基于22nm工艺条件的抗辐照FDSOI场效应管及其制备方法与流程

技术特征：
1.一种基于22nm工艺条件的抗辐照fdsoi场效应管，自下而上包括：衬底层(1)、埋氧层(3)、si层(4)、sio2栅氧化层(13)、栅极(18)，该栅极(18)的两侧分别为si3n4左侧墙(15)和右侧墙(16)，该si层(4)内的si3n4左侧墙(15)和右侧墙(16)的下方为两个轻掺杂源漏区(17)，靠近左侧墙(15)的埋氧层(3)上方为源区(9)，靠近右侧墙(16)的埋氧层(3)上方为漏区(10)，其特征在于：所述衬底层(1)和埋氧层(3)之间设有p阱(2)，p阱(2)中自左向右依次插有第一浅槽隔离区(5)、第二浅槽隔离区(6)和第三浅槽隔离区(7)，该第二浅槽隔离区(6)和第三浅槽隔离区(7)位于埋氧层(3)的两侧，该第一浅槽隔离区(5)与第二浅槽隔离区(6)之间设有背栅(8)；所述sio2栅氧层(13)的上方设有hfo2高k栅介质层(14)；所述源区(9)的上方设有源区抬起(11)；所述漏区(10)的上方设有漏区抬起(12)，该漏区(10)和漏区抬起(12)中均注入ge元素。2.根据权利要求1所述的场效应管，其中：所述p阱(2)中注入b离子，其浓度为1.0
×
10
16
cm
‑3‑
1.0
×
10
17
cm
‑3；所述漏区(10)和漏区抬起(12)中注入ge元素，其浓度为1.0
×
10
19
cm
‑3‑
1.0
×
10
21
cm
‑3。3.根据权利要求1所述的场效应管，其中：所述sio2埋氧层(3)，其厚度为20
‑
30nm；所述hfo2高k栅介质层(14)，其厚度为1
‑
3nm；所述源区抬起(11)和漏区抬起(12)的厚度均为5nm
‑
15nm。4.一种基于22nm工艺条件的抗辐照fdsoi场效应管的制备方法，其特征在于，包括：1)制备soi衬底：1a)选取两个硅片，利用干氧工艺先在第一硅片上形成埋氧层(3)，再对该第一硅片进行活化处理；1b)对第二硅片进行h 或者he 注入，再将活化处理后的第一硅片与注入h 或者he 的第二硅片依次进行键合处理和热处理，以形成soi衬底；2)通过湿法刻蚀工艺去除soi衬底上的硅层，再对去除硅层的soi衬底进行p型离子掺杂，形成p型衬底层(1)；3)制备背栅(8)：3a)利用干氧工艺在埋氧层(3)上生长第一sio2缓冲层，在该缓冲层上生长第一si3n4保护层，并在其上旋涂光刻胶；3b)通过曝光和刻蚀去除掉埋氧层(3)左侧部分区域以形成背栅区槽，在该背栅区槽内外延生长si材料，并对其进行重掺杂，再去除背栅区槽外的第一sio2缓冲层、第一si3n4保护层和光刻胶，形成背栅(8)；4)对埋氧层(3)下方的衬底进行p型离子重掺杂，形成p阱(2)；5)在埋氧层(3)上外延生长硅层，并对该硅层进行掺杂处理，形成si层(4)；6)制备三个浅槽隔离区：6a)利用干氧工艺在si层(4)上生长第二sio2缓冲层，在该第二sio2缓冲层上生长第二si3n4保护层，在该第二si3n4保护层上旋涂光刻胶；
6b)通过曝光和刻蚀去除掉背栅(8)和si层(4)两侧区域部分厚度的p阱(2)和埋氧层(3)，以形成三个浅槽隔离区槽，再在每个隔离区分别淀积sio2材料，制备出第一浅槽隔离区(5)、第二浅槽隔离区(6)和第三浅槽隔离区(7)，并去除这三个浅槽隔离区域外的第二sio2缓冲层、第二si3n4保护层和光刻胶；7)利用干氧工艺在si层(4)上制备sio2栅氧化层(13)，再通过射频溅射法在sio2栅氧化层(13)上生长高k介质hfo2材料，制备出hf02高k栅介质层(14)；8)制备金属栅(18)：8a)通过化学气相沉积的方法在hf02高k栅介质层(14)上依次淀积hfn、tan，形成厚度为1000a
°‑
2000a
°
