一种槽栅功率mos器件的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种槽栅功率MOS器件，该器件包括：P体区和源极金属，其中，所述源极金属和所述P体区直接接触形成肖特基。通过上述结构，降低了器件内部寄生双极晶体管的作用。在保证本发明器件的基本电学特性与现有技术中的MOS器件相当的前提下，该结构可以有效的降低单粒子烧毁效应的发生。
【专利说明】一种槽栅功率MOS器件
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种抗单粒子烧毁的槽栅功率MOS器件。
【背景技术】
[0002]随着电力电子技术的迅速发展，功率金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-Semiconductor,简称为M0S)器件成为微电子领域中不可替代的重要器件之一，应用到很多电子设计和应用之中。在空间辐射环境下，入射粒子入射到P型掺杂后，在PP+区产生大量的电子空穴对，在漂移电场和载流子扩散的双重作用下，这些电子空穴对中的空穴向源极运动，这些电子空穴对中的电子向漏极运动，形成瞬发电流，因而在PP+区产生横向电压降。当这个横向电压降达到0.7V时，功率MOS器件内部的寄生双极晶体管处于导通正偏置，此时会有大量电子从源区进入P沟道区，如果漏压达到寄生双极晶体管的击穿电压，则寄生双极晶体管的集电极将发生雪崩倍增效应，电流急剧增大，单粒子烧毁效应发生，导致器件失效。因此对于功率MOS器件的单粒子烧毁效应的研究很有实际意义。
[0003]槽栅功率MOS (Power UM0S)结构相对于普通垂直双扩散功率M0S(VerticalDouble Diffusion Metal-Oxide-Semiconductor 简称为 VDM0S)的主要优势在于它具有更大的沟道密度和更低的功耗损失，用反应离子刻蚀工艺生成的U型槽栅，可以使元胞的尺寸相对于垂直结构功率MOS做得更小。更重要的是U型槽栅MOS结构没有传统VDMOS器件所固有的寄生结型场效应晶体管电阻，使得槽栅功率MOS器件的单元密度可以随着工艺特征尺寸的降低而迅速提高。
[0004]为了改善槽栅功率MOS器件的性能，有很多优化的槽栅功率MOS器件结构被提出。包括侧氧调制功率UM0S、超结UMOS结构、集成肖特基势垒二极管的功率UM0S、深槽功率UMOS结构等，同时也有研究者使用碳化硅(SiC)、硅锗(SiGe)等材料代替普通硅(Si)材料，这些结构能够有效的改善槽栅功率MOS某一方面的特性。但是，对于抗单粒子烧毁效应的加固器件结构，需要进一步的设计和研究。
【发明内容】
[0005]本发明实施例提供了一种槽栅功率MOS器件，用于实现抗单粒子烧毁效应的性倉泛。
[0006]一方面，提供了 一种槽栅功率MOS器件,包括:
[0007]P体区和源极金属，其中，
[0008]所述源极金属和所述P体区直接接触形成肖特基。
[0009]本方案中，将普通MOS结构的源区与体区的Nt结变成源极金属直接与P体区形成肖特基接触，降低了器件内部寄生双极晶体管的作用。在保证器件的基本电学特性与普通结构相当的前提下，该结构可以有效的降低单粒子烧毁效应的发生。
[0010]优选的，所述源极金属使用以下材料至少之一:铝、铬、钛、钨、钼、银、镍、钥、铝合金、铬合金、钛合金、钨合金、钼合金、银合金、镍合金、钥合金、铝的金属硅化物、铬的金属硅化物、钛的金属硅化物、钨的金属硅化物、钼的金属硅化物、银的金属硅化物、镍的金属硅化物、和钥的金属硅化物。这些材料能够和P体区直接形成肖特基接触。
[0011]优选的，所述器件还包括:衬底和漂移区，其中，所述漂移区位于所述P体区和所述衬底之间，所述源极金属和所述漂移区位于所述P体区的两侧。
