本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，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)向著高頻大功率應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展，功率mosfet(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor)器件因其具有耐壓高、開關(guān)速度快、驅(qū)動簡單、低驅(qū)動功率、良好的熱穩(wěn)定性及簡單的制造工藝等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源、交流傳動、變頻電源、計算機設(shè)備等領(lǐng)域中。目前由于vdmos耐壓高、制造工藝簡單和較高的可靠性等特點而成為功率mosfet的主流器件之一。此外，vdmos器件在航天器上也是必不可少的器件，常應(yīng)用于航天器電源系統(tǒng)的dc/dc開關(guān)變換器中。然而，空間輻射環(huán)境存在多種高能射線和高能粒子，它們對電子器件的性能造成威脅。功率mosfet長期工作在太空環(huán)境中，高能粒子、宇宙射線會對器件電學(xué)參數(shù)產(chǎn)生巨大影響，輻射產(chǎn)生的單粒子效應(yīng)會導(dǎo)致功率mosfet燒毀失效；也能產(chǎn)生總劑量電離效應(yīng)，使器件的電學(xué)參數(shù)發(fā)生退化，甚至可能直接使器件永久性失效。這些影響足以使航天器電源系統(tǒng)功能異?；蛑率购教炱鞯倪\行受影響，最終導(dǎo)致航天器壽命下降。宇航用功率mosfet的抗輻射加固研究始于20世紀80年代。迄今為止，功率mosfet總劑量輻射影響機制及加固理論都已相對比較成熟，而其單粒子效應(yīng)的研究尚且不成熟。

vdmos器件的單粒子效應(yīng)主要分為單粒子燒毀(seb，singleeventburnout)和單粒子?xùn)糯?segr，singleeventgaterupture)。單粒子燒毀是指由于高能粒子的入射導(dǎo)致器件的寄生三極管導(dǎo)通，產(chǎn)生的正反饋使電流迅速增大并最終使器件燒毀的現(xiàn)象。在n型vdmos器件中，其n+源區(qū)、p-body體區(qū)和n-外延層構(gòu)成內(nèi)在的寄生三極管。器件在正常的關(guān)斷狀態(tài)下，源漏電流極小，寄生三極管不會導(dǎo)通；但是，當(dāng)有高能粒子轟擊vdmos，在器件入射徑跡周圍產(chǎn)生大量電子空穴對，電子空穴對在源漏耗盡層電場作用下形成漂移電流，電流密度較高，這就使得源漏電流大大増加。源漏電流橫向穿過p-body體區(qū)時會產(chǎn)生一定的電壓降，當(dāng)大于寄生三極管發(fā)射結(jié)的導(dǎo)通電壓時，寄生三極管導(dǎo)通，n+區(qū)發(fā)射電子到基區(qū)使電流繼續(xù)增大。與此同時，寄生三極管導(dǎo)通后vdmos器件管壓降迅速下降，vdmos器件進入負阻階段，電流持續(xù)增長直到發(fā)生器件局部過熱，器件因發(fā)生二次擊穿而燒毀。單粒子?xùn)糯┲饕赣捎诟吣芰Ｗ尤肷鋵?dǎo)致柵極絕緣介質(zhì)被擊穿短路的現(xiàn)象。當(dāng)有柵偏電壓時，柵介質(zhì)中高電場導(dǎo)致的局部大電流。當(dāng)有高能粒子入射到vdmos中時，空穴會沿電場向器件表面運動，瞬時產(chǎn)生的大量空穴無法導(dǎo)出，會在柵介質(zhì)下方的頸區(qū)堆積。這些空穴會在柵介質(zhì)上增加一個瞬態(tài)電場，導(dǎo)致氧化層內(nèi)電場超過臨界擊穿電場，引起柵氧介質(zhì)擊穿，柵極泄漏電流增加，功率mosfet失去柵控能力。

現(xiàn)對vdmos器件的單粒子效應(yīng)加固措施主要圍繞避免寄生三極管的開啟而展開，如：降低源區(qū)的摻雜以減小寄生三極管發(fā)射區(qū)的效率，p+深注入以減小基區(qū)的電阻，p-body區(qū)深注入以減小寄生三極管的放大系數(shù)；還有在襯底和外延層之間增加緩沖層和源區(qū)接觸采用溝槽式接觸等改善單粒子效應(yīng)的措施，但現(xiàn)有的加固vdmos器件對單粒子效應(yīng)改善有限仍不能滿足具有高可靠性的航空應(yīng)用需求，所以需要對抗單粒子加固的vdmos器件作進一步研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對上述常規(guī)vdmos器件在航空航天應(yīng)用中存在的問題，提出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：

一種具有抗單粒子效應(yīng)的vdmos器件，其元胞結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底和位于襯底上方的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體外延層；所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底下表面有漏極接觸的金屬電極；所述的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體外延層內(nèi)部上方兩側(cè)具有第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)；每個第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)內(nèi)部表面具有相互獨立的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體源區(qū)和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體的體接觸區(qū)；所述源區(qū)和體接觸區(qū)上表面具有源極金屬電極；兩側(cè)的源區(qū)之間的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體外延層的上表面有氧化層以及位于氧化層上表面的多晶硅柵；多晶硅柵與源極金屬電極之間具有絕緣介質(zhì)層；所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體外延層內(nèi)部具有第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體埋層，其位置在氧化層下方，且第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體埋層和氧化層及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)不鄰接；所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體埋層在器件有源區(qū)邊緣通過體接觸區(qū)和接觸孔與源極金屬電極相連接。

