本發(fā)明涉及一種小電容抗輻照VDMOS芯片的制造方法，屬于半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

功率VDMOS場效應(yīng)晶體管是上世紀八十年代迅速發(fā)展起來的新型功率器件。由于它具有開關(guān)速度快、輸入電阻高、頻率特性好、驅(qū)動能力高、跨導(dǎo)線性度高等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用在各種電子設(shè)備中。VDMOS器件的電流垂直器件表面流動，它是由許多相同的單元器件并聯(lián)組成。

為了實現(xiàn)電力電子設(shè)備的高效率、高可靠性，器件必須要具有越來越快的開關(guān)速度、越來越高的可靠性。VDMOS器件中的柵漏電容會延長器件的開啟時間，降低器件和/或系統(tǒng)的效率。多晶硅柵與漏極之間的覆蓋區(qū)域產(chǎn)生的電容是整個柵漏電容的重要組成部分，因此柵介質(zhì)厚度決定了柵漏電容的大小。為了減小柵漏電容，需要盡可能的增大器件柵介質(zhì)的厚度。

此外，工作在空間系統(tǒng)中的電子器件，還會受到空間中大量的帶電粒子及宇宙射線的影響，引發(fā)總劑量效應(yīng)(TID)及單粒子?xùn)糯┬?yīng)(SEGR)，使器件的參數(shù)及性能發(fā)生退化或失效?？倓┝啃?yīng)是器件在長時間輻照下，引起柵氧中積累正電荷，引起器件的閾值電壓漂移、擊穿電壓降低等。減薄柵氧厚度，可以減少輻照時柵氧中積累的正電荷，降低輻照的影響。單粒子?xùn)糯┬?yīng)是由單個高能入射粒子引起，高能粒子入射到硅中，激發(fā)電子-空穴對，然后在柵氧下的半導(dǎo)體表面積累，在柵氧中形成電場，當電場強度超過SiO2介質(zhì)的臨界擊穿電場時，就會引起柵介質(zhì)擊穿。提高器件的抗單粒子?xùn)糯┠芰?，需要器件具有較厚的柵氧，柵介質(zhì)越厚，介質(zhì)中電場強度越小，越不容易發(fā)生柵介質(zhì)擊穿效應(yīng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：提供一種小電容抗輻照VDMOS芯片的制造方法，減小VDMOS器件的柵漏電容，同時提高VDMOS器件的抗輻照能力。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種小電容抗輻照VDMOS芯片的制造方法，包括以下步驟：

步驟一：選取硅外延片，清洗處理后進行高溫氧化，在硅片表面形成二氧化硅介質(zhì)層，繼續(xù)在硅片正面淀積一層氮化硅介質(zhì)層，光刻形成溝槽刻蝕窗口，通過各向異性刻蝕的方法在硅片正面形成溝槽；

步驟二：在步驟一形成的帶有溝槽的硅片正面淀積絕緣介質(zhì)進行溝槽回填，然后通過表面平坦化去除溝槽區(qū)以外的絕緣介質(zhì)，形成漂移區(qū)絕緣介質(zhì)槽；