[0012]优选的，所述器件还包括:缓冲层，所述缓冲层位于所述衬底和所述漂移区之间，所述漂移区的掺杂浓度为5.6X 1014/cm3，所述缓冲层的掺杂浓度为5.6X 1016/cm3，所述衬底的掺杂浓度大于I X 1019/cm3。
[0013]在本发明实施例提供的技术方案源极金属直接与P体区形成肖特基接触，降低了器件内部寄生双极晶体管的作用。在保证器件的基本电学特性与普通结构相当的前提下，该结构可以有效的降低单粒子烧毁效应的发生。本发明实施例所提供的方案提高了器件的抗单粒子烧毁效应的能力，可以应用在空间辐射环境中。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为现有技术中的槽栅功率MOS器件的结构示意图；
[0015]图2为根据本发明实施例的一种抗单粒子烧毁槽栅功率MOS器件的结构示意图；
[0016]图3为本发明实施例所述的槽栅功率MOS器件(本专利结构)与现有技术中的槽栅功率MOS器件(普通结构)的击穿电压仿真曲线对比图；
[0017]图4为本发明实施例所述的槽栅功率MOS器件与现有技术中的槽栅功率MOS器件的输出特性仿真曲线对比图；
[0018]图5为本发明实施例所述的槽栅功率MOS器件与现有技术中的槽栅功率MOS器件的转移特性仿真曲线对比图；
[0019]图6为现有技术中的MOS器件在粒子入射时电流随时间的变化曲线示意图；
[0020]图7为增加了缓冲层的MOS器件在粒子入射时电流随时间的变化曲线示意图；
[0021]图8为本发明实施例所述的器件在粒子入射时电流随时间的变化曲线示意图；
[0022]图9为现有技术的MOS器件、增加缓冲层的MOS器件、和本发明实施例所述的器件在不同粒子入射位置(a)、(b)和(C)时的烧毁阈值对比曲线示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明实施例进行具体描述。
[0024]如图1所示，现有技术中的MOS器件包括:衬底(如、N+substrate)、漂移区(如，N_drift)、N+P—结、和源极金属。如图2所示，本发明实施例提供里一种MOS器件，包括:衬底(如、N+substrate)、漂移区(如、N+substrate)、P体区、和源极金属，其中，P体区直接与源极金属之间形成肖特基接触。由此可见，本发明实施例所述的MOS器件不包含N+P-结，取而代之的是P体区直接与源极金属之间形成的肖特基，该肖特基的产生降低了电子的注入效率，从而减少了单电子烧毁现象发生的可能性。
[0025]优选的，本发明实施例中，在衬底与漂移区之间增加一个浓度在二者之间的缓冲层(如、N buffer layer),半个晶胞的示意图参照图2所示。
[0026]优选的，该MOS器件的具体结构参数为:漂移区厚度为2.3 μ m，漂移区宽度为1.5 μ m，漂移区掺杂浓度为5.6 X IO1Vcm3,缓冲层厚度为0.7 μ m，缓冲层宽度为1.5 μ m，缓冲层掺杂浓度为5.6X1016/cm3，P_基区结深为0.6 μ m，P—基区掺杂浓度为1.0 X 1015/cm3，P+基区结深为0.2 μ m，P+基区掺杂浓度为2.0 X IO1Vcm3,槽栅深度为1.1 μ m，氧化层厚度为0.Ιμπι，肖特基宽度为0.3 μ m，肖特基势垒是0.12eV。其中，掺杂浓度的单位是个/cm3。
[0027]为了证明上述器件的优越性，发明人对本发明实施例所述的MOS器件(如，图2所示的器件)、现有技术中的MOS器件(如，图1所示的器件)、和在现有技术的MOS器件的基础上增加了缓冲层的MOS器件进行了仿真。
