[发明专利]耐辐射线金属氧化物半导体场效应晶体管

说明书

本发明涉及阻断由总剂量效应引起的泄漏电流路径并减少由单粒子效应引起的电流脉冲的影响的耐辐射线金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，上述耐辐射线金属氧化物半导体场效应晶体管包括：多晶硅栅极层(poly gate layer)，用于指定栅极(gate)区域及至少一个虚拟栅极(Dummy gate)区域；源极(source)及漏极(drain)；P+层及P‑有源层，在上述源极及漏极指定P+区域；以及虚拟漏极(Dummy Drain)，可施加电压。根据上述本发明，可提供在具有粒子辐射线和电磁波辐射线的辐射线环境下也可正常工作的电子部件。

技术领域

本发明涉及耐辐射线金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，更详细地，涉及具有抗单粒子效应和总剂量效应的耐辐射线特性的金属氧化物半导体场效应晶体管。

背景技术

辐射线是指由构成原子或分子的成员在以高能级状态不稳定的情况下发射的能量流，以X射线、γ射线、α射线、β射线、中子、质子等的辐射线形式出现。它们分为粒子形式或电磁波，粒子形式称为粒子辐射线，电磁波形式称为电磁波辐射线。即使是各不相同的辐射线，也可从能量流的本质根据能量的传递或被吸收的量的大小评价辐射线的强度或对物体的影响。

将通过入射辐射线来制造离子(Ion)的辐射线称为电离辐射线，除此之外的辐射线称为非电离辐射线。尤其，电离辐射线对构成电子部件的金属氧化物半导体场效应晶体管的半导体物质的原子进行电离或离子化而导致受损，从而无法确保正常的工作并使电子部件受到暂时或永久损伤。

图1为常规金属氧化物半导体场效应晶体管的结构图。

参照图1，常规金属氧化物半导体场效应晶体管包括：栅极(Gate)，用于控制晶体管(Transistor)的动作；漏极(Drain)和源极(Source)，通过栅极来使电流信号流动；以及主体(Body)。晶体管的氧化膜厚度为10nm以上，若电离辐射线向形成有电场的部分入射，则空穴(Hole)在氧化膜与硅之间的边界产生陷阱(Trapping)。若在向栅极施加电压的状态下入射电离辐射线，则在漏极与源极之间的氧化膜边界产生空穴陷阱(Hole trapping)，从而产生沟道反转(Channel inversion)来形成电流流动的泄漏电流路径(Leakage currentpath)。通过电离辐射线形成的泄漏电流路径引起金属氧化物半导体场效应晶体管的非正常动作，这种现象称为电离总剂量辐射线效应(Total Ionizing Dose Effect)。

金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极/源极和主体由PN结(PN junction)构成。在PN结中，若向形成有反向偏压(Reverse bias)的部分入射粒子辐射线，则生成多个电子空穴对(Electron hole pair)，上述反向偏压为向N形部分施加正电压、向P形部分施加负电压，电子和空穴借助由反向偏压引起的电磁场分别使电流脉冲(Pulse)以漏极/源极方向和主体方向流动。通常，在PN结中施加反向偏压的状态下，内建电位(Built-in potential)高于平衡状态下的电位，因而多个载流子(Carrier)无法向相反区域移动，使得电流不流动。通过入射辐射线产生的电流脉冲影响由金属氧化物半导体场效应晶体管构成的电路，从而引起改变存储的数据等的问题，这种现象称为单粒子效应(Single Event Effect)。

由于这种电离总剂量辐射线效应和单粒子效应，在辐射线环境下无法确保金属氧化物半导体场效应晶体管的正常工作，这也成为由这种金属氧化物半导体场效应晶体管构成的电路或系统在辐射线环境下异常工作的原因。

作为耐辐射线单元器件来利用图3所示的虚拟栅极的金属氧化物半导体场效应晶体管通过适用虚拟栅极层(Dummy poly gate later)和P-有源层(P-active layer)、P+层(P+layer)、虚拟金属-1层(Dummy Metal-1layer)来阻断因电离总剂量辐射线效应而引起的泄漏电流路径。