CN109904237A - 具有瞬时剂量率辐射加固结构的横向soi高压器件 - Google Patents

具有瞬时剂量率辐射加固结构的横向soi高压器件 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有瞬时剂量率辐射加固结构的横向SOI高压器件，包括第二型掺杂杂质半导体衬底、第一型掺杂杂质漂移区、第二型掺杂杂质阱区、第二型掺杂杂质接触区、第一型掺杂杂质源区、第一型掺杂杂质阱区、第一型掺杂杂质漏区、栅氧化层、埋氧层、栅电极、源电极和漏电极；在所述的第二型掺杂杂质阱区和第一型掺杂杂质漂移区交界的地方还设置有绝缘介质埋层，本发明提供的横向高压器件可减少瞬时光电流的产生并避免寄生效应引起器件的烧毁，以此来提高器件抗瞬时剂量率辐射的能力。

Description

具有瞬时剂量率辐射加固结构的横向SOI高压器件
技术领域
本发明属于半导体功率器件领域，具体涉及一种具有瞬时剂量率辐射加固结构的横向高压器件。
背景技术
以高压LDMOS为代表的可集成功率器件以易集成、开关速度快等优点广泛应用于各种电力电子系统中，在运载火箭、卫星、空间站等航空航天、军事国防领域占据重要地位。这些领域的电路系统在工作中经常面临着宇宙空间辐射或核爆等各种辐射的冲击，由此产生的瞬时剂量率辐射效应会在极短的时间内，在器件中引起较强的瞬态光电流。光电流在器件中流动可能导致错误信号的输出；引起寄生器件开启；情况更为严重时会使得器件烧毁，造成灾难性的后果。
发明内容
本发明针对瞬时剂量率辐射效应会在极短的时间内，在器件中引起较强的瞬态光电流的致使器件性能退化甚至失效的问题，提出了一种具有瞬时剂量率辐射加固结构的横向高压器件。该器件在漂移区和源端阱区形成的PN结部分增加部分氧化层，从而减少瞬时剂量率辐射产生的电子空穴对的数目，来降低光电流。并且通过提高体区的浓度，为瞬时剂量率辐照产生的载流子提供低阻流出的通路，有效地避免了寄生晶体管开启。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一种具有瞬时剂量率辐射加固结构的横向SOI高压器件，包括第二型掺杂杂质半导体衬底30；形成于所述第二型掺杂杂质半导体衬底30之上的埋氧层20；形成于所述埋氧层20之上的第一型掺杂杂质漂移区40和第二型掺杂杂质阱区31；形成于所述第二型掺杂杂质阱区31之中的第二型掺杂杂质接触区32和第一型掺杂杂质源区42；形成于所述第一型掺杂杂质漂移区40内右侧的第一型掺杂杂质阱区41；形成于第一型掺杂杂质阱区41之中的第一型掺杂杂质漏区43；形成于所述第一型掺杂杂质漂移区40和第二型掺杂杂质阱区31交界处的绝缘介质埋层23；形成于所述第一型掺杂杂质漂移区40之中的浅槽隔离层21；形成于所述第二型掺杂杂质阱区31与第一型掺杂杂质漂移区40的上方的栅氧化层22；形成于所述栅氧化层22之上的栅电极51；形成于所述第二型掺杂杂质接触区32和第一型掺杂杂质源区42上方的的源电极50；形成于所述第一型掺杂杂质漏区43上方的漏电极52。
进一步地，绝缘介质埋层23下端面和埋氧层20相连，绝缘介质埋层23与第二型掺杂杂质阱区31左侧的边缘相交，绝缘介质埋层23右侧与第二型掺杂杂质阱区31右侧的边缘相交。
进一步地，所述绝缘介质埋层23的下端面不和埋氧层20相连。
进一步地，所述栅氧化层22两侧分别与第一型掺杂杂质源区42和浅槽隔离层21相连，且部分覆盖第一型掺杂杂质源区42和浅槽隔离层21。
进一步地，所述浅槽隔离层21右侧边缘被第一型掺杂杂质阱区41包围。
进一步地，所述栅电极51材料为多晶硅。
进一步地，所述源电极50和漏电极52材料为金属。
进一步地，绝缘介质埋层23的材料可为二氧化硅，二氧化铪，高K或低K材料。
进一步地，所述第二型掺杂杂质阱区31和第一型掺杂杂质阱区41不与埋氧层20相交；所述绝缘介质埋层23位于第二型掺杂杂质阱区31内部，左侧和第二型掺杂杂质阱区31的左侧相交，右侧与第二型掺杂杂质阱区31的右侧相交。
进一步地，所述第三绝缘介质埋层24形成于第二型掺杂杂质阱区31内部，其左侧与绝缘介质埋层23的右侧相交，其右侧与第二型掺杂杂质阱区31相交，其上方位于栅氧化层22的下方。
进一步地，所述的第一型掺杂杂质为施主型时，第二型掺杂杂质为受主型，此时，电极相对于源极偏置在正电位；所述第一型掺杂杂质为受主型时，第二型掺杂杂质为施主型，此时，电极相对于源极偏置在负电位。
