CN101916784B - Soi变埋氧层厚度器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及SOI技术。本发明解决了现有SOILDMOS器件击穿时电场分布呈现两端高、中间低，其不能充分利用漂移区的问题，提供了一种SOI变埋氧层厚度器件及其制备方法，其技术方案可概括为：SOI变埋氧层厚度器件，包括源极、漏极、埋氧层及n型顶层SOI杂质材料层，其特征在于，所述埋氧层的厚度从源极到漏极逐渐减小，n型顶层SOI杂质材料层的厚度从源极到漏极逐渐增加。本发明的有益效果是，其击穿性能大为提高，适用于SOILDMOS器件。
Description
技术领域
本发明涉及SOI技术，特别涉及SOILDMOS器件及其制备方法。
背景技术
SOI技术利用相对简单的介质隔离工艺、使得SOI器件具有寄生效应小、速度快、功耗低、集成度高、抗辐照能力强等优点，在SOI技术上集成LDMOS器件，即SOILDMOS器件，由于有源器件与材料衬底和其他高低压器件间采用完全的介质隔离，有利于避免LDMOS器件发生闩锁效应，且SOI基上高压器件可与低压逻辑驱动电路单片集成起来；常规SOILDMOS器件剖视图如图1，其中1为p型衬底，2为埋氧层，3为n型顶层SOI杂质材料，4为源极p阱，作为LDMOS沟道区，5为源极p+区，6为源极金属场板，7为源极n+区，8为多晶硅栅电极，9为金属前介质，10为场氧化层，11为漏极场板，12为漏极n+区，13为漏极n型缓冲区，14为栅氧化层该SOILDMOS器件漂移区满足RESURF剂量要求，其在源极场板末与漏极场板末会出现电场峰值，n型顶层SOI杂质材3中央电场较低，使得击穿电压难以提高。
发明内容
本发明的目的是克服目前SOILDMOS器件击穿时电场分布呈现两端高、中间低，其不能充分利用漂移区的缺点，提供一种SOI变埋氧层厚度器件及其制备方法。
本发明解决其技术问题，采用的技术方案是，SOI变埋氧层厚度器件，包括p型衬底、源极、漏极、埋氧层及n型顶层SOI杂质材料层，p型衬底设置在水平面上，埋氧层设置在p型衬底上与p型衬底上表面相接触，n型顶层SOI杂质材料层设置在埋氧层上与埋氧层上表面相接触，n型顶层SOI杂质材料层、埋氧层及p型衬底的左右两面分别为源极和漏极，其特征在于，所述埋氧层的厚度从源极到漏极逐渐减小，n型顶层SOI杂质材料层的厚度从源极到漏极逐渐增加。
具体的，所述埋氧层的厚度变化为连续的或者呈阶梯状的；
进一步的，所述n型顶层SOI杂质材料层的杂质材料为均匀掺杂；
具体的，所述n型顶层SOI杂质材料层的杂质材料为非均匀掺杂，从其上表面到埋氧层实现高斯分布。
SOI变埋氧层厚度器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.在材料的p型衬底上生长一层厚热氧化层，再在厚热氧化层上淀积薄氧化层；
b.淀积光刻胶，在氮气气氛中退火，使厚热氧化层与薄氧化层之间具有不同的刻蚀速率，在Buffered HF中刻蚀，形成横向厚度从源极到漏极逐渐减小的氧化层，即埋氧层；
c.在埋氧层上外延一定厚度的n型杂质材料，并使用CMP机将材料表面抛平，得到变埋氧层SOI材料，此时外延的一定厚度的n型杂质材料即为n型顶层SOI杂质材料层；
d.在n型顶层SOI杂质材料层较薄的一端上生长牺牲氧化层，淀积光刻胶，光刻出p阱沟道区，B离子注入，推结形成p阱沟道区，即源极p阱；
e.在n型顶层SOI杂质材料层较厚的一端上生长牺牲氧化层，淀积光刻胶，光刻出漏极n阱区，P离子注入，推结形成漏极n阱区作为LDMOS器件缓冲层，即漏极n型缓冲区；
f.生长场氧化层，并确定有源区；
