[发明专利]基于65nm工艺的超陡倒掺杂抗辐照MOS场效应管

摘要

本发明公开了一种基于65nm工艺的超陡倒掺杂抗辐照MOS场效应管，主要解决传统65nm MOS场效应管在总剂量辐照环境下，关态漏电流增大、阈值电压漂移和亚阈值摆幅退化的问题。其包括P型衬底(1)，位于衬底上的外延层(2)，外延层的上方四周设有隔离槽(3)、外延层的上方中部设有栅极(4)，该栅极两侧边界到隔离槽内边界之间的外延层中设有源区(5)和漏区(6)，栅极两侧边界下方的外延层中设有轻掺杂源漏区(7)，栅极正下方位于两个轻掺杂源漏区之间的区域形成沟道，两个轻掺杂源漏区之间的沟道下方设有重掺杂的超陡倒掺杂区(8)。本发明提高了器件抗总剂量辐照能力，可用于大规模集成电路的制备。

主权项

1.一种制备基于65nm工艺的超陡倒掺杂抗辐照MOS场效应管的方法，包括如下过程：1)掺杂外延层使用化学气相淀积的方法在500‑650℃的温度下以SiH4为反应物在P型Si衬底(100)晶向上生长厚度为600‑1000nm的外延层，再对外延层进行深度为100‑200nm、浓度为2×1017cm‑3至9×1017cm‑3的掺杂；2)在掺杂的外延层上刻蚀隔离槽窗口在外延层上通过干氧氧化工艺依次生长3‑6nm厚度的薄SiO2缓冲层和20‑25nm厚度的Si3N4保护层；再在Si3N4保护层上淀积一层光刻胶，加掩膜板后曝光刻蚀光刻胶制作宽度200‑400nm的隔离槽窗口，再在175‑185℃的热磷酸中去除隔离槽窗口内的SiO2缓冲层与Si3N4保护层；3)填充隔离槽，制作超陡倒掺杂区在清洗后的隔离槽窗口中填充淀积的氧化物SiO2，并抛光；再在1100‑1200℃的温度下通过干氧氧化工艺在隔离槽以外的外延层即有源区上生长4‑6nm厚度的薄SiO2层，计算薄SiO2层下有源区内超陡倒掺杂的峰值浓度位置H和扩散长度L，再采用倒掺杂工艺按照该峰值浓度位置H和扩散长度L在有源区内掺杂6×1017cm‑3至2×1018cm‑3的硼，并使用HF溶液去除薄SiO2层；4)淀积栅氧化层和多晶硅栅在外延层上依次淀积等效栅氧化层厚度为0.7‑0.9nm的HfO2和SiO2的叠栅氧化层和50‑80nm厚度的多晶硅层，再淀积光刻胶，加入掩膜版后通过曝光、显影光刻胶制作多晶硅栅窗口，刻蚀窗口以外的多晶硅形成多晶硅栅；5)制作轻掺杂源漏区和重掺杂源漏区在1100‑1250℃的温度下通过热氧化工艺在多晶硅栅与有源区上长出3‑5nm厚度SiO2缓冲隔离层，再在缓冲隔离层上制作一层光刻胶，通过曝光在栅极两侧的光刻胶上刻蚀出轻掺杂源漏区的注入窗口，并在该窗口内注入浓度为1×1018‑5×1018cm‑3的砷离子，以使不被栅覆盖的有源区内形成30‑40nm深度的轻掺杂源漏区，再清洗掉光刻胶；在缓冲隔离层上生长20‑25nm厚度的Si3N4保护层，再淀积光刻胶，加入掩膜版后通过曝光、显影、刻蚀光刻胶在栅极与栅极两侧的保护层上形成重掺杂源漏区注入窗口，通过反应离子刻蚀工艺去掉窗口内的Si3N4保护层，则栅极两侧剩余的Si3N4保护层形成侧墙，再清洗掉光刻胶；用侧墙作为掩膜在重掺杂源漏区注入窗口内注入1×1019‑5×1019cm‑3浓度砷离子，形成50‑60nm深度的重掺杂源漏区；6)重掺杂源漏区形成后，使用HF溶液除去多晶硅栅和外延层表面的SiO2层，完成基于65nm工艺的超陡倒掺杂抗辐照nMOS场效应管的制作；所述3)中计算薄SiO2层下有源区内的超陡倒掺杂的峰值深度H和扩散长度L，通过如下公式计算：其中εs为半导体Si的介电常数，k为玻尔兹曼常数，T为开尔文温度，e为电子电荷量，ni为本征载流子浓度，Na为衬底掺杂浓度，Cpeak为轻掺杂源漏区高斯掺杂的峰值浓度，ypeak为轻掺杂源漏区高斯掺杂峰值离衬底表面的距离，Ldiff为源漏区的扩散长度。