一種具有抗輻照性能的vdmos器件制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有抗輻照性能的VDM0S器件制造方法，屬于半導(dǎo)體器件制造領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] VDM0S以其開關(guān)速度快、輸入電阻高、頻率特性好、驅(qū)動(dòng)能力高、跨導(dǎo)線性度高等優(yōu) 點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在空間系統(tǒng)的電源電路中?？臻g中存在大量的帶電粒子及宇宙射線，會(huì)造成器 件的參數(shù)及性能發(fā)生退化，嚴(yán)重時(shí)可能失效。為保證航天器的正常工作，VDM0S的抗輻照加 固具有重大意義。
[0003] 近地球軌道的地球衛(wèi)星每年接受的輻照總劑量為lOKrad，遠(yuǎn)地球軌道的地球衛(wèi)星 每年接受的輻照總劑量為lOOOKrad。VDM0S器件受總劑量輻照后性能的退化主要包括閾值 電壓漂移、擊穿電壓變化、導(dǎo)通電阻增加和反向漏電流增加?？倓┝枯椪招?yīng)是由于粒子入 射到VDM0S器件時(shí)，能夠在柵氧化層中產(chǎn)生電子空穴對，當(dāng)柵極施加正向偏置電壓時(shí)，電子 能夠在較短的時(shí)間內(nèi)離開柵氧化層，空穴則向Si02-Si界面移動(dòng)。空穴到達(dá)Si02-Si界面附 近時(shí)，可能被位于那里的陷阱態(tài)俘獲，成為氧化層固定電荷。柵氧中積累的正電荷會(huì)引起器 件的性能退化。
[0004] 此外，空間輻照環(huán)境中的高能質(zhì)子、中子、a粒子、重離子等還會(huì)導(dǎo)致航天器電子 系統(tǒng)中的VDM0S器件發(fā)生單粒子效應(yīng)。如果高能粒子從柵漏交疊的位置入射，在零柵壓或 負(fù)柵壓的偏置條件下，重離子轟擊產(chǎn)生的電子向漏接觸區(qū)運(yùn)動(dòng)，空穴則向Si02/Si界面運(yùn) 動(dòng)?？昭ㄏ騪-body的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)要比向界面的漂移運(yùn)動(dòng)慢得多，這就造成空穴在轟擊面附近 的Si02/Si界面堆積。大量正電荷的堆積，導(dǎo)致局域瞬態(tài)電場增加，若超過柵氧介質(zhì)的臨界 擊穿電場，則集聚的空穴就會(huì)通過氧化層放電，引發(fā)器件的器件柵漏之間的柵介質(zhì)局部擊 穿，造成器件的永久性柵漏短路，這就是單粒子?xùn)糯┬?yīng)。
[0005] 常規(guī)提高抗總劑量輻照性能的措施有減薄柵氧層厚度，改進(jìn)氧化層質(zhì)量等。但是 減薄柵氧層厚度會(huì)使得器件在受到重粒子入射時(shí)，等量的空穴在柵介質(zhì)中產(chǎn)生的電場增 強(qiáng)，不利于抗單粒子?xùn)糯６趸瘜淤|(zhì)量的改進(jìn)也受制于原材料自身的限制，不可避免的存 在缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有抗輻照性能的 VDM0S器件制造方法，提高VDM0S器件的抗輻照能力。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種具有抗輻照性能的VDM0S器件制造方法，包括以 下步驟：
[0008] (1)選取硅外延片，通過光刻刻蝕技術(shù)在硅外延片的正面形成有源區(qū)及終端環(huán)；
[0009] (2)在步驟（1)的有源區(qū)通過熱氧化形成一層二氧化硅柵氧化層；
[0010] (3)在步驟（2)的柵氧化層上蒸發(fā)一層金屬鋁；
[0011] (4)把經(jīng)過步驟（3)處理后的硅片放置在高溫?cái)U(kuò)散爐中，使金屬鋁擴(kuò)散到二氧化 硅柵氧化層中；
[0012] (5)在摻雜鋁的二氧化硅柵氧化層上淀積一層多晶硅，通過光刻刻蝕形成多晶硅 柵；
[0013] (6)通過硼注入及擴(kuò)散工藝形成p-body區(qū)及P+區(qū)，通過磷注入及擴(kuò)散工藝形成源 區(qū)；
[0014] (7)在經(jīng)過步驟（6)處理后的硅片上淀積二氧化硅介質(zhì)層，刻蝕二氧化硅形成接 觸孔，然后進(jìn)行正面金屬化、鈍化、刻蝕PAD區(qū)、減薄，最后進(jìn)行背面金屬化工藝，完成VDM0S器件制造。
[0015] 所述步驟⑵中二氧化硅柵氧化層的厚度為200-2000A。
[0016] 所述步驟（3)中金屬鋁的厚度為1〇-200A。