g.生长栅氧化层，淀积多晶硅，刻蚀出多晶硅栅电极区域，形成多晶硅栅电极；
h.进行源漏注入，形成重掺杂源极n+区、源极p+区及漏极n+区；
i.低压化学气相淀积第二氧化层，并淀积形成金属层，进而形成源极金属场板、金属前介质、漏极金属场板，组成完整的SOI变埋氧层厚度器件。
具体的，以p型衬底为水平面，步骤b所述形成的横向变厚度氧化层，其下表面设置在p型衬底上，其上表面与水平面呈5-60°夹角。
本发明的有益效果是，通过上述SOI变埋氧层厚度器件及其制备方法，通过常规工艺实现了变埋氧化层SOI材料，并在变埋氧化层SOI材料上实现漂移区厚度从源到漏逐渐增加的LDMOS器件，所述LDMOS器件间接实现了漂移区线性变掺杂，击穿时表面电场较为均匀，相比常规RESURF LDMOS器件，其击穿性能大为提高。
附图说明
图1为常规SOILDMOS器件剖视图；
图2为本实施例的SOILDMOS器件埋氧层呈连续变化时的剖视图；
图3是本实施例的SOILDMOS器件埋氧层呈阶梯变化时的剖视图；
图4是常规SOILDMOS器件与本实施例的SOILDMOS器件击穿特性曲线；
图5是常规SOILDMOS器件与本实施例的SOILDMOS器件击穿时表面场分布特性曲线；
图6是常规SOI LDMOS器件与本实施例的SOILDMOS器件击穿电压与漂移区浓度变化曲线；
图7为变埋氧层形成原理图；
其中，1为p型衬底，2为埋氧层，3为n型顶层SOI杂质材料，4为源极p阱，作为LDMOS沟道区，5为源极p+区，6为源极金属场板，7为源极n+区，8为多晶硅栅电极，9为金属前介质，10为场氧化层，11为漏极金属场板，12为漏极n+区，13为漏极n型缓冲区，14为栅氧化层，15为光刻胶，16为刻蚀一定时间埋氧层的上表面，21为厚热氧化层，22为薄氧化层。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。
本发明所述的SOI变埋氧层厚度器件，其埋氧层2的厚度从源极到漏极逐渐减小，n型顶层SOI杂质材料层3的厚度从源极到漏极逐渐增加；SOI变埋氧层厚度器件的制备方法为：在材料的p型衬底1上生长一层厚热氧化层21，再在厚热氧化层21上淀积薄氧化层22，再淀积光刻胶15，并在氮气气氛中退火，使厚热氧化层21与薄氧化层22之间具有不同的刻蚀速率，在Buffered HF(典型比例为：40％NH4F∶49％HF＝6∶1)中刻蚀，形成横向变厚度氧化层，即埋氧层2，然后在埋氧层2上外延一定厚度的n型杂质材料，并使用CMP机将材料表面抛平，得到变埋氧层SOI材料，此时外延的一定厚度的n型杂质材料即为n型顶层SOI杂质材料层3，再在n型顶层SOI杂质材料层3较薄的一端上生长牺牲氧化层，淀积光刻胶15，光刻出p阱沟道区，B离子注入，推结形成p阱沟道区，即源极p阱4，并在n型顶层SOI杂质材料层较厚的一端上生长牺牲氧化层，淀积光刻胶15，光刻出漏极n阱区，P离子注入，推结形成漏极n阱区作为LDMOS器件缓冲层，即漏极n型缓冲区13，然后再生长场氧化层10，并确定有源区，再生长栅氧化层14，淀积多晶硅，刻蚀出多晶硅栅电极区域，形成多晶硅栅电极8，再进行源漏注入，形成重掺杂源极n+区5、源极p+区7及漏极n+区12，最后低压化学气相淀积第二氧化层，并淀积形成金属层，进而形成源极金属场板6、金属前介质9、漏极金属场板11，组成完整的SOI变埋氧层厚度器件。
实施例
