一種功率半導(dǎo)體器件抗單粒子燒毀方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種功率半導(dǎo)體器件抗單粒子燒毀方法，其特征在于：其特征在于：將功率半導(dǎo)體器件漂移區(qū)按橫向厚度均勻分成2—4個(gè)區(qū)域，針對(duì)其中一個(gè)區(qū)域降低少子壽命；將功率半導(dǎo)體器件漂移區(qū)按縱向厚度均勻分成2—4個(gè)區(qū)域，針對(duì)其中一個(gè)區(qū)域降低少子壽命。
【專利說(shuō)明】一種功率半導(dǎo)體器件抗單粒子燒毀方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功率半導(dǎo)體器件抗單粒子燒毀方法。
【背景技術(shù)】
[0002]功率MOS (Metal-Oxide-Semiconductor)晶體管廣泛應(yīng)用于外太空和行星探索領(lǐng)域中,其工作穩(wěn)定性受到自然福射環(huán)境的限制。單粒子燒毀(SEB, Single-event Burnout)產(chǎn)生原因是一個(gè)重粒子射入關(guān)斷工作下的器件內(nèi)，入射粒子沿軌跡產(chǎn)生大量的電子空穴對(duì)，空穴在漂移區(qū)電場(chǎng)作用下向源區(qū)漂移。如果空穴形成的漂移電流在體區(qū)產(chǎn)生總夠的壓降使寄生雙極結(jié)型晶體管導(dǎo)通，該寄生管內(nèi)會(huì)發(fā)生載流子雪崩倍增效應(yīng)，從而使內(nèi)部電流不斷增大，最終導(dǎo)致器件熱損毀。自從SEB發(fā)現(xiàn)以來(lái)，抗SEB加固的器件結(jié)構(gòu)被廣泛研究并提出。例如，器件內(nèi)部P+體區(qū)擴(kuò)展和引入η型緩沖層等方法，可以有效地提高抗SEB能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的在于提供一種功率半導(dǎo)體器件抗單粒子燒毀方法，能夠有效抑制單粒子燒毀效應(yīng)。
[0004]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案:
[0005]一種功率半導(dǎo)體器件抗單粒子燒毀方法，其特征在于:將功率半導(dǎo)體器件漂移區(qū)按橫向厚度均勻分成2— 4個(gè)區(qū)域，針對(duì)其中一個(gè)區(qū)域降低少子壽命；將功率半導(dǎo)體器件漂移區(qū)按縱向厚度均勻分成2— 4個(gè)區(qū)域，針對(duì)其中一個(gè)區(qū)域降低少子壽命。
[0006]將功率半導(dǎo)體器件漂移區(qū)按橫向厚度均勻分成3個(gè)區(qū)域，按縱向厚度均勻分成3個(gè)區(qū)域。
[0007]采用質(zhì)子、中子或電子輻照方法降低少子壽命。
[0008]降低少子壽命的區(qū)域是對(duì)功率半導(dǎo)體器件的寄生管導(dǎo)通影響最大的區(qū)域。
[0009]將少子壽命降低至0.01ns。
[0010]本發(fā)明具有的有益效果:
[0011]本發(fā)明通過(guò)控制漂移區(qū)內(nèi)少子壽命，可以顯著提高功率半導(dǎo)體器件抗SEB能力，提高SEB閾值電壓。降低漂移區(qū)少子壽命可以使粒子沿軌跡產(chǎn)生電子空穴對(duì)的復(fù)合時(shí)間變短，在漂移電場(chǎng)的作用下有更少量的空穴到達(dá)源區(qū)，寄生管不易導(dǎo)通，從而提高了器件的抗SEB能力。本發(fā)明采用質(zhì)子、中子或電子輻照方法降低少子壽命，常溫下即可實(shí)現(xiàn)對(duì)少子壽命控制，避免了溫度變化使器件性能退化。如果在漂移區(qū)全部區(qū)域進(jìn)行少子壽命控制，在抑制SEB效應(yīng)的同時(shí)，會(huì)使反向漏電流急劇增加，本發(fā)明在漂移區(qū)的局部區(qū)域進(jìn)行少子壽命控制，有效折中了 SEB閾值電壓與反向漏電流的關(guān)系。本發(fā)明降低少子壽命的區(qū)域選取對(duì)功率半導(dǎo)體器件的寄生管導(dǎo)通影響最大的區(qū)域，能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的抗SEB效果。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為現(xiàn)有70V功率UM0SFET仿真結(jié)構(gòu)示意圖；[0013]圖2為橫向局部少子壽命控制不意圖；
