CN106601788B - 一种抗总剂量辐射加固的z栅mos晶体管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗总剂量辐射加固的Z栅MOS晶体管，其源区、漏区和栅极分布在一个有源区之内；所述栅极呈字母“Z”字形且将有源区分隔成源区和漏区；所述源区和漏区之间没有相交区域且被“Z”字形栅极半包围；栅极下是栅氧化层结构，且栅氧化层厚度小于12nm。本发明的结构通过引入额外的Z形栅，使得场氧结构仅与有源区中的漏区或者源区之一相邻，无法形成完整的电流路径，因而消除了边缘寄生漏电路径，实现了抗总剂量辐射加固的目的。本发明的结构在有效消除由总剂量效应引起的寄生漏电的同时，与传统加固结构相比，能实现更小的宽长比MOS晶体管，且栅电容更小，驱动电流更大，占版图面积更小。
Description
技术领域
本发明涉及一种MOS晶体管版图加固结构，尤其是一种抗总剂量辐射加固的Z栅MOS晶体管版图结构，属于抗总剂量辐射效应辐射加固的技术领域。
背景技术
当电子元器件处于辐射环境下，长期或持续的受到电离辐射时候，就会发生总剂量辐射效应。总剂量效应会在器件的氧化物中产生氧化物陷阱电荷和界面态，使得器件性能退化，包括器件的阈值电压漂移和关态电流的增大。然而随着工艺水平的进步，栅氧逐渐减薄，总剂量效应对器件的阈值电压的影响逐渐可以忽略，但是隔离氧化物并未随之减小，因而在先进工艺下，总剂量效应在场氧中的影响成为主要考虑的问题，即形成边缘寄生漏电通路。
图1所示为一个常规MOS晶体管的平面图。MOS晶体管包括栅区11，漏区12和源区13，栅区11将有源区10分成漏区12和源区13，有源区10被隔离介质14包围。MOS在辐射条件下，场氧会感生出电子—空穴对；由于陷阱的俘获作用，在Si/SiO2系统的SiO2一侧堆积正电荷，影响晶体管的电学特性。随着辐射剂量的增加，寄生晶体管漏电增大，当漏电流增大到本征晶体管的开态电流时，晶体管永久开启，导致器件失效。
为了消除总剂量效应引起的寄生漏电通路，出现了很多抗辐射的版图加固结构，其中具有代表性的是图2中的H栅结构和图3中的环栅结构。H栅晶体管包括呈字母H形的栅区21，漏区22和源区23，栅区21将有源区20分成漏区22和源区23，有源区20被隔离介质24包围。H栅结构通过在垂直栅方向的两侧，引入额外栅区，将有源区20和隔离介质24隔离，实现了加固的效果。环栅晶体管包括环形的栅区31、漏区32和源区33，栅区31将有源区30分成漏区22和源区23，有源区33被隔离介质34包围。漏区32和源区33之间没有场氧区的存在，所以不存在边缘寄生晶体管，达到总剂量加固的目的。二者抗辐射性能强，但是都存在版图面积大、寄生栅电容大的弊端。环栅结构的宽长比设计受限，无法实现宽长比小于2.26的器件，这在模拟电路中的应用受到限制。基于以上缺点，H栅和环栅的加固版图结构在抗辐射电路中的应用很受限。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术中存在的不足，提供一种抗总剂量辐射效应的Z栅MOS晶体管版图加固结构，消除了由于总剂量效应引起的晶体管源漏寄生漏电通路，实现了抗辐射的效果，而且其结构可实现小宽长比晶体管，占用面积小，降低寄生栅电容。
本发明的技术解决方案是：
一种抗总剂量辐射加固的Z栅MOS晶体管，其源区、漏区和栅极分布在一个有源区之内；所述栅极呈字母“Z”字形且将有源区分隔成源区和漏区；所述源区和漏区之间没有相交区域且被“Z”字形栅极半包围；栅极下是栅氧化层结构，且栅氧化层厚度小于12nm。
所述的栅极是呈字母“Z”字形，栅极拐角处均为90度角，即“Z”字形栅由两端平行栅和一段中心栅组成；
所述的“Z”字形栅极由多晶硅材料构成，且栅的宽度处处相同；
作为优选，所述源区和漏区的面积大小相同，非对称的分布在中心栅的两侧；
作为优选，所述的栅极与隔离氧化物没有重叠区域；
作为优选，所述的栅极与隔离场氧有重叠区域。
作为优选，栅极与隔离氧化物有重叠区域，即仅与有源区重叠OV段距离，并要求OV至少大于50％的栅宽。
作为优选，所述栅极由连续的“Z”字形栅构成；所述的栅极由连续的呈字母“Z”字形的栅构成，栅极可有多处拐角且拐角处均为90度角。
本发明的优点：本发明的结构通过引入额外的Z形栅，使得场氧结构仅与有源区中的漏区或者源区之一相邻，无法形成完整的电流路径，因而消除了边缘寄生漏电路径，实现了抗总剂量辐射加固的目的。本发明的结构在有效消除由总剂量效应引起的寄生漏电的同时，与传统加固结构相比，能实现更小的宽长比MOS晶体管，且栅电容更小，驱动电流更大，占版图面积更小。
附图说明
图1为常规晶体管结构示意图；
图2为H栅晶体管结构示意图；
图3为环栅晶体管结构示意图；
图4为本发明实现加固的MOS晶体管结构示意图；
