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(shù)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(nèi)外在抗輻照大功率 N溝道 VDMOS器件的研究上已經(jīng)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(yīng)用領(lǐng)域狹窄 , 相關(guān)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(jié)構(gòu)設(shè)計及抗輻照復合耐壓終端結(jié)構(gòu)設(shè)計三個方面。本論文以國內(nèi)工

2、藝線為基礎(chǔ) , 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(nèi)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(zhì)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(jié)構(gòu) 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(chǔ)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(jié)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(shè)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(jié)構(gòu)參數(shù)、復合耐壓終端結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)果證實所設(shè)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(chǎn)品 IRH9130相比僅相差 8.7 。本論文提出了一種帶同質(zhì)重摻雜區(qū)的新型單場限環(huán)終端結(jié)構(gòu) ,對其進行表面電荷仿真的結(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)擊穿區(qū)主要在主結(jié)底部曲率最大處, 受表面電荷影響不大。以上述場限環(huán)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ) , 本論文提出了一種將其與深擴散結(jié)及多級場板相結(jié)合的新型抗輻照復合耐壓終端 , 并將該結(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)構(gòu)的擊穿電壓基本保持不變, 比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)提高了約16%。在后續(xù)的抗輻照實驗中, 該終端結(jié)構(gòu)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(jié)果都證明了該結(jié)構(gòu)完全可以滿足未來300k Rads(Si) 產(chǎn)品的要求。因此該終端結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)進行工藝流程仿真的結(jié)果說明該終端結(jié)構(gòu)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(yīng)實驗, 其結(jié)果證明本論文對該