[發明專利]一種抗總劑量輻射PNP晶體管結構

有效

• 申請號: 201810168020.8
• 申請日: 2018-02-28
• 公開（公告）號: CN108447901B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 劉智;姜洪雨;葛梅;梁希
• 申請（專利權）人: 西安微電子技術研究所
• 主分類號: H01L29/73
• 分類號: H01L29/73;H01L29/423;H01L29/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開一種抗總劑量輻射PNP晶體管結構，包括p型襯底和設置在p型襯底內的n阱；p型襯底內設置與n阱間隔的第二p+區；n阱內分別間隔設置有第一p+區和n+注入區；第一p+區外環繞設置有環形多晶硅柵。本發明與常規CMOS工藝PNP晶體管相比較，由于采用了環形多晶硅環繞第一p+區，從而完全避免了現有技術中的厚場氧形成的p?n+結，消除了總劑量輻射效應，從而使得采用本發明的CMOS帶隙基準的抗總劑量輻照能力在50rad(Si)/s劑量率下可達300krad(Si)。

技術領域

本發明涉及抗總劑量輻射效應輻射加固領域，具體為一種抗總劑量輻射PNP晶體管結構。

背景技術

當器件持續受到電離輻射(如γ射線和X射線等)時，會產生總劑量輻射效應。在總劑量輻射條件下，二氧化硅介質中電離產生一定數量的電子-空穴對。當有電場作用時，在二氧化硅中累積形成氧化物陷阱電荷和界面態電荷，從而對器件的性能產生影響。

CMOS帶隙基準是CMOS模擬集成電路中廣泛應用的模塊。其性能依賴于正偏狀態的pn結特性。帶隙基準電路隨著CMOS技術的特征尺寸越來越小，電路對總劑量輻射的敏感性越來越大。主要原因是PNP晶體管的輻射損傷造成基準電壓漂移。在n阱CMOS工藝中，帶隙基準中應用的PNP晶體管其如圖1所示。n阱中的p+區(與PMOS晶體管的源漏相同)作為發射極E，n阱2本身作為基極B，p型襯底1作為集電極C。

參看圖1，在總劑量輻射環境中，隔離場氧層3俘獲空穴，并在靠近SiO₂/Si界面的SiO₂一側的邊界積累，感應形成一個與常規pn結特性不同的寄生pn+結，并與主二極管并聯。由于場氧層3下方輻射感應的過剩電子濃度取決于輻射累積劑量，因此，輻射環境下，總的二極管的I/V特性就會有相當大的漂移，從而造成基準輸出電壓不穩定。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種抗總劑量輻射PNP晶體管結構，結構簡單，設計合理，抗總劑量輻照能力強，能夠完全避免了厚場氧形成的p-n+結。

本發明是通過以下技術方案來實現：

.一種抗總劑量輻射PNP晶體管結構，包括p型襯底和設置在p型襯底內的n阱；

所述的p型襯底內設置與n阱間隔的第二p+區；

所述的n阱內分別間隔設置有第一p+區和n+注入區；第一p+區外環繞設置有環形多晶硅柵。

優選的，p型襯底和n阱上覆蓋有柵氧層。

進一步的，環形多晶硅柵設置在柵氧層上方且對應第一p+區呈環繞布置。

優選的，n+注入區和第二p+區均呈環形設置。

優選的，環形多晶硅柵的寬度能夠隔離第一p+區和n+注入區。

優選的，環形多晶硅柵的厚度小于1500埃米。

優選的，環形多晶硅柵基于CMOS工藝制成。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：

本發明與常規CMOS工藝PNP晶體管相比較，由于采用了環形多晶硅環繞第一p+區，從而完全避免了現有技術中的厚場氧形成的p-n+結，消除了總劑量輻射效應，從而使得采用本發明的CMOS帶隙基準的抗總劑量輻照能力在50rad(Si)/s劑量率下可達300krad(Si)。

進一步的，MOS器件中氧化物在受到電離輻射后產生氧化物電荷和界面態電荷，其電荷總量隨柵氧層厚度成冪指數下降。因此，較薄的柵氧化層在輻照中產生缺陷電荷也較少，減弱了總劑量輻照影響。

進一步的，環形多晶硅柵設置在柵氧層上方結構上類似于一個MOS型器件，其柵接地，不能開啟，但其結構消除了總劑量輻照影響。