[发明专利]一种星用抗辐射沟槽型MOS管的加固结构和制备方法

说明书

本发明公开了一种星用抗辐射沟槽型MOS场效应晶体管的加固结构和制备方法，结构包括依次堆叠的衬底、缓变外延层、层间介质层和金属层；缓变外延层的表面上依次设置有P+体掺杂区和N+源掺杂区，缓变外延层上设置栅极沟槽；栅极沟槽内部从下至上依次层叠有第一栅氧、浮空多晶栅、第二栅氧和控制多晶栅形成双层屏蔽栅极结构；层间介质层上设置有源极浅沟槽，源极浅沟槽对称分布在栅极沟槽的两侧，源极浅沟槽依次穿过层间介质层、N+源掺杂区和P+体掺杂区，源极浅沟槽的深度不超过栅极沟槽中控制多晶栅的纵向多晶厚度；源极浅沟槽内通过离子注入形成P+深源，P+深源与P+体掺杂区相连接；金属层设置在层间介质层上，并填充源极浅沟槽。

技术领域

本发明属于电子技术领域，具体属于一种星用抗辐射沟槽型MOS管的加固结构和制备方法。

背景技术

沟槽型MOS场效应晶体管使用沟槽侧壁形成器件栅极结构，有效减小器件JFET电阻和漏端电阻，并提高栅极结构的单元密度；较平面栅MOS场效应晶体管有更低的导通电阻、更优异的品质因数、更快的开关速率和较低的驱动损耗，更适合卫星、空间飞行器中新型分布式电源系统低功耗、大电流的设计要求，更高的单元密度有利于电源功率模块集成和系统小型化。

但是现有沟槽型MOS场效应晶体管的抗辐射能力不足。沟槽内栅氧厚度和质量不均匀，电场强度高的沟道和漏端交叠处临近沟槽底部栅氧薄弱区域，加厚沟槽底部氧化层虽然解决了器件击穿耐受的可靠性问题，然而辐射环境中沟槽底部的厚栅氧会电离感生大量电荷，引起严重的总剂量效应造成器件电特性退化；此外空间环境重离子入射过程会激活大量空穴并向沟槽底部漂移和扩散，较差的栅氧质量造成沟槽底部易发生单粒子栅穿。对非辐射加固的沟槽型MOS场效应晶体管，有文献报告：30V沟槽型MOS场效应晶体管在栅源偏置5V条件进行γ射线电离辐照试验，总剂量100k rad(Si)时阈值电压变动幅度超过5.5V，严重偏移正常工作允许范围；40V沟槽型MOS场效应晶体管在栅源零偏条件进行LET37MeV•cm2/mg的单粒子试验，直至工作电压降额62.5%时，单粒子栅穿效应才消失。现有技术中存在沟槽型MOS场效应晶体管抗辐射能力不足的缺点。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种星用抗辐射沟槽型MOS管的加固结构和制备方法，通过抗辐射工艺制作栅极和源极双沟槽MOS场效应晶体管，其具有较好的抵御电离总剂量效应和单粒子效应的能力。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种星用抗辐射沟槽型MOS管的加固结构，包括依次堆叠的衬底、缓变外延层、层间介质层和金属层；

所述缓变外延层的表面上依次设置有P+体掺杂区和N+源掺杂区，缓变外延层上设置栅极沟槽；所述栅极沟槽内部从下至上依次层叠有第一栅氧、浮空多晶栅、第二栅氧和控制多晶栅形成双层屏蔽栅极结构；

所述层间介质层上设置有源极浅沟槽，所述源极浅沟槽对称分布在栅极沟槽的两侧，源极浅沟槽依次穿过层间介质层、N+源掺杂区和P+体掺杂区，所述源极浅沟槽的深度不超过栅极沟槽中控制多晶栅的纵向多晶厚度；源极浅沟槽内通过离子注入形成P+深源掺杂区，P+深源掺杂区与P+体掺杂区相连接；金属层设置在层间介质层上，并填充源极浅沟槽。

优选的，所述栅极沟槽深度不小于1.5μm；第一栅氧的厚度不小于100nm；浮空多晶栅的厚度不超过栅极沟槽深度的50%；第二栅氧的厚度不小于100nm；控制多晶栅的厚度不超过栅极沟槽深度的40%。

一种星用抗辐射沟槽型MOS管的加固结构的制备方法，包括以下过程，

步骤1，在衬底上依次进行三次外延层的生长形成缓变外延层；

步骤2，在缓变外延层上通过离子注入形成P+体掺杂区；

步骤3，在含有P+体掺杂区的缓变外延层上通过刻蚀工艺形成栅极沟槽；