專利名稱：一種抗總劑量輻射效應(yīng)的大頭條形柵mos管版圖加固結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種抗總劑量輻射效應(yīng)的大頭條形柵MOS管版圖加固結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種MOS管版圖加固結(jié)構(gòu)，尤其是一種抗總劑量輻射效應(yīng)的大頭條形柵MOS管版圖加固結(jié)構(gòu)，屬于抗總劑量輻射效應(yīng)輻射加固的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
[0002]當(dāng)器件持續(xù)受到電離輻射(如X射線、Y射線等)時(shí)，會產(chǎn)生總劑量輻射效應(yīng)。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(zhì)層，在輻射條件下， 在二氧化硅介質(zhì)中電離產(chǎn)生一定數(shù)量的電子-空穴對。當(dāng)在柵上加正向偏置時(shí)，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(fù)合，大部分空穴在正電場的作用下向Si02/Si界面運(yùn)輸，且有一部分被界面處SiO2—側(cè)的缺陷俘獲，形成界面態(tài)。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。[0003]其次，采用自對準(zhǔn)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(qū)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(qū)產(chǎn)生了一個(gè)寄生晶體管，這個(gè)寄生晶體管對總劑量效應(yīng)十分敏感。因?yàn)閳鲅鹾捅叛趸瘜釉谳椛錀l件下，會電離電子-空穴對；由于陷阱的俘獲作用，在Si/ SiO2系統(tǒng)的SiA —側(cè)堆積正電荷，形成界面態(tài)，嚴(yán)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(dāng)漏電流增加到接近本征晶體管的開態(tài)電流時(shí)，晶體管會永久開啟，導(dǎo)致器件失效。[0004]最后，總劑量效應(yīng)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(yīng)，在場氧中會電離產(chǎn)生電子-空穴對；由于陷阱的俘獲作用，在Si/SiA系統(tǒng)的 SiO2 一側(cè)堆積正電荷，形成場氧下反型的漏電結(jié)構(gòu)從而導(dǎo)致場氧失去隔離功能，最終導(dǎo)致電路功能失效。[0005]隨著工藝尺寸的不斷減小，柵氧化層的厚度不斷減小，當(dāng)柵氧化層厚度低于60埃時(shí)，總劑量效應(yīng)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(qū)漏電卻沒有得到改善。[0006]在商業(yè)應(yīng)用中，由于寄生晶體管不可能導(dǎo)通，所以商業(yè)工藝不用考慮邊緣寄生晶體管特性，這使得商業(yè)器件做法的邊緣寄生晶體管對總劑量輻射效應(yīng)極為敏感。由于商業(yè)生產(chǎn)線在工藝上不采取任何輻射加固措施，因此為了達(dá)到抗輻射的目的，需要對晶體管版圖進(jìn)行修改。[0007]目前，國際流行的NMOS管總劑量加固辦法是采用環(huán)形柵結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。環(huán)形柵結(jié)構(gòu)在源/漏區(qū)域之間完全消除了柵氧化層到場氧的過渡區(qū)，消除了邊緣寄生晶體管，同時(shí)采用此結(jié)構(gòu)的相鄰NMOS管可以共用一個(gè)源區(qū)，消除了場氧隔離導(dǎo)致的漏電問題，且和商業(yè)工藝兼容。但由于環(huán)形柵的結(jié)構(gòu)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(huán)形柵版圖結(jié)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)，另外由于NMOS漏端被包圍在環(huán)形柵中間，在版圖布線設(shè)計(jì)上很受限。所以環(huán)形柵的加固版圖結(jié)構(gòu)在抗輻射電路中的應(yīng)用是受到限制的。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種抗總劑量輻射效應(yīng)的大頭條形柵MOS管版圖加固結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省面積，適用性廣，提高抗總劑量輻射效應(yīng)的效果。