CN109037338B - 一种mosfet功率器件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种MOSFET功率器件的制备方法，属于集成电路技术领域。对器件敏感区域注入光刻，形成RH光罩的图形；按照RH光罩的图形注入非活性杂质离子。使得MOSFET功率器件的敏感区增加了外延硅层的缺陷数量，降低其在单粒子辐照条件下的单粒子烧毁和总剂量辐照条件下的工作电压漂移，提高了功率MOSFET的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种MOSFET功率器件的制备方法。
背景技术
当前在自动化、智能化、新能源、高能效以及资源的有效利用大背景下，明确提出将先进轨道交通装备、电力设备、节能与新能源汽车、海洋工程装备、航空航天装备等列为突破发展的重点领域。鉴于功率半导体在星载雷达、航空测控、核弹、通讯卫星、以及要有抵抗核爆环境能力的飞机、地面系统等装备中都离不开抗辐射高压功率器件，同时空间卫星电源管理模块大量使用分立器件抗辐射功率MOSFET作为电子开关。
功率MOSFET采用其导通时只有一种极性的载流子（多子）参与导电，是单极型晶体管。导电机理与小功率MOS管相同，但结构上有较大区别，小功率MOS管是横向导电器件，功率MOSFET大多采用垂直导电双扩散VDMOS（Vertical Double-diffused Metal OxideSemiconductor）结构，大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。该类器件以其独特的高输入阻抗、低驱动功率、高开关速度、优越的频率及抗击穿特性、热稳定性及负温度特性等优点，广泛地应用于电源转换、汽车电子、马达驱动、工业控制、电机控制、音频放大、高频振荡器、不间断电源、节能灯、逆变器等各种电力电子系统。
由于采用一般硅基MOSFET功率器件，采用的基础介质层如硅、硅化合物等材料，其在辐照环境下，会产生单粒子烧毁效应和总剂量泄漏电流效应，当整个集成电路中采用大量的MOSFET功率器件进行驱动、开关，其可靠性将巨幅下降，无法满足电路应用高可靠性的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种MOSFET功率器件的制备方法，以解决现有的MOSFET功率器件在辐射环境下容易产生单粒子烧毁现象，无法满足电路应用高可靠性要求的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种MOSFET功率器件的制备方法，包括如下步骤：
对器件敏感区域注入光刻，形成RH光罩的图形；
按照RH光罩的图形注入非活性杂质离子。
可选的，在注入非活性杂质离子后进行高温退火处理，修复离子注入对外延硅层的损伤。
可选的，所述非活性杂质离子的注入剂量为1E13-1E15cm-2，能量为50-80Kev。
可选的，所述非活性杂质离子包括C、Si和Ar。
可选的，在对器件敏感区域注入光刻之前，所述MOSFET功率器件的制备方法还包括：
提供硅衬底，在所述硅衬底上生长出外延硅层；
按照P阱光罩的图形，形成所需P阱的图形；
进行P型杂质注入，注入剂量为5E12~5E13cm-2，能量为50-80Kev，并进行高温退火处理形成P阱。
可选的，在进行高温退火处理后，所述MOSFET功率器件的制备方法还包括：
按照N+/P+光罩的图形，分别形成源端和体接触的图形；
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；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；
进行栅氧SiO2生长和多晶硅的淀积；
对栅氧SiO2和多晶硅进行光刻和腐蚀，形成多晶栅控制端；
进行介质隔离层淀积，完成接触孔和金属淀积光刻，接出源端、体接触和栅端，形成完整的MOSFET功率器件。
可选的，用于形成P+体接触端的P型杂质的注入剂量为5E14~5E15cm-2，能量为50-100Kev；用于形成N+源端的N型杂质的注入剂量为5E14~1E16cm-2，能量为50-80Kev。
可选的，所述硅衬底的电阻率为0.002~0.004Ω·cm；所述外延硅层的电阻率为3~24Ω·cm，厚度为3um~50um。
可选的，所述P型杂质的种类包括B和BF2；所述N型杂质的种类包括P、As和In。
本发明还提供了一种根据上述MOSFET功率器件的制备方法制备出的MOSFET功率器件。
在本发明中提供了一种MOSFET功率器件的制备方法，对器件敏感区域注入光刻，形成RH光罩的图形；按照RH光罩的图形注入非活性杂质离子。使得MOSFET功率器件的敏感区增加了外延硅层的缺陷数量，降低其在单粒子辐照条件下的单粒子烧毁和总剂量辐照条件下的工作电压漂移，提高了功率MOSFET的可靠性。
附图说明
图1是本发明提供的MOSFET功率器件的制备方法的流程示意图；
图2~图10是MOSFET功率器件的制备方法的各步骤示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种MOSFET功率器件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。
实施例一