本例的SOI变埋氧层厚度器件中埋氧层的厚度变化可以是连续的或者呈阶梯状的，其SOILDMOS器件埋氧层呈连续变化时的剖视图如图2，其SOILDMOS器件埋氧层呈阶梯变化时的剖视图如图3，常规SOILDMOS器件与本实施例的SOILDMOS器件击穿特性曲线如图4，常规SOILDMOS器件与本实施例的SOILDMOS器件击穿时表面场分布特性曲线如图5，常规SOI LDMOS器件与本实施例的SOILDMOS器件击穿电压与漂移区浓度变化曲线如图6。
该SOI变埋氧层厚度器件的埋氧层的厚度从源极到漏极逐渐减小，n型顶层SOI杂质材料层的厚度从源极到漏极逐渐增加，其埋氧层的厚度变化可以是连续的或者呈阶梯状的，其n型顶层SOI杂质材料层的杂质材料可以为均匀掺杂，其n型顶层SOI杂质材料层的杂质材料也可以为非均匀掺杂，从其上表面到埋氧层实现高斯分布，因为假如n型顶层SOI杂质材料层的杂质材料浓度满足要求则可以用均匀分布，假如所买n型顶层SOI杂质材料层的杂质材料浓度不能满足浓度要求，则需要进行离子注入，然后退火，所以其浓度从顶层到底层为非均匀的，其分布曲线与高斯分布曲线类拟。
制备时，首先在材料的p型衬底1上生长一层厚热氧化层21，再在厚热氧化层21上淀积薄氧化层22，再淀积光刻胶15，并在氮气气氛中退火，使厚热氧化层21与薄氧化层22之间具有不同的刻蚀速率，在Buffered HF(典型比例为：40％NH4F∶49％HF＝6∶1)中刻蚀，形成横向厚度从源极到漏极逐渐减小的氧化层，即埋氧层2，然后在埋氧层2上外延一定厚度的n型杂质材料，并使用CMP机将材料表面抛平，得到变埋氧层SOI材料，此时外延的一定厚度的n型杂质材料即为n型顶层SOI杂质材料层3，再在n型顶层SOI杂质材料层3较薄的一端上生长牺牲氧化层，淀积光刻胶15，光刻出p阱沟道区，B离子注入，推结形成p阱沟道区，即源极p阱4，并在n型顶层SOI杂质材料层较厚的一端上生长牺牲氧化层，淀积光刻胶15，光刻出漏极n阱区，P离子注入，推结形成漏极n阱区作为LDMOS器件缓冲层，即漏极n型缓冲区13，然后再生长场氧化层10，并确定有源区，再生长栅氧化层14，淀积多晶硅，刻蚀出多晶硅栅电极区域，形成多晶硅栅电极8，再进行源漏注入，形成重掺杂源极n+区5、源极p+区7及漏极n+区12，最后低压化学气相淀积第二氧化层，并淀积形成金属层，进而形成源极金属场板6、金属前介质9、漏极金属场板11，组成完整的SOI变埋氧层厚度器件。
其中，除生成埋氧层2及n型顶层SOI杂质材料层3的步骤之外，其他部分的构建均为现有技术，具体的生成埋氧层2及n型顶层SOI杂质材料层3的方法及原理为：在p型衬底1上通过湿氧氧化生长一层厚热氧化层21，湿氧生长过程温度一般为900°-1100°，该厚热氧化层21厚度根据器件击穿电压所定，一般说其典型厚度为1μm-5μm，在所述厚热氧化层21上沉积一层薄氧化层22，薄氧化层22厚度一般较薄，厚度为100nm-800nm，其目的是生长一层与厚热氧化层21具有不同刻蚀速度的薄氧化层22，薄氧化层22有较快刻蚀速率，而生长的厚热氧化层21有慢的刻蚀速率，其通过两个不同的刻蚀速率可以通过光刻胶15设置位置刻蚀出与水平面成一定角度的横向变埋氧化层厚度材料，将上述器件在氮气气氛中退火，退火温度在200°-1000°之间，其主要改善顶层薄氧化层22的刻蚀速率，对于刻蚀后横向变埋氧化层器件角度进行精确控制，在Buffered HF(40％NH4F∶49％HF＝6∶1)中进行湿法刻蚀可刻蚀出所需与水平面呈θ角的氧化层，其θ角由公式：