按照本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，所述抗總劑量輻射效應(yīng)的大頭條形柵MOS管版圖加固結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體基板；所述半導(dǎo)體基板上設(shè)置有源區(qū)，所述有源區(qū)內(nèi)設(shè)置對稱分布的場氧區(qū)，所述場氧區(qū)通過對應(yīng)的有源區(qū)隔離；所述有源區(qū)內(nèi)設(shè)有柵極端，場氧區(qū)對稱分布于柵極端兩側(cè)；所述柵極端包括中間部及對稱分布于所述中間部上的大頭端部，所述大頭端部的寬度大于中間部的端部；有源區(qū)上對應(yīng)于中間部的兩側(cè)設(shè)置源端及漏端。所述大頭端部與中間部通過梯形柵極體過渡連接。所述半導(dǎo)體基板上對應(yīng)于有源區(qū)的外圈設(shè)置第二導(dǎo)電類型注入保護(hù)區(qū)。所述有源區(qū)內(nèi)對應(yīng)于場氧區(qū)間設(shè)置第一導(dǎo)電類型注入?yún)^(qū)，通過第一導(dǎo)電類型注入?yún)^(qū)在中間部的兩側(cè)分別形成源端及漏端。所述柵極端的一端設(shè)置最小多晶硅條，所述最小多晶硅條對應(yīng)于與柵極端的大頭端部相連的另一端設(shè)置柵極接觸孔。所述柵極端對應(yīng)中間部的寬長比與常規(guī)MOS管柵極端的寬長比相一致。所述半導(dǎo)體基板的材料包括硅。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)的環(huán)形柵NMOS管加固方法相比，有源區(qū)內(nèi)的柵極端包括中間部及位于中間部端部的大頭端部，所述大頭端部的寬度大于中間部，在總劑量條件下，對能有效抑制邊緣寄生管導(dǎo)通；不但可以節(jié)省面積，同時(shí)不受NMOS管寬長比的影響，易于實(shí)現(xiàn)寬長較小的NMOS管，同時(shí)在版圖設(shè)計(jì)和布局布線上具有更大的靈活性；結(jié)構(gòu)緊湊， 節(jié)省面積，適用性廣，提高抗總劑量輻射效應(yīng)的效果。

圖1為常規(guī)NMOS管總劑量效應(yīng)引起的邊緣寄生晶體管漏電縱向示意圖。圖2為采用傳統(tǒng)環(huán)形柵版圖結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)加工的NMOS管結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)加固的NMOS管結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為采用本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)加固的NMOS管形成步驟流程示意圖。附圖標(biāo)記說明1-柵極端、2-有源區(qū)、3-源端、4-漏端、5-第一導(dǎo)電類型注入?yún)^(qū)、 6-第二導(dǎo)電類型注入保護(hù)區(qū)、7-環(huán)形多晶硅柵、8-接觸孔、9-NM0S管的源端、10-NM0S管的漏端、11-有源區(qū)邊界線、13-最小多晶硅條、14-梯形柵極體、15-大頭端部、16-柵極接觸孔、17-場氧區(qū)及19-中間部。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。如圖1所示采用自對準(zhǔn)工藝制作的常規(guī)NMOS管，多晶硅柵淀積在薄氧化層上，源 /漏是由沒有被多晶硅覆蓋的有源區(qū)注入形成，這種工藝制造出的電路密集度高，但使多晶硅柵在柵氧化層和場氧過渡區(qū)產(chǎn)生了一個(gè)寄生晶體管，這個(gè)寄生晶體管對總劑量效應(yīng)十分敏感。因?yàn)閳鲅鹾蜄叛趸瘜釉谳椛錀l件下，會電離產(chǎn)生電子-空穴對；由于陷阱的俘獲作用，在硅/ 二氧化硅系統(tǒng)的二氧化硅一側(cè)堆積正電荷，形成界面態(tài)，嚴(yán)重影響到晶體管的電流和電壓特性。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(dāng)漏電流增加到接近本征晶體管的開態(tài)電流時(shí)，晶體管會永久開啟，導(dǎo)致器件失效；另一方面，多晶柵跨越的場氧會在輻射條件下感生反型，直接導(dǎo)致非工作狀態(tài)下NMOS器件的源區(qū)與漏區(qū)形成漏電通路。[0022]如圖2所示為采用傳統(tǒng)環(huán)形柵版圖結(jié)構(gòu)加固的NMOS管。其中有源區(qū)邊界線11 包圍的區(qū)域?yàn)镹MOS管的有源區(qū)，區(qū)域9為NMOS管的源端，區(qū)域10為NMOS管的漏端，在區(qū)域9和區(qū)域10之間，沒有場氧區(qū)的存在。所以，不存在邊緣寄生晶體管，以此來消除漏電通道，達(dá)到總劑量加固的目的。區(qū)域7為NMOS管的環(huán)形多晶硅柵。在環(huán)形多晶硅柵7的一側(cè)通過接觸孔8與金屬相連，用以連接合適的電位，控制NMOS管柵的電壓，以達(dá)到控制NMOS 管的狀態(tài)。在NMOS管的區(qū)域10漏端內(nèi)，也通接觸孔8與金屬線相連，作為該NMOS管輸出電位引出端。