步驟三：對帶有漂移區(qū)絕緣介質(zhì)槽的硅片正面進行P阱區(qū)光刻，接著進行硼離子注入，高溫推進形成P阱區(qū)；

步驟四：對經(jīng)過步驟三處理后的硅片正面進行源區(qū)光刻，然后注入高劑量砷離子，并進行高溫退火將砷離子激活，形成重摻雜N+源區(qū)；

步驟五：對經(jīng)過步驟四處理后的硅片進行熱氧化，在其表面形成一層二氧化硅柵氧化層；

步驟六：對帶有二氧化硅柵氧化層的硅片正面淀積一層多晶硅，然后進行三氯氧磷擴散，接著進行多晶硅柵光刻，最后通過干法刻蝕工藝形成多晶硅柵；

步驟七：在步驟六得到的硅片正面淀積一層二氧化硅介質(zhì)層，然后通過光刻、刻蝕形成接觸孔；

步驟八：進行正面金屬化及背面金屬化，完成小電容抗輻照VDMOS芯片制造。

所述步驟一中硅外延片為N型硅單晶片，外延層厚度為10-50μm，電阻率為5-10Ω·cm，溝槽深度為

所述步驟二中溝槽內(nèi)的填充介質(zhì)為SiO₂或高k介質(zhì)。

所述步驟三中硼離子注入能量為80KeV-100MeV，注入劑量為5E13-3E14cm^-2，推進溫度為1100-1250℃，推進時間為100-1000分鐘。

所述步驟四中砷離子注入能量為50-150KeV，注入劑量為1E15-1E16cm^-2，退火溫度為500-1000℃。

所述步驟五中二氧化硅柵氧化層的厚度為熱氧化方法為1000℃干氧氧化，或者900℃干氧-濕氧-干氧氧化。

所述步驟六中淀積的多晶硅厚度為三氯氧磷擴散后的電阻率為15-30Ω/□。

所述步驟七中淀積的二氧化硅介質(zhì)層厚度為

所述步驟八中正面金屬化方法為：正面淀積厚度為2.0-5.0μm的金屬鋁，然后光刻、腐蝕，形成源極金屬電極(12)；

背面金屬化方法為：背面依次淀積金屬鈦、鎳、銀，淀積金屬層總厚度為1.0～3.0μm，形成漏極金屬電極(13)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：

(1)傳統(tǒng)工藝制造的VDMOS器件，其柵氧化層為一層均勻的二氧化硅介質(zhì)，柵漏電容大，抗單粒子?xùn)糯┠芰τ邢?，采用本發(fā)明方法制造的VDMOS器件，通過在漂移區(qū)挖槽的方式，增大了器件漂移區(qū)柵介質(zhì)的厚度，有效降低了柵漏電容，同時減小了器件受到輻照時柵介質(zhì)中的電場，提高了器件的抗單粒子?xùn)糯┠芰Α?/p>

(2)采用本發(fā)明方法制造的VDMOS器件，可以同時實現(xiàn)溝道區(qū)較薄的柵介質(zhì)和漂移區(qū)較厚的柵介質(zhì)，從而同時實現(xiàn)抗總劑量性能和抗單粒子?xùn)糯┬阅艿膬?yōu)化。

(3)本發(fā)明溝槽中可填充高k介質(zhì)，能夠進一步減小器件受到輻照時柵介質(zhì)中的電場強度，提高器件可靠性。

(4)本發(fā)明采用高阻硅單晶片制造，材料成本低，工藝簡單，與傳統(tǒng)VDMOS制造工藝兼容。

附圖說明

圖1為本發(fā)明VDMOS芯片的制造流程圖；

圖2為硅片表面熱氧化形成二氧化硅介質(zhì)層剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖3為刻蝕形成溝槽后的剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖4為溝槽回填及表面平坦化后的剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖5為形成P阱區(qū)后的剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖6為形成源區(qū)后的剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖7為形成柵氧后的剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖8為形成多晶硅柵后的剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖9為本發(fā)明VDMOS芯片的剖面結(jié)構(gòu)圖。

其中附圖中各標記意義如下：1為N+襯底，2為N-外延層，3為二氧化硅介質(zhì)層，4為氮化硅介質(zhì)層，5為刻蝕形成的溝槽，6為二氧化硅介質(zhì)槽，7為P阱區(qū)，8為N+源區(qū)，9為二氧化硅柵氧化層，10為多晶硅柵，11為二氧化硅介質(zhì)層，12為源極金屬電極，13為漏極金屬電極。

具體實施方式

本發(fā)明在傳統(tǒng)VDMOS制造流程的基礎(chǔ)上進行改進，給出一種小電容抗輻照VDMOS芯片的制造方法，具體流程如圖1所示。該方法以硅單晶材料為基底材料，主要包括溝槽刻蝕、溝槽回填、P阱區(qū)注入及推進、源區(qū)注入及推進、柵氧化、多晶硅淀積及刻蝕、接觸孔刻蝕、正面金屬化及背面金屬化等工序。器件的溝道區(qū)(反型區(qū))和漂移區(qū)的柵氧分別采用不同的工藝技術(shù)形成，這樣器件在反型區(qū)為薄柵氧，在漂移區(qū)為厚柵氧。采用本發(fā)明制造的VDMOS器件在改善抗單粒子?xùn)糯┠芰Φ耐瑫r，具有優(yōu)異的抗總劑量輻照能力，同時具有更小的柵漏電容。

