[發(fā)明專利]一種具有抗輻照性能的VDMOS器件制造方法

有效

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• 申請日: 2014-12-12
• 公開（公告）號: CN104576398B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發(fā)明（設計）人: 趙元富;張文敏;王傳敏
• 申請（專利權）人: 北京時代民芯科技有限公司;北京微電子技術研究所
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L21/28
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 臧春喜

技術領域

本發(fā)明涉及一種具有抗輻照性能的VDMOS器件制造方法，屬于半導體器件制造領域。

背景技術

VDMOS以其開關速度快、輸入電阻高、頻率特性好、驅(qū)動能力高、跨導線性度高等優(yōu)點，廣泛應用在空間系統(tǒng)的電源電路中。空間中存在大量的帶電粒子及宇宙射線，會造成器件的參數(shù)及性能發(fā)生退化，嚴重時可能失效。為保證航天器的正常工作，VDMOS的抗輻照加固具有重大意義。

近地球軌道的地球衛(wèi)星每年接受的輻照總劑量為10Krad，遠地球軌道的地球衛(wèi)星每年接受的輻照總劑量為1000Krad。VDMOS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、導通電阻增加和反向漏電流增加。總劑量輻照效應是由于粒子入射到VDMOS器件時，能夠在柵氧化層中產(chǎn)生電子空穴對，當柵極施加正向偏置電壓時，電子能夠在較短的時間內(nèi)離開柵氧化層，空穴則向SiO₂-Si界面移動。空穴到達SiO₂-Si界面附近時，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引起器件的性能退化。

此外，空間輻照環(huán)境中的高能質(zhì)子、中子、а粒子、重離子等還會導致航天器電子系統(tǒng)中的VDMOS器件發(fā)生單粒子效應。如果高能粒子從柵漏交疊的位置入射，在零柵壓或負柵壓的偏置條件下，重離子轟擊產(chǎn)生的電子向漏接觸區(qū)運動，空穴則向SiO₂/Si界面運動。空穴向p-body的擴散運動要比向界面的漂移運動慢得多，這就造成空穴在轟擊面附近的SiO₂/Si界面堆積。大量正電荷的堆積，導致局域瞬態(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，這就是單粒子柵穿效應。

常規(guī)提高抗總劑量輻照性能的措施有減薄柵氧層厚度，改進氧化層質(zhì)量等。但是減薄柵氧層厚度會使得器件在受到重粒子入射時，等量的空穴在柵介質(zhì)中產(chǎn)生的電場增強，不利于抗單粒子柵穿。而氧化層質(zhì)量的改進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

本發(fā)明的技術解決問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種具有抗輻照性能的VDMOS器件制造方法，提高VDMOS器件的抗輻照能力。

本發(fā)明的技術解決方案是：一種具有抗輻照性能的VDMOS器件制造方法，包括以下步驟：

(1)選取硅外延片，通過光刻刻蝕技術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擴散爐中，使金屬鋁擴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)通過硼注入及擴散工藝形成p-body區(qū)及P+區(qū)，通過磷注入及擴散工藝形成源區(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，然后進行正面金屬化、鈍化、刻蝕PAD區(qū)、減薄，最后進行背面金屬化工藝，完成VDMOS器件制造。

所述步驟(2)中二氧化硅柵氧化層的厚度為

所述步驟(3)中金屬鋁的厚度為

所述步驟(4)中高溫擴散爐的溫度為800—1300℃，擴散時間為10—300min。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明工藝簡單，與傳統(tǒng)VDMOS制造工藝兼容；

(2)本發(fā)明采用摻鋁的二氧化硅作為柵介質(zhì)(即Si-O-Al結構的柵介質(zhì))，可以減少輻照時正電荷的積累，提高器件的抗總劑量輻照能力；

(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柵介質(zhì)中的電場，提高器件的抗單粒子柵穿能力；

(4)采用本發(fā)明方法制造的VDMOS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，能夠同時實現(xiàn)兩者的優(yōu)化。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法的制造流程圖；

圖2為在硅片上形成一層二氧化硅柵氧化層的示意圖；

圖3為在二氧化硅上淀積鋁后退火形成Si-O-Al結構的新型柵介質(zhì)示意圖；

圖4為形成多晶硅柵的示意圖；

圖5為形成p-body區(qū)、P+區(qū)和源區(qū)的示意圖；

圖6為本發(fā)明具有抗輻照性能的VDMOS器件剖面圖；