CN109728076B - 一种横向抗辐射功率器件结构 - Google Patents

一种横向抗辐射功率器件结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种横向抗辐射功率器件结构，包括第二种导电类型半导体衬底、第一种导电类型半导体漂移区、第二种导电类型半导体阱区、第二种导电类型半导体接触区、第一种导电类型半导体接触区，第一种导电类型半导体接触区的部分上表面和第二种导电类型半导体阱区的部分上表面覆盖绝缘层，第一种导电类型半导体接触区的左侧嵌入绝缘层；绝缘层的左上方覆盖有多晶硅；绝缘层中内嵌多晶硅条，在厚场氧内部引入多晶硅层，阻止辐照电离产生的空穴向场氧化层/漂移区界面移动，降低场氧化层/漂移区界面附近陷阱对空穴的俘获率，抑制电离辐照陷阱电荷对体内势场、载流子行为的调制作用，实现器件抗辐照加固，本发明能很好地解决器件的抗辐照问题。

Description

一种横向抗辐射功率器件结构
技术领域
本发明属于功率半导体器件技术领域，具体的说涉及一种横向抗辐射功率器件结构。
背景技术
随着空间技术、核技术和战略武器技术的发展,各种电子设备已经广泛用于人造卫星、宇宙飞船、运载火箭、远程导弹和核武器控制系统中。以LDMOS器件为代表的功率高压可集成器件以其易集成、开关速度快等特点，广泛应用在电源电路、模拟开关电路、高压驱动电路等功率高压集成电路。构成电子设备的电子元器件不可避免地要处于空间辐射和核辐射等强辐射应用环境之中,辐射作用会对元器件性能造成不同程度的破坏,进而使整个电子设备发生故障。
发明内容
本发明所要解决的，就是针对上述问题，提出一种横向抗辐射功率器件结构，以调节器件的电荷平衡，改善辐射后器件表面的电场分布，从而提高器件抗辐射性能。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一种横向抗辐射功率器件结构，包括第二种导电类型半导体衬底1，位于第二种导电类型半导体衬底1上表面的第一种导电类型半导体漂移区2，形成于第一导电类型半导体漂移区2中的第二种导电类型半导体阱区3，位于第二种导电类型半导体阱区3内部上方的第二种导电类型半导体接触区4和第一种导电类型半导体接触区5，第二种导电类型半导体接触区4右侧与第一种导电类型半导体接触区5相接，第一种导电类型半导体接触区7位于第一种导电类型半导体漂移区2内部的右上侧；第二种导电类型半导体接触区4的上表面和第一种导电类型半导体接触区5的部分上表面具有第一金属电极10，第一种导电类型半导体接触区6的部分上表面具有第二金属电极11，第一种导电类型半导体接触区5的部分上表面和第二种导电类型半导体阱区3的部分上表面覆盖绝缘层7，第一种导电类型半导体接触区(6)的左侧嵌入绝缘层7；第一金属电极10和第二金属电极11都与绝缘层7相连接；绝缘层7的左上方设置有多晶硅9；绝缘层7中内嵌多晶硅条8。
作为优选方式，绝缘层7中有多层多晶硅条8，各层多晶硅条8相互平行，相邻多晶硅条8之间具有纵向间隔，纵向是指从绝缘层7表面指向第一种导电类型半导体漂移区2内部的方向。
作为优选方式，所述绝缘层7内部最靠近绝缘层7上表面的多晶硅条8，与绝缘层7上表面之间具有纵向间隔。
作为优选方式，所述位于绝缘层7中的多晶硅条8在横向上呈断续分布。
作为优选方式，在第二种导电类型半导体衬底1与第一种导电类型半导体漂移区2之间设有体内绝缘层14，包括其中在第二种导电类型半导体阱区3右下方紧贴绝缘层7的一侧设置第二种导电类型半导体条12，在第一种导电类型半导体接触区6左下方紧贴绝缘层(7)的一侧设置第一种导电类型半导体条(13)。
上述所有应用于体硅的结构，均可应用于SOI结构中。