[0028]图3给出了本发明实施例所述的MOS器件结构(图2，即本专利结构)与现有技术中的MOS器件结构(图1，即普通结构)的击穿电压仿真对比曲线，从图中可以看出，二者击穿电压都在70V左右，本发明实施例所述的MOS器件击穿电压略大。
[0029]图4给出了本发明实施例所述的MOS器件结构(图2)与现有技术中的MOS器件结构(图O的输出特性仿真对比曲线，从图中可以看出，二者输出特性基本相同。
[0030]图5给出了本发明实施例所述的MOS器件结构(图2)与现有技术中的MOS器件结构(图1)的转移特性仿真对比曲线，从图中可以看出，现有技术中的MOS器件结构的阈值电压在3V左右，本发明实施例所述的MOS器件结构阈值电压略小，在2V左右。
[0031 ] 图6给出了现有技术中的MOS器件结构(图1)在粒子从位置(a)入射后电流随着时间的变化曲线，可以看出，现有技术中的MOS器件结构在漏压为38V发生单粒子烧毁效应。图中的SEB是单粒子烧毁。
[0032]图7给出了在现有技术的MOS器件的基础上增加了缓冲层的MOS器件结构在粒子从位置(a)入射后电流随着时间的变化曲线，可以看出，在现有技术的MOS器件的基础上增加了缓冲层的MOS器件结构在漏压为50V时发生单粒子烧毁效应。
[0033]图8给出了本发明实施例所述的MOS器件结构(图2)在粒子从位置(a)入射后电流随着时间的变化曲线，可以看出，本发明实施例所述的MOS器件结构在漏压为62V发生单粒子烧毁效应，缓冲层的加入使最大电场从原来的N—漂移区和N+衬底的结转移到N缓冲层和N+衬底的结上，最大电场的值也减小了，这种改变会使得器件可以承受更大的电压。
[0034]图9给出了现有技术中的MOS器件结构、在现有技术的基础上增加缓冲层的MOS器件结构、本发明实施例所述的MOS器件结构在不同粒子入射位置(a)、(b)和(C)时的烧毁阈值对比曲线。可以看出，肖特基源槽栅功率MOS结构的烧毁阈值是最高的，本发明实施例所述的MOS器件结构可以有效的降低单粒子烧毁效应的发生。
[0035]上述为本发明特举之实施例，并非用以限定本发明。本发明提供的抗单粒子烧毁效应的槽栅功率MOS结构同样适用于普通功率MOS器件以及它们的变体，在不脱离本发明的实质和范围内，可做些许的调整和优化，这些调整和优化，也应在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种槽栅功率金属-氧化物-半导体MOS器件，其特征在于，包括: P体区和源极金属，其中， 所述源极金属和所述P体区直接接触形成肖特基。
2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述源极金属使用以下材料至少之一:招、铬、钛、鹤、钼、银、镍、钥、招合金、铬合金、钛合金、鹤合金、钼合金、银合金、镍合金、钥合金、铝的金属硅化物、铬的金属硅化物、钛的金属硅化物、钨的金属硅化物、钼的金属硅化物、银的金属硅化物、镍的金属硅化物、和钥的金属硅化物。
3.根据权利要求1或2所述的器件，其特征在于，所述器件还包括:衬底和漂移区，其中， 所述漂移区位于所述P体区和所述衬底之间，所述源极金属和所述漂移区位于所述P体区的两侧。
4.根据权利要求1或2所述的器件，其特征在于，所述器件还包括:缓冲层，其中， 所述缓冲层位于所述衬底和所述漂移区之间，所述漂移区的掺杂浓度为5.6X IO14/cm3,所述缓冲层的掺杂浓度为5.6X 1016/cm3,所述衬底的掺杂浓度大于lX1019/cm3。
【文档编号】H01L29/47GK103515444SQ201310457114
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】王颖, 张越, 曹菲, 胡海帆 申请人:哈尔滨工程大学