[實用新型]經抗輻射加固的鋁柵CMOS反相器和CMOS半導體器件

有效

• 申請號: 201320882202.4
• 申請日: 2013-12-30
• 公開（公告）號: CN203760475U
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 張祿;孟欣;張偉;和斌;張燏;郭艷玲;邢岳;呂崇森
• 申請（專利權）人: 北京宇翔電子有限公司
• 主分類號: H01L27/092
• 分類號: H01L27/092;H01L29/423
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張雪梅;張曉冬

技術領域

本實用新型屬于微電子技術領域。具體涉及一種場區經抗輻射加固的鋁柵CMOS半導體器件和經抗輻射加固的鋁柵CMOS反相器。

背景技術

隨著科學技術的發展，特別是隨著核技術和空間技術的發展，越來越多的電子設備需要在各種輻射環境條件下使用。電子設備中的元器件與環境中的輻射相互作用導致元器件電參數發生變化，嚴重時導致電路失效，使電子設備不能正常工作。歷史上曾因元器件的抗輻射能力差而影響核技術發展和影響衛星壽命的情況發生。CMOS電路廣泛應用于衛星和核試驗環境中，CMOS電路對輻射尤其敏感，未經加固的、常規工藝生產的CMOS電路抗總劑量輻射能力低于1×10²GY(Si)，如超過這個劑量則會造成器件損傷，導致其不能正常工作。長壽命衛星沿其軌道運行時，受到的總劑量輻射可達5×10³GY(Si)以上，顯然，不經過抗輻射加固的CMOS電路不能滿足長壽命衛星和核輻射環境對器件的使用要求，因此必須對CMOS電路進行抗輻射加固。

對于CMOS器件來說，總劑量輻射引起的效應主要是在氧化物中產生電子-空穴對電荷及在Si-SiO₂界面產生界面態。即使是在室溫下，SiO₂中的電子也是可移動的，它能夠迅速運動并離開SiO₂層，向著正偏壓的柵電極運動；另一方面，在SiO₂層中的空穴會產生氧化電荷Q_0x,這時正氧化層電荷會引起開啟電壓漂移，開啟電壓的漂移正比于SiO₂厚度的平方，即t²ox。

現有技術中鋁柵CMOS電路是由傳統的體硅器件構成。在常規的鋁柵CMOS電路制作工藝中，隨著柵氧化層的逐步減薄，輻射源在柵氧化層中產生的電荷對器件的影響已非常小。但因為器件結構和性能參數的要求，場氧化層的厚度不能太薄，一般要求在500nm以上。輻射源在這種厚度的場氧化層中產生的電荷會引起場區反型，形成導電溝道，影響器件正常工作。

在CMOS電路中，場區主要用于在器件之間起隔離作用，場區介質層主要由例如SiO₂的介質構成，同時場區介質層上設有用于形成柵電極的鋁條，這個結構與集成電路中常規的MOS管結構非常相似，一般可以將其認為是場區 介質層作為柵氧化物的MOS管結構，這個MOS管結構通常被稱為MOS場管。

體硅鋁柵CMOS電路各器件之間都有高濃度的摻雜區隔離，因此寄生MOS管的開啟電壓比較高，一般情況下不會引起襯底反型而形成導電溝道。

在P阱CMOS電路中，NMOS晶體管的襯底為輕摻雜的P型場區，表面濃度約為1×10¹⁶/cm³。一般NMOS晶體管源區、漏區到P⁺隔離環之間的區域為場區，其中場氧化層的厚度為600nm—1μm，是柵氧化層厚度的10-20倍。由于總劑量輻射損傷與氧化層厚度的平方成正比，所以常規的1.0μm厚的場區氧化層，在總劑量500GY(Si)的輻射作用下，其開啟電壓漂移將大于50V；又由于總劑量輻射產生的電壓會造成輕摻雜的P型場區開啟電壓下降很多，造成P型襯底反型，在源區漏區之間形成導電溝道，使CMOS集成電路靜態漏電流增加。這一現象輕者造成電參數超標，嚴重時使電路喪失功能。

針對以上問題，需要一種對P阱鋁柵CMOS電路場區進行抗輻射加固的技術，需要一種場區經抗輻射加固的CMOS電路和一種具有經抗輻射加固的CMOS電路的反相器。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現有技術中存在的問題，提供一種抗總劑量輻射場區加固技術，使MOS晶體管在大劑量輻射下開啟電壓漂移量減小，解決了由總劑量輻射引起的源漏邊緣寄生漏電問題，保持了隔離特性的有效性，而且便于實施。

根據本實用新型的一個方面，提供一種經抗輻射加固的鋁柵CMOS反相器，包括

分別包含源極、漏極和柵極的PMOS晶體管和NMOS晶體管，

分別包圍所述PMOS晶體管和所述NMOS晶體管的N⁺隔離環和P⁺隔離環，

所述PMOS晶體管的柵極和所述NMOS晶體管的柵極連通形成反相器的輸入端，

所述PMOS晶體管的漏極和所述NMOS晶體管的漏極連通形成反相器的輸出端，

所述PMOS晶體管的源極形成反相器的高電位端，

所述NMOS晶體管的源極形成反相器的低電位端，