本发明的工作原理为：本发明给出一种以调整器件场氧层中的介质的方案，即在场氧层中嵌入多晶硅介质层，达到抗辐照加固的效果。该方案只需更改多晶硅淀积时的光刻板，工艺实现简单，效果显著。本发明还采用了多层多晶硅条，条宽、条长和多晶硅条之间的间距可根据实际器件调整。
本发明的有益效果为：在厚场氧内部引入多晶硅层，阻止辐照电离产生的空穴向场氧化层/漂移区界面移动，降低场氧化层/漂移区界面附近陷阱对空穴的俘获率，抑制电离辐照陷阱电荷对体内势场、载流子行为的调制作用，实现器件抗辐照加固。本发明简单可行工艺难度较低，能很好地解决器件的抗辐照问题。
附图说明
图1是本发明实施例1给出的一种场氧内嵌多晶硅LDMOS结构示意图；
图2是本发明实施例2给出的一种改进的场氧内嵌多晶硅LDMOS结构示意图；
图3是本发明实施例3给出的一种另一种改进的场氧内嵌多晶硅LDMOS结构示意图；
图4是本发明实施例4给出的一种场氧内嵌多晶硅STI LDMOS结构示意图；
图5是本发明实施例5给出的一种部分场氧内嵌多晶硅STI LDMOS结构示意图
图6是本发明实施例6给出的对槽栅器件的应用；
图7是本发明实施例7给出的对ENBULF器件的应用；
1为第二种导电类型半导体衬底，2为第一种导电类型半导体漂移区，3为第二种导电类型半导体阱区，4为第二种导电类型半导体接触区，5为第一种导电类型半导体接触区，6为第一种导电类型半导体接触区，7为绝缘层，8为多晶硅条，9为多晶硅，10为第一金属电极，11为第二金属电极，12为第二种导电类型半导体条，13为第一种导电类型半导体条，14为体内绝缘层。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
如图1所示，一种横向抗辐射功率器件结构，包括第二种导电类型半导体衬底1，位于第二种导电类型半导体衬底1上表面的第一种导电类型半导体漂移区2，形成于第一导电类型半导体漂移区2中的第二种导电类型半导体阱区3，位于第二种导电类型半导体阱区3内部上方的第二种导电类型半导体接触区4和第一种导电类型半导体接触区5，第二种导电类型半导体接触区4右侧与第一种导电类型半导体接触区5相接，第一种导电类型半导体接触区7位于第一种导电类型半导体漂移区2内部的右上侧；第二种导电类型半导体接触区4的上表面和第一种导电类型半导体接触区5的部分上表面具有第一金属电极10，第一种导电类型半导体接触区6的部分上表面具有第二金属电极11，第一种导电类型半导体接触区5的部分上表面和第二种导电类型半导体阱区3的部分上表面覆盖绝缘层7，第一种导电类型半导体接触区6的左侧嵌入绝缘层7；第一金属电极10和第二金属电极11都与绝缘层7相连接；绝缘层7的左上方设置有多晶硅9；绝缘层7中内嵌多晶硅条8。
上述方案中，传统横向功率器件漏极通常为高电位，源级接地，电离辐照时，场氧里辐照电离产生的空穴往场氧化层/漂移区界面移动，并在界面附近被陷阱俘获，形成电离辐照陷阱电荷，对器件漂体内电场产生影响，从而器件性能降低。本发明在厚场氧内部引入多晶硅层，阻止辐照电离产生的空穴向场氧化层/漂移区界面移动，降低场氧化层/漂移区界面附近陷阱对空穴的俘获率，抑制电离辐照陷阱电荷对体内势场、载流子行为的调制作用，实现器件抗辐照加固。
实施例2
如图2所示，本实施例和实施例1的区别在于：绝缘层7中有多层多晶硅条8，各层多晶硅条8相互平行，相邻多晶硅条8之间具有纵向间隔。纵向是指从绝缘层7表面指向第一种导电类型半导体漂移区2内部的方向。
此结构将会进一步提高器件的抗辐射能力。平行的多条多晶硅条内部不会产生辐射诱生电荷。将进一步减少辐射对于氧化层的影响，进一步减少电荷对于终端电场的调制。
实施例3
如图3所示，本实施例和实施例1的区别在于：位于绝缘层7中的多晶硅条8在横向上呈断续分布。此结构除将会进一步提高终端抗辐射能力。断续的多条多晶硅条将会调制非辐射状态下终端电场，提高器件耐压。
