CN102315249A

CN102315249A - 薄外延片上抗辐射eeprom芯片的抗esd器件结构

Info

Publication number: CN102315249A
Application number: CN201110313417A
Authority: CN
Inventors: 李博; 封晴; 田海燕; 王晓玲; 赵力; 孙佩
Original assignee: CETC 58 Research Institute
Current assignee: CETC 58 Research Institute
Priority date: 2011-10-15
Filing date: 2011-10-15
Publication date: 2012-01-11

Abstract

本发明涉及一种薄外延片上抗辐射EEPROM芯片的抗ESD器件结构，按照本发明提供的技术方案，所述薄外延片上抗辐射EEPROM芯片的抗ESD器件结构，包括P型衬底及位于所述P型衬底上的P型外延层，所述P型外延层上设有EEPROM结构及用于抗ESD的MOS管，所述MOS管包括位于P型外延层内的源区、漏区及位于P型外延层上方的多晶栅，所述源区及漏区对应的侧壁上设有轻掺杂漏区，所述轻掺杂漏区与源区及漏区对应连接；所述P型外延层内设有第二埋层，MOS管的源区、漏区及对应连接的轻掺杂漏区分别被对应的第二埋层包覆，且对应包覆源区及漏区的第二埋层通过P型外延层相隔离；第二埋层在P型外延层内延伸位于多晶栅的正下方。本发明结构紧凑，能提高抗ESD器件的可靠性。

Description

薄外延片上抗辐射EEPROM芯片的抗ESD器件结构

技术领域

本发明涉及一种具有抗ESD器件的芯片结构，尤其是一种薄外延片上抗辐射EEPROM芯片的抗ESD器件结构，属于集成电路的技术领域。

背景技术

EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）作为非挥发存储设备，大量用于航空与航天领域。但是由于空间应用环境的复杂性，ESD（Electro-Static discharge）保护结构受到一定的破坏，使得常规的ESD保护结构不再有保护芯片内部电路的能力，静电放电对CMOS电路的可靠性构成了很大威胁。

另一方面，单粒子闭锁SEL发生于CMOS电路中。由于CMOS电路固有的PNPN四层结构，构成了寄生的可控硅结构。在正常情况下，寄生的可控硅处于高阻关断状态。粒子的入射可触发其导通，由于可控硅的正反馈特性，流过的电流不断增大，进入大电流再生状态，即发生闭锁。目前发现重离子和质子都可以导致单粒子闭锁。

抗单粒子闭锁SEL效应的解决办法是通过加薄外延和在管子周围加保护环的办法解决。但是在使用薄外延的时候，薄外延会影响NMOS结构的抗ESD能力。

采用P型薄外延的芯片，衬底电阻非常低，使得常规用做ESD保护的NMOS管保护能力急剧下降，甚至失效，在非外延片上的常规NMOS保护管已经很难满足航天用芯片对ESD的高标准要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种薄外延片上抗辐射EEPROM芯片的抗ESD器件结构，其结构紧凑，能提高抗ESD器件的可靠性。

按照本发明提供的技术方案，所述薄外延片上抗辐射EEPROM芯片的抗ESD器件结构，包括P型衬底及位于所述P型衬底上的P型外延层，所述P型外延层上设有EEPROM结构及用于抗ESD的MOS管，所述MOS管包括位于P型外延层内的源区、漏区及位于P型外延层上方的多晶栅，所述源区及漏区对应的侧壁上设有轻掺杂漏区，所述轻掺杂漏区与源区及漏区对应连接；所述P型外延层内设有第二埋层，MOS管的源区、漏区及对应连接的轻掺杂漏区分别被对应的第二埋层包覆，且对应包覆源区及漏区的第二埋层通过P型外延层相隔离；第二埋层在P型外延层内延伸位于多晶栅的正下方。

所述多晶栅与P型外延层间设有栅氧化层，所述栅氧化层的端部分别延伸至轻掺杂漏区与源区及漏区的结合部；栅氧化层与轻掺杂漏区及第二埋层相接触；栅氧化层上设有侧墙，所述侧墙位于多晶栅的外圈。

所述多晶栅呈环形，所述漏区位于多晶栅的环形结构内，源区位于多晶栅环形结构外。

所述漏区上设有若干漏端孔，所述漏端孔内设有用于与漏区等电位连接的漏端连接金属；源区上设有若干源端孔，所述源端孔内设有用于与源区等电位连接的源端连接金属。

所述多晶栅上设有栅极引出条，所述栅极引出条上设有栅极接触孔，所述栅极接触孔内设有用于与多晶栅等电位连接的多晶栅连接金属。

所述EEPROM结构包括位于P型外延层内的第一埋层，所述第一埋层的上方设有浮栅及多晶栅，所述多晶栅位于浮栅的上方；浮栅与第一埋层间设有栅氧化层及第二氧化层，所述第二氧化层的厚度小于栅氧化层的厚度，形成位于浮栅与第一埋层间的隧道孔。

