[發(fā)明專利]一種具有抗總劑量輻照的VDMOS器件及其制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910256413.9
• 申請日: 2019-04-01
• 公開（公告）號: CN109950306B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高群
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江航芯源集成電路科技有限公司
• 主分類號: H01L29/423
• 分類號: H01L29/423;H01L29/51;H01L29/78;H01L21/336;H01L21/28
• 代理公司: 北京格允知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11609
• 代理人: 張沫

本發(fā)明提供了一種具有抗總劑量輻照VDMOS器件及其制作方法，包括復(fù)合柵氧化層、多晶硅柵電極和N?外延層；復(fù)合柵氧化層包括二氧化硅層和氮化硅層，復(fù)合柵氧化層位于N?外延層和多晶硅柵極之間；本發(fā)明提供具有雙層復(fù)合柵氧結(jié)構(gòu)的一種抗總劑量輻照的VDMOS器件及其制作方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及MOS器件領(lǐng)域，更具體的說，它涉及一種具有抗總劑量輻照的VDMOS器件及其制作方法。

背景技術(shù)

功率VDMOS場效應(yīng)晶體管(vertical double-diffused metal oxidesemiconductor)是上世紀八十年代發(fā)展起來的垂直于器件表面導(dǎo)電的功率器件，兼具雙極器件和MOS晶體管的優(yōu)點，而且沒有雙極器件的二次擊穿。它具有開關(guān)速度快、驅(qū)動功率低、頻率特性好、跨導(dǎo)線性度高、導(dǎo)通電阻低、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用在各種電子設(shè)備中。這些優(yōu)點使得VDMOS器件在航空航天、核工程等極端復(fù)雜環(huán)境下的應(yīng)用也越來越廣泛。

空間中存在大量的帶電粒子和宇宙射線，核工程應(yīng)用環(huán)境中會存在強輻射。這些帶電粒子和高能射線會導(dǎo)致VDMOS器件的電性參數(shù)發(fā)生退化，稱之為總劑量效應(yīng)，主要表現(xiàn)有閾值電壓降低、跨導(dǎo)降低、亞閾值電流增大、1/f噪聲增加，嚴重的甚至導(dǎo)致元器件完全失效，大幅降低了器件的可靠性。而航空航天、核工程等應(yīng)用環(huán)境往往要求VDMOS器件要具有極高的可靠性，否則可能會導(dǎo)致災(zāi)難性后果，因此VDMOS器件的抗輻照加固具有重大意義。目前我國航天發(fā)展需求迫切，但是VDMOS器件的抗輻照加固技術(shù)仍由國外壟斷，我國的相對較為落后。衛(wèi)星和宇宙飛船的某些關(guān)鍵核心電路的VDMOS器件仍依賴進口，價格昂貴并且被國外實施禁運，嚴重影響我國航天事業(yè)的發(fā)展。

總劑量輻照效應(yīng)是由于高能粒子、高能射線進入到VDMOS器件時，會在柵氧化層中產(chǎn)生電子空穴對，其中電子的遷移率較高，能夠迅速漂移出氧化層。而空穴遷移率較低，在柵極偏置電壓的作用下逐漸向Si-SiO2界面移動，并被界面處的深能級陷阱所俘獲，成為氧化層固定電荷。這相當(dāng)于是在柵極增加了一個額外的電壓源，表現(xiàn)在器件電性參數(shù)上是閾值電壓出現(xiàn)了負向漂移。常規(guī)提高器件抗總劑量輻照性能的措施為減薄柵氧化層厚度，然而較薄的柵氧厚度會導(dǎo)致器件抗單粒子?xùn)糯┠芰档汀?/p>

空間環(huán)境中除了粒子、高能射線外，也存在高能重離子。高能重離子入射VDMOS器件后，會在徑跡上形成高濃度的電子空穴對，當(dāng)VDMOS器件反偏時，空穴會在漏極偏壓的作用下漂移至芯片柵極下方形成“空穴池”，“空穴池”電壓超過柵介質(zhì)的臨界擊穿電壓時將會導(dǎo)致芯片柵氧擊穿，使器件永久性的柵漏短路，這就是單粒子?xùn)糯┬?yīng)。提高器件抗單粒子?xùn)糯┠芰Φ闹饕椒ㄊ窃黾訓(xùn)叛趸瘜雍穸龋@與提高器件抗總劑量輻照能力相矛盾，因此僅通過降低柵氧厚度無法制造出適合空間環(huán)境下應(yīng)用的VDMOS器件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供具有雙層復(fù)合柵氧結(jié)構(gòu)的一種抗總劑量輻照的VDMOS器件及其制作方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種具有抗總劑量輻照VDMOS器件，包括復(fù)合柵氧化層、多晶硅柵電極和N-外延層；復(fù)合柵氧化層包括二氧化硅層和氮化硅層，復(fù)合柵氧化層位于N-外延層和多晶硅柵極之間。

進一步的，二氧化硅層設(shè)置在氮化硅層下面，N-外延層的上面，二氧化硅層的厚度為5～40nm，氮化硅層的厚度為20～100nm。

進一步的，二氧化硅層和氮化硅層完全分層設(shè)置。

一種具有抗總劑量輻照的VDMOS器件的制作方法，具體包括如下步驟：

101)選取襯底，外延生長N-外延層，對其清洗處理后進行熱氧化生長場氧；

102)通過光刻、刻蝕技術(shù)形成分壓環(huán)區(qū)、有源區(qū)；

103)在有源區(qū)按照光刻版上的圖形進行光刻，形成Pbody區(qū)的注入?yún)^(qū)，在注入?yún)^(qū)注入硼離子，高溫推進形成Pbody區(qū)；