一种抗总剂量辐射的小沟道宽度NMOS管版图加固结构的制作方法

本发明涉及集成电路，特别涉及一种抗总剂量辐射的小沟道宽度nmos管版图加固结构。

背景技术：

1、随着航空航天事业的飞速发展，集成电路需要在充满高能粒子的空间辐射环境中持续工作。在辐射环境中，高能粒子会在集成电路中以不同方式损失和沉积能量，使集成电路造成电离损伤。集成电路在受辐射期间吸收的累积剂量称为总剂量，累积剂量所产生的电离辐射效应称为总剂量辐射效应。

2、在受到高能粒子辐射时，集成电路si衬底上的sio2，会激发出电子-空穴对，通常电子可以很快移出sio2，而空穴则会一部分移出sio2，一部分被sio2中的缺陷所俘获，成为正的空间电荷。这些正空间电荷会较多集中在si/sio2界面靠近sio2一侧，并在si/sio2界面靠近si一侧感应出n+寄生沟道，其剖面图如图1所示。

3、氧化层生长过程中的缺陷积累与氧化层厚度相关。氧化层较薄时，缺陷积累较少，在受到高能粒子辐射时所俘获的空穴也较少，所产生的正空间电荷相对有限；而氧化层较厚时，缺陷积累较多，在受到高能粒子辐射时所俘获的空穴较多，所产生的正空间电荷也相对较多。集成电路的栅氧化层和场区氧化层都采用sio2材料，这两部分结构都很容易受到总剂量辐射效应的影响。

4、对于栅氧化层，在亚微米工艺节点时相对较厚，受到高能粒子辐射时，诱发的正空间电荷较多，会引起mos管阈值电压漂移问题。而到了深亚微米工艺节点，栅氧化层通常较薄，随着厚度减小，缺陷数量大为减少，栅氧化层的抗辐射能力得到增强，由总剂量辐射效应引起的mos管阈值电压漂移问题得到极大缓解。

5、对于场区氧化层，无论由硅的局部氧化(locos)工艺生成，还是由浅沟槽隔离(sti)工艺生成，都相对较厚。较厚的场区氧化层一般缺陷积累较多，在受到高能粒子辐射时，所俘获的正空间电荷也相对较多，受总剂量辐射效应影响很大。

6、相邻nmos管之间靠场区氧化层隔离，场区氧化层上如果覆盖铝层会形成场区寄生nmos管。当受到总剂量辐射时，场区氧化层中会积累正电荷，使场区寄生nmos管的阈值电压降低，产生n+寄生沟道，造成相邻nmos管之间的泄漏电流，其示意图如图2所示，其剖面图如图3所示。

7、现有技术方案：在nmos管外围加一圈隔离有源区环，由于有源区上是薄的栅氧化层，阻断了相邻nmos管之间的场区氧化层，这样可以有效降低总剂量辐射效应在相邻nmos管之间造成的漏电。

8、nmos管的栅端与场区氧化层边缘交叠会形成边缘寄生nmos管。总剂量辐射效应会在场区氧化层边缘诱发正空间电荷，使边缘寄生nmos管的阈值电压降低，产生n+寄生沟道，造成nmos管漏端到源端的泄漏电流，其示意图如图4所示，其剖面图如图5所示。

9、现有技术方案之一：采用环形栅nmos管版图加固结构，其示意图如图6所示，在nmos管有源区上用栅端把漏端环起来，以降低边缘寄生nmos管的影响，来满足抗总剂量辐射的要求。该方案虽然能够满足抗总剂量辐射的要求，但该版图结构的栅端呈环形，沟道建模困难，而且实现不了较小的沟道宽度，沟道尺寸与逻辑设计值之间误差较大，只适合沟道宽度大且对沟道尺寸精度要求不高的应用。

10、现有技术方案之二：采用倒比例或小比例nmos管版图加固结构，其示意图如图7所示，在nmos管有源区上用栅端把源端和漏端都环起来，以降低边缘寄生nmos管的影响，来满足抗总剂量辐射的要求。该方案虽然也能满足抗总剂量辐射的要求，但该版图结构的沟道形状复杂，沟道建模更为困难，而且沟道宽度和沟道长度都达不到较小值，沟道尺寸与逻辑设计值的误差也比较大，也不适合沟道宽度小且对沟道尺寸精度要求高的应用。

11、现有技术方案之三：采用大头条形栅nmos管版图加固结构，其示意图如图8所示，在伸到场氧化层的栅下面设置隔离有源区，由于有源区上是薄的栅氧化层，因此在受到总剂量辐射时，所积累的正空间电荷非常少，这样可以降低边缘寄生nmos管的影响，满足抗总剂量辐射的要求。该方案虽能够满足抗总剂量辐射的要求，目前工程应用较多，但该版图结构大头条形栅两端头部的尺寸较大，由此引入的沟道尺寸误差较大，特别在小沟道宽度应用时，两端头部的占比非常大，导致沟道尺寸与逻辑设计值相比有很大误差，因此也不适合沟道宽度小且对沟道尺寸精度要求高的应用。

