一种抗总剂量辐照的高压LDMOS器件

本发明属于半导体功率器件，具体提供一种抗总剂量辐照的高压ldmos器件。

背景技术：

1、近年来，我国在航空航天等领域快速发展，越来越多的电子器件被应用到太空环境中，其工作环境远比地球环境苛刻恶劣。在太空环境中，存在大量的高能粒子和宇宙射线，当这些粒子和射线透过航天器并作用于元器件时，会对器件产生不利的辐照效应；通过卫星故障原因统计可知，由于辐照导致的设备故障占比高达百分之四十；因此，如何降低辐照对器件的损伤、提高芯片可靠性成为亟待解决的问题。

2、ldmos器件具有高集成度、高可靠性及开关速度快等优点，作为集成电路的核心器件，被广泛应用于栅驱动集成电路、功率电源集成电路和模拟开关集成电路等。为了提高ldmos承受高压大电流的能力，在研发设计器件时，会使用终端、场板、降低表面电场和增长漂移区等技术，然而，这些技术在优化ldmos器件性能的同时，也会导致它的尺寸增大；在高稳压开关电路中，ldmos功率器件面积占比可达整个集成电路面积的一半以上，因此，在太空环境中，受辐照影响而产生损坏的几率更大。近几年，越来越多高压集成产品在航空航天领域上的应用，更加凸显了对ldmos器件的辐照效应的研究的重要性。

3、总剂量辐照效应是指辐射在氧化层中感应的陷阱电荷导致的器件性能退化，总剂量辐照效应通过两种方式对半导体器件产生影响：一是电离作用，指入射高能粒子的能量被二氧化硅原子吸收，电离产生电子-空穴对，进而对器件产生一系列影响；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击而偏离原来所在晶格位置，造成晶格损伤。电离损伤比位移损伤造成的影响更为深远，也更易发生，氧化物中电子-空穴对的产生会引起电荷积聚，从而导致器件性能下降；因此，对于总剂量辐照效应的研究主要集中在电离效应上。

4、常规ldmos器件的剖面结构如图1所示，包括：位于底部的衬底(01)；位于衬底(01)上方的漂移区(02)；位于漂移区(02)左上方的p型阱区(03)；位于漂移区(02)右上方的n型阱区(04)；位于漂移区(02)中间的n型埋层(05)和p型埋层(06)；位于p型阱区(03)上方的源极p+区(07)和源极n+区(08)；位于n型阱区(04)上方的漏极n+区(09)；位于漂移区(02)上方的二氧化硅层(10)；位于二氧化硅层(10)上方的多晶硅(12)；位于层间介质(11)中的源极(13)、栅极金属场板(14)和漏极(15)；当漏极施加300v电压时，二氧化硅层中电场强度如图2所示。器件受辐照产生的电子-空穴对数量与电场强度息息相关，电场强度越大，产生数量越多；由于电子迁移率很高，辐射诱导产生的电子被快速移出氧化层，对器件的损伤很小；而空穴迁移率较慢，辐射诱导产生的空穴被氧化层中的陷阱俘获，形成带正电的氧化层陷阱电荷，并在电场的作用下产生局部聚集，成为器件损伤的主要原因。辐照后器件内部陷阱电荷分布示意图如图3所示，当器件刚处于辐照环境下，氧化层中会产生电子-空穴对，电子快速迁移出氧化层，而空穴被陷阱俘获；但由于漏极电压的存在，在该电压形成的电场作用下，空穴会发生扩散漂移运动，最终在氧化层中形成不均匀的陷阱电荷分布，影响器件性能。进一步的，上述常规ldmos在不同辐照剂量下陷阱电荷分布示意图如图4所示，在外加偏压作用下，氧化层中电荷分布呈现中间高，两边低的特点；靠近漏端的区域，首先，由于电场强度小，所以辐照诱导产生的电子-空穴对少；其次，电场指向背离漏端，诱导产生的少量空穴会朝着背离漏端的方向运动，所以靠近漏端区域的陷阱电荷浓度低；中间部分电场强度适中，辐照诱导产生的电子-空穴对数量较多，并且靠近漏端产生的空穴运动到中间部分，使得中间部分形成了陷阱电荷积累的现象；靠近源端部分虽然电场强度大，但由于器件场板结构的存在，电场方向都向上指向场板，空穴被电场抽取，所以靠近源端的陷阱电荷浓度也比较低。

