抗輻照大功率P溝道VDMOS工藝與器件研究

1、抗輻照大功率P 溝道 VDMOS工藝與器件研究隨著航天技術的不斷發(fā)展 , 航天器在軌時間越來越長。作為航天器所用電源核心的抗輻照 VDMOS器件對性能和壽命的要求也隨之不斷提高。近年來國內外在抗輻照大功率 N溝道 VDMOS器件的研究上已經取得了巨大進展。 但作為航天用電源中不可或缺的另一種核心器件抗輻照大功率 P 溝道 VDMOS器件由于其應用領域狹窄 , 相關研究十分匱乏。本文以抗輻照的大功率 P溝道 VDMOS器件為研究對象 , 以提高大功率 P 溝道 VDMOS器件抗輻照等級為目的 , 主要研究工作集中在抗輻照工藝開發(fā)、 器件結構設計及抗輻照復合耐壓終端結構設計三個方面。本論文以國內工

2、藝線為基礎 , 首先研究了通過工藝流程提高P溝道 VDMOS器件抗輻照等級的方法 , 開發(fā)了一種完全基于國內工藝線水平的新型抗輻照 P 溝道 VDMOS后柵工藝。通過合理優(yōu)化工藝步驟及工藝參數(shù) , 減少高溫工藝對氧化層質量的影響 , 控制氧化層中電荷密度 , 以達到抗輻照的目的。 輻照實驗表明 , 該工藝可以將普通平面結構 P 溝道 VDMOS抗輻照性能提高到 100k Rads(Si) 標準 , 相比未作抗總劑量加固樣品能將閾值電壓漂移降低 65.9%以上。在分析器件元胞性能參數(shù)模型的基礎上 , 利用性能優(yōu)值討論了元胞的縱向及橫向參數(shù)對其性能的影響。依照所開發(fā)的工藝流程 , 結合工藝線實際工

3、藝水平 ,通過理論模型計算和計算機仿真 , 本論文設計了一款擊穿電壓 -80V 的大功率抗輻照 P 溝道 VDMOS器件 , 包括元胞結構參數(shù)、復合耐壓終端結構設計、版圖繪制及工藝參數(shù)開發(fā)。最后完成了器件的流片、封裝和測試。樣品測試結果證實所設計器件樣品的平均擊穿電壓為-89.07V, 平均閾值電壓為 -3.93V, 平均導通電阻為 172m, 完全滿足指標要求 , 其性能優(yōu)值與 IR 公司目前的主力產品 IRH9130相比僅相差 8.7 。本論文提出了一種帶同質重摻雜區(qū)的新型單場限環(huán)終端結構 ,對其進行表面電荷仿真的結果表明, 當表面電荷密度為51011/cm2(相當于受到 100k Rad

4、s(Si) 的總劑量輻照 ) 時, 該場限環(huán)的擊穿電壓比傳統(tǒng)結構能提高約11.7%,且相比于傳統(tǒng)場限環(huán)能更好的抑制表面電荷對擊穿電壓的影響。 這種新型場限環(huán)的主結擊穿區(qū)主要在主結底部曲率最大處, 受表面電荷影響不大。以上述場限環(huán)結構為基礎 , 本論文提出了一種將其與深擴散結及多級場板相結合的新型抗輻照復合耐壓終端 , 并將該結構運用在本文所開發(fā)的-80V P 溝道VDMOS之中。對表面電荷的仿真結果表明, 當表面電荷密度為1.5 1012/cm2(相當于受到 300k Rads(Si) 的總劑量輻照 ) 時, 該新型復合耐壓終端結構的擊穿電壓基本保持不變, 比傳統(tǒng)結構提高了約16%。在后續(xù)的抗輻照實驗中, 該終端結構在受到總劑量為300k Rads(Si)的輻照之后器件樣品的擊穿電壓沒有發(fā)生漂移。仿真與實驗的結果都證明了該結構完全可以滿足未來300k Rads(Si) 產品的要求。因此該終端結構也將被運用于后續(xù)耐壓-200V 大功率抗輻照 P 溝道 VDMOS器件當中。另外對該結構進行工藝流程仿真的結果說明該終端結構的制作工藝完全與前面開發(fā)的抗輻照工藝兼容, 不需要額外增加任何步驟,具有良好的工藝兼容性。最后本文對流片的樣品完成了60Co 的射線源抗總劑量效應實驗, 其結果證明本論文對該