[0023]如圖3所示為采用本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)加固的NMOS管結(jié)構(gòu)圖。以NMOS管為例，所述版圖加固結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體基板，所述半導(dǎo)體基板上設(shè)置有源區(qū)2 ；所述有源區(qū)2內(nèi)設(shè)置對稱分布的場氧區(qū)17，所述場氧區(qū)17通過對應(yīng)的有源區(qū)2隔離；所述有源區(qū)2內(nèi)設(shè)有柵極端1， 場氧區(qū)17對稱分布于柵極端1兩側(cè)；所述柵極端1包括中間部19及對稱分布于所述中間部19上的大頭端部15，所述大頭端部15的寬度大于中間部19的端部；有源區(qū)2上對應(yīng)于中間部19的兩側(cè)設(shè)置源端3及漏端4。[0024]所述柵極端1對應(yīng)中間部19的有效寬長比為設(shè)計(jì)所需的有效寬長比，所述中間部 19的寬長比與現(xiàn)有MOS管的寬長比相一致。中間部19的端部通過梯形柵極體14與大頭端部15過渡連接，從而形成一種兩頭大中間細(xì)的條形柵結(jié)構(gòu)。中間部19為正常寬長比結(jié)構(gòu)， 對NMOS管開關(guān)性能起主導(dǎo)作用。而大頭端部15的寬度大于中間部19的寬度，使得柵極端 1兩端的溝道電阻大于中間部19的溝道電阻。通過對柵極端1進(jìn)行設(shè)置后對限制電流在柵邊緣處流動(dòng)，起到一定的效果。同時(shí)，在總劑量條件下，對抑制邊緣寄生管導(dǎo)通也起到作用。區(qū)域2為有源區(qū)，特別是在柵兩端的下部的有源區(qū)2，將NMOS管源/漏區(qū)之間隔離，這樣能徹底消除在輻射條件下產(chǎn)生邊緣寄生管的漏電。區(qū)域3和區(qū)域4為NMOS管的源端和漏端；所述源端3及漏斷4的有效寬度與中間部19相對應(yīng)。區(qū)域5為NMOS器件N+注入， 即此時(shí)，第一導(dǎo)電類型為N型，第二導(dǎo)電類型為P型，通過N+注入?yún)^(qū)5用于在有源區(qū)2內(nèi)形成NMOS的源/漏區(qū)域。區(qū)域17為場氧區(qū)，此NMOS管被場氧區(qū)17所包圍，但場氧區(qū)17在源端3及漏斷4之間，被有源區(qū)2隔離開，所以不會有漏電流產(chǎn)生。在場氧區(qū)17外，區(qū)域6 為P+注入保護(hù)區(qū)，以形成P+保護(hù)環(huán)，起到隔離、防止相鄰NMOS管之間漏電的作用。[0025]為了便于控制柵極端1的電壓，柵極端1的一端設(shè)有最小多晶硅條13，所述最小多晶硅條13從柵極端1對應(yīng)的大頭端部15向外延伸，最小多晶硅條13上設(shè)置柵極接觸孔 16，所述柵極接觸孔16內(nèi)填充金屬，用于通過最小多晶硅條13與柵極端1等電位連接；同時(shí)能夠減小柵極的寄生電容。[0026]圖中標(biāo)識的尺寸20為大頭端部15在垂直方向覆蓋P+注入保護(hù)區(qū)6域的大小，尺寸21為大頭端部15在垂直方向覆蓋N+注入?yún)^(qū)5的大小，尺寸22為大頭端部15在水平方向覆蓋有源區(qū)2邊界的大小，尺寸23為大頭端部15在垂直方向距離有源區(qū)2邊界的大?。簧鲜?個(gè)尺寸與該NMOS加固結(jié)構(gòu)所應(yīng)用的工藝有關(guān)。如圖4所示，為采用本實(shí)用新型專利實(shí)現(xiàn)加固的NMOS管形成步驟。首先，在半導(dǎo)體基板上形成的是區(qū)域2的有源區(qū)和區(qū)域17的場氧區(qū)，半導(dǎo)體基板的材料包括硅；其中，場氧區(qū)17中間被有源區(qū)2分隔開，即場氧區(qū)17對稱分布于有源區(qū)2內(nèi)。之后，在有源區(qū)2內(nèi)淀積多晶硅，在有源區(qū)2內(nèi)形成柵極端1 ；在柵極端1的兩端形成大頭端部15，且所述大頭端部15按照如圖3所標(biāo)識的尺寸20、21、22、23形成。接下來，在有源區(qū)2內(nèi)通過注入N型雜質(zhì)離子，形成N+注入?yún)^(qū)5，以形成NMOS管區(qū)域3和區(qū)域4對應(yīng)的源端3、漏端4。區(qū)域6 為P+注入保護(hù)區(qū)區(qū)，在N+注入?yún)^(qū)5的外圍，形成P+保護(hù)環(huán)，起到隔離、防止相鄰NMOS管之間漏電的作用。為減小柵極的寄生電容，在柵極端1的柵極和柵極接觸孔16之間，采用了最小多晶硅條13寬實(shí)現(xiàn)的多晶硅連接。如圖3和圖4所示工作時(shí)，利用柵極端1對應(yīng)的中間部19與大頭端部15的對應(yīng)配合，形成相應(yīng)的有源區(qū)2，以消除常規(guī)NMOS條形柵端頭處薄柵氧化層到場氧的過渡區(qū)，完全消除對總劑量輻射效應(yīng)非常敏感的邊緣寄生晶體管，實(shí)現(xiàn)了 NMOS器件總劑量加固。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)的環(huán)形柵NMOS管加固方法相比，不但可以節(jié)省面積，同時(shí)不受NMOS管寬長比的影響，易于實(shí)現(xiàn)寬長較小的NMOS管，同時(shí)在版圖設(shè)計(jì)和布局布線上具有更大的靈活性；結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省面積，適用性廣，提高抗總劑量輻射效應(yīng)的效果。本實(shí)用新型未盡事宜屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