本發(fā)明具體原理為：本發(fā)明在制造過程中，反型區(qū)和漂移區(qū)的柵氧采用不同的工藝技術(shù)形成。器件反型區(qū)的柵氧采用高溫氧化工藝形成，漂移區(qū)的柵氧采用溝槽回填技術(shù)形成，通過調(diào)節(jié)溝槽深度可以調(diào)節(jié)漂移區(qū)的柵氧厚度。這樣就使器件具備了兩種柵氧厚度，反型區(qū)的柵氧薄，而漂移區(qū)的柵氧厚。由于總劑量輻照時柵氧中積累的正電荷與柵氧厚度成正相關(guān)，因此反型區(qū)的薄柵氧可以使器件在總劑量輻照時，積累的正電荷比較少，有利于減小總劑量輻照引起的閾值電壓退化，降低總劑量輻照對器件性能參數(shù)的影響。同時，漂移區(qū)的厚柵氧可以減小柵氧中的電場強度，使器件不易發(fā)生柵介質(zhì)擊穿。此外，漂移區(qū)的厚柵氧增加了多晶硅柵與漏極之間的距離，有利于減小柵漏電容，改善器件的開關(guān)特性。

實施例：

以200V抗輻照VDMOS制造為例詳細說明本發(fā)明的制造過程，具體實施步驟如下：

(1)溝槽刻蝕：選取<100>晶向、結(jié)構(gòu)為N+N-的硅外延片，N-外延層電阻率為5Ω·cm，厚度為17μm。清洗處理后在硅片表面熱氧化形成二氧化硅介質(zhì)層3，如圖2所示。然后在硅片正面淀積氮化硅介質(zhì)層4。光刻形成溝槽刻蝕窗口，通過各向異性刻蝕的方法在硅片表面形成深度為的溝槽5，如圖3所示。

(2)溝槽回填：在硅片正面淀積SiO₂進行溝槽回填，再進行表面平坦化去除表面的二氧化硅和氮化硅，形成漂移區(qū)二氧化硅介質(zhì)槽6，形成圖4所示的結(jié)構(gòu)。這樣就使器件在漂移區(qū)實現(xiàn)了厚度為的柵氧。

(3)P阱區(qū)形成：在硅片正面進行P阱區(qū)光刻，接著進行硼離子注入，注入能量為100KeV，劑量為2E14cm^-2，然后進行1150℃、150min高溫推進形成P阱區(qū)7，如圖5所示。

(4)源區(qū)形成：繼續(xù)在硅片正面進行源區(qū)光刻，然后注入砷離子，注入能量為100KeV，注入劑量為5E15cm^-2，并進行950℃高溫退火，將砷離子激活，形成重摻雜N+源區(qū)8，如圖6所示。

(5)柵氧化：對經(jīng)過步驟(4)處理后的硅片進行1000℃干氧氧化，形成二氧化硅柵氧化層9，如圖7所示。這樣就使器件具備了兩種柵氧厚度，反型區(qū)的柵氧9厚度為漂移區(qū)的柵氧6厚度為反型區(qū)的薄柵氧有利于改善輻照引起的總劑量效應(yīng)，而漂移區(qū)的厚柵氧可以使器件更不易于發(fā)生單粒子?xùn)糯┬?yīng)，同時也可以減小柵漏電容。

(6)多晶硅柵：在硅片正面淀積多晶硅，然后進行三氯氧磷擴散，接著進行多晶硅柵光刻，最后通過干法刻蝕工藝形成多晶硅柵10，如圖8所示。

(7)接觸孔：正面淀積二氧化硅介質(zhì)層11，然后通過光刻、刻蝕形成接觸孔。

(8)金屬化：在硅片正面蒸發(fā)3um金屬鋁，然后光刻、腐蝕金屬，形成源極金屬電極12。接著將硅片在N+面減薄至350um的厚度，將減薄后的硅片的N+面依次淀積金屬鈦、鎳、銀，鈦金屬層厚度為鎳金屬層厚度為銀金屬層厚度為形成漏極金屬電極13。

最終形成的VDMOS芯片結(jié)構(gòu)如圖9所示。

采用本發(fā)明方法制造的VDMOS芯片，漂移區(qū)和反型區(qū)具有不同的柵氧厚度，不僅具有更好的抗總劑量輻照和抗單粒子?xùn)糯┠芰?，而且柵漏電容可以比傳統(tǒng)VDMOS芯片有很大程度改善，極大的提高了VDMOS芯片的可靠性及速度。

本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。