决定，其中Ed为厚热氧化层21的刻蚀速度，Ei为厚热氧化层21与薄氧化层22界面的刻蚀速度，Ei强烈依赖于其淀积后的退火温度，实验表明，退火温度在200℃-1000℃温度内，其θ角可以实现5°-60°，完全可满足埋氧层2的需求。该SOILDMOS器件的变埋氧层形成原理图如图7，对于其变埋氧层形成的原理，阐述如下：薄氧化层22有较快刻蚀速率，而生长的厚热氧化层有慢的刻蚀速率，在对于薄氧化层22进行刻蚀时，由于其氧化层稀疏，横向有严重的横向刻蚀，所以薄氧化层22在刻蚀过程中其横向均匀被刻蚀掉，由于厚热氧化层21有较慢的刻蚀速度，其能够等待薄氧化层22横向均匀刻蚀掉而逐渐暴露于HF液体中，由于其均匀开始暴露于刻蚀液体HF中，所以其呈现出一定的氧化层角度，即其刻蚀到一定时间埋氧层的上表面16与水平面呈一定角度。
在上述埋氧层2上进行外延n型杂质材料层3，表面粗糙度可通过CMP机抛平，在上述工艺过程中，所述n型杂质材料层3也可以通过SBD(硅直接键合)完成，其工艺步骤进一步包括：准备所需浓度的n型杂质材料，在所述n型杂质材料通过磨角打磨出θ角，具有θ角的n型杂质材料与横向变氧化层厚度衬度可直接键合，生成所需变埋氧层SOI材料。
根据图4、图5、图6可以看本实施例所述SOILDMOS器件出间接实现了漂移区线性变掺杂，击穿时表面电场较为均匀，相比常规SOILDMOS器件，其击穿性能大为提高。
Claims (6)
1.SOI变埋氧层厚度器件，包括p型衬底、源极、漏极、埋氧层及n型顶层SOI杂质材料层，p型衬底设置在水平面上，埋氧层设置在p型衬底上与p型衬底上表面相接触，n型顶层SOI杂质材料层设置在埋氧层上与埋氧层上表面相接触，n型顶层SOI杂质材料层、埋氧层及p型衬底的左右两面分别为源极和漏极，其特征在于，所述埋氧层的厚度从源极到漏极逐渐减小，n型顶层SOI杂质材料层的厚度从源极到漏极逐渐增加。
2.根据权利要求1所述SOI变埋氧层厚度器件，其特征在于，所述埋氧层的厚度变化为连续的或者呈阶梯状的。
3.根据权利要求1或2所述SOI变埋氧层厚度器件，其特征在于，所述n型顶层SOI杂质材料层的杂质材料为均匀掺杂。
4.根据权利要求1或2所述SOI变埋氧层厚度器件，其特征在于，所述n型顶层SOI杂质材料层的杂质材料为非均匀掺杂，从其上表面到埋氧层实现高斯分布。
5.SOI变埋氧层厚度器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.在材料的p型衬底上生长一层厚热氧化层，再在厚热氧化层上淀积薄氧化层；
b.淀积光刻胶，在氮气气氛中退火，使厚热氧化层与薄氧化层之间具有不同的刻蚀速率，在Buffered HF中刻蚀，形成横向厚度从源极到漏极逐渐减小的氧化层，即埋氧层；
c.在埋氧层上外延一定厚度的n型杂质材料，并使用CMP机将材料表面抛平，得到变埋氧层SOI材料，此时外延的一定厚度的n型杂质材料即为n型顶层SOI杂质材料层；
d.在n型顶层SOI杂质材料层较薄的一端上生长牺牲氧化层，淀积光刻胶，光刻出p阱沟道区，B离子注入，推结形成p阱沟道区，即源极p阱；
e.在n型顶层SOI杂质材料层较厚的一端上生长牺牲氧化层，淀积光刻胶，光刻出漏极n阱区，P离子注入，推结形成漏极n阱区作为LDMOS器件缓冲层，即漏极n型缓冲区；
f.生长场氧化层，并确定有源区；
g.生长栅氧化层，淀积多晶硅，刻蚀出多晶硅栅电极区域，形成多晶硅栅电极；
h.进行源漏注入，形成重掺杂源极n+区、源极p+区及漏极n+区；
i.低压化学气相淀积第二氧化层，并淀积形成金属层，进而形成源极金属场板、金属前介质、漏极金属场板，组成完整的SOI变埋氧层厚度器件。
6.根据权利要求5所述SOI变埋氧层厚度器件的制备方法，其特征在于，以p型衬底为水平面，步骤b所述形成的横向变厚度氧化层，其下表面设置在p型衬底上，其上表面与水平面呈5-60°夹角。
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