的覆盖层，再利用快速热退火方法对tan/hfn/hfo2高k栅介质层结构进行高温退火；8b)利用湿法刻蚀去除tan/hfn/hfo2高k栅介质层结构中的tan覆盖层和hfn覆盖层，在已去除掉tan/hfn覆盖层的高k栅介质层(14)上制备出金属栅(18)；9)制备轻掺杂源漏区(17)：9a)利用干氧工艺在金属栅(18)两侧、si层(4)上方生长第三sio2缓冲层，再在该第三sio2缓冲层上旋涂光刻胶；9b)通过曝光在金属栅(18)两侧的光刻胶上刻蚀出轻掺杂源漏区的注入窗口，再在该轻掺杂源漏区的注入窗口进行离子注入，形成轻掺杂源漏区(17)，并去除剩余的光刻胶；10)在第三sio2缓冲层上生长第三si3n4保护层，并在该第三si3n4保护层上旋涂光刻胶，再在该光刻胶上刻蚀出注入窗口，并在该窗口对第三si3n4保护层进行反应离子刻蚀，形成si3n4左侧墙(15)和右侧墙(16)，再去除第三sio2缓冲层、第三si3n4保护层和光刻胶；11)制备源区(9)、源区抬起(11)和漏区(10)、漏区抬起(12)：11a)利用气相外延生长方法在si3n4左侧墙(15)和右侧墙(16)两侧、si层(4)上方制备出源区抬起和漏区抬起区域，再在该区域上方生长第四sio2缓冲层，并在该缓冲层上旋涂光刻胶；11b)在该光刻胶上刻蚀出源区和漏区注入窗口，并在这两个注入窗口进行
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族元素的离子注入，形成源区(9)和源区抬起(11)；再在漏区注入窗口进行ge元素的离子注入，形成漏区(10)和漏区抬起(12)，再去除第四sio2缓冲层和光刻胶，完成器件的制备。5.根据权利要求4所述的场效应管制备方法，其特征在于，所述1a)、3a)、6a)、7)和9a)中使用的干氧工艺，其温度均为1000℃
‑
1200℃。6.根据权利要求4所述的场效应管制备方法，其特征在于，所述7)中使用的射频溅射法，其溅射气体为氩气，交流电源的频率为5mhz
‑
30mhz，靶材材料为hfo2。7.根据权利要求4所述的场效应管制备方法，其特征在于，所述8a)中使用的化学气相淀积方法，其淀积温度为550℃
‑
650℃，反应室压力为520pa，反应物为钽粉和铪基金属，反应气体为纯度为99.999％的nh3。8.根据权利要求4所述的场效应管制备方法，其特征在于，所述8a)中使用的快速退火方法，其温度为900℃
‑
1100℃，退火时间为几秒
‑
几十秒。9.根据权利要求4所述的场效应管制备方法，其特征在于，所述2)中掺杂的b离子浓度为1.2
×
10
15
cm
‑3；所述3b)中重掺杂的b离子浓度为6
×
10
17
cm
‑3；
所述4)中重掺杂的b离子浓度为6
×
10
19
cm
‑3。10.根据权利要求4所述的场效应管制备方法，其特征在于:所述5)中掺杂的as离子浓度为1
×
10
16
cm
‑3；所述9b)中掺杂的as离子浓度为1
×
10
16
cm
‑3；所述11b)中掺杂的as离子浓度为6
×
10
19
cm
‑3。

技术总结
本发明公开了一种基于22nm工艺条件的抗辐照FDSOI场效应管及其制备方法，其自下而上包括：衬底层(1)、P阱(2)、埋氧层(3)、Si层(4)、SiO2栅氧化层(13)、HfO2高k栅介质层(14)和金属栅(18)；P阱中自左向右依次插有三个浅槽隔离区(5，6，7)；且前两个浅槽隔离区之间为背栅(8)；栅极的两侧为左右两个侧墙(15，16)；每个侧墙下方为轻掺杂源漏区(17)，该区两侧分别为源区(9)与源区抬起(11)和漏区(10)与漏区抬起(12)。本发明由于增设了背栅和源漏抬高区域，并在漏区注入Ge元素，减小了寄生效应，提高了器件工作可靠性和抗单粒子辐照能力，可用于航空航天电子设备。空航天电子设备。空航天电子设备。


技术研发人员：刘红侠 刘孜煦 陈树鹏 王树龙
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：2021.08.05
技术公布日：2021/11/4