CN109888017A - 一种抗辐照ldmos器件 - Google Patents

Abstract

一种抗辐照LDMOS器件，属于功率器件技术领域。本发明提出的LDMOS器件包括p型衬底，p型衬底中设置p阱、n型漂移区和场氧，p阱下设置有第一p+掩埋层，p阱中设置源极；n型漂移区中形成n阱，n阱中设置漏极；n型漂移区和源极之间的p阱上表面设置栅极；n型漂移区外部设置第二p+掩埋层形成隔离环；源极和栅极通过p阱与场氧隔离开，提高了LDMOS的抗总剂量效应TID的特性，从而实现抗辐照；p阱靠近所述场氧的一侧设置p+掺杂区，有效减少了有源区扩展的面积；本发明与传统的工艺完全兼容，工艺简单，具有耐高压和易于集成的特点。

Description

一种抗辐照LDMOS器件

技术领域

本发明属于功率器件技术领域，涉及一种抗辐照LDMOS器件。

背景技术

LDMOS晶体管由于是横向结构，并且电极均在表面，在大规模集成电路中很容易实现兼容性，同时其由于高耐压的特性在微电子领域中的地位也越来越重要。LDMOS有条形LDMOS和圆形LDMOS之分，与圆形LDMOS相比，条形LDMOS面积小，并且容易避免高压互联的问题，因此国内大部分公司多采用条形LDMOS，本发明以条形LDMOS进行说明。图1所示是条形LDMOS的俯视图，图2是图1所示条形LDMOS在C-C’方向上的剖面图，其中为了抑制寄生电流的产生将栅极一部分设置在场氧上，栅极、源极和漏极与场氧接触，长的n型漂移区(Ndrift)可以起到耐高压的作用。

当LDMOS晶体管在辐射环境中，特别是在航天领域中，由于绝缘层不断累积氧化层固定电荷和界面态陷阱电荷，从而导致半导体器件的性能退化，这种现象叫做总剂量效应(TID效应)，总剂量效应会引起LDMOS晶体管的寄生沟道的产生，导致泄漏电流增加等问题。但是随着工艺的发展，栅氧化层越来越薄，薄的栅氧化层的抗辐照特性也越来越强，因此在LDMOS管沟道边沿的场氧化层与LDMOS会形成寄生沟道，如图3所示是LDMOS中产生寄生沟道的示意图，并且由于场氧化层比较厚，因此受辐照的影响很大，会使得场氧化层下形成寄生沟道的阈值电压越来越小，从而在场氧化层与LDMOS晶体管沟道边缘形成漏电通道，产生侧向漏电，从而使得整个LDMOS管的功耗增加，LDMOS管可能会发生异常，甚至失效。

发明内容

针对上述传统LDMOS管中由于场氧化层与LDMOS形成寄生沟道在栅下产生总剂量效应TID的区域，本发明提出一种抗辐照LDMOS器件，通过扩展栅下有源区，使得栅极和源极与场氧隔离开，以提高抗总剂量效应TID，实现抗辐照；该器件结构与传统的LDMOS管的工艺完全兼容，不需要增加额外的掩模和工艺步骤，能够适用于大规模集成。

本发明所采用的技术方案是：

一种抗辐照LDMOS器件，包括p型衬底，所述p型衬底中设置p阱、n型漂移区和场氧，所述p阱下设置有第一p+掩埋层，所述p阱中设置源极；所述n型漂移区中形成n阱，所述n阱中设置漏极；所述n型漂移区和源极之间的p阱上表面设置栅极；所述n型漂移区外部设置第二p+掩埋层形成隔离环；

所述源极和栅极通过p阱与所述场氧隔离开。

具体的，所述p阱靠近所述场氧的一侧设置p+掺杂区。

具体的，所述p+掺杂区不进行电位连接。

具体的，所述p阱中源极远离栅极的一侧设置p+基区。

本发明的有益效果是：通过扩展栅下有源区将栅源与场氧隔离，提高了LDMOS的抗总剂量效应TID的特性，从而实现抗辐照；设置p+掺杂区减少了有源区扩展的面积；本发明与传统的工艺完全兼容，工艺简单，具有耐高压和易于集成的特点。

附图说明

图1是传统LDMOS的俯视图。

图2是图1所示LDMOS结构中从C-C’方向的剖面图。

图3是传统LDMOS中产生寄生沟道的示意图。

图4是本发明提出的一种抗辐照LDMOS器件经过有源区扩展后的示意图。

图5是本发明提出的一种抗辐照LDMOS器件在有源区靠近场氧的一侧设置p+掺杂区的示意图。

图6是本发明提出的一种抗辐照LDMOS器件的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行进一步说明。

