一種VDMOS器件的製造方法與流程

2023-04-23 03:42:41

本發明涉及半導體分立器件製造技術領域，具體涉及一種VDMOS器件的製造方法。

背景技術：

VDMOS(vertical double-diffused metal oxide semiconductor)是垂直導電的雙擴散功率器件，具有輸入阻抗高、驅動功率低、開關速度快、熱穩定性好等特點，同時它還具有負的溫度係數，沒有雙極二極體所謂的二次擊穿，這些優點使得VDMOS器件在航空航天、核工程等極端複雜環境下的應用越來越廣泛。這樣不可避免地要受到空間輻射和核輻射等強輻射應用環境的影響，導致器件電參數發生變化，對器件性能造成不同程度的破壞，可靠性下降，甚至使元器件完全失效。

傳統VDMOS器件採用多晶矽自對準工藝，如圖1(a)-(f)所示，在形成半導體襯底、外延層後，生長柵氧化層，澱積並刻蝕多晶矽；利用多晶矽的阻擋作用進行自對準的p體區注入和高溫阱推，形成p體區；利用多晶矽和掩膜介質的阻擋作用進行離子注入，形成源極區；澱積介質層，並刻蝕得到接觸孔；澱積金屬層。

綜上所述，VDMOS器件的製作工藝不可避免的要涉及高溫熱過程，這會給柵氧化層引入過多的界面態和缺陷，柵氧化層質量的下降將直接影響器件的性能，尤其器件應用在抗輻照領域時將更為明顯。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種VDMOS器件的製造方法，該方法能夠避免現有製作工藝中的高溫過程，提高柵氧質量；同時，採用厚氧結構，提高器件的抗擊穿能力和動態特性。

為實現上述目的，本發明所採用的技術方案如下：

一種VDMOS器件的製造方法，該方法包括以下步驟：

(1)在半導體襯底上製備外延層和生長場氧，場氧為SiO2厚氧層；

(2)在SiO2厚氧層兩側形成兩個p體區，然後在兩個p體區內形成N+源區；

(3)在SiO2厚氧層、N+源區和p體區上方形成柵氧層(柵介質層)；

(4)在SiO2厚氧層、部分N+源區和部分p體區上方形成柵極區(多晶矽)；

(5)在柵極區和所述柵氧層上方形成介質層；

(6)在所述介質層兩端刻蝕形成源極接觸孔；

(7)在所述源極接觸孔內部形成源極金屬層。

步驟(1)中，採用LOCOS(局部矽氧化隔離)工藝製備SiO2厚氧化層，具體製備過程為：SiO2厚氧層製備過程為：在外延層表面兩側依次進行熱氧氧化和硬掩膜澱積，分別形成SiO2氧化層和Si3N4硬掩膜；然後利用化學或物理澱積工藝澱積SiO2厚氧層，並去除硬掩膜。

所述SiO2厚氧層位於兩個p體區之間，SiO2厚氧層的厚度為0.4μm～1.2μm。

所述柵氧層在p體區摻雜和N+源區摻雜之後形成，所述柵氧層材料為SrTiO3、HfO2、ZrO2或SiO2。

所述介質層採用CVD(化學氣相澱積)或PECVD(等離子體化學氣相澱積)工藝製備，介質層材料為SiO2、SiO2/Si3N4複合層或硼矽玻璃。

步驟(7)中，所述源極金屬層採用蒸發或濺射的方法製備，源極金屬層的厚度為1.2μm～6μm；所述源極金屬層同時接觸介質層、N+源區和p體區。

本發明的有益結果如下：

本發明將柵氧工藝安排在p體區注入和N+源區注入之後，避免了高溫熱過程，同時，將p體區和N+源區注入光刻掩膜版合二為一，減少N+源區注入光刻版，大大節省了成本。

本發明通過增加在p體區間的厚氧層厚度，不僅提高了器件的抗單粒子性能，還改善了器件的動態性能。

附圖說明

圖1是現有技術中平面VDMOS器件的工藝流程示意圖；

圖2是本發明實施例1中VDMOS器件製作工藝流程示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例詳述本發明。

本發明為VDMOS器件的製造方法，主要工藝流程為：場氧(厚氧化層)—p體區注入—源極注入—柵氧化—多晶矽—澱積介質層—接觸孔—源極引線；其中：柵氧化工藝在p體區注入和N+源區注入之後進行；厚氧化層結構位於兩個p體區之間；為了提高器件的可靠性，採用LOCOS(局部矽氧化隔離)工藝製作厚氧化層；經過介質層、氧化層、N+源極並深入至p體區摻雜區的源極金屬層。

實施例1

本實施例中VDMOS器件為N型外延片，該外延片包括一層半導體N型襯底層，在該N型襯底層上是摻雜了一定離子濃度的單晶材料。主要工藝步驟如下：

(1)採用矽片外延層清洗液對外延層進行清洗處理，如圖2(a)所示。

(2)在外延片表面進行熱氧氧化和硬掩膜澱積，並刻蝕，如圖2(b)所示，形成的氧化層和硬掩膜材料分別為SiO2和Si3N4。

(3)利用化學或物理澱積工藝澱積厚氧化層薄膜SiO2，並去除硬掩膜，如圖2(c)所示，厚氧化層厚度大約在0.4μm～1.2μm之間，優選0.8μm。

(4)利用掩膜層先後進行p體區離子注入和N+源區注入，並退火，形成p體區和N+源區，如圖2(d)所示，這裡，掩膜層厚度要大於上述厚氧化層厚度。

(5)利用熱氧化工藝生長柵介質層，並利用化學或物理澱積工藝澱積柵區材料，並進行離子注入摻雜和退火處理，幹法刻蝕柵介質層，如圖2(e)所示。

(6)利用化學或物理澱積工藝製備一層均勻、緊密的介質層，如圖2(f)所示，刻蝕源極接觸孔，如圖2(g)所示。

(7)利用蒸發或濺射的方法製作厚度為1.2μm金屬Al，刻蝕後形成源極引線，如圖2(h)所示。

上述氧化層、柵介質層的製備工藝可以採用熱氧化、CVD(化學氣相澱積)、PECVD(等離子體化學氣相澱積)、HPD(高密度等離子體化學氣相澱積)或PVD(物理氣相澱積)等中的任意一種。

上述柵介質層材料可以是SrTiO3、HfO2、ZrO2、SiO2等，本實施例中優選SiO2，柵區材料可以是柵多晶矽或金屬，本實施例中優選為多晶矽柵。

上述源極引線將N+源極區和p體區連接起來，滿足VDMOS器件的電性能需要。

在上述VDMOS器件的製作過程中，避免了高溫熱過程對柵介質層界面態的損傷，大大提高了柵氧質量。同時，VDMOS器件的動態特性由電容的充放電過程決定，由電容公式ε是極間介電常數，S是電極面積，d是電極間距離，這裡將LOCOS工藝移植到該VDMOS器件的製作工藝中，相當於增加了電極間距離，提高了器件的可靠性和動態特性。以上製作VDMOS器件的工藝流程可以很好的改善VDMOS器件的抗輻照特性。

本發明並不限於上文討論的實施方式，以上對具體實施方式的描述旨在於未來描述和說明本發明涉及的技術方案。基於本發明啟示的顯而易見的變換或替代也應當被認為落入本發明的保護範圍。以上的具體實施方式用來揭示本發明的最佳實施方法，以使得本領域的普通技術人員能夠應用本發明的多種實施方式以及多種替代方式來達到本發明的目的。