[发明专利]一种高压抗单粒子辐照的PSOI LDMOS器件结构

说明书

本发明提供一种高压抗单粒子辐照PSOI LDMOS器件结构，该器件包括P型衬底、深N型阱区、P型埋层、N型漂移区、P型阱区、局部埋氧层、源区P+注入、源区N+注入、栅氧化层、源区Ptop注入、局部场氧化层、漏极N+注入、多晶硅，本发明提出的结构，在不降低传统LDMOS击穿电压的情况下，通过局部SOI结构，制作出了Si‑SiO₂的复合中心，可以减小电子空穴对的碰撞电离，能够让粒子束轨迹上的非平衡载流子快速复合，从而减小了瞬态电流的脉宽，提高了抗单粒子瞬态效应的能力。

技术领域

本发明涉及半导体功率器件领域，具体涉及一种高压抗单粒子辐照的PSOI LDMOS(局部硅-绝缘体横向双扩散金属氧化物半导体)器件结构。

背景技术

随着航天器在军用和民用航天事业的普遍运用，越来越多的电子器件被应用于空间环境,如星载北斗系统、卫星通信系统、遥感系统等。当航天器在宇宙空间中工作时,辐射环境中的辐射粒子对航天器上的电子元器件产生不利的辐射效应，因此对航天器的可靠性提出了更高的要求。

当LDMOS器件运用在航天器的开关电源、LDO、充电电路上时，必然受扰辐照的影响。宇宙空间中存在大量的带电粒子和宇宙射线，当空间中的高能粒子束对器件进行“轰击”，高密度非平衡的电子空穴对沿着重离子轨道产生，并且在强电场作用下进行漂移，一旦寄生双极晶体管被打开，其正反馈将导致大电流和低电压。如果瞬态电流通过数字电路的组合逻辑传播并锁存在存储器元件中，则单粒子电流可能导致单粒子扰动。

单粒子效应可以分为可恢复的和不可恢复的。其中单粒子翻转、单粒子瞬变脉冲、单粒子功能中断等属于可恢复的效应，一般发生在CMOS器件上，这些软错误不足以使器件损伤，可以通过限流电阻、电源复位等手段来恢复正常工作。而不可恢复的是指单粒子对器件造成物理损伤或永久的功能性损伤，比如单粒子闩锁，单粒子烧毁和单粒子栅穿就是两种发生在功率MOSFET上不可恢复的效应。

如图1所示为常规LDMOS器件的剖面图。包括了位于底部的P型衬底1；位于P衬底1右上方的深N型阱区2；位于P衬底1左上方的P型埋层3；位于P型埋层3右侧的N型漂移区4；位于P型埋层3左上方的P型阱区5；位于P型阱区5左上方的源区P+注入7；位于源区P+注入7右侧的源区N+注入8；位于P型阱区5右上方的栅氧化层9；位于局部埋氧层6上方的源区Ptop注入10；位于源区Ptop注入10上方的局部场氧化层11；位于局部埋氧层6右上方的漏极N+注入12；位于栅氧化层9上方的多晶硅13。

如图2所示为单粒子打入器件内部示意图，当粒子打入器件内部时，由于漏端和衬底电压的存在，在该电压形成的电场作用下，粒子入射轨迹上的电子空穴对发生扩散漂移运动，最终汇集到漏极处形成较大的瞬态电流。对于单粒子瞬态脉冲，值得关注的是，在驱动电路中会由前一级驱动的输出传播到后一级的输入上，产生所谓的“毛刺”，当这个“毛刺”的脉冲宽度足够宽的时候，就会使得电路功能异常。

如图3所示为单粒子烧毁示意图，当器件处于关断状态时，粒子从漏极打入器件，在粒子轨迹内产生大量的电子空穴对，根据“漏斗效应”理论，一开始电子向高电位电极的方向移动，空穴向低电位方向移动，形成漏斗。随着时间的推移，电子空穴对在漏端电压的作用下向粒子轨迹两侧扩散，电流会流向P阱区域，使得P阱与N+源之间产生电位，当电位足够高的时候，会使得P阱/N+源这一PN结正向偏置，同时由于漏极高电位，使得N漂移区、P阱、N+源所形成的NPN寄生晶体管处于放大状态，最终随着漏电流的增大，使得LDMOS器件发生烧毁。还有一种可能的解释是粒子轨迹上的电子空穴对在耗尽区中发生碰撞电离，使得器件发生雪崩击穿，最终过大的电流流过器件，最终导致器件发生热烧毁。