[實(shí)用新型]一種高壓端口結(jié)構(gòu)及半導(dǎo)體器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201020119385.0
• 申請(qǐng)日: 2010-02-11
• 公開（公告）號(hào): CN201708154U
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡鐳;裴國旭;李曉輝;李律;王芳芳;邱嘉敏;徐建強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳市國微電子股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L27/088
• 分類號(hào): H01L27/088;H01L29/423
• 代理公司: 深圳中一專利商標(biāo)事務(wù)所 44237
• 代理人: 賈振勇

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高壓端口結(jié)構(gòu)及半導(dǎo)體器件。

背景技術(shù)

隨著航天技術(shù)的發(fā)展，對(duì)用于星載計(jì)算機(jī)及控制系統(tǒng)的半導(dǎo)體器件可靠性要求越來越高。在輻照環(huán)境下，多種宇宙射線和重離子具有較強(qiáng)的輻射能力，會(huì)對(duì)由半導(dǎo)體器件組成的電子控制系統(tǒng)造成損害，常規(guī)的半導(dǎo)體器件均難以適應(yīng)這種惡劣的工作環(huán)境，以致航天器在運(yùn)行過程中，半導(dǎo)體器件受宇宙射線干擾、損害使其失效。

以用于存儲(chǔ)星載計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本指令的存儲(chǔ)器件為例，其抗輻照能力就尤為重要，該器件一旦被損害，將直接導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失效。在眾多存儲(chǔ)器件中，基于反熔絲技術(shù)設(shè)計(jì)的大容量可編程存儲(chǔ)器具有芯片面積小、保密性強(qiáng)、可靠性高的特點(diǎn)，非常適合航天領(lǐng)域的應(yīng)用，該存儲(chǔ)器件在對(duì)存儲(chǔ)單元編程時(shí)需要從外部加入高壓信號(hào)，這在芯片設(shè)計(jì)上就需要能夠抗高壓的端口，而用在抗輻照領(lǐng)域的可編程存儲(chǔ)器對(duì)于高壓端口的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。不僅要滿足ESD(靜電釋放)保護(hù)及編程時(shí)耐壓的要求，而且要保證在輻照環(huán)境下確保芯片能夠正常工作具有抗輻照的能力，無法滿足航天工程需求。

圖1示出了目前存儲(chǔ)器件及其他半導(dǎo)體器件的高壓端口的結(jié)構(gòu)，該高壓端口結(jié)構(gòu)包括P型襯底10，P型襯底上有兩種阱區(qū)，一種為P阱21，一種為N阱11。N阱區(qū)11內(nèi)有一個(gè)N+注入?yún)^(qū)12，N阱11和N+注入?yún)^(qū)12構(gòu)成一個(gè)最外部的環(huán)型結(jié)構(gòu)，即N+注入環(huán)。P阱21被N阱環(huán)11所包圍，P阱21內(nèi)部的最外圍有一個(gè)環(huán)型P+注入?yún)^(qū)14，即P+注入環(huán)。環(huán)型P+注入?yún)^(qū)14和N阱環(huán)11之間用淺溝槽隔離(Shallow?Trench?Isolation，STI)13進(jìn)行隔離。N+注入環(huán)和P+注入環(huán)構(gòu)成雙環(huán)結(jié)構(gòu)。在環(huán)型P+注入?yún)^(qū)14內(nèi)有兩個(gè)NMOS晶體管組成的串聯(lián)電路。第一NMOS晶體管的柵極18接工作電源，漏極20接高壓端口信號(hào)，源極19與第二NMOS晶體管的漏極19相連。第二NOMS晶體管的柵極17接地，漏極19與第一NMOS晶體管源極19相連，源極15接地。該結(jié)構(gòu)在抗輻照性能上有明顯的缺陷。

目前主流的加工技術(shù)采用自對(duì)準(zhǔn)工藝制作晶體管，這種設(shè)計(jì)使多晶硅柵(即圖1中的柵極17、18)在柵氧區(qū)(形成柵極的區(qū)域)和場(chǎng)氧區(qū)(柵氧區(qū)以外的區(qū)域)的過渡區(qū)產(chǎn)生了一個(gè)寄生晶體管，該寄生晶體管對(duì)總劑量的電離輻射極為敏感。當(dāng)晶體管受到電離輻射時(shí)，在氧化層中會(huì)產(chǎn)生大量的空穴陷阱，能夠俘獲相當(dāng)多的空穴，這將嚴(yán)重影響到晶體管的I-V(電流-電壓)特性。隨著輻射量的增加，寄生晶體管漏電流迅速上升，當(dāng)漏電流增加到接近本征管的開態(tài)電流時(shí)，NMOS晶體管永久開啟，導(dǎo)致電路功能失效。

綜上，目前存儲(chǔ)器件及其他半導(dǎo)體器件的高壓端口的設(shè)計(jì)主要針對(duì)耐高壓以及ESD防護(hù)，對(duì)抗輻照能力的研究為空白。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種高壓端口結(jié)構(gòu)及半導(dǎo)體器件，旨在解決目前的半導(dǎo)體器件的高壓端口抗輻射能力差的問題。

本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種高壓端口結(jié)構(gòu)，在一襯底上形成有P阱和N阱，所述P阱內(nèi)部的外圍有一P+注入?yún)^(qū)，所述P+注入?yún)^(qū)內(nèi)有兩個(gè)串聯(lián)的NMOS管，至少其中一個(gè)NMOS管為環(huán)形柵結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述P+注入?yún)^(qū)為環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述N阱內(nèi)有一N+注入?yún)^(qū)，所述N阱和所述N+注入?yún)^(qū)在所述P阱外部形成一環(huán)形結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述P+注入?yún)^(qū)與由所述N阱和所述N+注入?yún)^(qū)形成的環(huán)形結(jié)構(gòu)之間用STI淺溝槽隔離。

本實(shí)用新型實(shí)施例還提供了一種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件的高壓端口具有如上所述的高壓端口結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型實(shí)施例還提供了一種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括多個(gè)并聯(lián)的高壓端口結(jié)構(gòu)，所述高壓端口結(jié)構(gòu)為如上所述的高壓端口結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型中，通過在高壓端口結(jié)構(gòu)中部分或全部采用環(huán)形柵結(jié)構(gòu)，在源/漏之間完全消除了場(chǎng)氧到柵氧的過渡區(qū)，從而解決寄生晶體管漏電效應(yīng)，使器件抗總劑量能力增強(qiáng)。具體實(shí)施時(shí)，根據(jù)實(shí)際需求還可以采用多個(gè)上述高壓端口結(jié)構(gòu)并聯(lián)的方式來增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)提供的存儲(chǔ)器件及其他半導(dǎo)體器件的高壓端口的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的高壓端口結(jié)構(gòu)的俯視圖；

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的高壓端口結(jié)構(gòu)的剖面圖；

圖4是圖2、圖3中的第一NMOS和第二NMOS的等效圖；

圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的將高壓端口應(yīng)用于存儲(chǔ)器件的示意圖。

具體實(shí)施方式