[发明专利]一种具有抗单粒子烧毁能力的功率MOS器件

说明书

技术领域

本发明涉及功率半导体器件技术领域，尤其涉及一种具有抗单粒子烧毁能力的功率MOS器件。

背景技术

电力电子系统是空间电子系统和核电子系统的心脏，功率电子技术是所有电力电子系统的基础。VDMOS是功率电子系统的重要元器件，它为电子设备提供所需形式的电源和为电机设备提供驱动。几乎一切电子设备和电机设备都需要用到功率VDMOS器件。VDMOS器件具有不能被横向导电器件所替代的优良性能，包括高耐压、低导通电阻、大功率、可靠性等。

随着航空航天技术和核技术的快速发展，越来越多的电子设备要在各种辐射环境中应用。这些辐射环境概括起来可分为空间辐射环境和人为辐射环境两大类。空间辐射环境主要来自宇宙射线、太阳耀斑辐射、围绕地球的内外范艾伦辐射带，此外还有太阳风、极光、太阳X射线以及频谱范围较宽的电磁辐射，主要由高能质子、高能电子、X射线等组成。人为辐射环境主要来自核电站、核反应堆、加速器、核武器爆炸等产生的辐射，主要由α射线、β射线、中子、γ射线、X射线、核电磁脉冲等组成。目前微电子器件是组成电子设备的基本单元，乃至是核心组成部分，而半导体和微电子器件对这些辐射非常敏感，辐射作用于电子设备，对其性能和功能会产生不同程度的影响，甚至使其失效。

一般来说，空间辐射环境对电子元器件功能和性能的影响表现为三种基本辐射效应：1总剂量效应是由于辐射离子与器件材料发生作用，产生电荷和电荷中心，影响器件；2单粒子效应是单个粒子穿过器件时，在其轨迹上所产生的高密度电荷对器件的影响；3位移损伤效应是由于粒子的作用，使材料结构或晶体点阵中的原子产生位移，脱离其正常位置，形成缺陷中心，以及与材料作用产生的声子所激发的二次电子，从而影响器件性能。

在空间辐射环境中，当高能粒子入射VDMOS器件时，会产生电子阻止和核阻止。核阻止造成被辐照材料的晶格损伤，而电子阻止造成被辐照材料的组成原子电离，产生具有数百兆电子伏特或更高能量的次级电子，并且沿次级电子的径迹又可产生大量的电子空穴对，在漂移电场和载流子扩散的双重作用下，这些电子空穴对中的空穴向源极运动，电子向漏极运动，形成瞬发电流，如果过该电流足够大，会使VDMOS器件N+源区下方的Pbody区产生超过0.7V左右的横向电压降是寄生的双极晶体管开启并使其工作于放大状态，如果漏源电压达到寄生双极晶体管的击穿电压BV_CEO，则寄生双极晶体管的集电极将发生雪崩倍增效应，电流急剧增大，形成正反馈，最终导致VDMOS的烧毁。因而减小VDMOS器件N+源区下方的电阻，即增大Pbody区浓度是提高器件抗单粒子烧毁的有效方法。传统结构如图1所示，考虑对器件阈值的影响，Pbody区浓度不能太大，对减小VDMOS器件N+源区下方的电阻无明显作用，传统结构基本不具备抗单粒子烧毁能力。对于有P+注入的结构，如图2所示，特别加入P+注入就是为减小VDMOS器件N+源区下方的电阻，但这需要额外增加一张掩膜板，增加了成本，且需小心控制推结温度和时间，以防影响沟道区的掺杂浓度而导致阈值电压的漂移。

发明内容

本发明的目的，就是针对上述传统器件结构存在的问题，提出一种既不额外增加掩膜板增加成本，也不会影响器件电学性能，且能消除VDMOS器件N+源区下方的电阻，提高VDMOS器件抗单粒子烧毁能力的功率MOS器件。

本发明的技术方案是，一种具有抗单粒子烧毁能力的功率MOS器件，包括N型衬底2、位于N型衬底2上层的N型外延层3；所述N型衬底下表面设置有金属化漏极1；所述N型外延层3上层的两侧分别设置有P型基区4；所述P型基区4中设置有相互独立的N型源区5和P型体区6；所述N型源区5与N型外延层3之间的P型基区4上表面、P型基区4之间的N型外延层3上表面设置有栅氧化层7；栅氧化层7上表面设置有多晶硅栅极8；两端的P型体区6上表面通过金属化源极10连接；金属化源极10与多晶硅栅极8之间设置有场氧化层9；其特征在于，所述N型源区5下表面设置有二氧化硅介质层12。

具体的，所述二氧化硅介质层12位于N型源区5和P型体区6下表面并与金属化源极10连接。