本發(fā)明屬于半導(dǎo)體功率器件，具體提供一種抗總劑量輻照的高壓ldmos器件。

背景技術(shù)：

1、近年來，我國在航空航天等領(lǐng)域快速發(fā)展，越來越多的電子器件被應(yīng)用到太空環(huán)境中，其工作環(huán)境遠比地球環(huán)境苛刻惡劣。在太空環(huán)境中，存在大量的高能粒子和宇宙射線，當這些粒子和射線透過航天器并作用于元器件時，會對器件產(chǎn)生不利的輻照效應(yīng)；通過衛(wèi)星故障原因統(tǒng)計可知，由于輻照導(dǎo)致的設(shè)備故障占比高達百分之四十；因此，如何降低輻照對器件的損傷、提高芯片可靠性成為亟待解決的問題。

2、ldmos器件具有高集成度、高可靠性及開關(guān)速度快等優(yōu)點，作為集成電路的核心器件，被廣泛應(yīng)用于柵驅(qū)動集成電路、功率電源集成電路和模擬開關(guān)集成電路等。為了提高ldmos承受高壓大電流的能力，在研發(fā)設(shè)計器件時，會使用終端、場板、降低表面電場和增長漂移區(qū)等技術(shù)，然而，這些技術(shù)在優(yōu)化ldmos器件性能的同時，也會導(dǎo)致它的尺寸增大；在高穩(wěn)壓開關(guān)電路中，ldmos功率器件面積占比可達整個集成電路面積的一半以上，因此，在太空環(huán)境中，受輻照影響而產(chǎn)生損壞的幾率更大。近幾年，越來越多高壓集成產(chǎn)品在航空航天領(lǐng)域上的應(yīng)用，更加凸顯了對ldmos器件的輻照效應(yīng)的研究的重要性。

3、總劑量輻照效應(yīng)是指輻射在氧化層中感應(yīng)的陷阱電荷導(dǎo)致的器件性能退化，總劑量輻照效應(yīng)通過兩種方式對半導(dǎo)體器件產(chǎn)生影響：一是電離作用，指入射高能粒子的能量被二氧化硅原子吸收，電離產(chǎn)生電子-空穴對，進而對器件產(chǎn)生一系列影響；二是原子的位移作用，指硅原子由于受到入射高能粒子的撞擊而偏離原來所在晶格位置，造成晶格損傷。電離損傷比位移損傷造成的影響更為深遠，也更易發(fā)生，氧化物中電子-空穴對的產(chǎn)生會引起電荷積聚，從而導(dǎo)致器件性能下降；因此，對于總劑量輻照效應(yīng)的研究主要集中在電離效應(yīng)上。

4、常規(guī)ldmos器件的剖面結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括：位于底部的襯底(01)；位于襯底(01)上方的漂移區(qū)(02)；位于漂移區(qū)(02)左上方的p型阱區(qū)(03)；位于漂移區(qū)(02)右上方的n型阱區(qū)(04)；位于漂移區(qū)(02)中間的n型埋層(05)和p型埋層(06)；位于p型阱區(qū)(03)上方的源極p+區(qū)(07)和源極n+區(qū)(08)；位于n型阱區(qū)(04)上方的漏極n+區(qū)(09)；位于漂移區(qū)(02)上方的二氧化硅層(10)；位于二氧化硅層(10)上方的多晶硅(12)；位于層間介質(zhì)(11)中的源極(13)、柵極金屬場板(14)和漏極(15)；當漏極施加300v電壓時，二氧化硅層中電場強度如圖2所示。器件受輻照產(chǎn)生的電子-空穴對數(shù)量與電場強度息息相關(guān)，電場強度越大，產(chǎn)生數(shù)量越多；由于電子遷移率很高，輻射誘導(dǎo)產(chǎn)生的電子被快速移出氧化層，對器件的損傷很??；而空穴遷移率較慢，輻射誘導(dǎo)產(chǎn)生的空穴被氧化層中的陷阱俘獲，形成帶正電的氧化層陷阱電荷，并在電場的作用下產(chǎn)生局部聚集，成為器件損傷的主要原因。輻照后器件內(nèi)部陷阱電荷分布示意圖如圖3所示，當器件剛處于輻照環(huán)境下，氧化層中會產(chǎn)生電子-空穴對，電子快速遷移出氧化層，而空穴被陷阱俘獲；但由于漏極電壓的存在，在該電壓形成的電場作用下，空穴會發(fā)生擴散漂移運動，最終在氧化層中形成不均勻的陷阱電荷分布，影響器件性能。進一步的，上述常規(guī)ldmos在不同輻照劑量下陷阱電荷分布示意圖如圖4所示，在外加偏壓作用下，氧化層中電荷分布呈現(xiàn)中間高，兩邊低的特點；靠近漏端的區(qū)域，首先，由于電場強度小，所以輻照誘導(dǎo)產(chǎn)生的電子-空穴對少；其次，電場指向背離漏端，誘導(dǎo)產(chǎn)生的少量空穴會朝著背離漏端的方向運動，所以靠近漏端區(qū)域的陷阱電荷濃度低；中間部分電場強度適中，輻照誘導(dǎo)產(chǎn)生的電子-空穴對數(shù)量較多，并且靠近漏端產(chǎn)生的空穴運動到中間部分，使得中間部分形成了陷阱電荷積累的現(xiàn)象；靠近源端部分雖然電場強度大，但由于器件場板結(jié)構(gòu)的存在，電場方向都向上指向場板，空穴被電場抽取，所以靠近源端的陷阱電荷濃度也比較低。