所述漏端孔与多晶栅间的距离为3μm。所述源端孔与多晶栅间的距离为1μm。

所述MOS管为NMOS管或PMOS管。所述P型外延层的厚度为2~7μm。

本发明的优点：有效抑制了辐射对NMOS管的破坏，消除了漏电结构的形成，利用EEPROM结构中第一埋层的工艺形成第二埋层，第二埋层分别覆盖用做ESD保护的NMOS的源区和漏区，并与环形结构的多晶栅有一定尺寸的交叠,包住了轻掺杂漏区结构，消除了轻掺杂漏区的薄弱点，解决了P型外延层引起的ESD失效问题，该ESD保护能力可达到HBM 3500V以上，此NMOS器件不存在正常工作电压下的源区及漏区穿通和热载流子效应。

附图说明

图1为现有用作抗ESD结构的NMOS管截面图。

图2为本发明用作抗ESD结构的NMOS管截面图。

图3为本发明EEPROM结构的剖视图。

图4为本发明NMOS管版图。

图5为本发明具有多个NMOS管结构的版图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图2~图5所示：本发明包括源区1、漏区2、多晶栅3、P型外延层4、浮栅5、隧道孔7、第一埋层8、P型衬底9、源端孔10、漏端孔11、轻掺杂漏区12、第二埋层13、侧墙14、栅氧化层15、第二氧化层16、栅极接触孔17及栅极引出条18。

如图1所示：为现有EEPROM结构中，用作抗ESD的NMOS管截面图。其中，1表示NMOS管的源极，2表示NMOS管的漏极，3是NMOS管的多晶栅，4是P型外延层，9是P型衬底；EEPROM结构与图3中的结构相同。辐射会形成场焉下反型的漏电结构，所述场氧漏电结构使得NMOS管的源区1及漏区2间产生漏电流，增大了芯片的静态电流，造成EEPROM芯片的功能异常。

如图2所示：为了避免上述情况，以MOS管为NMOS管为例，在所述P型外延层4内设有第二埋层13，所述第二埋层13与图3中现有EEPROM结构的第一埋层8通过同一工艺步骤形成。所述第二埋层13包覆NMOS管的源区1、漏区2及与所述源区1与漏区2对应连接的轻掺杂漏区（LDD）12。所述轻掺杂漏区12与源区1及漏区2对应相邻的外侧壁相接触，第二埋层13包覆对应的源区1、漏区2及对应的轻掺杂漏区12后，相邻的第二埋层13间通过P型外延层4相隔离。第二埋层13的上方设有多晶栅3，第二埋层13延伸进入多晶栅3的正下方，且第二埋层13与多晶栅3间具有一定的交叠面积。所述多晶栅3与P型外延层4间设有栅氧化层15，所述栅氧化层15的端部边缘分别与源区1与轻掺杂漏区12的结合部，以及漏区2与轻掺杂漏区12的结合部相一致，轻掺杂漏区12、第二埋层13与栅氧化层15相接触。栅氧化层15上设有侧墙14，所述侧墙14位于多晶栅3的外圈；通过侧墙14与栅氧化层15的结构，能够在P型外延层4内形成源区1、漏区2与对应轻掺杂漏区12的连接。当MOS管为PMOS管时，需要现在P型外延层4上形成N型结构，然后在N型结构内形成PMOS的结构。

如图3所示：为EEPROM结构的剖视图。所述EEPROM结构包括P型衬底9，所述P型衬底9上设有P型外延层4，所述P型外延层4的厚度为2μm~7μm。P型外延层4的上部设有第一埋层8，所述第一埋层8与第二埋层13为同一工艺步骤形成，能简化工艺步骤；同时第一埋层8为形成EEPROM必要的结构，能与现有工艺相兼容。第一埋层8上方设有浮栅5及多晶栅3，所述多晶栅3位于浮栅5的上方，并与浮栅5相接触。浮栅5与第一埋层8间设有栅氧化层15及第二氧化层16，所述第二氧化层16为栅氧化层15通过减薄后形成。栅氧化层15及第二氧化层16与第一埋层8相接触，浮栅5通过第一埋层8间通过第二氧化层16形成允许电子通过的隧道孔7。图2中的NMOS管结构，用于形成EEPROM结构的抗ESD结构。

如图4和图5所示：为本发明NMOS管的版图结构。所述多晶栅3采用环形结构，通过环形的多晶栅3能避免场氧下反型的漏电结构形成，有效抑制辐射对抗ESD结构的影响。所述多晶栅3形成的环形结构内设有漏区2，多晶栅3形成的环形结构外为源区1，所述漏区2内设有若干漏端孔11，所述漏端孔11内设有用于与漏区2等电位连接的漏区连接金属。源区1内设有若干源端孔10，所述源端孔10内设有用于与源区1等电位连接的源区连接金属。为了能够形成栅极的连接，多晶栅3上设有栅极引出条18，所述栅极引出条18伸出源区1外，栅极引出条18上设有栅极接触孔17，所述栅极接触孔17内设有用于与多晶栅3等电位连接的栅极连接金属。通过上述连接后，能够同时形成NMOS管的源极、漏极及栅极。图5中，漏端孔11与多晶栅3的距离为3μm，源端孔10距离多晶栅3的距离为1μm。本实施例中，用作抗ESD结构的能力可以达到HBM 3500V以上。

