[发明专利]经抗辐射加固的铝栅CMOS反相器和CMOS半导体器件

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域。具体涉及一种场区经抗辐射加固的铝栅CMOS半导体器件和经抗辐射加固的铝栅CMOS反相器。

背景技术

随着科学技术的发展，特别是随着核技术和空间技术的发展，越来越多的电子设备需要在各种辐射环境条件下使用。电子设备中的元器件与环境中的辐射相互作用导致元器件电参数发生变化，严重时导致电路失效，使电子设备不能正常工作。历史上曾因元器件的抗辐射能力差而影响核技术发展和影响卫星寿命的情况发生。CMOS电路广泛应用于卫星和核试验环境中，CMOS电路对辐射尤其敏感，未经加固的、常规工艺生产的CMOS电路抗总剂量辐射能力低于1×10²GY(Si)，如超过这个剂量则会造成器件损伤，导致其不能正常工作。长寿命卫星沿其轨道运行时，受到的总剂量辐射可达5×10³GY（Si）以上，显然，不经过抗辐射加固的CMOS电路不能满足长寿命卫星和核辐射环境对器件的使用要求，因此必须对CMOS电路进行抗辐射加固。

对于CMOS器件来说，总剂量辐射引起的效应主要是在氧化物中产生电子-空穴对电荷及在Si-SiO₂界面产生界面态。即使是在室温下，SiO₂中的电子也是可移动的，它能够迅速运动并离开SiO₂层，向着正偏压的栅电极运动；另一方面，在SiO₂层中的空穴会产生氧化电荷Q_0x,这时正氧化层电荷会引起开启电压漂移，开启电压的漂移正比于SiO₂厚度的平方，即t²ox。

现有技术中铝栅CMOS电路是由传统的体硅器件构成。在常规的铝栅CMOS电路制作工艺中，随着栅氧化层的逐步减薄，辐射源在栅氧化层中产生的电荷对器件的影响已非常小。但因为器件结构和性能参数的要求，场氧化层的厚度不能太薄，一般要求在500nm以上。辐射源在这种厚度的场氧化层中产生的电荷会引起场区反型，形成导电沟道，影响器件正常工作。

在CMOS电路中，场区主要用于在器件之间起隔离作用，场区介质层主要由例如SiO₂的介质构成，同时场区介质层上设有用于形成栅电极的铝条，这个结构与集成电路中常规的MOS管结构非常相似，一般可以将其认为是场区介质层作为栅氧化物的MOS管结构，这个MOS管结构通常被称为MOS场管。

体硅铝栅CMOS电路各器件之间都有高浓度的掺杂区隔离，因此寄生MOS管的开启电压比较高，一般情况下不会引起衬底反型而形成导电沟道。

在P阱CMOS电路中，NMOS晶体管的衬底为轻掺杂的P型场区，表面浓度约为1×10¹⁶/cm³。一般NMOS晶体管源区、漏区到P⁺隔离环之间的区域为场区，其中场氧化层的厚度为600nm—1μm，是栅氧化层厚度的10-20倍。由于总剂量辐射损伤与氧化层厚度的平方成正比，所以常规的1.0μm厚的场区氧化层，在总剂量500GY（Si）的辐射作用下，其开启电压漂移将大于50V；又由于总剂量辐射产生的电压会造成轻掺杂的P型场区开启电压下降很多，造成P型衬底反型，在源区漏区之间形成导电沟道，使CMOS集成电路静态漏电流增加。这一现象轻者造成电参数超标，严重时使电路丧失功能。

针对以上问题，需要一种对P阱铝栅CMOS电路场区进行抗辐射加固的技术，需要一种场区经抗辐射加固的CMOS电路和一种具有经抗辐射加固的CMOS电路的反相器。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种抗总剂量辐射场区加固技术，使MOS晶体管在大剂量辐射下开启电压漂移量减小，解决了由总剂量辐射引起的源漏边缘寄生漏电问题，保持了隔离特性的有效性，而且便于实施。

根据本发明的一个方面，提供一种经抗辐射加固的铝栅CMOS反相器，包括

分别包含源极、漏极和栅极的PMOS晶体管和NMOS晶体管，

分别包围所述PMOS晶体管和所述NMOS晶体管的N⁺隔离环和P⁺隔离环，

所述PMOS晶体管的栅极和所述NMOS晶体管的栅极连通形成反相器的输入端，

所述PMOS晶体管的漏极和所述NMOS晶体管的漏极连通形成反相器的输出端，

所述PMOS晶体管的源极形成反相器的高电位端，

所述NMOS晶体管的源极形成反相器的低电位端，