作為優(yōu)選方式，所述第一導(dǎo)電類型為n型，第二導(dǎo)電類型為p型；或者第一導(dǎo)電類型為p型，第二導(dǎo)電類型為n型。

作為優(yōu)選方式，所述器件的半導(dǎo)體為體硅、碳化硅、氮化鎵、磷化銦或鍺硅其中的一種。

本發(fā)明的有益效果為：極大地提高了vdmos器件的抗單粒子燒毀能力和抗單粒子?xùn)糯┠芰Γ瑫r提出的抗單粒子加固的vdmos結(jié)構(gòu)在保證與常規(guī)vdmos相同的耐壓條件下，能通過提高漂移區(qū)的摻雜濃度而降低器件的導(dǎo)通電阻；此外，由于埋層的屏蔽作用減小了柵電極與漏極的重疊面積，該vdmos結(jié)構(gòu)的米勒電容也大大減低。

附圖說明

圖1為常規(guī)n型vdmos的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種具有抗單粒子效應(yīng)的n型vdmos的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為處于關(guān)態(tài)的常規(guī)vdmos在重離子入射時產(chǎn)生的電子空穴的流向示意圖；

圖4為本發(fā)明的n型vdmos在重離子入射時產(chǎn)生的電子空穴的流向示意圖；

其中，1為金屬電極，2為第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底，3為第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體外延層，4為第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)，5為源區(qū)，6為體接觸區(qū)，7為源極金屬電極，8為氧化層，9為多晶硅柵，10為絕緣介質(zhì)層，11為第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體埋層。

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。

如圖2所示，一種具有抗單粒子效應(yīng)的vdmos器件，其元胞結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底2和位于襯底2上方的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體外延層3；所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底2下表面有漏極接觸的金屬電極1；所述的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體外延層3內(nèi)部上方兩側(cè)具有第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)4；每個第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)4內(nèi)部表面具有相互獨立的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體源區(qū)5和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體的體接觸區(qū)6；所述源區(qū)5和體接觸區(qū)6上表面具有源極金屬電極7；兩側(cè)的源區(qū)5之間的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體外延層3的上表面有氧化層8以及位于氧化層8上表面的多晶硅柵9；多晶硅柵9與源極金屬電極7之間具有絕緣介質(zhì)層10；所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體外延層3內(nèi)部具有第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體埋層11，其位置在氧化層8下方，且第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體埋層11和氧化層8及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)4不鄰接；所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體埋層11在器件有源區(qū)邊緣通過體接觸區(qū)和接觸孔與源極金屬電極相連接。

所述第一導(dǎo)電類型為n型，第二導(dǎo)電類型為p型；或者第一導(dǎo)電類型為p型，第二導(dǎo)電類型為n型。

優(yōu)選的，所述器件的半導(dǎo)體為體硅、碳化硅、氮化鎵、磷化銦或鍺硅其中的一種。

下面以第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體為n型半導(dǎo)體、第二導(dǎo)電類型為p型半導(dǎo)體為例，說明本例vdmos結(jié)構(gòu)改善單粒子能力的原理。

如圖3所示，當(dāng)重離子入射常規(guī)vdmos器件時，其柵電極中心位置下方的jfet區(qū)是最敏感區(qū)域，高能粒子在入射徑跡上激發(fā)產(chǎn)生電子空穴對，在漏源正向電壓的作用下，電子流向漏極，空穴主要有兩條流向路徑，一方面通過p-body區(qū)流到源極，而在p-body區(qū)的電壓降增加易造成寄生三極管的開啟甚至電流過大時發(fā)生二次擊穿而使器件發(fā)生燒毀；另一方面空穴流向柵氧層下表面積聚而引起柵氧兩側(cè)電勢差增加，最終導(dǎo)致柵穿。如圖4所示，本發(fā)明提出的具有抗單粒子效應(yīng)的vdmos結(jié)構(gòu)，由于引入了與源極相連的p埋層11，在p埋層周圍與第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體外延層3之間形成空間電荷區(qū)而產(chǎn)生指向p埋層的電場，高能粒子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對，在電場的作用下，電子流向漏極，而空穴大部分流向p埋層，最終流向源電極；由于在柵電極下方的漂移區(qū)內(nèi)引入與源極接觸的p埋層，其為高能粒子產(chǎn)生的空穴提供了另一便捷流通的路徑而有效避免了源區(qū)下方寄生晶體管的開啟，以及避免柵氧層下方空穴的大量積聚，同時改善了抗單粒子燒毀和抗單粒子?xùn)糯┑哪芰?。此外由于p埋層的引入，在器件關(guān)斷時，p埋層與漂移區(qū)形成的反偏pn結(jié)也能承擔(dān)一部分耐壓，所以在實現(xiàn)與普通vdmos同樣耐壓的前提下，可適當(dāng)提高漂移區(qū)的摻雜濃度使器件的導(dǎo)通電阻降低；同時由于p埋層的存在減小了柵漏電極的重疊面積而使柵漏電容減小。而另一方面p埋層的引入會導(dǎo)致器件導(dǎo)通時電流路徑變窄而使導(dǎo)通電阻增大，可通過優(yōu)化設(shè)計p埋層的位置參數(shù)及摻雜濃度使其在改善抗單粒子能力的同時對器件的導(dǎo)通電阻影響較小。

由于空間輻射環(huán)境的復(fù)雜性，本發(fā)明提出的應(yīng)用于vdmos的加固結(jié)構(gòu)方案可與vdmos器件現(xiàn)有的其他工藝或結(jié)構(gòu)加固方案相結(jié)合使用，不僅可大大提高器件抗輻射能力，而且使器件具有較優(yōu)的電學(xué)參數(shù)性能和較高的可靠性。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。