[发明专利]一种恢复辐照后MOSFET阈值电压降低的方法

说明书

本发明公开一种恢复辐照后MOSFET阈值电压降低的方法，所述方法包括以下步骤：步骤1：提供一MOSFET，所述MOSFET经过辐照处理；步骤2：在所述MOSFET的栅极或漏极施加一定数值的电压，并持续一段时间，使得一部分电子进入所述MOSFET的栅极的氧化层，并与俘获的空穴进行复合。本发明通过对辐照后的MOSFET的栅极或漏极施加电压，使得电子进入栅极的氧化层与俘获的空穴复合，能够恢复器件的阈值电压，缓解MOSFET在高温下阈值电压下降严重的问题。

技术领域

本发明涉及MOSFET技术领域，尤其涉及一种恢复辐照后MOSFET阈值电压降低的方法。

背景技术

MOSFET是单级器件，因具有开关速度快的特点而被广泛用在电源转换电路中。如何提高MOSFET器件的效率一直是行业研究的重点，在 MOSFET器件设计上面主要是采用降低MOSFET器件的电容的方法，也就是在相同导通电阻的情况下，降低MOSFET器件的栅极电容、栅漏耦合电容和漏极电容等。

在电路结构上面，ZVS(Zero Voltage Switching)电路被提出来了。它是指MOSFET在开启时，两端的电压已经降为0。为了实现ZVS，通常需要利用MOSFET寄生的体二极管，在MOSFET关断时，其寄生的体二极管会导通，将MOSFET两端的电压从高电压逐渐降低为低电压(对于硅基 MOSFET来说，通常是-0.7～-0.8V之间)，接着MOSFET再导通，这样 MOSFET开通时，两端的电压基本接近于0，开通损耗几乎被完全降为0。这样MOSFET的损耗，只剩下了关断损耗了。但是在实际电路中，寄生的体二极管导通时，体内会存贮大量的电子和空穴对，在MOSFET关断时，如果体内的电子和空穴对没有被迅速抽走或者复合，MOSFET可能会发生损坏。因此在ZVS电路中，都需要降低MOSFET的少子寿命，以加快寄生体二极管导通所带来的多余电子和空穴对的复合。

降低MOSFET少子寿命，主要是通过在材料的禁带间人为的引入一些缺陷能级，这些缺陷能级形成复合中心，能够帮助导带的电子和价带的空穴进行复合。目前主要的方法有两大类：一是通过金属掺杂，如Pt(铂)或者金，但是功率MOSFET器件通常是跟其它器件共用生产线的，这些金属会污染在这条线上生产的其它器件，造成其它器件的漏电几率增加，因此这需要对生产线进行额外的管控，带来了额外的成本增加。另一种是采用辐照的方法，这里的辐照可以包括电子辐照、也可以包括质子辐照甚至是中子辐照等等。它是在MOSFET完成制造后，将晶圆放在辐照的环境下。因此可以完全兼容目前的生产线。辐照也是目前广泛采用的降低少子寿命的方法。

但是辐照降低少子寿命的方法，会产生一些问题。请参阅图1，图1为常见的超级结MOSFET的结构图，1a是栅极，这里是平面栅结构；2a是栅极的氧化层，辐照是高能量的粒子，它会在辐照所经过的路径上产生大量的电子和空穴对，这些电子和空穴对在体内大部分会复合掉。但是因为在氧化层2a里面，空穴的迁移率比较低，而电子的迁移率比较高。使得电子被迅速的移出氧化层2a，使得空穴被束缚在氧化层2a或者氧化层2a和硅的界面处。表面带正电荷对于N型MOSFET来说，会帮助沟道的耗尽，使得阈值电压降低。为了保证相同的阈值电压，可以通过增加沟道注入的掺杂浓度来解决。

请参阅图2，图2为实测的600V超级结MOSFET的阈值电压随温度的变化关系图，其中曲线a为常规的超级结MOSFET的变化曲线，曲线b 为做了电子辐照来降低少子寿命的超级结MOSFET的变化曲线，可以看到常温也就是25℃时阈值电压基本上是一样的，都在3.6V附近。这里面做了电子辐照的器件，为了保证阈值电压跟没有做的基本接近，其沟道的掺杂浓度增加为原来的一倍。可以看到做了辐照的超级结MOSFET即使在常温下阈值电压通过沟道掺杂浓度增加，做了补偿，但是其高温下阈值电压随温度的降低过快，在150℃条件下下，阈值电压只有2.1V。而没有做电子辐照的超级结MOSFET在150℃条件下其阈值电压为2.6V。