本发明提供了一种MOSFET功率器件的制备方法，其流程示意图如图1所示。所述MOSFET功率器件的制备方法包括如下步骤：
步骤S11、对器件敏感区域注入光刻，形成RH光罩的图形；
步骤S12、按照RH光罩的图形注入非活性杂质离子。
具体的，首先如图2所示，提供硅衬底1，所述硅衬底1的电阻率为0.002~0.004Ω·cm；并在所述硅衬底1上生长出外延硅层2，所述外延硅层2的电阻率为3~24Ω·cm，厚度为3um~50um；接着，按照P阱光罩的图形3，形成所需P阱的图形，如图3所示；按照P阱光罩的图形3注入P型杂质，剂量为5E12~5E13cm-2，能量为50-80Kev，并进行高温退火处理形成如图4所示的P阱，所述P型杂质的种类包括B和BF2。
为了器件在辐照环境下高可靠性要求，增加器件部分区域的缺陷引入，对器件敏感区域注入光刻。具体的，对器件敏感区域注入光刻，形成如图5所示的RH光罩的图形4，再按照RH光罩的图形4注入非活性杂质离子，注入剂量为1E13-1E15cm-2，能量为50-80Kev，在注入非活性杂质离子后进行高温退火处理，修复离子注入对外延硅层2的损伤，如图6。所述非活性杂质离子包括C、Si和Ar。
请参阅图7，按照N+/P+光罩的图形5（包括图7中虚线框内部分和其两侧阴影部分），分别形成源端和体接触的图形；再按照P+光罩（图7中虚线框内部分）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，P型杂质的注入剂量为5E14~5E15cm-2，能量为50-100Kev；按照N+光罩的图形（图7中阴影部分）注入N型杂质，并进行高温退火处理形成N+源端，N型杂质的注入剂量为5E14~1E16cm-2，能量为50-80Kev，如图8所示。其中，所述P型杂质的种类包括B和BF2；所述N型杂质的种类包括P、As和In。
然后如图9所示，进行栅氧SiO2 6生长和多晶硅7的淀积；接着请参阅图10所，对栅氧SiO2 6和多晶硅7进行光刻和腐蚀，形成多晶栅控制端，这样一个完整的器件基本形成；最后进行介质隔离层淀积，完成接触孔和金属淀积光刻，接出源端、体接触和栅端，形成完整的MOSFET功率器件。
上述MOSFET功率器件的制备方法制备出的MOSFET功率器件，在其敏感区域进行选择性离子注入工艺处理，实现易损伤区域缺陷数目的增加，有效的复合了单粒子辐照时产生大量的正电荷，减少了电流流量，从而降低了芯片发生烧毁；有利于消除在总剂量辐照时栅氧下的正电荷的聚集，提高功率MOSFET工作电压的稳定性；该制备方法工艺简单，可控性强，具有很强的可操作性。
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。
Claims (9)
1.一种MOSFET功率器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
对器件敏感区域注入光刻，形成RH光罩的图形；
按照RH光罩的图形注入非活性杂质离子；
所述非活性杂质离子包括C、Si和Ar；
其中，敏感区域为单粒子栅穿敏感区域；RH光罩为抗辐射加固光罩。
2.如权利要求1所述的MOSFET功率器件的制备方法，其特征在于，在注入非活性杂质离子后进行高温退火处理，修复离子注入对外延硅层的损伤。
3.如权利要求2所述的MOSFET功率器件的制备方法，其特征在于，所述非活性杂质离子的注入剂量为1E13-1E15cm-2，能量为50-80Kev。
4.如权利要求1所述的MOSFET功率器件的制备方法，其特征在于，在对器件敏感区域注入光刻之前，所述MOSFET功率器件的制备方法还包括：
提供硅衬底，在所述硅衬底上生长出外延硅层；
按照P阱光罩的图形，形成所需P阱的图形；
进行P型杂质注入，注入剂量为5E12～5E13cm-2，能量为50-80Kev，并进行高温退火处理形成P阱。
5.如权利要求2所述的MOSFET功率器件的制备方法，其特征在于，在进行高温退火处理后，所述MOSFET功率器件的制备方法还包括：
按照N+/P+光罩的图形，分别形成源端和体接触的图形；
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；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；
进行栅氧SiO2生长和多晶硅的淀积；
对栅氧SiO2和多晶硅进行光刻和腐蚀，形成多晶栅控制端；
进行介质隔离层淀积，完成接触孔和金属淀积光刻，接出源端、体接触和栅端，形成完整的MOSFET功率器件。
6.如权利要求4所述的MOSFET功率器件的制备方法，其特征在于，用于形成P+体接触端的P型杂质的注入剂量为5E14～5E15cm-2，能量为50-100Kev；用于形成N+源端的N型杂质的注入剂量为5E14～1E16cm-2，能量为50-80Kev。
7.如权利要求4所述的MOSFET功率器件的制备方法，其特征在于，所述硅衬底的电阻率为0.002～0.004Ω·cm；所述外延硅层的电阻率为3～24Ω·cm，厚度为3um～50um。
8.如权利要求6所述的MOSFET功率器件的制备方法，其特征在于，所述P型杂质的种类包括B和BF2；所述N型杂质的种类包括P、As和In。
9.一种根据权利要求1-8任一所述的MOSFET功率器件的制备方法制备出的MOSFET功率器件。
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