实施例4
如图4所示，本实施例给出了本发明对STI LDMOS的应用实例，采用STI技术可以避免鸟嘴效应，防止器件提前击穿。表明本发明可应用于STI LDMOS器件结构中。此外多晶硅条的覆盖程度与条宽与数量可根据工艺条件进行调整，多条多晶硅或加厚多晶硅条将会提高终端抗辐射能力。
实施例5
如图5所示，本实施例给出了对部分场氧STI LDMOS的应用实例，采用部分场氧STI技术可以在保证器件耐压的同时，最大程度地缩短场氧化层长度，减小Si/SiO2界面面积，降低漂移区电离辐照陷阱电荷量，从而抑制电离辐照陷阱电荷对体内势场、载流子行为的调制作用，实现器件抗辐照加固。
实施例6
如图6所示，本实施例给出了对槽栅LDMOS的应用实例，表明本发明可应用于槽栅LDMOS器件结构中。
实施例7
如图7所示，本实施例给出了本发明对ENBULF SOI LDMOS的应用实例，在第二种导电类型半导体衬底1与第一种导电类型半导体漂移区2之间设有体内绝缘层14，包括其中在第二种导电类型半导体阱区3右下方紧贴绝缘层7的一侧设置第二种导电类型半导体条12，在第一种导电类型半导体接触区6左下方紧贴绝缘层7的一侧设置第一种导电类型半导体条13。在绝缘层7两侧引入第二种导电类型半导体条12和第一种导电类型半导体条13可以提高漂移区表面/绝缘槽界面的电场，从而提高器件的耐压。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种横向抗辐射功率器件结构，其特征在于：包括第二种导电类型半导体衬底（1），位于第二种导电类型半导体衬底（1）上表面的第一种导电类型半导体漂移区（2），形成于第一导电类型半导体漂移区（2）中的第二种导电类型半导体阱区（3），位于第二种导电类型半导体阱区（3）内部上方的第二种导电类型半导体接触区（4）和第一第一种导电类型半导体接触区（5），第二种导电类型半导体接触区（4）右侧与第一第一种导电类型半导体接触区（5）相接，第二第一种导电类型半导体接触区（6）位于第一种导电类型半导体漂移区（2）内部的右上侧；第二种导电类型半导体接触区（4）的上表面和第一第一种导电类型半导体接触区（5）的部分上表面具有第一金属电极（10），第二第一种导电类型半导体接触区（6）的部分上表面具有第二金属电极（11），第一第一种导电类型半导体接触区（5）的部分上表面和第二种导电类型半导体阱区3的部分上表面覆盖绝缘层（7），第二第一种导电类型半导体接触区（6）的左侧嵌入绝缘层（7）；第一金属电极（10）和第二金属电极（11）都与绝缘层（7）相连接；绝缘层（7）的左上方设置有多晶硅（9）；绝缘层（7）中内嵌多晶硅条（8）；绝缘层（7）中有多层多晶硅条（8），各层多晶硅条（8）相互平行，相邻多晶硅条（8）之间具有纵向间隔，纵向是指从绝缘层（7）表面指向第一种导电类型半导体漂移区（2）内部的方向。
2.根据权利要求1所述的一种横向抗辐射功率器件结构，其特征在于：所述绝缘层（7）内部最靠近绝缘层（7）上表面的多晶硅条（8），与绝缘层（7）上表面之间具有纵向间隔。
3.根据权利要求1所述的一种横向抗辐射功率器件结构，其特征在于：所述绝缘层（7）中的多晶硅条（8）在横向上呈断续分布。
4.根据权利要求1所述的一种横向抗辐射功率器件结构，其特征在于：在第二种导电类型半导体衬底（1）与第一种导电类型半导体漂移区（2）之间设有体内绝缘层（14），包括其中在第二种导电类型半导体阱区（3）右下方紧贴绝缘层（7）的一侧设置第二种导电类型半导体条（12），在第二第一种导电类型半导体接触区（6）左下方紧贴绝缘层（7）的一侧设置第一种导电类型半导体条（13）。
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