5、为此，本发明提出了一个新型的ldmos器件结构，拉长金属场板的长度改变氧化层中电场的指向，更多的空穴被向上的电场抽取，重构了陷阱电荷的分布，提高了器件抗辐照能力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对传统ldmos器件在总剂量辐照后氧化层产生的电子-空穴对中空穴被俘获形成陷阱电荷、进而导致器件电学特性发生改变的问题，提供一种抗总剂量辐照的高压ldmos器件，通过设置延长场板使栅极金属场板向漏极一侧延伸，从而优化器件辐照后氧化层中陷阱电荷分布，减小陷阱电荷的浓度，从而减小辐照对器件电学特性的影响；在同等辐照条件下，本发明中ldmos器件性能参数更加稳定，具有更好的抗总剂量辐照效应能力。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种抗总剂量辐照的高压ldmos器件，包括：衬底(01)、漂移区(02)、p型阱区(03)、n型阱区(04)、n型埋层(05)、p型埋层(06)、源极p+区区(07)、源极n+区区(08)、漏极n+区区(09)、二氧化硅层(10)、层间介质层(11)、多晶硅栅极(12)、源极(13)、栅极金属场板(14)、漏极(15)以及延长场板(16)；其中：

4、所述漂移区(02)设置于衬底(01)上，所述p型阱区(03)与n型阱区(04)设置于漂移区(02)中、且分别位于左上方与右上方，所述n型埋层(05)与p型埋层(06)埋嵌设置于漂移区(02)的中间区域、且n型埋层(05)设置于p型埋层(06)上；所述源极p+区(07)邻接源极n+区(08)、且共同设置于p型阱区(03)中，所述源极(13)设置于源极p+区(07)与源极n+区(08)上；所述漏极n+区(09)设置于n型阱区(04)中，所述漏极(15)设置于漏极n+区(09)上；所述二氧化硅层(10)设置于漂移区(02)上，所述多晶硅栅极(12)设置于二氧化硅层(10)上、且位于源极一侧；所述栅极金属场板(14)设置于多晶硅栅极(12)上，所述延长场板(16)拼接于栅极金属场板(14)指向漏极一侧，使栅极金属场板(14)向漏极一侧延伸。

5、进一步的，延伸长度为栅极金属场板(14)长度的0.4～0.6倍。

6、基于上述技术方案，本发明的有益效果在于：

7、本发明提供一种抗总剂量辐照的高压ldmos器件，创造性的提出延长场板(16)结构，通过延长场板(16)拼接于栅极金属场板(14)指向漏极一侧，使栅极金属场板(14)向漏极一侧延伸，仅通过延长场板(16)的优化设置，即能够有效优化器件辐照后氧化层中陷阱电荷分布，减小陷阱电荷的浓度，从而减小辐照对器件电学特性的影响，最终提升器件的可靠性。

技术特征：

1.一种抗总剂量辐照的高压ldmos器件，包括：衬底(01)、漂移区(02)、p型阱区(03)、n型阱区(04)、n型埋层(05)、p型埋层(06)、源极p+区区(07)、源极n+区区(08)、漏极n+区区(09)、二氧化硅层(10)、层间介质层(11)、多晶硅栅极(12)、源极(13)、栅极金属场板(14)、漏极(15)以及延长场板(16)；其特征在于：

2.根据权利要求1所述抗总剂量辐照的高压ldmos器件，其特征在于，延伸长度为栅极金属场板(14)长度的0.4～0.6倍。

技术总结本发明属于半导体功率器件技术领域，具体提供一种抗总剂量辐照的高压LDMOS器件，用以解决传统LDMOS器件在总剂量辐照后氧化层产生的电子‑空穴对中空穴被俘获形成陷阱电荷、进而导致器件电学特性发生改变的问题。本发明设置延长场板(16)，延长场板(16)拼接于栅极金属场板(14)指向漏极一侧，使栅极金属场板(14)向漏极一侧延伸，延伸长度为栅极金属场板(14)长度的0.4～0.6倍；延长场板使栅极金属场板向漏极一侧延伸，有效优化器件辐照后氧化层中陷阱电荷分布，减小陷阱电荷的浓度，从而减小辐照对器件电学特性的影响；在同等辐照条件下，本发明中LDMOS器件性能参数更加稳定，具有更好的抗总剂量辐照效应能力。技术研发人员：钟志亲,黄岑受保护的技术使用者：电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/12/23