本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種抗單粒子燒毀的VDMOS器件及其制作方法。

背景技術(shù)：

功率集成電路可以應(yīng)用于家電、個(gè)人電腦、移動(dòng)電話、數(shù)碼相機(jī)以及與日俱增的各種便攜式設(shè)備的適配器等，同時(shí)由于它降低了元件數(shù)量使產(chǎn)品性價(jià)比高，并且更小和更輕，近年來各種MOS型功率集成電路紛紛出現(xiàn)。他們不但在應(yīng)用中取代了許多原來為雙極型器件所占據(jù)的領(lǐng)域。其中VDMOS由于具有高輸入阻抗、開關(guān)速度快、熱穩(wěn)定性好、具有負(fù)的溫度系數(shù)良好的電流自調(diào)節(jié)能力、沒有二次擊穿安全工作區(qū)域大等優(yōu)點(diǎn)在各種功率開關(guān)應(yīng)用中越來越引起人們的重視。傳統(tǒng)VDMOS剖面圖如圖1所示。

在航天領(lǐng)域，高壓VDMOS器件通常被用作航天器電源系統(tǒng)內(nèi)的安全開關(guān)。由于航天器是在太空中運(yùn)行的，所以這些VDMOS器件的各類電學(xué)參數(shù)除了要能夠滿足基本的設(shè)計(jì)要求外，還要能夠承受太空中各種高能粒子、宇宙射線等的輻射所帶來的影響。目前已知輻射環(huán)境對(duì)VDMOS器件可能產(chǎn)生的輻照效應(yīng)主要包括單粒子燒毀(SEB)、單粒子?xùn)艙舸?SEGR)和總劑量(Total dose)效應(yīng)等。

重離子誘發(fā)的VDMOS器件發(fā)生的單粒子效應(yīng)會(huì)使電路系統(tǒng)出現(xiàn)短暫失效或直接導(dǎo)致VDMOS器件損壞。

圖2給出了VDMOS器件的剖面結(jié)構(gòu)及固有的寄生雙極晶體管位置示意圖。由圖中可以看出，器件的源區(qū)(n+)、體區(qū)(P區(qū))及漏區(qū)(n-外延層)分別構(gòu)成了寄生管的發(fā)射極、基極和收集極。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)上源區(qū)、體區(qū)共用金屬化電極，形成基極—發(fā)射極短路，所以當(dāng)器件正常工作時(shí)，寄生雙極晶體管是關(guān)閉的，當(dāng)重粒子入射到VDMOS器件時(shí)，沿著粒子軌跡會(huì)產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，形成電離的等離子體絲流。在漂移和擴(kuò)散效應(yīng)的雙重作用下，空穴通過橫向基區(qū)進(jìn)入寄生管的發(fā)射級(jí)，電子通過橫向基區(qū)流向收集極而形成瞬態(tài)電流。當(dāng)瞬態(tài)電流在P體區(qū)電阻上的壓降增加到一定值時(shí)，使寄生雙極晶體管的發(fā)射結(jié)成為正偏置，寄生晶體管n+p+p-n-導(dǎo)通。處在正偏置下的寄生雙極晶體管，當(dāng)集電極和發(fā)射極之間的電壓高于寄生管的擊穿電壓時(shí)，寄生雙極晶體管的集電極電流就能發(fā)生雪崩倍增。假如這一正反饋電流不加限制，則會(huì)使源漏短路導(dǎo)致器件燒毀。

從單粒子燒毀效應(yīng)的機(jī)理可以看出，引起單粒子燒毀效應(yīng)的根本原因在于VDMOS源漏間因單個(gè)高能粒子轟擊而誘發(fā)其寄生雙極管導(dǎo)通發(fā)生局部熱損壞。因此，器件內(nèi)部寄生雙極晶體管的相關(guān)尺寸和工藝參數(shù)對(duì)單粒子燒毀(SEB)敏感度的影響很大，有必要對(duì)研制產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和工藝加固技術(shù)研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種抗單粒子燒毀的VDMOS器件及其制作方法，該VDMOS在源漏區(qū)域中間斷開多晶硅條，在斷開的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)電阻處注入一定的P型離子，從而形成一種具有新型結(jié)構(gòu)的耗盡區(qū)。這種新型結(jié)構(gòu)在一定程度上加大了耗盡區(qū)的寬度，降低基區(qū)的電阻，降低了其雪崩擊穿的靈敏度，從而達(dá)到抗單粒子燒毀的目的，提高了該器件的性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種抗單粒子燒毀的VDMOS器件的制作方法，該方法是通過改變VDMOS器件的柵下耗盡區(qū)結(jié)構(gòu)，即在所述柵下耗盡區(qū)通過離子注入工藝摻入P型離子，從而獲得抗單粒子燒毀的VDMOS器件。該方法具體包括如下步驟：

