[发明专利]一种具有抗总剂量辐照的VDMOS器件及其制作方法

说明书

本发明提供了一种具有抗总剂量辐照VDMOS器件及其制作方法，包括复合栅氧化层、多晶硅栅电极和N‑外延层；复合栅氧化层包括二氧化硅层和氮化硅层，复合栅氧化层位于N‑外延层和多晶硅栅极之间；本发明提供具有双层复合栅氧结构的一种抗总剂量辐照的VDMOS器件及其制作方法。

技术领域

本发明涉及MOS器件领域，更具体的说，它涉及一种具有抗总剂量辐照的VDMOS器件及其制作方法。

背景技术

功率VDMOS场效应晶体管(vertical double-diffused metal oxidesemiconductor)是上世纪八十年代发展起来的垂直于器件表面导电的功率器件，兼具双极器件和MOS晶体管的优点，而且没有双极器件的二次击穿。它具有开关速度快、驱动功率低、频率特性好、跨导线性度高、导通电阻低、热稳定性好等优点，广泛应用在各种电子设备中。这些优点使得VDMOS器件在航空航天、核工程等极端复杂环境下的应用也越来越广泛。

空间中存在大量的带电粒子和宇宙射线，核工程应用环境中会存在强辐射。这些带电粒子和高能射线会导致VDMOS器件的电性参数发生退化，称之为总剂量效应，主要表现有阈值电压降低、跨导降低、亚阈值电流增大、1/f噪声增加，严重的甚至导致元器件完全失效，大幅降低了器件的可靠性。而航空航天、核工程等应用环境往往要求VDMOS器件要具有极高的可靠性，否则可能会导致灾难性后果，因此VDMOS器件的抗辐照加固具有重大意义。目前我国航天发展需求迫切，但是VDMOS器件的抗辐照加固技术仍由国外垄断，我国的相对较为落后。卫星和宇宙飞船的某些关键核心电路的VDMOS器件仍依赖进口，价格昂贵并且被国外实施禁运，严重影响我国航天事业的发展。

总剂量辐照效应是由于高能粒子、高能射线进入到VDMOS器件时，会在栅氧化层中产生电子空穴对，其中电子的迁移率较高，能够迅速漂移出氧化层。而空穴迁移率较低，在栅极偏置电压的作用下逐渐向Si-SiO2界面移动，并被界面处的深能级陷阱所俘获，成为氧化层固定电荷。这相当于是在栅极增加了一个额外的电压源，表现在器件电性参数上是阈值电压出现了负向漂移。常规提高器件抗总剂量辐照性能的措施为减薄栅氧化层厚度，然而较薄的栅氧厚度会导致器件抗单粒子栅穿能力降低。

空间环境中除了粒子、高能射线外，也存在高能重离子。高能重离子入射VDMOS器件后，会在径迹上形成高浓度的电子空穴对，当VDMOS器件反偏时，空穴会在漏极偏压的作用下漂移至芯片栅极下方形成“空穴池”，“空穴池”电压超过栅介质的临界击穿电压时将会导致芯片栅氧击穿，使器件永久性的栅漏短路，这就是单粒子栅穿效应。提高器件抗单粒子栅穿能力的主要方法是增加栅氧化层厚度，这与提高器件抗总剂量辐照能力相矛盾，因此仅通过降低栅氧厚度无法制造出适合空间环境下应用的VDMOS器件。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供具有双层复合栅氧结构的一种抗总剂量辐照的VDMOS器件及其制作方法。

本发明的技术方案如下：

一种具有抗总剂量辐照VDMOS器件，包括复合栅氧化层、多晶硅栅电极和N-外延层；复合栅氧化层包括二氧化硅层和氮化硅层，复合栅氧化层位于N-外延层和多晶硅栅极之间。

进一步的，二氧化硅层设置在氮化硅层下面，N-外延层的上面，二氧化硅层的厚度为5～40nm，氮化硅层的厚度为20～100nm。

进一步的，二氧化硅层和氮化硅层完全分层设置。

一种具有抗总剂量辐照的VDMOS器件的制作方法，具体包括如下步骤：

101)选取衬底，外延生长N-外延层，对其清洗处理后进行热氧化生长场氧；

102)通过光刻、刻蚀技术形成分压环区、有源区；

103)在有源区按照光刻版上的图形进行光刻，形成Pbody区的注入区，在注入区注入硼离子，高温推进形成Pbody区；