一种抗总剂量辐射效应的SOILDMOS器件加固结构制造技术

本发明专利技术公开了一种抗总剂量辐射效应的SOI LDMOS器件加固结构。本发明专利技术通过外延方法在埋氧层2的界面生长一层薄的N

【技术实现步骤摘要】
一种抗总剂量辐射效应的SOI LDMOS器件加固结构


[0001]本专利技术涉及功率半导体器件抗辐射加固技术，具体地说是一种抗总剂量效应的SOI LDMOS器件加固结构，一种适用于功率半导体器件的抗总剂量效应结构。

技术介绍

[0002]功率LDMOS器件具有驱动电流大、击穿电压高、速度快、功耗低、易于集成等优点，可实现不同范围内的功率控制和转换，广泛应用于卫星、航天器的电源管理。与传统的硅基LDMOS结构相比，SOI LDMOS 具有抑制闩锁效应、降低器件功耗、提高集成度及抗辐射等诸多优点，在空间应用领域具有巨大的开发潜力。因为SOI技术是一种全介质隔离技术，埋氧层的存在使得SOI LDMOS器件之间在物理和电学上完全隔离，彻底消除了硅基LDMOS器件存在的闩锁效应。由于SOI LDMOS 器件的寄生电容比较小，功耗大幅度地减小，器件工作速度也得到很大提高。SOI技术的引入还可以降低三维立体集成难度，使器件集成度变得很高。由于SOI LDMOS为全介质隔离器件，高能辐射重离子在硅衬底积累的大量电子空穴对不能穿过埋氧层进入器件有源区，因此具有极好的抗单粒子效应性能。
[0003]为了将SOI LDMOS器件应用于空间辐射环境中，就必须考虑其辐射可靠性问题。虽然SOI LDMOS器件相比于硅基LDMOS在抗单粒子效应具有优势，但SOI结构中引入的埋氧层也成为对总剂量效应敏感的电荷俘获区。研究表明，SOI LDMOS器件中极薄且高质量的栅氧化层使总剂量效应对阈值电压漂移的影响可以忽略，但埋氧层成为影响器件击穿电压漂移的最主要因素。这主要因为高总剂量辐照在埋氧层/ 漂移区界面产生极高密度的固定正电荷，固定正电荷会在器件漂移区镜像产生大量电子，使漂移区多数载流子(电子)浓度等效增加。由于SOI LDMOS器件的击穿电压对漂移区多数载流子浓度非常敏感，因此随着辐照剂量的不断增加，器件击穿电压将发生严重的退化。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有普通SOI LDMOS器件总剂量效应加固技术中的不足，提出了一种抗总剂量辐射效应的SOI LDMOS器件加固结构。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的加固结构相比普通结构有三方面改进：
[0006](1)通过外延方法在埋氧层2的界面生长一层薄的N型轻掺杂扩展层(即为N
‑
扩展层16)，该N
‑
扩展层可吸取因辐照在埋氧层2引入固定正电荷镜像产生的电子；
[0007](2)通过离子注入方法在浅槽隔离氧化层9的下表面的拐角附近形成一个P型掺杂层(即为P保护区14)，该P保护区能够降低浅槽隔离拐角附近体硅内部电场峰值，从而提高器件的横向击穿电压；
[0008](3)通过高能离子注入方法在漂移区3形成一个P型低掺杂柱状区域(该P
‑
柱区15)，该P
‑
柱区能够起到电导调制作用，在同一耐压条件下可以提高漂移区浓度对击穿电压的变化窗口。
[0009]作为优选，所述N
‑
扩展层16浓度需低于漂移区3的浓度，厚度为漂移区3厚度的十
分之一至五分之一之间。
[0010]作为优选，所述P保护区14需覆盖浅槽隔离氧化层9界面下方体硅结构中的高电场区域。P保护区14的掺杂浓度高于P
‑
柱区15；
[0011]作为优选，所述P
‑
柱区15的掺杂浓度高于N
‑
漂移区；且P
‑
柱区15的厚度和宽度应使器件具有最大的漂移区浓度对击穿电压的变化窗口，具体根据实际情况而定。
[0012]本专利技术的优点在于：
