专利名称：一种双边缘抗总剂量辐射加固版图结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种版图结构，尤其是一种抗总剂量辐射加固版图结构。
背景技术：
图1所示为一个标准常规晶体管11的平面图。晶体管11包括一个注入区
111, 一个有源区13， 一个多晶硅栅16，注入区111和有源区13的重叠部分 (在这里即有源区部分)被栅16分割成三部分，被栅覆盖的部分为沟道区112, 其余在栅两边的部分分别为晶体管的源区14和漏区15。有源区13定义了薄氧 化物区，有源区之外的部分皆为厚氧化物区。晶体管工作时，由栅16的电压 控制沟道区112的衬底(或阱)12是否反型，当村底12反型时，将形成源区 14和漏区15之间的导电通道，否则没有导电通道。
标准的工艺都会有设计规则。所谓设计规则，就是保证生产过程中不出现 制造错误以及提高良率的版图尺寸规则。这里介绍标准工艺设计规则中2个當 用的设计规则。图1中，注入区111对有源区13的最小覆盖17,设该距离的 版图设计规则值为L10;多晶硅栅16的一端探出有源区13的最小距离18,设 该距离的版图设计规则值为L20。
沟道长度和沟道宽度是晶体管最重要的参数。图1中，晶体管的沟道长度 19定义为源区14到漏区15的最小距离，沟道宽度110定义为源区14或漏区 15与栅16相交线的长度。
图2A是标准常规晶体管的纵向剖面图，在这个剖面图里，存在一个源区 24A， 一个漏区26A,以及一个多晶硅栅25A,栅下的有源区的衬底22A和多 晶硅栅25A之间为栅氧29A，栅氧29A为薄氧。有源区外以外的部分为厚氧 28A。
电离辐射总剂量(Total Ionizing Dose， TID)效应是指电子元器件或系统长期处于辐射环境下，在绝缘层(主要是氧化层)累积形成氧化物陷阱电荷和界 面态电荷的现象。这种累积效应会引起的半导体器件性能退化，包括器件阈值 电压的漂移、迁移率下降、漏电流的增加等。随着工艺的进步，栅氧化层越来 越薄，器件的阈值电压漂移，迁移率的下降和本征器件的漏电流已经逐渐小到 可以忽略的程度，凸显出的问题是寄生通路的漏电。
寄生漏电主要指的是与N型晶体管相关的漏电。其机理是由于辐射总剂 量效应，在氧化层中积累了一定数量的正电荷，积累电荷的数量和氧化层厚度 正相关，而用作电隔离的场氧厚度是栅氧厚度的几十倍，因此场氧中的电荷会 比栅氧中的电荷多得多，场氧中的这些正电荷在氧化层和P型村底(或P阱) 之间形成电场，导致场氧层下的P型衬底(或P阱)趋于反型；当辐射的剂量 足够大时，场氧中累积的大量正电荷导致的电场将足以使上述区域反型，当反 型的区域与2个或2个以上的N+注入区相连时，将在这些N+区间形成漏电通 路，而这种通路不是设计者本来要设计出来的，是一种寄生漏电通路。常规晶 体管设计中存在两种主要的漏电通路。
一个是同 一器件的多晶硅栅在有源区与场区交界处搭接而导致的边缘漏 电。在图2A中，当辐射效应导致有源区附近的场氧28A下的衬底(或阱)22A 反型时，将在器件的源区24A和漏区25A之间形成寄生沟道212A,相当于在 本征晶体管的两侧分别形成了一个并联的寄生晶体管211A。这将严重影响器件 的特性。另一个是不同器件的N型区之间存在的漏电，如图2B所示。当辐射 效应导致用于电隔离的场氧28B下的衬底(或阱)22B反型时，形成导电沟道 212B,当这个寄生沟道212B两端的电位不同时，将在沟道中形成漏电流，这 会导致电路的性能下降甚至是彻底失效。这种漏电机制可能发生在两个N型晶 体管的源(或漏)区24B之间，或者发生在阱213B的N+型接触区214B和相 邻的N型晶体管的源(或漏)区24B之间，如图2B。