(1)在外延片上定義有源區(qū)之后，在其上依次生長(zhǎng)柵氧化層和多晶硅層，再通過光刻和腐蝕的方法刻出柵極形狀，同時(shí)確定P阱區(qū)形狀；

(2)在P阱區(qū)采取自對(duì)準(zhǔn)離子注入工藝注入P型離子，然后通過熱推進(jìn)工藝形成P體區(qū)；

(3)在P體區(qū)通過光刻腐蝕的方法刻出NSD區(qū)域，通過離子注入摻入N型離子，進(jìn)行退火后形成N+源區(qū)；

(4)在柵氧化層上方的多晶硅層上，通過光刻腐蝕的方法刻出所需長(zhǎng)度的頸區(qū)，然后在該區(qū)域通過離子注入工藝摻入P型離子；

(5)在柵區(qū)淀積一層介質(zhì)層，通過光刻和腐蝕的方法在介質(zhì)層上刻出接觸孔，再在接觸孔內(nèi)淀積一層金屬層，通過光刻腐蝕刻出連線形貌。

步驟(1)中，在所述有源區(qū)生長(zhǎng)柵氧化層時(shí)，采用干氧的方法生長(zhǎng)，生長(zhǎng)的柵氧化層為厚度的SiO₂層；在柵氧化層上生長(zhǎng)多晶硅層之后，刻蝕出的柵長(zhǎng)為8μm。

步驟(2)中，在形成所述P體區(qū)時(shí)，采用離子注入的方法進(jìn)行P型摻雜，摻雜的離子類型為B⁺離子，摻雜的濃度為6E13/cm²。

步驟(3)中，在所述柵區(qū)兩側(cè)形成所述NSD區(qū)域時(shí)，采用離子注入的方法進(jìn)行N型摻雜，摻雜的離子類型為As⁺離子，摻雜的濃度為1E16/cm²。

步驟(4)中，在所述P體區(qū)中間形成所述的頸區(qū)時(shí)，首先在多晶硅層上覆蓋光刻膠，進(jìn)行光刻曝光后取出多晶硅層上的光刻膠，然后使用干法腐蝕的方法腐蝕掉被光刻膠覆蓋區(qū)域的多晶硅，形成頸區(qū)，頸區(qū)長(zhǎng)度為4μm；在所述頸區(qū)開口中采用離子注入的方法進(jìn)行P型摻雜，摻雜的離子類型為B⁺離子，摻雜的濃度為1E13/cm²。

所述介質(zhì)層采用的材料為SiO₂；所述金屬層采用的材料為Al，金屬層厚度為2μm。

所述外延片采用的摻雜濃度為7Ω*cm、厚度為23μm，屬于N型襯底、N型外延。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

本發(fā)明對(duì)傳統(tǒng)的VDMOS器件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在兩個(gè)P體區(qū)之間的頸區(qū)摻雜一定濃度的P型雜質(zhì)，該雜質(zhì)濃度小于NSD區(qū)的摻雜濃度幾個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)NSD區(qū)并不產(chǎn)生影響。而此區(qū)域摻雜的P型離子將有效改變柵氧下基區(qū)的導(dǎo)通電阻，在器件遭遇單粒子輻照時(shí)，其抗雪崩擊穿能力得到提升。通過本發(fā)明提供的方法可以制備具有一定抗單粒子燒毀性能的VDMOS器件。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)VDMOS結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為單粒子燒毀原理圖。

圖3為本發(fā)明制備的具有新型體區(qū)VDMOS器件結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例詳述本發(fā)明。

本發(fā)明制作VDMOS器件的過程如下：

在選定參數(shù)的外延拋光硅片上光刻出有源區(qū)，在該區(qū)域生長(zhǎng)致密的柵氧化層，在柵氧化層上淀積多晶硅，并光刻出P+區(qū)。

在P阱區(qū)通過離子注入摻雜P型離子，熱推進(jìn)后形成P體區(qū)；在柵區(qū)兩側(cè)通過光刻刻出NSD區(qū)，其它區(qū)域覆蓋光刻膠作為離子注入阻擋層，在NSD區(qū)注入高濃度N型離子，熱處理后形成結(jié)深。

將柵區(qū)上方的多晶硅上通過光刻腐蝕刻出一定長(zhǎng)度的頸區(qū)，腐蝕掉該區(qū)域的多晶硅，在此區(qū)域通過離子注入摻雜一定濃度的P型離子，退火后形成頸區(qū)。