5、為此，本發(fā)明提出了一個新型的ldmos器件結(jié)構(gòu)，拉長金屬場板的長度改變氧化層中電場的指向，更多的空穴被向上的電場抽取，重構(gòu)了陷阱電荷的分布，提高了器件抗輻照能力。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對傳統(tǒng)ldmos器件在總劑量輻照后氧化層產(chǎn)生的電子-空穴對中空穴被俘獲形成陷阱電荷、進而導(dǎo)致器件電學特性發(fā)生改變的問題，提供一種抗總劑量輻照的高壓ldmos器件，通過設(shè)置延長場板使柵極金屬場板向漏極一側(cè)延伸，從而優(yōu)化器件輻照后氧化層中陷阱電荷分布，減小陷阱電荷的濃度，從而減小輻照對器件電學特性的影響；在同等輻照條件下，本發(fā)明中l(wèi)dmos器件性能參數(shù)更加穩(wěn)定，具有更好的抗總劑量輻照效應(yīng)能力。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種抗總劑量輻照的高壓ldmos器件，包括：襯底(01)、漂移區(qū)(02)、p型阱區(qū)(03)、n型阱區(qū)(04)、n型埋層(05)、p型埋層(06)、源極p+區(qū)區(qū)(07)、源極n+區(qū)區(qū)(08)、漏極n+區(qū)區(qū)(09)、二氧化硅層(10)、層間介質(zhì)層(11)、多晶硅柵極(12)、源極(13)、柵極金屬場板(14)、漏極(15)以及延長場板(16)；其中：

4、所述漂移區(qū)(02)設(shè)置于襯底(01)上，所述p型阱區(qū)(03)與n型阱區(qū)(04)設(shè)置于漂移區(qū)(02)中、且分別位于左上方與右上方，所述n型埋層(05)與p型埋層(06)埋嵌設(shè)置于漂移區(qū)(02)的中間區(qū)域、且n型埋層(05)設(shè)置于p型埋層(06)上；所述源極p+區(qū)(07)鄰接源極n+區(qū)(08)、且共同設(shè)置于p型阱區(qū)(03)中，所述源極(13)設(shè)置于源極p+區(qū)(07)與源極n+區(qū)(08)上；所述漏極n+區(qū)(09)設(shè)置于n型阱區(qū)(04)中，所述漏極(15)設(shè)置于漏極n+區(qū)(09)上；所述二氧化硅層(10)設(shè)置于漂移區(qū)(02)上，所述多晶硅柵極(12)設(shè)置于二氧化硅層(10)上、且位于源極一側(cè)；所述柵極金屬場板(14)設(shè)置于多晶硅柵極(12)上，所述延長場板(16)拼接于柵極金屬場板(14)指向漏極一側(cè)，使柵極金屬場板(14)向漏極一側(cè)延伸。

5、進一步的，延伸長度為柵極金屬場板(14)長度的0.4～0.6倍。

6、基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果在于：

7、本發(fā)明提供一種抗總劑量輻照的高壓ldmos器件，創(chuàng)造性的提出延長場板(16)結(jié)構(gòu)，通過延長場板(16)拼接于柵極金屬場板(14)指向漏極一側(cè)，使柵極金屬場板(14)向漏極一側(cè)延伸，僅通過延長場板(16)的優(yōu)化設(shè)置，即能夠有效優(yōu)化器件輻照后氧化層中陷阱電荷分布，減小陷阱電荷的濃度，從而減小輻照對器件電學特性的影響，最終提升器件的可靠性。

技術(shù)特征：

1.一種抗總劑量輻照的高壓ldmos器件，包括：襯底(01)、漂移區(qū)(02)、p型阱區(qū)(03)、n型阱區(qū)(04)、n型埋層(05)、p型埋層(06)、源極p+區(qū)區(qū)(07)、源極n+區(qū)區(qū)(08)、漏極n+區(qū)區(qū)(09)、二氧化硅層(10)、層間介質(zhì)層(11)、多晶硅柵極(12)、源極(13)、柵極金屬場板(14)、漏極(15)以及延長場板(16)；其特征在于：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述抗總劑量輻照的高壓ldmos器件，其特征在于，延伸長度為柵極金屬場板(14)長度的0.4～0.6倍。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，具體提供一種抗總劑量輻照的高壓LDMOS器件，用以解決傳統(tǒng)LDMOS器件在總劑量輻照后氧化層產(chǎn)生的電子?空穴對中空穴被俘獲形成陷阱電荷、進而導(dǎo)致器件電學特性發(fā)生改變的問題。本發(fā)明設(shè)置延長場板(16)，延長場板(16)拼接于柵極金屬場板(14)指向漏極一側(cè)，使柵極金屬場板(14)向漏極一側(cè)延伸，延伸長度為柵極金屬場板(14)長度的0.4～0.6倍；延長場板使柵極金屬場板向漏極一側(cè)延伸，有效優(yōu)化器件輻照后氧化層中陷阱電荷分布，減小陷阱電荷的濃度，從而減小輻照對器件電學特性的影響；在同等輻照條件下，本發(fā)明中LDMOS器件性能參數(shù)更加穩(wěn)定，具有更好的抗總劑量輻照效應(yīng)能力。

技術(shù)研發(fā)人員：鐘志親,黃岑
受保護的技術(shù)使用者：電子科技大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23