[0017] 所述步驟⑷中高溫?cái)U(kuò)散爐的溫度為800-1300°C，擴(kuò)散時(shí)間為10-300min。
[0018] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0019] (1)本發(fā)明工藝簡單，與傳統(tǒng)VDM0S制造工藝兼容；
[0020](2)本發(fā)明采用摻鋁的二氧化硅作為柵介質(zhì)（即Si-0-Al結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)），可以減 少輻照時(shí)正電荷的積累，提高器件的抗總劑量輻照能力；
[0021] (3)本發(fā)明采用摻鋁的二氧化硅作為柵介質(zhì)，提高了柵介質(zhì)的介電常數(shù)，降低器件 受到輻照時(shí)柵介質(zhì)中的電場，提高器件的抗單粒子?xùn)糯┠芰Γ?br>[0022] (4)采用本發(fā)明方法制造的VDM0S器件克服了傳統(tǒng)方法中抗總劑量輻照和單粒子 柵穿對于柵氧厚度需求的矛盾，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩者的優(yōu)化。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明方法的制造流程圖；
[0024] 圖2為在硅片上形成一層二氧化硅柵氧化層的示意圖；
[0025] 圖3為在二氧化硅上淀積鋁后退火形成Si-0-Al結(jié)構(gòu)的新型柵介質(zhì)示意圖；
[0026] 圖4為形成多晶娃棚的不意圖；
[0027] 圖5為形成p-body區(qū)、P+區(qū)和源區(qū)的示意圖；
[0028] 圖6為本發(fā)明具有抗輻照性能的VDM0S器件剖面圖；
[0029] 其中附圖中各標(biāo)記意義如下：1為N+襯底，2為N-外延層，3為二氧化硅柵氧化層， 3 '為摻雜鋁的二氧化硅柵介質(zhì)，4為多晶硅柵，5為p-body區(qū)，6為P+區(qū)，7為源區(qū)，8為源 極金屬，9為二氧化娃介質(zhì)層，10為漏極金屬。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 本發(fā)明在傳統(tǒng)VDM0S制造流程的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，使VDM0S器件具有抗輻照性能。 具體原理為：采用摻雜鋁雜質(zhì)的二氧化硅柵氧化層作為器件的柵介質(zhì)，其中摻雜的鋁雜質(zhì) 作為電子捕獲中心可以減少輻照時(shí)正電荷的積累，提高抗總劑量輻射的能力，同時(shí)提高了 柵介質(zhì)的介電常數(shù)，降低器件受到輻照時(shí)柵介質(zhì)中的電場，提高器件的抗單粒子?xùn)糯┠芰Α?br>[0031] 本發(fā)明的具體流程如圖1所示，舉例說明具體實(shí)施步驟如下：
[0032] (1)選取〈100>晶向、結(jié)構(gòu)為N+N-的硅外延片，N-高阻層電阻率為5D?〇!!，厚度 為17ym。然后用傳統(tǒng)方法在硅外延片的N-面形成有源區(qū)及終端環(huán)。
[0033] (2)在有源區(qū)用熱氧化的方法生長一層厚度為1〇〇〇A的二氧化硅柵氧化層3,如 圖2所示。
[0034] (3)在二氧化硅柵氧化層3上蒸發(fā)一層厚度為1〇〇A的鋁。
[0035] (4)將經(jīng)過上述處理的硅片放置在1150°C的高溫?cái)U(kuò)散爐中進(jìn)行鋁摻雜，時(shí)間為 60min，使金屬鋁擴(kuò)散到二氧化硅柵氧化層中，形成Si-0-Al結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)3'，如圖3所示。
[0036] (5)在Si-0-Al結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)3'上淀積一層多晶娃，通過光刻刻蝕形成多晶娃柵 4,如圖4所示。
[0037] (6)通過硼注入及擴(kuò)散工藝在硅片上形成p-body區(qū)5及P+區(qū)6,通過磷注入及擴(kuò) 散工藝在硅片上形成源區(qū)7,如圖5所示。
[0038] (7)之后按照傳統(tǒng)VDM0S制造工藝淀積二氧化娃介質(zhì)層9,刻蝕形成金屬接觸孔， 然后進(jìn)行正面金屬化、鈍化、刻蝕PAD區(qū)、減薄，最后進(jìn)行背面金屬化，完成VDM0S器件制造。
[0039] 其中第（7)步正面金屬化是指在刻蝕完接觸孔的硅片上蒸發(fā)一層金屬，這層金屬 通過接觸孔與源區(qū)7接觸，形成源極金屬8。在硅片襯底面蒸發(fā)一層金屬，形成漏極金屬10。
