CN101419986A - 一种防边缘漏电的双边缘抗总剂量辐射加固版图结构 - Google Patents
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Abstract
一种防边缘漏电的双边缘抗总剂量辐射加固版图结构，所述的版图结构包括有源区、注入区、有源区外的场氧区、栅，有源区和注入区的重叠部分形成源区和漏区，所述的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，源区和漏区之间被栅覆盖的区域为沟道区，沟道区和栅覆盖的场氧区之间存在无注入有源区。本发明能够以较小的面积代价抑制总剂量辐射效应引起的器件边缘寄生漏电问题，实现高的集成度。
Description
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13，一个栅16(以下简称栅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12。晶体管工作时，由栅16的电压控制沟道区112的衬底(或阱)是否反型，当衬底反型时，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个常用的设计规则。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；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，晶体管的沟道长度定义为源区14到漏区15的最小距离，沟道宽度定义为源区14或漏区15与栅16相交线的长度110。
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，以及一个栅25A，栅下的有源区的衬底22A和栅25A之间为栅氧29A，栅氧29A为薄氧。有源区以外的部分为厚氧28A。
电离辐射总剂量(Total lonizing Dose，TID)效应是指电子元器件或系统长期处于辐射环境下，在电场的作用下，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型衬底(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。尤其值得注意的是，不同的偏置条件下，相同的累积剂量所造成的器件寄生漏电是有很大区别的。通常将一定累积剂量下器件实现最大损伤时的偏置成为最劣偏置。已有大量研究表明：对于CMOS器件其最劣偏置是使场氧内形成最强电场时的偏置。对于NMOS晶体管，具有最强电场的区域是栅探出有源区与场氧区搭接的区域。对于深亚微米工艺，器件自身的抗总剂量能力不断提高，寄生漏电的主要来源也是栅与场氧区的交叠处，因此解决该处的寄生漏电问题将大大提高器件的抗总剂量能力。图2示意出一个NMOS晶体管的栅在有源区与场区交界处搭接而导致的边缘漏电。在图2中，当辐射效应导致有源区附近的场氧28下的衬底(或阱)反型时，将在器件的源区24和漏区25之间形成寄生沟道212，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211。这将严重影响器件的特性。
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。
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，采用商用工艺，以很小的面积代价抑制由电离辐射总剂量效应引起的NMOS晶体管的边缘漏电，实现高的集成度。
本发明的技术解决方案是：一种防边缘漏电的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有源区、注入区、有源区外的场氧区、栅，有源区和注入区的重叠部分形成源区和漏区，所述的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，源区和漏区之间被栅覆盖的区域为沟道区，沟道区和栅覆盖的场氧区之间存在无注入有源区。
所述的沟道区和栅覆盖的场氧区之间的距离，即无注入有源区的宽度值L1满足以下规则：L1≥L10，其中，L10为标准工艺设计规则中注入区对有源区的最小覆盖长度的版图设计规则值。
所述的栅超出无注入有源区的长度值L2满足以下规则：L2≥L20，其中，L20为标准工艺设计规则中栅超出有源区的最小长度的版图设计规则值。
所述的无注入有源区超出栅的长度值L3满足设计规则：L3≥L30，其中，L30为标准工艺设计规则中有源区超出栅的最小长度的版图设计规则值。
所述的版图结构构成的MOS晶体管，其沟道长度L由源区和漏区之间的距离决定，其沟道宽度W由源区或漏区与栅的相交线长度决定。
所述的源区和漏区可以互换。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明的版图结构针对栅下的场氧通路进行加固，能够抑制由电离辐射总剂量效应引起的器件边缘漏电，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IDS随栅源电压VGS变化的曲线。图6给出了在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IDS值降低了超过2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，和现有技术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。
附图说明
图1为标准常规晶体管平面图；
图2为标准常规晶体管纵向剖面及寄生漏电形成示意图；
图3为常用环形栅晶体管结构示意图；
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；
图5B为图4所示结构沿B-B’的剖面图；
图6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IDS随栅源电压VGS变化的曲线；
