一种具有抗单粒子效应的vdmos器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于功率半导体器件技术领域，涉及一种具有抗单粒子效应的VDMOS(垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管)器件。
【背景技术】
[0002]随着电力电子技术向高频大功率应用领域的快速发展，VDMOS成为电力电子领域中的不可替代的重要器件之一，使用VDMOS的电力电子电路日益增多。该结构器件通常采用二次扩散或离子注入技术形成，是多元胞器件，易于集成，功率密度大，且多子导电，频率特性好。目前VDMOS是功率MOS的主流器件之一。作为功率开关，VDMOS具有耐压高、开关速度快、低导通电阻、低驱动功率、良好热稳定性、低噪声及简单的制造工艺等优点而广泛的用于开关电源、交流传动、变频电源、计算机设备等各种领域，并取得理想效果。
[0003]半导体器件的辐照效应是一个复杂的问题，因为不同类型的辐照，对半导体器件的影响是不同的。主要有四种类型的辐照能够对半导体器件产生辐照效应，它们分别是质子、电子、中子和γ射线。对微电子器件产生重要影响且研究最多的因素主要有γ总剂量辐射、γ剂量率辐射、中子辐射及单粒子效应。
[0004]VDMOS的单粒子效应主要分为单粒子栅穿(SEB)和单粒子烧毁(SEGR)。当功率MOS管关断时，会发生SEGR损伤。即当重离子轰击在栅极下侧时，衬底内的径迹附近产生高密度等离子体，在电场作用下，电子空穴对相对漂移，形成栅极下侧的电荷积累，此时，栅极类似具有大量电荷积累的电容，当电容两端压差足够高时，会击穿栅氧结构，从而造成不可恢复的物理损伤。
[0005]VDMOS的N+源、ρ沟道和轻掺杂的η-p漂移区之间，存在着一个寄生晶体管结构，它们分别构成寄生晶体管的发射区、基区和集电区，一般情况下，寄生晶体管的发射极和基极通过源极实现短路，从而对器件的外部特性不产生影响。在辐照环境下，注入粒子在VDMOS器件内产生大量电子空穴对，在漂移场和扩散双重作用下，经扩散和漂移，形成瞬发电流。瞬发电流的横向扩散在基区的电阻上产生压降，当压降增大到一定值时，寄生晶体管导通。当MOS晶体管的漏源电压大于击穿电压时，流过晶体管的电流可以进一步反馈，使得耗尽区的电流密度逐渐上升，造成漏-源间二次击穿，如果结温超过允许值，则引起源-漏结的烧毁。因而减小VDMOS器件N+源区下方的电阻，即增大Pbody区浓度是提高器件抗单粒子烧毁的有效方法。传统结构如图1所示，考虑对器件阈值的影响，Pbody区浓度不能太大，对减小VDMOS器件N+源区下方的电阻无明显作用，传统结构基本不具备抗单粒子烧毁能力。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的，就是针对上述传统VDMOS存在的问题，提出一种具有抗单粒子效应的VDMOS器件。
[0007]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0008]—种具有抗单粒子效应的VDMOS器件，如图2所示，其元胞结构包括第一导电类型半导体衬底9和位于第一导电类型半导体衬底9上层的第一导电类型半导体外延层8 ;所述第一导电类型半导体衬底9下表面连接有漏极金属电极10 ;所述第一导电类型半导体外延层8上层两侧具有第二导电类型半导体体区6 ;所述第二导电类型半导体体区6中具有相互独立的第一导电类型半导体源区5和第二导电类型半导体体接触区7 ;所述第一导电类型半导体外延层8上表面具有源极金属电极I ;所述源极金属电极I中具有氧化层3以及位于氧化层3上表面的多晶硅栅2构成的栅极结构；所述氧化层3下表面与第二导电类型半导体体区6和第一导电类型半导体源区5的上表面连接；所述栅极结构与源极金属电极I之间具有介质层4 ;其特征在于，所述第一导电类型半导体外延层8中具有第二导电类型半导体柱11 ;所述第二导电类型半导体柱11的上表面与栅极结构连接，所述源极金属电极I贯穿栅极结构与第二导电类型半导体柱11的上表面连接；所述第二导电类型半导体柱11与第二导电类型半导体体区6之间具有第一导电类型半导体区12。
[0009]本发明的有益效果为，极大地提高了 VDMOS的抗单粒子烧毁能力，同时抗单粒子栅穿能力也能得到很好地改善；此外，本发明提出的抗单粒子辐照的VDMOS器件在保证击穿电压的前提下，有效降低了器件的导通电阻；同时由于采减小了栅电极的覆盖面积，该VDMOS结构的米勒电容大大降低。
【附图说明】
[0010]图1是常规功率VDMOS的结构示意图；
[0011]图2是本发明的一种具有抗单粒子效应的VDMOS器件的结构示意图；
[0012]图3是常规功率VDMOS和本发明的一种具有抗单粒子效应的VDMOS在发生单粒子辐射时的电子流向图；
[0013]图4是常规功率VDMOS和本发明的一种具有抗单粒子效应的VDMOS在发生单粒子辐射时的空穴流向图；
[0014]图5是常规VDMOS结构辐照0.5 μ s后的温度分布图；
[0015]图6是常规VDMOS结构辐照后0.5 μ s时间段内的电流变化趋势图；
[0016]图7是常规VDMOS结构辐照后初始时间的空穴分布图；
[0017]图8是常规VDMOS结构辐照0.5 μ s后的空穴分布图；
[0018]图9是具有抗单粒子效应VDMOS器件辐照0.5 μ s后的温度分布图；
[0019]图10是具有抗单粒子效应VDMOS器件辐照后0.5 μ s时间段内的电流变化趋势图；
[0020]图11是具有抗单粒子效应VDMOS器件辐照后初始时间的空穴分布图；
[0021]图12是具有抗单粒子效应VDMOS器件辐照0.5 μ s后的空穴分布图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图，详细描述本发明的技术方案:
[0023]本发明的一种具有抗单粒子效应的VDMOS器件，如图2所示，其元胞结构包括第一导电类型半导体衬底9和位于第一导电类型半导体衬底9上层的第一导电类型半导体外延层8 ;所述第一导电类型半导体衬底9下表面连接有漏极金属电极10 ;所述第一导电类型半导体外延层8上层两侧具有第二导电类型半导体体区6 ;所述第二导电类型半导体体区6中具有相互独立的第一导电类型半导体源区5和第二导电类型半导体体接触区7 ;所述第一导电类型半导