随着国内外技术的发展，已经出现采用图3所示的闭合栅结构来解决边缘 漏电问题。这种结构31的漏区35在闭合栅36内，源区34在闭合栅36外，或相反。源区34和漏区35之间只有栅36下的栅氧，为薄氧化层，能够消除 器件的源区34和漏区35之间的场氧通路，解决边缘漏电问题，但是这种结构 器件面积较大，源漏区不对称，而且形状不规则，给设计和建模带来很多不便 之处，另夕卜，闭合栅结构31不能解决图2B所示的不同器件N型区之间存在的 漏电问题。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种抗总剂量辐射 加固版图结构，解决了由电离辐射总剂量效应引起的寄生漏电问题，同时解决 了传统闭合栅加固结构带来面积大，对称性不好，难以实现小宽长比以及难以 建模等问题。
本发明的技术解决方案是 一种双边缘抗总剂量辐射加固版图结构，其特 征在于，所述的版图结构包括衬底、有源区、注入区、栅，在衬底上形成有源 区和注入区，有源区和注入区的重叠区域形成源区和漏区，栅采用两边超出有 源区的双边缘结构，并将源区和漏区分隔开，注入区在有源区的内部，保证源 区和漏区之间存在薄氧化物，消除了源区和漏区之间完全由厚氧化物构成的通 路。
所述的有源区对注入区的最小覆盖长度值L1满足L1^_10，其中，L1o为 标准工艺设计规则中注入区对有源区的最小覆盖长度值。
所述的栅超出有源区的最小长度值L2满足L2^L2q,其中，L2o为标准工艺 设计规则中栅超出有源区的最小长度值。
所述的版图结构构成的MOS晶体管的沟道长度L由源区和漏区之间的距 离决定，其沟道宽度W由源区与栅的相交线的长度决定。
本发明与现有技术相比的优点在于本发明采用双边缘栅的版图结构，通 过注入区和有源区的合理布局，使得源区和漏区之间始终存在薄氧化物，消除 源区和漏区之间完全由厚氧化物构成的通路，在解决与N型晶体管相关的辐射 引发寄生漏电问题的同时，还能够解决传统加固结构存在的面积大，对称性不好，难以实现小宽长比以及难以建模等问题，取得了显著的效果。如图6,所
示为采用本发明结构的MOS管与非加固MOS的转移特性曲线，及漏源电流lDS 随栅源电压Ves变化的曲线。图6给出〕在1Mrad ( Si)的总剂量辐照前后的 曲线变化，可见采用本发明结构形成的MOS管的静态漏电即VGS=0V时的lDS 值降低了约3个数量级，从而解决了由电离辐射总剂量效应引起寄生漏电问题。 而且，和闭合栅加固结构相比，减小了器件面积，具有源漏的对称性，能够实 现任意宽长比，便于设计和建模，而且，本结构解决了闭合栅结构无法解决的 不同器件N型区之间存在的漏电问题。
图1为标准常规晶体管平面图2A为标准常规晶体管纵向剖面图2B为总剂量效应引发的不同N+区之间的漏电示意图3为常用环形栅晶体管结构示意图4为本发明的版图结构示意图一；
图5A为图4所示结构沿A-A'的剖面图5B为图4所示结构沿B-B'的剖面图6为采用本发明结构所形成的MOS管与非加固MOS管在1Mrad (Si)
的总剂量辐照前后的转移特性曲线；
图7为本发明的版图结构示意图二。
具体实施例方式
如图4所示，版图结构41包括衬底42、有源区43、注入区411、栅46, 在衬底42上形成有源区43和注入区411,有源区43和注入区411的重叠区 域形成源区44和漏区45，栅46采用两边超出有源区43的双边缘结构，并将 源区44和漏区45分隔开，注入区411在有源区43的内部，保证源区44和漏 区45之间存在薄氧化物，消除了源区44和漏区45之间完全由厚氧化物构成 的通路。在版图结构41中，为了实现薄氧化物区，有源区43对注入区411的最小 覆盖长度值47满足L12L10,其中，1_10为标准工艺设计规则中注入区对有源 区的最小覆盖长度值，如在典型的0.18pm工艺中，L1o的值约为0.25pm。栅 46超出有源区43的最小长度值48满足L2^L2o，其中，L2。为标准工艺设计规 则中栅超出有源区的最小长度值，如在典型的0.18|im工艺中，L2o的值约为 0.2fxm。版图结构41构成的MOS晶体管的沟道长度L由源区44和漏区45之 间的距离49决定，其沟道宽度W由源区44与栅46的相交线的长度410决定。 另外，根据MOS晶体管的特性，上述的源区44和漏区45可以互换。