如图2所示，传统LDMOS在p型衬底上通过离子注入产生p阱，并在p阱下注入第一p+掩埋层，第一p+掩埋层用于为p阱提供稳定的空穴，在p阱中注入N+离子产生源极，其中在p阱中为了方便p阱电位的连接和避免p阱电压漂移对器件造成影响，可以首先进行P+离子的注入形成p+基区，然后在其右侧进行N+离子注入产生源极。在p型衬底上注入n型离子，形成n型漂移区，n型漂移区起到耐高压的作用，同时在n型漂移区中通过离子注入形成n阱，在n阱中注入N+离子形成漏级。在n型漂移区和源极之间的p阱上表面形成栅极。在n型漂移区(漏极方向)的边界外的p型衬底上注入p+离子并设置第二p+掩埋层形成隔离环，使用多个LDMOS时，在隔离环外也设置n型漂移区可以提高耐高压特性，如图1和图6所示。该LDMOS的有源区只包括源极、栅极与漏极，n型漂移区和隔离环都属于无源区，栅极和源极直接与场氧接触。

本发明提出的一种抗辐照LDMOS器件对图2所示的传统LDMOS结构进行了改进，通过扩展栅下有源区的方式将栅极和源极通过p阱与场氧隔离开。在栅源宽长不变的情况下，通过扩散的方式扩展p型衬底并通过离子注入的方式扩展p阱，使得场氧与栅源隔离。与传统LDMOS中场氧与栅源接触不同，如图4所示，本发明在传统LDMOS器件上将栅源的有源区进行了延长，可以发现此时有源区不止包含了栅源漏区域还有扩展出的p阱。从B-B’方向的视图可以看出，p阱扩展之后，由于栅源长度不变，栅下有源区进行扩展使有源区向外延长到场氧远离LDMOS沟道区，这样当栅上的电压大于阈值电压时，源漏与寄生沟道之间不行成导电通路，场氧下的反型电子不会与源漏产生寄生电流，从而提高了LDMOS的抗TID的特性。

一些实施例中先扩展p阱进行有源区的延长，再在有源区靠近场氧的一侧通过离子注入的方式注入P+离子设置p+掺杂区，如图5所示，形成的P+掺杂区一般不进行电位连接，能够降低晶体管的面积。由于p+掺杂区的横向扩展使得场氧下不容易发生反型，有效减少了有源区扩展的面积，p+离子和源区中n+之间由于有源区的存在也可以避免形成P+N+二极管，从而避免发生隧道击穿。本发明提出的LDMOS晶体管的基本工作原理与传统的LDMOS晶体管的工作原理一样，形成的P+掺杂区不参与开关工作。形成p+掺杂区的意义在于，目前栅氧化层已经做得非常薄，受总剂量效应的影响特别少，而场氧化层作为器件间的隔离作用，其厚度和宽度都比较大，受辐照的影响比较大，在辐照环境中，场氧化层与传统LDMOS晶体管沟道边缘之间形成的寄生LDMOS的阈值电压漂移值就比较大，特别是对于N型的LDMOS晶体管，长期如此则阈值电压会降低，产生漏电通道，在本实施例中有源区的边界通过离子注入的方式注入p+离子，可以抑制图3中的寄生沟道，从而提高抗总剂量的特性。

图6是本发明提出的抑制寄生沟道的抗辐照高压LDMOS器件的俯视图，可以看出，本发明提出的LDMOS的栅极只搭建在薄的栅氧上，没有与场氧接触，与传统LDMOS相比栅结构也进行了改进。

综上所述，本发明提出的抗总剂量的LDMOS晶体管结构是在传统LDMOS晶体管的基础上进行栅下有源区的扩展，使得栅极和源极通过p阱与场氧隔离开，由于有源区的延长使得场氧远离LDMOS沟道区，场氧下的反型电子不会与源漏产生寄生电流，从而提高了LDMOS的抗TID的特性，实现抗辐照。一些实施例中通过在栅下有源区的边界利用离子注入的方式形成P+掺杂区，有效减少了有源区扩展的面积。本发明与传统LDMOS管的工艺完全兼容，所以无需增加掩模版，既可以提高LDMOS器件的抗总剂量的能力，并且在提高抗辐射性的同时又具有耐高压和适用于大规模集成的特点。

本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形、组合和应用，这些变形、组合和应用仍然在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种抗辐照LDMOS器件，包括p型衬底，所述p型衬底中设置p阱、n型漂移区和场氧，所述p阱下设置有第一p+掩埋层，所述p阱中设置源极；所述n型漂移区中形成n阱，所述n阱中设置漏极；所述n型漂移区和源极之间的p阱上表面设置栅极；所述n型漂移区外部设置第二p+掩埋层形成隔离环；

其特征在于，所述源极和栅极通过p阱与所述场氧隔离开。

2.根据权利要求1所述的抗辐照LDMOS器件，其特征在于，所述p阱靠近所述场氧的一侧设置p+掺杂区。

3.根据权利要求2所述的抗辐照LDMOS器件，其特征在于，所述p+掺杂区不进行电位连接。

4.根据权利要求1至3任一项所述的抗辐照LDMOS器件，其特征在于，所述p阱中源极远离栅极的一侧设置p+基区。