12、在抗总剂量辐射电路的应用中，当采用小沟道宽度nmos管进行设计时遇到了困难，现有的几种版图加固结构，都不能提供小沟道宽度和高精度沟道尺寸的nmos管版图加固结构，都不能满足抗总剂量辐射电路对于小沟道宽度和高精度沟道尺寸nmos管的应用需求。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种抗总剂量辐射的小沟道宽度nmos管版图加固结构，在具有抗总剂量辐射能力的同时，还可以实现小沟道宽度和高精度沟道尺寸，能够满足抗总剂量辐射电路对于小沟道宽度和高精度沟道尺寸nmos管的应用需求。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种抗总剂量辐射的小沟道宽度nmos管版图加固结构，包括p型半导体衬底、有源区和栅端；所述有源区设置在所述p型半导体衬底上，所述栅端设置在所述有源区上；所述有源区外设置有场区氧化层；所述有源区上设置有栅氧化层；

3、所述有源区包括主体有源区、隔离有源区和隔离有源区环；所述主体有源区位于中部区域，所述隔离有源区位于所述主体有源区的上下两侧，所述隔离有源区环位于外围，包围所述主体有源区和所述隔离有源区；所述主体有源区分别通过上下两侧的隔离有源区与所述隔离有源区环相连；

4、所述栅端包括主体栅、隔离栅和栅接触区；所述主体栅位于中部区域，所述隔离栅位于所述主体栅的上下两侧，所述栅接触区为四个，分别位于所述隔离栅的外部左右四个方向上；所述主体栅的两端分别通过上下两侧的隔离栅与所述栅接触区相连。

5、在一种实施方式中，所述主体有源区设置成方形，所述主体栅与方形的主体有源区交叠构成nmos管的有效沟道区；所述隔离栅与方形的主体有源区边缘相切、相交或相间，并横跨所述隔离有源区。

6、在一种实施方式中，所述主体有源区设置成中间细两头粗的哑铃形状；所述主体栅与哑铃形状的主体有源区交叠构成nmos管的有效沟道区；所述隔离栅与哑铃形状的主体有源区边缘相切、相交或相间，并横跨所述隔离有源区。

7、在一种实施方式中，所述栅氧化层覆盖所述主体有源区、所述隔离有源区和所述隔离有源区环，并且所述栅氧化层比所述场区氧化层薄。

8、在一种实施方式中，所述抗总剂量辐射的小沟道宽度nmos管版图加固结构还包括n+注入区，设置于中部区域；所述n+注入区在未覆盖所述栅端的所述有源区上形成nmos管的源端和漏端。

9、在一种实施方式中，所述抗总剂量辐射的小沟道宽度nmos管版图加固结构还包括p+注入区，设置于外围区域；所述p+注入区在未覆盖所述栅端的所述有源区上形成nmos管的衬底端。

10、在一种实施方式中，所述抗总剂量辐射的小沟道宽度nmos管版图加固结构还包括接触孔，设置于所述有源区和所述栅端上；通过所述接触孔将nmos管的栅端、源端、漏端和衬底端引出并连接到电路中。

11、在一种实施方式中，四个栅接触区上的接触孔能够连起来，共同引出栅端。

12、在一种实施方式中，所述p型半导体衬底包括si。

13、本发明提供的一种抗总剂量辐射的小沟道宽度nmos管版图加固结构，具有以下有益技术效果：

14、(1)本发明的主体栅与主体有源区交叠形成nmos管的有效沟道区，所能实现的最小沟道宽度，仅受限于工艺设计规则中栅端最小间距和有源区最小宽度，可以做到非常小的沟道宽度；而且隔离栅与主体有源区边缘相切、相交或相间，版图尺寸可以采用工艺设计规则所允许的最小值，由此引入的沟道尺寸误差非常小，精度较高；因此，能够满足集成电路对于小沟道宽度和高精度沟道尺寸nmos管的应用需求；

15、(2)本发明的隔离栅与主体有源区边缘相切、相交或相间，并横跨隔离有源区；在受到总剂量辐射时，通过隔离栅与隔离有源区相互配合，可以降低边缘寄生nmos管的影响；而且外围的隔离有源区环可以降低场区寄生nmos管的影响；因此，能够满足集成电路对于抗总剂量辐射的应用需求；

16、(3)本发明所能实现的沟道宽度范围较广，大沟道宽度和小沟道宽度都能实现，而且沟道尺寸精度高；单这一种版图加固结构就能满足版图设计需求；因此，该版图加固结构的适用范围广，使用较为方便，灵活性高。