如图2~图5所示：工作时，通过控制多晶栅3与第一埋层8间的电压，使电子通过隧道孔7在浮栅5与第一埋层8之间流动，从而改变EEPROM的存储状态。当外部有离子辐射时，由于用作抗ESD结构的NMOS管的源区1及漏区2分别通过对应的第二埋层13包覆，能够消除轻掺杂漏区12带来的缺陷，提高整个EEPROM芯片抗ESD能力。

本发明有效抑制了辐射对NMOS管的破坏，消除了漏电结构的形成，利用EEPROM结构中第一埋层8的工艺形成第二埋层13，第二埋层13分别覆盖用做ESD保护的NMOS的源区1和漏区2，并与环形结构的多晶栅3有一定尺寸的交叠,包住了轻掺杂漏区12结构，消除了轻掺杂漏区12的薄弱点，解决了P型外延层4引起的ESD失效问题，该ESD保护能力可达到HBM 3500V以上，此NMOS器件不存在正常工作电压下的源区1及漏区2穿通和热载流子效应。

Claims

1. 一种薄外延片上抗辐射EEPROM芯片的抗ESD器件结构，包括P型衬底（9）及位于所述P型衬底（9）上的P型外延层（4），所述P型外延层（4）上设有EEPROM结构及用于抗ESD的MOS管，所述MOS管包括位于P型外延层（4）内的源区（1）、漏区（2）及位于P型外延层（4）上方的多晶栅（3），所述源区（1）及漏区（2）对应的侧壁上设有轻掺杂漏区（12），所述轻掺杂漏区（12）与源区（1）及漏区（2）对应连接；其特征是：所述P型外延层（4）内设有第二埋层（13），MOS管的源区（1）、漏区（2）及对应连接的轻掺杂漏区（12）分别被对应的第二埋层（13）包覆，且对应包覆源区（1）及漏区（2）的第二埋层（13）通过P型外延层（4）相隔离；第二埋层（13）在P型外延层（4）内延伸位于多晶栅（3）的正下方。

2.根据权利要求1所述的薄外延片上抗辐射EEPROM芯片的抗ESD器件结构，其特征是：所述多晶栅（3）与P型外延层（4）间设有栅氧化层（15），所述栅氧化层（15）的端部分别延伸至轻掺杂漏区（12）与源区（1）及漏区（2）的结合部；栅氧化层（15）与轻掺杂漏区（12）及第二埋层（13）相接触；栅氧化层（15）上设有侧墙（14），所述侧墙（14）位于多晶栅（3）的外圈。

3.根据权利要求1所述的薄外延片上抗辐射EEPROM芯片的抗ESD器件结构，其特征是：所述多晶栅（3）呈环形，所述漏区（2）位于多晶栅（3）的环形结构内，源区（1）位于多晶栅（3）环形结构外。

4.根据权利要求3所述的薄外延片上抗辐射EEPROM芯片的抗ESD器件结构，其特征是：所述漏区（2）上设有若干漏端孔（11），所述漏端孔（11）内设有用于与漏区（2）等电位连接的漏端连接金属；源区（1）上设有若干源端孔（10），所述源端孔（10）内设有用于与源区（1）等电位连接的源端连接金属。

5.根据权利要求3所述的薄外延片上抗辐射EEPROM芯片的抗ESD器件结构，其特征是：所述多晶栅（3）上设有栅极引出条（18），所述栅极引出条（18）上设有栅极接触孔（17），所述栅极接触孔（17）内设有用于与多晶栅（3）等电位连接的多晶栅连接金属。

6.根据权利要求1所述的薄外延片上抗辐射EEPROM芯片的抗ESD器件结构，其特征是：所述EEPROM结构包括位于P型外延层（4）内的第一埋层（8），所述第一埋层（8）的上方设有浮栅（5）及多晶栅（3），所述多晶栅（3）位于浮栅（5）的上方；浮栅（5）与第一埋层（8）间设有栅氧化层（15）及第二氧化层（16），所述第二氧化层（16）的厚度小于栅氧化层（15）的厚度，形成位于浮栅（5）与第一埋层（8）间的隧道孔（7）。

7.根据权利要求4所述的薄外延片上抗辐射EEPROM芯片的抗ESD器件结构，其特征是：所述漏端孔（11）与多晶栅（3）间的距离为3μm。

8.根据权利要求4所述的薄外延片上抗辐射EEPROM芯片的抗ESD器件结构，其特征是：所述源端孔（10）与多晶栅（3）间的距离为1μm。

9.根据权利要求1所述的薄外延片上抗辐射EEPROM芯片的抗ESD器件结构，其特征是：所述MOS管为NMOS管或PMOS管。

10.根据权利要求1所述的薄外延片上抗辐射EEPROM芯片的抗ESD器件结构，其特征是：所述P型外延层（4）的厚度为2~7μm。