在柵區(qū)淀積一層介質(zhì)層，通過光刻腐蝕的方法刻出孔，再在表面淀積一層金屬層，通過光刻腐蝕刻出連線形貌，器件結(jié)構(gòu)如圖3。

實(shí)施例1

本實(shí)施例制作VDMOS器件的過程如下：

選取535μm厚的N(100)型原始硅片，磨去40μm，拋光80μm。

硅片清洗，并且用顯微鏡檢查表面。

外延生長(zhǎng)N^-：ρ＝7Ω·cm，d＝23μm。

生長(zhǎng)場(chǎng)氧化層，場(chǎng)氧厚度溫度條件為800℃-1000℃-800℃。

使用第一塊光刻版RING MASK刻出環(huán)注入的窗口，濕法腐蝕腐掉場(chǎng)環(huán)窗口上的氧化層，注入40KeV/1E16Ω/平方厘米的B⁺。

使用第二塊光刻版刻出有源區(qū)，將有源區(qū)的場(chǎng)氧化層通過濕法腐蝕腐凈。

生長(zhǎng)柵氧化層，柵氧厚度作C-V檢測(cè)，檢測(cè)柵氧化層厚度。

此步需重點(diǎn)做，VDMOS器件對(duì)柵氧化層要求非常高，需保證柵氧化層質(zhì)量，誤差不宜過大，浮動(dòng)不能超過10％，否則將影響閾值電壓，發(fā)生柵漏電等現(xiàn)象。

此步需使用干氧制作。

在低溫爐管中表面生長(zhǎng)多晶硅

使用第三塊光刻版刻出柵區(qū)，留下柵區(qū)和互聯(lián)多晶硅。柵長(zhǎng)為8μm，腐蝕多晶硅(P^-區(qū))，干腐：9'50”。

通過自對(duì)準(zhǔn)注入，在窗口注入60KeV/6E13Ω/平方厘米的B⁺離子。

P⁺擴(kuò)散(預(yù)擴(kuò)：R_□＝80～100Ω/□，700℃-940℃-700℃、主擴(kuò)：R_□＝150～180Ω/□，800℃-1150℃-800℃)

使用第四塊光刻版刻出NSD區(qū)，掩蔽其它區(qū)域。

在NSD窗口注入100KEV/1E16Ω/平方厘米的As離子。

注入前在120℃烘箱堅(jiān)膜30分鐘，硅片背面使用N₂冷卻，防止大劑量注入引起光刻膠起膠。

使用第五塊光刻版刻蝕頸區(qū)，頸區(qū)窗口長(zhǎng)度為4μm。

在頸區(qū)窗口注入60KeV/1E13Ω/平方厘米的B⁺離子，熱處理后激活。

正面涂膠(5000pm)。

背面腐蝕多晶硅(干法)和SiO₂，干腐4'38”，漂2'。

漂SiO₂，擴(kuò)磷(N+)，同時(shí)形成溝道，R_□＝6～7Ω/_□,X_jn＝1.1μ,X_jp＝5μ,R_□poly-Si≤30Ω/_□。

漂磷硅玻璃(PSiO₂)(使用去離子水HF溶液)。

生長(zhǎng)介質(zhì)層，氧化(950℃)，5'干氧+20'濕氧+5'干氧，

刻邊緣多晶硅(即刻場(chǎng)限制環(huán)上的多晶硅)5000pm。

檢測(cè)接觸環(huán)上

腐蝕(先濕腐多晶硅上的SiO₂)6'45”

去膠清洗，在爐口烘800℃20'N₂。

使用第六塊光刻版刻出孔，以便后期金屬連線的制造。

在孔及表面蒸發(fā)鋁，鋁厚2μm。反刻Al 5000rpm，刻出電極。中心區(qū)鋁連成一塊，代表了VDMOS的源極。

做合金，合金材料由硅鋁銅組成，其中鋁占98.5％，硅占1％，銅為0.5％。

芯片表面淀積2μm厚的鈍化層。

使用第七塊光刻版刻蝕出pad區(qū)域，腐蝕鈍化層，以備后面封裝連線。

背面金屬化：釩鎳金

封裝測(cè)試

通過上述實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)VDMOS器件柵氧下結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，摻雜低濃度P區(qū)，既保證不影響源區(qū)的正常工作，又降低了區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)通電阻，使器件具有更好的抗寄生電阻雪崩擊穿性能。當(dāng)器件遇到單粒子干擾時(shí)，能禁受更大能量的單粒子輻照。

以上實(shí)施方案為本發(fā)明的較優(yōu)實(shí)施方法，任何在本發(fā)明基礎(chǔ)上的明顯變化轉(zhuǎn)換，都視為在本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)，特此聲明本發(fā)明并不限于上文討論的實(shí)施方式，以上對(duì)具體實(shí)施方式的描述旨在于未來描述和說明本發(fā)明涉及的技術(shù)方案。基于本發(fā)明啟示的顯而易見的變換或替代也應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。以上的具體實(shí)施方式用來揭示本發(fā)明的最佳實(shí)施方法，以使得本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠應(yīng)用本發(fā)明的多種實(shí)施方式以及多種替代方式來達(dá)到本發(fā)明的目的。