图5为本发明结构的第2种实施方式示意图；
图6为本发明结构的第3种实施方式示意图。
具体实施方式
本发明是一种抗总剂量辐射加固的Z栅MOS晶体管结构。包括Z字形栅区，源区和漏区，所述栅区，源区和漏区均分布在一个有源区之内，栅区将有源区分隔成源区和漏区，源区和漏区之间没有相交区域。源区和漏区被栅区半包围。栅区呈英文字母Z形，整条Z形栅的宽度处处相同。由总剂量效应引起的寄生漏电路径，包括三个部分，即源区、漏区以及之间的沟道部分。通常的辐射加固方法的主要思想，是将有源区与场区隔离开，达到消除漏电通路的目的。但实际上，只要源区、漏区以及之间的沟道部分三者缺一即无法形成漏电通路。因而本发明仅采用Z栅的半包围栅结构而不是H栅的全包围栅结构。在这种结构中，场区氧化物不能够同时与漏区和源区相邻，在辐射环境下，无法形成漏电通路，因而有效的减小了由于总剂量效应带来的关态电流增大等的影响。这里所述的包围方式是指栅形状对于源漏来说的。此外，源区和漏区的相对位置与H栅的不同，不是关于栅对称的。这样做的目的，是为了增加器件的驱动电流，从另一个角度来说，在与其他器件比较时，在驱动电流水平相当是，具有较大驱动电流的器件会占版图面积更小。在沟道宽度小时，这个优势会更突出。根据不同电路功能的要求，本发明的器件结构可以得到不同的具体实施方式，有利于器件在面积、性能等多方面进行考虑。
本发明的晶体管结构有许多中实施方式，下面就几种典型的方式进行介绍。
如图4所示：一种抗总剂量辐射加固的Z栅MOS晶体管结构。包括Z字形栅区41，源区42和漏区43，所述栅区41，源区42和漏区43均分布在一个有源区之内，有源区被第一场区44包围；栅区41将有源区40分隔成源区42和漏区43，源区42和漏区43之间没有相交区域。源区42和漏区43被栅区41半包围。栅区呈英文字母Z形，整条Z形栅的宽度处处相同。此外，源区42和漏区43的相对位置与H栅的不同，不是关于栅对称的。在图4所示的Z栅结构中，栅区与场区没有重叠的部分。这样的方法是出于抗辐射性能的角度考虑，。
使得与水平方向的栅相邻的源或者漏距场区在固定工艺水平下，能够达到最大。这种情况的抗辐射性能最好。
图5给出了本发明的另一种实现方式。包括栅区51，源区52和漏区53，所述栅区51，源区52和漏区53均分布在一个有源区之内，栅区51将有源区50分隔成源区52和漏区53，源区52和漏区53之间没有相交区域。整条Z形栅的宽度处处相同。图5结构与图4结构的区别在于图5中的栅结构51与场区54有重叠部分，但由于有距离OV，场区54仍然不能同源和漏同时相邻，也能够消除漏电路径，达到抗辐射的目的。OV至少大于50％的沟道宽度。与图4结构相比，在相同有源区面积的情况下，图5结构的源漏面积更大，可以得到更大的驱动电流。这样的方法是出于减小版图面积的角度考虑。但由于图5中OV的距离没有图4中对应位置长，会带来抗辐射性能的下降，因而图5是一个考虑版图面积和抗辐射性能折中的一个方法。
图6给出了本发明应用于长沟道宽度的器件结构的示意图。包括栅区61，源区62和漏区63，所述栅区61，源区62和漏区63均分布在一个有源区之内，有源区被第一场区64包围；栅区61将有源区60分隔成源区62和漏区63，源区62和漏区63之间没有相交区域。栅区61呈图示的直角弯曲形状，整条Z形栅的宽度处处相同。在图6所示的Z栅结构中，栅区与场区没有重叠的部分。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种抗总剂量辐射加固的Z栅MOS晶体管，其特征在于：源区、漏区和栅极分布在一个有源区之内；所述栅极呈字母“Z”字形且将有源区分隔成源区和漏区；所述源区和漏区的面积大小相同，非对称的分布在中心栅的两侧，所述源区和漏区之间没有相交区域且被“Z”字形栅极半包围；栅极下是栅氧化层结构，且栅氧化层厚度小于12nm。
2.根据权利要求1所述的一种抗总剂量辐射加固的Z栅MOS晶体管，其特征在于：所述的栅极是呈字母“Z”字形，栅极拐角处均为90度角，即“Z”字形栅由两端平行栅和一段中心栅组成。
3.根据权利要求1所述的一种抗总剂量辐射加固的Z栅MOS晶体管，其特征在于：“Z”字形栅极由多晶硅材料构成，且栅的宽度处处相同。
4.根据权利要求1所述的一种抗总剂量辐射加固的Z栅MOS晶体管，其特征在于：栅极与隔离氧化物没有重叠区域。
5.根据权利要求1所述的一种抗总剂量辐射加固的Z栅MOS晶体管，其特征在于：“Z”字形栅极与隔离氧化物有重叠区域。
6.根据权利要求5所述的一种抗总剂量辐射加固的Z栅MOS晶体管版图结构，其特征在于：栅极与隔离氧化物有重叠区域，即仅与有源区重叠OV段距离，并要求OV至少大于50％的栅宽。
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