權(quán)利要求1.一種抗總劑量輻射效應(yīng)的大頭條形柵MOS管版圖加固結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體基板，所述半導(dǎo)體基板上設(shè)置有源區(qū)(2)；其特征是所述有源區(qū)(2)內(nèi)設(shè)置對稱分布的場氧區(qū)(17)， 所述場氧區(qū)(17)通過對應(yīng)的有源區(qū)(2)隔離；所述有源區(qū)(2)內(nèi)設(shè)有柵極端(1)，場氧區(qū) (17)對稱分布于柵極端(1)兩側(cè)；所述柵極端(1)包括中間部(19)及對稱分布于所述中間部(19)上的大頭端部(15)，所述大頭端部(15)的寬度大于中間部(19)的端部；有源區(qū)(2) 上對應(yīng)于中間部(19)的兩側(cè)設(shè)置源端(3)及漏端(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗總劑量輻射效應(yīng)的大頭條形柵MOS管版圖加固結(jié)構(gòu)，其特征是所述大頭端部(15)與中間部(19)通過梯形柵極體(14)過渡連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗總劑量輻射效應(yīng)的大頭條形柵MOS管版圖加固結(jié)構(gòu)，其特征是所述半導(dǎo)體基板上對應(yīng)于有源區(qū)(2)的外圈設(shè)置第二導(dǎo)電類型注入保護(hù)區(qū)(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗總劑量輻射效應(yīng)的大頭條形柵MOS管版圖加固結(jié)構(gòu)，其特征是所述有源區(qū)(2)內(nèi)對應(yīng)于場氧區(qū)(17)間設(shè)置第一導(dǎo)電類型注入?yún)^(qū)(5)，通過第一導(dǎo)電類型注入?yún)^(qū)(5)在中間部(19)的兩側(cè)分別形成源端(3)及漏端(4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗總劑量輻射效應(yīng)的大頭條形柵MOS管版圖加固結(jié)構(gòu)，其特征是所述柵極端(1)的一端設(shè)置最小多晶硅條(13)，所述最小多晶硅條(13)對應(yīng)于與柵極端(1)的大頭端部(15)相連的另一端設(shè)置柵極接觸孔(16)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗總劑量輻射效應(yīng)的大頭條形柵MOS管版圖加固結(jié)構(gòu)，其特征是所述柵極端(1)對應(yīng)中間部(19)的寬長比與常規(guī)MOS管柵極端的寬長比相一致。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗總劑量輻射效應(yīng)的大頭條形柵MOS管版圖加固結(jié)構(gòu)，其特征是所述半導(dǎo)體基板的材料包括硅。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種抗總劑量輻射效應(yīng)的大頭條形柵MOS管版圖加固結(jié)構(gòu)，器包括半導(dǎo)體基板；所述半導(dǎo)體基板上設(shè)置有源區(qū)，所述有源區(qū)內(nèi)設(shè)置對稱分布的場氧區(qū)，所述場氧區(qū)通過對應(yīng)的有源區(qū)隔離；所述有源區(qū)內(nèi)設(shè)有柵極端，場氧區(qū)對稱分布于柵極端兩側(cè)；所述柵極端包括中間部及對稱分布于所述中間部上的大頭端部，所述大頭端部的寬度大于中間部的端部；有源區(qū)上對應(yīng)于中間部的兩側(cè)設(shè)置源端及漏端。本實(shí)用新型在總劑量條件下，對能有效抑制邊緣寄生管導(dǎo)通；不但可以節(jié)省面積，同時(shí)不受NMOS管寬長比的影響，易于實(shí)現(xiàn)寬長較小的NMOS管，同時(shí)在版圖設(shè)計(jì)和布局布線上具有更大的靈活性；結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省面積，適用性廣，提高抗總劑量輻射效應(yīng)的效果。
文檔編號H01L29/06GK202332861SQ201120432649
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者周昕杰, 王棟, 羅靜, 胡永強(qiáng), 薛忠杰, 鄒文英 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所