[發明專利]一種抗輻照的多叉指CMOS器件

有效

• 申請號: 200910087223.5
• 申請日: 2009-06-19
• 公開（公告）號: CN101577279A
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發明（設計）人: 王文華;黃德濤;黃如;王陽元;薛守斌
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L27/092
• 分類號: H01L27/092;H01L29/78;H01L29/06;H01L29/423
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 俞達成

技術領域

本發明涉及半導體器件，尤其涉及一種抗輻照的新型多叉指CMOS器件，屬于電子技 術領域。

背景技術

集成電路芯片具有體積小，重量輕，壽命長，可靠性高，性能好等優點。同時由于成 本低，便于大規模生產成為各種電子設備的核心，在生產生活的各個領域中得到廣泛應用。 集成電路是由基本的半導體器件構成的具有特定功能的電路模塊。應用于集成電路的器件 經歷了從雙極晶體管到場效應晶體管到互補型金屬氧化物場效應晶體管(CMOS)演變的 過程。CMOS器件因其低功耗，速度快，集成度好等優點廣泛應用于集成電路芯片中，現 在集成電路95％由CMOS器件組成。

目前傳統的CMOS器件一般包括柵極(Gate)、漏極(Drain)、源極(Source)、襯 底(Substrate)，為了避免器件之間形成導電通路，器件之間采用STI(Shallow?Trench?Insulator) 淺溝槽隔離。對于NMOS，如圖1a所示，當柵極加負壓或者不加電壓時，由于pn結之間 的勢壘，源極漏極之間沒有導電通道因而電流非常小，是關態；當柵極上加正電壓超過閾 值電壓時，p型襯底反型，形成源極漏極之間的導電溝道，源漏之間在漏端電壓作用下形 成比較大的電流，是開態。

隨著航天與軍事科技的發展，芯片被大量應用于軍事以及太空領域。在這些應用中芯 片經常處于輻射的環境下，輻照會在CMOS器件的STI區產生正電荷。這些正電荷將吸引 襯底中的電子，可以使得與STI相鄰的襯底(p型半導體)中形成電子反型層，在STI與襯底 的界面處形成寄生的導電通道，產生很大的泄漏電流，嚴重影響器件的正常關斷。

多叉指CMOS器件由于較好的對稱性以及較小的柵電阻而廣泛應用于射頻/模擬電路 領域。對于應用于輻照環境的多叉指CMOS器件，由于它存在較多的泄漏邊緣，如圖2a 所示，將產生較大的泄漏電流。另外由于它相對于類似的CMOS器件有相對窄的溝寬，STI 區間距較近，在輻照中STI區俘獲的空穴引起的電場可能在相鄰的STI區發生耦合，引起 更大的閾值電壓漂移進而影響器件性能。因此，對多叉指結構的CMOS器件進行輻照加固 就顯得尤其重要。

應用于抗輻照領域的CMOS器件，常采用環珊結構。環珊結構由于源極或漏極不與 STI區氧化層相鄰，輻照將不會產生源漏之間的泄漏電流。但是環珊結構由于其所占用版 圖面積大、柵寄生電阻大、不能制作溝寬/溝長比小的器件、每個寬長比器件都要單獨設計 等因素對電路設計帶來很大的麻煩，因而應用受到限制。

本發明中提出的新結構結合了傳統叉指結構CMOS器件與環珊結構器件的優點，既考 慮了對抗輻照能力的加固，又考慮了在電路設計中的便利，有很大的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的問題，提供一種既抗輻照又具有良好性能的 新型多叉指CMOS器件。

為了達到上述技術目的，本發明采用如下技術方案：

一種抗輻照的多叉指CMOS器件，其具有常規多叉指CMOS器件所具有的有源區、 STI區、和連接所述有源區和所述STI區的柵極(多晶硅柵極)，所述柵極呈多叉指狀， 常規的多叉指CMOS器件如圖2a所示。在此基礎上，本發明器件的特征在于，如圖2b所 示，有源區沿著有源區橫向(圖中豎直方向)的寬度W1大于所述柵極位于所述有源區范 圍內沿著有源區橫向的寬度W2，即，W1＞W2。由此，多晶硅柵極的叉指根部(圖中柵 極的橫向部分)位于有源區內，叉指的端部位于STI區內，從而，柵極僅連接有源區和一 個STI區。換言之，本發明的器件相對于常規器件將柵極“下移”，使柵極的叉指根部脫離 另一個STI區。

優選地ΔW＝W1-W2在100nm到200nm的范圍內。

本發明器件基于以下原理：