进一步地，所述第一型掺杂杂质漏区43替换为第二型掺杂杂质集电区33；当为第一型掺杂杂质漏区43时，所述横向高压器件为横向扩散金属氧化物场效应晶体管，当为第二型掺杂杂质集电区33时，所述横向高压器件为横向绝缘栅双极性晶体管。
本发明的有益效果为：
1、本发明提供的具有瞬时剂量率辐射加固结构的横向高压器件在第一型掺杂杂质漂移区40和第二型掺杂杂质阱区31交界处形成绝缘介质埋层23，位于交界面两侧，并包含交界面，并且下端面和埋氧层20相连。减少了第一型掺杂杂质漂移区40和第二型掺杂杂质阱区31形成的PN结的结面积，因此减少了瞬时剂量率产生的电子空穴对的数目，降低了光电流的强度。并且通过提高体区的浓度，为瞬时剂量率辐照产生的载流子提供低阻流出的通路，有效地避免了寄生晶体管开启。
2、本发明所述的横向高压器件可基于标准金属氧化物半导体工艺实现，具有良好的兼容性。
附图说明
图1为常规的横向SOI高压器件的二维示示意图。
图2为本发明实施例1的二维整体结构示意图。
图3为本发明实施例2提供的一种具有瞬时剂量率辐射加固结构的横向高压器件的二维示意图。
图4为本发明实施例3提供的一种具有瞬时剂量率辐射加固结构的横向高压器件的二维示意图。
图5为本发明实施例4提供的一种具有瞬时剂量率辐射加固结构的横向高压器件的二维示意图。
图6为本发明实施例5提供的一种具有瞬时剂量率辐射加固结构的横向高压器件的二维示意图。
20为埋氧层，21为浅槽隔离层，22为栅氧化层，23为绝缘介质埋层，30为第二型掺杂杂质半导体衬底，31为第二型掺杂杂质阱区，32为第二型掺杂杂质接触区，33为第二型掺杂杂质集电区，34为第二型掺杂杂质条形区域，35为第二型掺杂杂质埋层，40为第一型掺杂杂质漂移区，41为第一型掺杂杂质阱区，42为第一型掺杂杂质源区，43为第一型掺杂杂质漏区，44为第一型掺杂杂质条形区域，50为源电极，51为栅电极，52为漏电极。
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2所示，本实施例的一种具有瞬时剂量率辐射加固结构的横向SOI高压器件，包括第二型掺杂杂质半导体衬底30；形成于所述第二型掺杂杂质半导体衬底30之上的埋氧层20；形成于所述埋氧层20之上的第一型掺杂杂质漂移区40和第二型掺杂杂质阱区31；形成于所述第二型掺杂杂质阱区31之中的第二型掺杂杂质接触区32和第一型掺杂杂质源区42；形成于所述第一型掺杂杂质漂移区40内右侧的第一型掺杂杂质阱区41；形成于第一型掺杂杂质阱区41之中的第一型掺杂杂质漏区43；形成于所述第一型掺杂杂质漂移区40和第二型掺杂杂质阱区31交界处的绝缘介质埋层23；形成于所述第一型掺杂杂质漂移区40之中的浅槽隔离层21；形成于所述第二型掺杂杂质阱区31与第一型掺杂杂质漂移区40的上方的栅氧化层22；形成于所述栅氧化层22之上的栅电极51；形成于所述第二型掺杂杂质接触区32和第一型掺杂杂质源区42上方的的源电极50；形成于所述第一型掺杂杂质漏区43上方的漏电极52。
进一步地，所述栅氧化层22两侧分别与第一型掺杂杂质源区42和浅槽隔离层21相连，且部分覆盖第一型掺杂杂质源区42和浅槽隔离层21。
进一步地，所述浅槽隔离层21右侧边缘被第一型掺杂杂质阱区41包围。
进一步地，所述栅电极51材料为多晶硅。
进一步地，所述源电极50和漏电极52材料为金属。
进一步地，绝缘介质埋层23的材料可为二氧化硅，二氧化铪，高K或低K材料。
进一步地，所述的第一型掺杂杂质为施主型时，第二型掺杂杂质为受主型，此时，电极相对于源极偏置在正电位；所述第一型掺杂杂质为受主型时，第二型掺杂杂质为施主型，此时，电极相对于源极偏置在负电位。
实施例2
如图3所示，本实施例与实施例1的区别为：绝缘介质埋层23下端面和埋氧层20相连，绝缘介质埋层23与第二型掺杂杂质阱区31左侧的边缘相交，绝缘介质埋层23右侧与第二型掺杂杂质阱区31右侧的边缘相交。这样有效地减少了器件受到瞬时剂量率辐射之后产生电子空穴对的区域，即是减少了器件受到瞬时剂量率辐射之后产生电子空穴对的的数目，减少了光电流。
实施例3
如图4所示，本实施例与实施例1的区别为：绝缘介质埋层23下端面不和埋氧层20相连。这样也有效地减少了器件受到瞬时剂量率辐射之后产生电子空穴对的区域，即是减少了器件受到瞬时剂量率辐射之后产生电子空穴对的的数目，减少了光电流。
实施例4