图7为本发明的版图结构示意图二；
图8为本发明的版图结构平面图三。
具体实施方式
如图4所示，所述的版图结构41包括有源区43、注入区411、有源区43外的场氧区42、栅46，有源区43和注入区411的重叠部分形成源区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，源区44和漏区45之间被栅46覆盖的区域为沟道区412，沟道区412和栅46覆盖的场氧区42之间存在无注入有源区414。这种结构的可靠性和抗总剂量能力还需要一定的设计规则来保证，如图4所示。
栅46覆盖的沟道区412和栅46覆盖的场氧区42之间的距离，即无注入有源区414的宽度的值L1 47满足设计规则：L1≥L10，其中，L10为工艺设计规则中注入区对有源区43的最小长度的版图设计规则值，如图1中的17，在典型的0.18μm工艺中，L10的值约为0.25μm。
栅46超出无注入有源区414的长度的值L2满足设计规则：L2≥L20，其中，L20为工艺设计规则中栅超出有源区43的最小长度的版图设计规则值，如图1中的18，在典型的0.18μm工艺中，L20的值约为0.2μm。
无注入有源区414超出栅46的长度的值L3满足设计规则：L3≥L30，其中，L30为工艺设计规则中有源区超出栅的最小长度的版图设计规则值，在典型的0.18μm工艺中，L30的值约为0.3μm。
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之外的区域为场氧区42，即厚氧化物区52A，52B。栅46覆盖的区域为高电场区，这样的结构保证了无注入有源区414截断了在源区44和漏区45之间的高电场场氧通路，因而能够大大提高器件抑制寄生漏电的能力。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，其由辐照引起的寄生边缘漏电流下降了超过2个数量级。
采用上述的版图结构41构成的MOS晶体管，其沟道长度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。显而易见，这样的宽长比的定义对于电路设计和器件建模都是十分容易和方便的。
图7给出了另外一种实施方式。所述的版图结构41包括有源区43，注入区411，有源区43外的场氧区42，栅46，由有源区43和注入区411的重叠部分形成且被栅46分隔开的源区44和漏区45，源区44和漏区45之间被栅46覆盖的沟道区412，栅46覆盖的沟道区412和栅46覆盖的场氧区42之间存在无注入的有源区414。在这个实施例中，有源区43并没有完全按照最小设计规则设计，而是采用比较标准的矩形形状，这中实施方式虽然增加了一些面积，但是相对图4所示的实现方式，图7的实施方式显然使结构更为简单。对于采用这种方式不影响整体版图面积或对面积要求不是很严格的情况下，这种实施方式显然是很有用的。
图8给出了另外一种实施方式。版图结构41包括有源区43、注入区411、有源区43外的场氧区42、栅46，有源区43和注入区411的重叠部分形成源区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，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；源区44和漏区45之间被栅46覆盖的区域为沟道区412，沟道区412和栅46覆盖的场氧区42之间存在无注入有源区414。值得注意的是，由结构41构成的MOS管，其沟道宽度仍由源区44与栅46的相交线的长度410决定，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、图7和图8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。
Claims (6)
1、一种防边缘漏电的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)包括有源区(43)、注入区(411)、有源区(43)外的场氧区(42)、栅(46)，有源区(43)和注入区(411)的重叠部分形成源区(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，源区(44)和漏区(45)之间被栅(46)覆盖的区域为沟道区(412)，沟道区(412)和栅(46)覆盖的场氧区(42)之间存在无注入有源区(414)。
2、根据权利要求1所述的一种防边缘漏电的双边缘抗总剂量辐射加固版图结构，其特征在于：所述的沟道区(412)和栅(46)覆盖的场氧区(42)之间的距离，即无注入有源区(414)的宽度值L1(47)满足以下规则：L1≥L10，其中，L10为标准工艺设计规则中注入区对有源区(43)的最小覆盖长度的版图设计规则值。
3、根据权利要求1所述的一种防边缘漏电的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)超出无注入有源区(414)的长度值L2(48)满足以下规则：L2≥L20，其中，L20为标准工艺设计规则中栅超出有源区(43)的最小长度的版图设计规则值。
4、根据权利要求1所述的一种防边缘漏电的双边缘抗总剂量辐射加固版图结构，其特征在于：所述的无注入有源区(414)超出栅(46)的长度值L3(413)满足设计规则：L3≥L30，其中，L30为标准工艺设计规则中有源区超出栅的最小长度的版图设计规则值。
5、根据权利要求1所述的一种防边缘漏电的双边缘抗总剂量辐射加固版图结构，其特征在于：所述的结构(41)构成的MOS晶体管，其沟道长度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)的相交线长度(410)决定。
6、根据权利要求1所述的一种防边缘漏电的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。
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