沿图4的A-A'和B-B'所做的剖面图如图5A和图5B所示。其中有源区43 定义了器件的薄氧化物区53A、53B,有源区43之外的区域为厚氧化物区511A、 511B。这样在源区44和漏区45之间以及源区44或漏区45与其它N型区之 间始终存在薄氧化物，由总剂量效应产生的场氧寄生漏电通路将由于这个薄氧 化物的存在被消除，进而寄生静态漏电流也将大大降低，如图6所示，采用本 发明结构的晶体管在1Mrad (Si)的总剂量辐照后，仍然特性良好，和非加固 结构相比，其静态漏电流下降了 3个数量级。
图7给出了另外一种实施方式。版图结构41包括村底42、有源区43、注 入区411、栅46,在衬底42上形成有源区43和注入区411,有源区43和注 入区411的重叠区域形成源区44和漏区45，栅46采用两边超出有源区43的 双边缘结构，并将源区44和漏区45分隔开，在这个实施例中，栅46的不是 直的，而在有源区43内部具有一定的弯曲，两个边缘所在的方向是垂直的； 注入区411在有源区43的内部，保证源区44和漏区45之间存在薄氧化物， 消除了源区44和漏区45之间完全由厚氧化物构成的通路。同样，在版图结构 41中，为了实现薄氧化物区，有源区43对注入区411的最小覆盖长度值47 满足L1》L10。栅46超出有源区43的最小长度值48满足L2》L20。版图结构 41构成的MOS晶体管的沟道长度由源区44和漏区45之间的距离49决定， 其沟道宽度由源区44与栅46的相交线的长度410决定,注意当栅46是弯曲形状时，沟道宽度的值由几段线段长度相加得到。
本发明所述结构的实现方式有很多，除了图4和图7所示的结构外，还可 以是满足所述要求的其它所有方式。
本发明未尽事宜属于本领域公知技术。
权利要求
1、一种双边缘抗总剂量辐射加固版图结构，其特征在于所述的版图结构(41)包括衬底(42)、有源区(43)、注入区(411)、栅(46)，在衬底(42)上形成有源区(43)和注入区(411)，有源区(43)和注入区(411)的重叠区域形成源区(44)和漏区(45)，所述的栅(46)采用两边超出有源区(43)的双边缘结构，并将源区(44)和漏区(45)分隔开，注入区(411)在有源区(43)的内部，保证源区(44)和漏区(45)之间存在薄氧化物，消除源区(44)和漏区(45)之间完全由厚氧化物构成的通路。
2、 根据权利要求1所述的一种双边缘抗总剂量辐射加固版图结构，其特 征在于所述的有源区(43)对注入区(411)的最小覆盖长度值L1 (47)满 足1_1^_10，其中，L1o为标准工艺设计规则中注入区对有源区的最小覆盖长度 值。
3、 根据权利要求1所述的一种双边缘抗总剂量辐射加固版图结构，其特 征在于所述的栅(46 )超出有源区(43 )的最小长度值L2 (48 )满足L22L20, 其中，L20为标准工艺设计规则中栅超出有源区的最小长度值。
4、 根据权利要求1或2或3所述的一种双边缘抗总剂量辐射加固版图结 构，其特征在于所述的版图结构(41 )构成的MOS晶体管的沟道长度L由 源区(44)和漏区(45)之间的距离(49)决定，其沟道宽度W由源区(44) 与栅(46)的相交线的长度(410)决定。
5、 根据权利要求1所述的一种双边缘抗总剂量辐射加固版图结构，其特 征在于所述的源区(44)和漏区(45)可以互换。
全文摘要
一种双边缘抗总剂量辐射加固版图结构，所述的版图结构包括衬底、有源区、注入区、栅，在衬底上形成有源区和注入区，有源区和注入区的重叠区域形成源区和漏区，栅采用两边超出有源区的双边缘结构，并将源区和漏区分隔开，注入区在有源区的内部，保证源区和漏区之间存在薄氧化物，消除了源区和漏区之间完全由厚氧化物构成的通路。本发明解决了由电离辐射总剂量效应引起的寄生漏电问题，同时解决了传统闭合栅加固结构带来面积大，对称性不好，难以实现小宽长比以及难以建模等问题。
文档编号H01L29/78GK101431104SQ20081023895
公开日2009年5月13日 申请日期2008年12月5日 优先权日2008年12月5日
发明者岳素格, 亮 王, 赵元富, 强 边 申请人:北京时代民芯科技有限公司;中国航天时代电子公司第七七二研究所