[0014]圖3為縱向局部少子壽命控制示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]將功率半導(dǎo)體器件漂移區(qū)按橫向厚度均勻分成2— 4個(gè)區(qū)域，實(shí)施時(shí)，均分成3個(gè)區(qū)域，針對(duì)其中一個(gè)區(qū)域降低少子壽命；將功率半導(dǎo)體器件漂移區(qū)按縱向厚度均勻分成2— 4個(gè)區(qū)域，實(shí)施時(shí)，均分成3個(gè)區(qū)域，針對(duì)其中一個(gè)區(qū)域降低少子壽命。降低少子壽命的區(qū)域選取對(duì)功率半導(dǎo)體器件的寄生管導(dǎo)通影響最大的區(qū)域。降低少子壽命采用質(zhì)子、中子或電子輻照方法。
[0016]下面結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明方法及有益效果。
[0017]如圖1所示，實(shí)驗(yàn)選用70V功率UM0SFET器件。從器件最下方開(kāi)始，η+型襯底上方為η-漂移區(qū)，少子壽命控制在該區(qū)域內(nèi)；η-漂移區(qū)上方右側(cè)為P-型體區(qū)，P-型體區(qū)上方為器件的η+源區(qū)和P+體區(qū)；η-漂移區(qū)上方左側(cè)為槽柵多晶硅區(qū)。
[0018]根據(jù)全局控制不同少子壽命的SEB仿真結(jié)果，隨著少子壽命的降低，重粒子沿軌跡產(chǎn)生的電子空穴對(duì)復(fù)合加快，SEB閾值電壓不斷提高。當(dāng)少子壽命降低至0.0lns時(shí)，SEB閾值電壓提高73.7%。但隨著少子壽命的降低，反向漏電流急劇增加，器件的功耗也隨之增力口。少子壽命降低以前，漏電流為4.0X 10-14Α，而當(dāng)少子壽命降低至0.0lns時(shí)，漏電流為增加至 2.0XIO-1OAo
[0019]為了折中SEB閾值電壓和反向漏電流的關(guān)系，采用本發(fā)明方法進(jìn)行局部少子壽命控制。
[0020]如圖2、圖3所示，橫向局部控制可以通過(guò)精確控制輻射劑量和輻射能量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)少子壽命和控制區(qū)域的控制；縱向局部控制可以通過(guò)橫向局部控制和掩膜控制相結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0021]根據(jù)不同局部區(qū)域控制下的SEB仿真結(jié)果，當(dāng)局部少子壽命控制在橫向η-漂移區(qū)I和縱向η-漂移區(qū)5時(shí)抗SEB效果比其他局部控制區(qū)域更好，因?yàn)檫@兩個(gè)區(qū)域?qū)纳艿膶?dǎo)通有最大影響。當(dāng)少子壽命降低至0.0lns時(shí)，SEB閾值電壓分別提高55.3%和52.6%。局部控制在η-漂移區(qū)I和η-漂移區(qū)5兩種情況下對(duì)漏電流改善情況基本相同。相比全局少子壽命控制，當(dāng)少子壽命降低至0.0lns時(shí)，漏電流可下降50%。
[0022]上述實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明方法可以在不明顯損失器件正向特性的前提下，很好折中SEB閾值電壓與反向漏電流的關(guān)系，有效提高抗SEB能力。
【權(quán)利要求】
1.一種功率半導(dǎo)體器件抗單粒子燒毀方法，其特征在于:將功率半導(dǎo)體器件漂移區(qū)按橫向厚度均勻分成2— 4個(gè)區(qū)域，針對(duì)其中一個(gè)區(qū)域降低少子壽命；將功率半導(dǎo)體器件漂移區(qū)按縱向厚度均勻分成2— 4個(gè)區(qū)域，針對(duì)其中一個(gè)區(qū)域降低少子壽命。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體器件抗單粒子燒毀方法，其特征在于:將功率半導(dǎo)體器件漂移區(qū)按橫向厚度均勻分成3個(gè)區(qū)域，按縱向厚度均勻分成3個(gè)區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率半導(dǎo)體器件抗單粒子燒毀方法，其特征在于:采用質(zhì)子、中子或電子輻照方法降低少子壽命。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率半導(dǎo)體器件抗單粒子燒毀方法，其特征在于:降低少子壽命的區(qū)域是對(duì)功率半導(dǎo)體器件的寄生管導(dǎo)通影響最大的區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率半導(dǎo)體器件抗單粒子燒毀方法，其特征在于:將少子壽命降低至0.0lns0
【文檔編號(hào)】H01L21/336GK103928338SQ201410134515
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】王穎, 于成浩, 曹菲, 胡海帆 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)