一种高抗辐射加固VDMOS栅氧反向击穿制备方法与流程

一种高抗辐射加固vdmos栅氧反向击穿制备方法
技术领域
1.本发明涉及mosfet制备技术领域，特别涉及一种高抗辐射加固vdmos栅氧反向击穿制备方法。


背景技术：

2.抗辐射加固mosfet器件，要具备长期承受太空中各种电离辐射、高能粒子与宇宙射线等的抗辐射能力，所以应用于航空航天领域的器件，都应具备抗tid(total ionizing dose，总剂量辐射)和抗see(single event effect，单粒子效应)的能力。
3.抗辐射加固(radiation hardened)工艺适用于抗辐射应用环境的功率mosfet设计和制造。在空间环境应用中的mosfet器件，单粒子效应成为其在大量重离子空间环境中使用的主要限制，单粒子效应主要包括单粒子烧毁(seb)和单粒子栅穿(segr)。单粒子烧毁是指重离子穿过器件结构区、外延区及衬底区产生大量的电子空穴对，在电场作用下空穴会向基区移动，最终形成电流；当电流密度大到一定程度后，导致寄生三极管开启最终导致器件烧毁。栅穿是指在功率mosfet中，重离子穿过栅介质层后，导致在栅介质层中形成导电路径的破坏性的烧毁，也就是栅氧击穿。同时，在n-漂移区内沿粒子入射路径会产生大量的电子-空穴对，在外加电场的作用下，电子被漏极收集，空穴在si-sio2栅氧下方积累，从而形成瞬时高电场，如果达到临界电场栅氧同样烧毁击穿。
4.在mosfet功率器件的制作工艺中，需要一个较低的电阻率做衬底材料片，在衬底材料片上进行外延所需的电阻率和厚度，进行mosfet功率器件制作。由于采用普通常规栅氧工艺制作的mosfet功率器件，未对器件进行单粒子加固，其反向栅氧击穿电压往往比正向栅氧击穿电压低5v-15v(根据栅氧厚度不同)，这样在辐照环境下，则会发生烧毁或者栅氧反向击穿，无法满足电路应用抗辐射的要求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种高抗辐射加固vdmos栅氧反向击穿制备方法，以解决现有的mosfet功率器件在辐射环境下容易发生单粒子烧毁的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种高抗辐射加固vdmos栅氧反向击穿制备方法，包括：
7.提供衬底，在其表面形成外延层；
8.按照p阱光罩的图形制作形成p阱形貌；
9.制作源端和体接触端；
10.在表面生长栅氧氧化sio2形成栅氧氧化层；
11.在栅氧氧化层表面注入si粒子；
12.进行多晶硅淀积、光刻和腐蚀，形成多晶栅控制端。
13.可选的，在多晶淀积、光刻和腐蚀后进行多晶氧化，多晶氧化的温度为1000℃-1200℃，最终形成界面态上下一致的栅氧，以提升栅氧反向击穿的目的。
14.可选的，所述衬底为高能度低电阻率的衬底，其材料为硅或碳化硅，电阻率为0.002-0.004ω
·
cm。
15.可选的，所述外延层的电阻率为0.3-24ω
·
cm，厚度为3um-50um。
16.可选的，形成p阱形貌的步骤包括：向p阱光罩的图形内注入p型杂质并进行高温退火处理；其中，所述p型杂质包括b和bf2，注入剂量为1e12-1e14cm-2
，能量为50-100kev。
17.可选的，制作源端和体接触端包括：
18.按照n 光罩和p 光罩的图形分别形成源端和体接触端的图形；
19.按照p 光罩的图形注入p型杂质并进行高温退火处理，形成p 体接触端；
20.按照n 光罩的图形注入n型杂质并进行高温退火处理，形成n 源端。
21.可选的，所述p型杂质包括b和bf2，注入剂量为5e14-5e15cm-2
，能量为50-100kev；所述n型杂质包括p、as和in，注入剂量为5e14-1e16cm-2
，能量为50-80kev。
22.可选的，所述栅氧氧化层的生长温度为800℃-1050℃，生长厚度为30nm-1000nm。
23.可选的，在栅氧氧化层表面注入的si粒子能量为20kev-50kev，剂量为1e12-1e13cm-2
。
24.可选的，在形成多晶栅控制端之后，所述高抗辐射加固vdmos栅氧反向击穿结构的制备方法还包括：进行介质隔离层淀积，完成接触孔和金属淀积光刻，将源端、体接触端和栅端全部接出，形成vdmos功率器件的完整结构。
25.在本发明提供的高抗辐射加固vdmos栅氧反向击穿结构的制备方法中，具有以下有益效果：
