[發(fā)明專利]一種具有抗單粒子效應(yīng)的VDMOS器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710625741.2
• 申請日: 2017-07-27
• 公開（公告）號: CN107302025B
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任敏;林育賜;蘇志恒;謝馳;李澤宏;張波
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/78
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡;葛啟函

本發(fā)明提供一種具有抗單粒子效應(yīng)的VDMOS器件，本發(fā)明采用的技術(shù)方案主要為在第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)中設(shè)置第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體埋層，產(chǎn)生空穴勢壘，阻止空穴流經(jīng)第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)，且在柵極下方的外延層中設(shè)置與源極相連的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體柱，提供空穴通路，本發(fā)明極大地提高了單粒子入射在所有位置時的VDMOS的抗單粒子燒毀能力，同時抗單粒子?xùn)糯┠芰σ材艿玫胶芎玫馗纳疲送猓景l(fā)明提出的抗單粒子效應(yīng)的VDMOS器件在保證擊穿電壓的前提下，有效降低了器件的導(dǎo)通電阻，同時由于減小了柵電極的覆蓋面積，該VDMOS結(jié)構(gòu)的密勒電容大大降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有抗單粒子效應(yīng)的VDMOS器件。

背景技術(shù)

隨著電力電子技術(shù)向高頻大功率應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展，VDMOS成為電力電子領(lǐng)域中的不可替代的重要器件之一，使用VDMOS的電力電子電路日益增多。該結(jié)構(gòu)器件通常采用二次擴(kuò)散或離子注入技術(shù)形成，是多元胞器件，易于集成，功率密度大，且多子導(dǎo)電，頻率特性好。目前VDMOS是功率MOS的主流器件之一。作為功率開關(guān)，VDMOS具有耐壓高、開關(guān)速度快、低導(dǎo)通電阻、低驅(qū)動功率、良好熱穩(wěn)定性、低噪聲及簡單的制造工藝等優(yōu)點而廣泛的用于開關(guān)電源、交流傳動、變頻電源、計算機(jī)設(shè)備等各種領(lǐng)域，并取得理想效果。

半導(dǎo)體器件的輻照效應(yīng)是一個復(fù)雜的問題，因為不同類型的輻照，對半導(dǎo)體器件的影響是不同的。主要有四種類型的輻照能夠?qū)Π雽?dǎo)體器件產(chǎn)生輻照效應(yīng)，它們分別是質(zhì)子、電子、中子和γ射線。對微電子器件產(chǎn)生重要影響且研究最多的因素主要有γ總劑量輻射、γ劑量率輻射、中子輻射及單粒子效應(yīng)。

VDMOS的單粒子效應(yīng)主要分為單粒子?xùn)糯?SEB)和單粒子燒毀(SEGR)。當(dāng)功率MOS管關(guān)斷時，會發(fā)生SEGR損傷。即當(dāng)重離子轟擊在柵極下側(cè)時，襯底內(nèi)的徑跡附近產(chǎn)生高密度等離子體，在電場作用下，電子空穴對相對漂移，形成柵極下側(cè)的電荷積累，此時，柵極類似具有大量電荷積累的電容，當(dāng)電容兩端壓差足夠高時，會擊穿柵氧結(jié)構(gòu)，從而造成不可恢復(fù)的物理損傷。

VDMOS的N+源、P溝道和輕摻雜的N-漂移區(qū)之間，存在著一個寄生晶體管結(jié)構(gòu)，它們分別構(gòu)成寄生晶體管的發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，一般情況下，寄生晶體管的發(fā)射極和基極通過源極實現(xiàn)短路，從而對器件的外部特性不產(chǎn)生影響。在輻照環(huán)境下，注入粒子在VDMOS器件內(nèi)產(chǎn)生大量電子空穴對，在漂移場和擴(kuò)散雙重作用下，經(jīng)擴(kuò)散和漂移，形成瞬發(fā)電流。瞬發(fā)電流的橫向擴(kuò)散在基區(qū)的電阻上產(chǎn)生壓降，當(dāng)壓降增大到一定值時，寄生晶體管導(dǎo)通。當(dāng)MOS晶體管的漏源電壓大于擊穿電壓時，流過晶體管的電流可以進(jìn)一步反饋，使得耗盡區(qū)的電流密度逐漸上升，造成漏-源間二次擊穿，如果結(jié)溫超過允許值，則引起源-漏結(jié)的燒毀。因而減小VDMOS器件N+源區(qū)下方的電阻，即增大Pbody區(qū)濃度是提高器件抗單粒子燒毀的有效方法。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，考慮對器件閾值的影響，Pbody區(qū)濃度不能太大，對減小VDMOS器件N+源區(qū)下方的電阻無明顯作用，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本不具備抗單粒子燒毀能力。如圖2所示，公開號為CN105118862A的發(fā)明“一種具有抗單粒子效應(yīng)的VDMOS器件”提出了一種新型的VDMOS器件，在JFET區(qū)引入第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體柱和分離柵結(jié)構(gòu)，獲得了較好的抗單粒子效應(yīng)能力和較低的密勒電容。但是對于該結(jié)構(gòu)，在單粒子入射在第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體柱位置時能獲得較好的抗單粒子效應(yīng)能力，而在單粒子入射在其他位置，如體接觸區(qū)時，對抗單粒子效應(yīng)能力的提高非常有限。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種具有抗單粒子效應(yīng)的VDMOS器件。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：