[0040] 按照本發(fā)明方法之后的VDM0S器件結(jié)構(gòu)如圖6所示。
[0041] 本發(fā)明采用摻鋁的二氧化硅作為柵介質(zhì)（即Si-0-Al結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)），可以提高器 件的抗總劑量輻照能力。原因如下：輻照在柵氧化層中激發(fā)電子_空穴對，在正柵壓的作用 下，電子離開柵氧化層，空穴被俘獲成為Si02-Si界面的正電荷，正電荷的積累是引起器件 性能退化的原因。鋁在二氧化硅中是一種電子捕獲中心，因此采用摻鋁的二氧化硅作為柵 介質(zhì)，可以減少輻照時(shí)柵氧化層中正電荷的積累，提高器件的抗總劑量輻照能力；
[0042] 本發(fā)明采用摻鋁的二氧化硅作為柵介質(zhì)，提高器件的抗單粒子?xùn)糯┠芰?。原因?下：單粒子?xùn)糯┦怯捎谄骷谑艿捷椪諘r(shí)，正電荷的堆積引起柵介質(zhì)中電場超出介質(zhì)的臨 界擊穿電場，引發(fā)器件的柵介質(zhì)局部擊穿，造成器件的永久性柵漏短路。柵穿區(qū)域相當(dāng)于一
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種具有抗輻照性能的VDMOS器件制造方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 選取硅外延片，通過光刻刻蝕技術(shù)在硅外延片的正面形成有源區(qū)及終端環(huán)； (2) 在步驟（1)的有源區(qū)通過熱氧化形成一層二氧化硅柵氧化層； (3) 在步驟（2)的柵氧化層上蒸發(fā)一層金屬鋁； (4) 把經(jīng)過步驟（3)處理后的硅片放置在高溫?cái)U(kuò)散爐中，使金屬鋁擴(kuò)散到二氧化硅柵 氧化層中； (5) 在摻雜鋁的二氧化硅柵氧化層上淀積一層多晶硅，通過光刻刻蝕形成多晶硅柵； (6) 通過硼注入及擴(kuò)散工藝形成p-body區(qū)及P+區(qū)，通過磷注入及擴(kuò)散工藝形成源區(qū)； (7) 在經(jīng)過步驟（6)處理后的硅片上淀積二氧化硅介質(zhì)層，刻蝕二氧化硅形成接觸孔， 然后進(jìn)行正面金屬化、鈍化、刻蝕PAD區(qū)、減薄，最后進(jìn)行背面金屬化工藝，完成VDM0S器件 制造。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有抗輻照性能的VDM0S器件制造方法，其特征在于： 所述步驟（2)中二氧化硅柵氧化層的厚度為200-2000 A。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有抗輻照性能的VDM0S器件制造方法，其特征在于： 所述步驟⑶中金屬鋁的厚度為10-200 A。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有抗輻照性能的VDM0S器件制造方法，其特征在于： 所述步驟（4)中高溫?cái)U(kuò)散爐的溫度為800- 1300°C，擴(kuò)散時(shí)間為10- 300min。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有抗輻照性能的VDMOS器件制造方法，柵氧化層形成之后在其上蒸發(fā)鋁，然后高溫?cái)U(kuò)鋁，形成Si-O-Al結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)。本發(fā)明可以減少VDMOS器件在受到輻照時(shí)，柵介質(zhì)中積累的正電荷，提高器件的抗總劑量輻照能力；同時(shí)Si-O-Al結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)具有比常規(guī)二氧化硅柵介質(zhì)更高的介電常數(shù)，可以提高器件的抗單粒子?xùn)糯┠芰?。本發(fā)明的制造方法有效的克服了抗總劑量輻照和單粒子?xùn)糯τ跂沤橘|(zhì)厚度需求的矛盾，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩者的優(yōu)化，工藝簡單，有利于提高VDMOS器件的抗輻照性能。
【IPC分類】H01L21-336, H01L21-28
【公開號(hào)】CN104576398
【申請?zhí)枴緾N201410770922
【發(fā)明人】趙元富, 張文敏, 王傳敏
【申請人】北京時(shí)代民芯科技有限公司, 北京微電子技術(shù)研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月12日