如图5所示，本实施例与实施例1的区别为：所述第一型掺杂杂质漏区43替换为第二型掺杂杂质集电区33；当为第一型掺杂杂质漏区43时，所述横向高压器件为横向扩散金属氧化物场效应晶体管(LDMOS)，当替换为第二型掺杂杂质集电区33时，所述横向高压器件为横向绝缘栅双极性晶体管(LIGBT)。
实施例5
如图6所示，本实施例与实施例1的区别为：所述第二型掺杂杂质阱区31和第一型掺杂杂质阱区41不与埋氧层20相交；所述绝缘介质埋层23位于第二型掺杂杂质阱区31内部，其左侧和第二型掺杂杂质阱区31的左侧相交，其右侧与第二型掺杂杂质阱区31的右侧相交。所述第三绝缘介质埋层24位于第二型掺杂杂质阱区31内部，其左侧与绝缘介质埋层23的右侧相交，其右侧与第二型掺杂杂质阱区31相交，其上方位于栅氧化层22的下方。
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 (9)

1.一种具有瞬时剂量率辐射加固结构的横向SOI高压器件，其特征在于：包括第二型掺杂杂质半导体衬底(30)；形成于所述第二型掺杂杂质半导体衬底(30)之上的埋氧层(20)；形成于所述埋氧层(20)之上的第一型掺杂杂质漂移区(40)和第二型掺杂杂质阱区(31)；形成于所述第二型掺杂杂质阱区(31)之中的第二型掺杂杂质接触区(32)和第一型掺杂杂质源区(42)；形成于所述第一型掺杂杂质漂移区(40)内右侧的第一型掺杂杂质阱区(41)；形成于第一型掺杂杂质阱区(41)之中的第一型掺杂杂质漏区(43)；形成于所述第一型掺杂杂质漂移区(40)和第二型掺杂杂质阱区(31)交界处的绝缘介质埋层(23)；形成于所述第一型掺杂杂质漂移区(40)之中的浅槽隔离层(21)；形成于所述第二型掺杂杂质阱区(31)与第一型掺杂杂质漂移区(40)的上方的栅氧化层(22)；形成于所述栅氧化层(22)之上的栅电极(51)；形成于所述第二型掺杂杂质接触区(32)和第一型掺杂杂质源区(42)上方的的源电极(50)；形成于所述第一型掺杂杂质漏区(43)上方的漏电极(52)。
2.根据权利要求1所述的具有瞬时剂量率辐射加固结构的横向SOI高压器件，其特征在于：所述绝缘介质埋层(23)下端面和埋氧层(20)相连，绝缘介质埋层(23)与第二型掺杂杂质阱区(31)左侧的边缘相交，绝缘介质埋层(23)右侧与第二型掺杂杂质阱区(31)右侧的边缘相交。
3.根据权利要求1所述的具有瞬时剂量率辐射加固结构的横向SOI高压器件，其特征在于：所述绝缘介质埋层(23)的下端面不和埋氧层(20)相连。
4.根据权利要求1所述的具有瞬时剂量率辐射加固结构的横向SOI高压器件，其特征在于：所述栅氧化层(22)两侧分别与第一型掺杂杂质源区(42)和浅槽隔离层(21)相连，且部分覆盖第一型掺杂杂质源区(42)和浅槽隔离层(21)。
5.根据权利要求1所述的具有瞬时剂量率辐射加固结构的横向SOI高压器件，其特征在于：所述浅槽隔离层(21)右侧边缘被第一型掺杂杂质阱区(41)包围。
6.根据权利要求1所述的具有瞬时剂量率辐射加固结构的横向SOI高压器件，其特征在于：所述第二型掺杂杂质阱区(31)和第一型掺杂杂质阱区(41)不与埋氧层(20)相交；所述绝缘介质埋层(23)位于第二型掺杂杂质阱区(31)内部，左侧和第二型掺杂杂质阱区(31)的左侧相交，右侧与第二型掺杂杂质阱区(31)的右侧相交。
7.根据权利要求1所述的具有瞬时剂量率辐射加固结构的横向SOI高压器件，其特征在于：所述第三绝缘介质埋层(24)形成于第二型掺杂杂质阱区(31)内部，其左侧与绝缘介质埋层(23)的右侧相交，其右侧与第二型掺杂杂质阱区(31)相交，其上方位于栅氧化层(22)的下方。
8.根据权利要求1所述的具有瞬时剂量率辐射加固结构的横向SOI高压器件，其特征在于：所述的第一型掺杂杂质为施主型时，第二型掺杂杂质为受主型，此时，电极相对于源极偏置在正电位；所述第一型掺杂杂质为受主型时，第二型掺杂杂质为施主型，此时，电极相对于源极偏置在负电位。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的具有瞬时剂量率辐射加固结构的横向SOI高压器件，其特征在于：所述第一型掺杂杂质漏区(43)替换为第二型掺杂杂质集电区(33)；当替换为第二型掺杂杂质集电区(33)时，所述横向高压器件为横向绝缘栅双极性晶体管。
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