[0013]提出一种抗总剂量辐射效应的SOILDMOS器件加固结构。该加固结构基于普通SOILDMOS器件结构，首先通过外延方法在埋氧层界面生长一层薄的N型轻掺杂扩展层，N
‑
扩展层的厚度和浓度可通过外延工艺进行控制，N
‑
扩展层的引入可以吸收埋氧层固定正电荷在漂移区镜像产生的大量电子，避免在漂移区内部引起严重的电导调制效应，从而对总剂量辐照引起的击穿电压漂移具有抑制作用。其次，通过离子注入技术在浅槽隔离拐角附近形成一个P型掺杂保护区，其中P保护区的掺杂浓度和结深可以通过注入剂量和能量进行控制，P保护区能够有效降低浅槽隔离拐角附近体硅内部电场峰值，提高器件的横向击穿电压，从而使器件在漂移区高浓度条件下的击穿电压提高。最后，通过高能离子注入在漂移区形成一个P型低掺杂柱状区域，其中P
‑
柱区的掺杂浓度和结深可以通过注入剂量和能量进行控制，P
‑
柱区可以起到的电导调制作用，不但在相同耐压下可以有效提高漂移区的掺杂浓度，从而降低器件的比导通电阻，还可以大幅度提高漂移区浓度对击穿电压的变化窗口，从而提高器件击穿电压漂移对辐照总剂量的耐受度。通过后续对普通结构和本专利技术所述辐射加固结构的对比仿真验证，加固结构在相同耐压条件下不但降低了比导通电阻，还可以大幅度提高器件的抗总剂量性能，从而保证SOILDMOS器件在空间辐射环境中长时间稳定工作。
附图说明
[0014]图1是普通SOILDMOS器件结构示意图。
[0015]1‑
衬底；2
‑
埋氧层；3
‑
N
‑
漂移区；4
‑
源极N
+
有源区；5
‑
源极P
+
有源区；6
‑
漏极N
+
有源区；7
‑
源极P
‑
阱区；8
‑
漏极N
‑
阱区；9
‑
浅槽隔离氧化层；10
‑
栅氧化层；11
‑
多晶硅栅；12
‑
源极金属层；13
‑
漏极金属层。
[0016]图2是基于本专利技术设计的抗总剂量辐射效应的SOILDMOS器件加固结构示意图。
[0017]1‑
衬底；2
‑
埋氧层；3
‑
N
‑
漂移区；4
‑
源极N
+
有源区；5
‑
源极P
+
有源区；6
‑
漏极N
+
有源区；7
‑
源极P
‑
阱区；8
‑
漏极N
‑
阱区；9
‑
浅槽隔离氧化层；10
‑
栅氧化层；11
‑
多晶硅栅；12
‑
源极金属层；13
‑
漏极金属层；14
‑
P保护区；15
‑
P
‑
柱区；16
‑
N
‑
扩展层。
[0018]图3是图1和图2所示结构的击穿电压和比导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗总剂量辐射效应的SOI LDMOS器件加固结构，其特征在于基于普通SOI LDMOS器件，增加P保护区(14)、P
‑
柱区(15)和N
‑
扩展层(16)，从而提高器件的抗总剂量性能。2.根据权利要求1所述的一种抗总剂量辐射效应的SOI LDMOS器件加固结构，其特征在于通过外延方法在埋氧层(2)的界面生长一层薄的N型轻掺杂扩展层，即为N
‑
扩展层(16)。3.根据权利要求2所述的一种抗总剂量辐射效应的SOI LDMOS器件加固结构，其特征在于该N
‑
扩展层(16)可吸取因辐照在埋氧层(2)引入固定正电荷镜像产生的电子。4.根据权利要求1或2所述的一种抗总剂量辐射效应的SOI LDMOS器件加固结构，其特征在于通过离子注入方法在浅槽隔离氧化层(9)的下表面的拐角处形成一个P型掺杂层，即为P保护区(14)。5.根据权利要求4所述的一种抗总剂量辐射效应的SOI LDMOS器件加固结构，其特征在于该P保护区能够降低浅槽隔离拐角附近体硅内部电场峰值，从而提高器件的横向击穿电压。6.根据权利要求1所述的一种抗总剂量辐射效应的SOI LDM...

【专利技术属性】
技术研发人员：于成浩，王颖，郭浩民，包梦恬，张立龙，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：