26.(1)进行si粒子注入和多晶氧化工艺，栅氧氧化层表面有更多的si粒子与多晶硅形成si-si键，通过形成si-si键可以更好提升上界面的稳定性，消除悬挂键，减少由于上界面缺陷导致氧化层反向电场强度不足问题，从而了消除芯片发生单粒子栅烧毁和栅氧击穿；
27.(2)加工工艺简单，未增加新工序，可控性强，具有很强的可操作性。
附图说明
28.图1是本发明提供的高抗辐射加固vdmos栅氧反向击穿结构的制备方法流程示意图；
29.图2是在衬底上形成外延层的示意图；
30.图3是p阱光罩图形的示意图；
31.图4是注入p型杂质形成p阱的示意图；
32.图5是设置n /p 光罩图形的示意图；
33.图6是注入杂质形成p 体接触端和n 源端的示意图；
34.图7是形成栅氧氧化层和si粒子注入的示意图；
35.图8是进行多晶硅淀积的示意图；
36.图9是形成多晶栅控制端的示意图。
具体实施方式
37.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种高抗辐射加固vdmos栅氧反向击
穿结构的制备方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
38.本发明提供了一种高抗辐射加固vdmos栅氧反向击穿结构的制备方法，其流程如图1所示，包括如下步骤：
39.步骤s11、提供衬底，在其表面形成外延层；
40.步骤s12、按照p阱光罩的图形制作形成p阱形貌；
41.步骤s13、制作源端和体接触端；
42.步骤s14、进行栅氧氧化sio2生长；
43.步骤s15、进行栅氧氧化sio2生长后的注入si粒子工艺；
44.步骤s16、进行多晶硅淀积、多晶硅光刻和腐蚀，形成多晶栅控制端。
45.首先，提供衬底1，所述衬底1具有高能度低电阻率的特性，其材料可以为硅或碳化硅，在本实施例一中以硅衬底为例，其电阻率为0.002-0.004ω
·
cm；如图2所示，在所述衬底1的表面形成外延层2，所述外延层2的电阻率为3-24ohm，厚度为3um-50um；
46.根据器件要求进行p阱光刻，按照如图3所示设置p阱光罩3的图形；
47.注入剂量为5e14-5e15cm-2
，能量为50-100kev的b、bf2等p型杂质，形成p阱，如图4所示；
48.注入完成后进行高温退火处理，用于形成p阱；把vdmos器件的源端和体接触端做了里面，同时起到与n型衬底pn结耐压作用；
49.根据器件要求分别进行源端和体接触端的光刻，先按照n /p 光罩4(包括n 光罩和p 光罩)的图形，分别形成源端和体接触端的图形，如图5所示；
50.如图6所示，按照p 光罩的图形进行b、bf2等p型杂质注入，注入剂量为5e14-5e15cm-2
，能量为50-100kev，注入完成后进行高温退火处理，形成p 体接触端；按照n 光罩的图形进行p、as和in等n型杂质注入，注入剂量为5e14-1e16cm-2
，能量为50-80kev，注入完成后进行高温退火处理，形成n 源端；
51.进行栅氧氧化sio2生长，生长温度为800℃-1050℃，生长厚度为30nm-1000nm的栅氧氧化层5，栅氧氧化完成后进行si粒子注入，如图7所示；
52.如图8所示，在栅氧氧化层5表面淀积多晶硅6；
53.如图9所示，多晶光刻和腐蚀工艺，形成多晶栅控制端，进行多晶氧化，修复si粒子注入对材料表面的损伤，这样一个完整的器件基本形成，本领域技术人员能够进行介质隔离层淀积，完成接触孔和金属淀积光刻，把源端、体接触端和栅端全部接出来，形成vdmos功率器件的完整结构。
54.通过以上主要的工艺过程形成了抗辐射vdmos加固工艺器件制备。由于对抗辐射vdmos的栅氧采用了si粒子注入加固工艺处理，使得栅氧氧化层上表面形成富含si粒子，富含si粒子具体作用有两点，第一点是利用栅氧氧化层中si粒子存在si键与后续多晶淀积中si形成si-si键，在热过程作用下，消除了栅氧氧化层与多晶硅在上界面处的悬挂键，提升了栅氧的反向击穿电压；第二点是在单粒子辐射环境下，单粒子在器件运动过程中产生的电子空穴对在电场作用下运动，其中空穴积累在栅氧下界面，导致栅氧正下方击穿场强增加，较高栅氧反向击穿可以有效的抵抗此时电场场强，实现具有更高vdmos抗单粒子segr的
能力。
55.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。