、Al2O3或Si3N4。5.如权利要求4所述的基于空气隙的抗辐照加固结构，其特征在于，所述沟道区(4)是通过对所述SOI衬底(1)的顶层硅进行掺杂得到，掺杂类型为P型或者N型，掺杂元素为磷、硼、铟或砷，掺杂浓度为0
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓松，顾祥，吴建伟，张庆东，纪旭明，李金航，宋帅，赵鹏程，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十八研究所，
类型：发明
国别省市：