[發明專利]一種抗總劑量輻射效應的倒比例或小比例NMOS管版圖結構

有效

• 申請號: 201110344706.6
• 申請日: 2011-11-03
• 公開（公告）號: CN102412304A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 羅靜;徐睿;鄒文英;薛忠杰;周昕杰;胡永強
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十八研究所
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L29/43
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所 32104
• 代理人: 殷紅梅

技術領域

本發明涉及一種MOS管版圖結構，尤其是一種抗總劑量輻射效應的倒比例或小比例NMOS管版圖結構，屬于MOS管版圖的技術領域。

背景技術

當器件持續受到電離輻射(如X射線、γ射線等)時，會產生總劑量輻射效應。對于NMOS管而言，在柵與襯底間均有一層50～200納米的二氧化硅介質層，在輻射條件下，在二氧化硅介質中電離產生一定數量的電子-空穴對。當在柵上加正向偏置時，遷移率較大的電子大部分溢出至柵極，有一部分電子與空穴對復合，大部分空穴在正電場的作用下向SiO₂/Si界面運輸，且有一部分被界面處SiO₂一側的缺陷俘獲，形成界面態。這樣的正電荷堆積會引起器件閾值電壓的漂移，最終影響器件的性能。

其次，采用自對準工藝制作的晶體管，多晶硅柵淀積在薄氧化層上，源/漏由沒有被多晶硅覆蓋的有源區注入形成，這種工藝制造出的電路密集度高，但使多晶硅柵在場氧和薄柵氧化層過渡區產生了一個寄生晶體管，這個寄生晶體管對總劑量效應十分敏感。因為場氧和薄柵氧化層在輻射條件下，會電離電子-空穴對；由于陷阱的俘獲作用，在Si/SiO2系統的SiO2一側堆積正電荷，形成界面態，嚴重影響到晶體管的I-V特性，隨著輻射劑量的增加，邊緣寄生晶體管漏電流也迅速上升，當漏電流增加到接近本征晶體管的開態電流時，晶體管會永久開啟，導致器件失效。

最后，總劑量效應也會使場氧隔離失效。場氧是用于相鄰晶體管隔離的，但由于總劑量效應，在場氧中會電離產生電子-空穴對；由于陷阱的俘獲作用，在Si/SiO2系統的SiO2一側堆積正電荷，形成場氧下反型的漏電結構從而導致場氧失去隔離功能，最終導致電路功能失效。

隨著工藝尺寸的不斷減小，柵氧化層的厚度不斷減小，當柵氧化層厚度低于60埃時，總劑量效應對NMOS管閾值電壓的影響可以忽略。但是，邊緣寄生晶體管漏電和場氧區漏電卻沒有得到改善。

在商業應用中，由于寄生晶體管不可能導通，所以商業工藝不用考慮邊緣寄生晶體管特性，這使得商業器件做法的邊緣寄生晶體管對總劑量輻射效應極為敏感。由于商業生產線在工藝上不采取任何輻射加固措施，因此為了達到抗輻射的目的，需要對晶體管版圖進行修改。

目前國際流行的NMOS管總劑量加固辦法是采用環形柵結構實現。環形柵結構在源/漏區域之間完全消除了柵氧化層到場氧的過渡區，消除了邊緣寄生晶體管，同時采用此結構的相鄰NMOS管可以共用一個源區，消除了場氧隔離導致的漏電問題，且和商業工藝兼容。但由于環形柵的結構限制，只適合NMOS管的寬長比至少在4∶1以上的單元。而寬長比很小的NMOS管，利用環形柵版圖結構無法實現，另外由于NMOS漏端被包圍在環形柵中間，在版圖布線設計上很受限。所以環形柵的加固版圖結構在抗輻射電路中的應用是受到限制的。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種抗總劑量輻射效應的倒比例或小比例NMOS管版圖結構，其結構緊湊，占用面積小，與現有工藝兼容，布線靈活，安全可靠。

按照本發明提供的技術方案，一種抗總劑量輻射效應的倒比例NMOS管版圖結構，包括半導體基板及位于所述半導體基板上的有源區；所述半導體基板的有源區內淀積有多晶柵，所述有源區內對應淀積形成多晶柵的兩端內分別設置源端注入保護環及漏端注入保護環，在所述源端注入保護環與漏端注入保護環內通過離子注入分別形成源端及漏端；所述源端及漏端均被多晶柵包圍，且源端與漏端間通過多晶柵隔離。

所述多晶柵呈條形，多晶柵的一端設置柵極引出端，所述柵極引出端延伸有源區外，且柵極引出端對應于與多晶柵相連的另一端設置柵極接觸孔。

所述源端內設置源端接觸孔。所述漏端內設置漏端接觸孔。所述有源區內設置注入保護環，所述注入保護環覆蓋有源區及所述有源區內多晶柵的端部邊緣，且注入保護環延伸環繞出有源區的外圈；有源區內設置襯底電位接觸孔。

一種抗總劑量輻射效應的小比例NMOS管版圖結構，包括半導體基板及位于所述半導體基板上的有源區；所述半導體基板的有源區內淀積有多晶柵，所述有源區對應淀積形成的多晶柵內分別設置源端注入保護環及漏端注入保護環，在有源區的源端注入保護環與漏端注入保護環內通過離子注入分別形成源端及漏端，所述源端及漏端均被有源區內的多晶柵包圍，且源端與漏端間通過多晶柵隔離。

所述多晶柵呈方形，所述源端及漏端對稱分布于多晶柵的兩側；多晶柵上設置柵極引出端，所述柵極引出端從多晶柵上延伸出有源區外，且柵極引出端對應延伸出有源區外的端部設置柵極接觸孔。