一种VDMOS器件及其终端结构的形成方法技术

本发明专利技术提供一种VDMOS器件及其终端结构形成方法。本发明专利技术方法包括如下步骤：在衬底上形成外延层；在外延层上形成具有场限环注入窗口的场氧化层；注入离子，使离子通过所述场限环注入窗口进入外延层，形成场限环；形成多晶硅层，经光刻刻蚀在终端区形成多晶场板，使所述多晶场板完全覆盖所述场限环注入窗口并且部分覆盖终端区的场氧化层；注入N型离子，使N型离子进入终端区的多晶场板和场氧化层；形成介质层。本发明专利技术将N型离子注入器件终端区的多晶场板和场氧化层中，这些N型离子能够吸引终端介质层和氧化层中的可动正电荷，从而抑制了反向偏压下终端区可动正电荷向主结的移动，有利于保证器件最大击穿电压测定时的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种VDMOS器件及其终端结构的形成方法
本专利技术属于半导体制造
，具体涉及一种VDMOS器件及其终端结构的形成方法。
技术介绍
垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管（VDMOS）是由多个单胞并联而成的集成器件，其在高阻外延层上采用平面自对准双扩散工艺，利用两次扩散结深差，在水平方向形成MOS结构的多子导电沟道，这种结构可以实现较短的沟道，并且由于具有纵向漏极，因此可以提高漏源之间的击穿电压。在采用平面扩散技术制备VDMOS器件时，杂质在进行纵向扩散的同时进行横向扩散，从而导致PN结的终端轮廓是弯曲的。由于在结终端弯曲处的电场强度要远高于其它区域，导致更易发生击穿。此外，VDMOS器件生产工艺流程中的多次氧化过程使氧化层中不可避免地存在一些可动正电荷（如Na+或K+），当器件加反向偏压时，器件终端介质层中的可动正电荷会在电场作用下向主结方向移动，进而影响到器件主结附近的表面电场，从而降低器件主结的最大击穿电压或者造成主结方向漏电偏大。目前，高压VDMOS器件终端结构基本采用场限环（如图1所示）、金属场板或者同时使用场限环与金属场板（如图2所示）来减小器件表面的电场强度。单纯场限环结构中，在对主结所施加的反向电压还低于主结的雪崩击穿电压时，主结的空间电荷区已经扩展到了环结，其所增加的电压大部分由环结承担，因此击穿电压得到提高。在金属场板结构中，由于金属场板对介质层中电荷的吸引作用使具有此终端结构的器件对界面电荷不是很敏感，然而其对介质层的质量有较高的要求。同时使用场限环与金属场板结合了两者的优点，其虽然能够在一定程度上提高器件的击穿电压，但是对可动正电荷的抑制效果有限。由于可动正电荷的影响，常规工艺制造的VDMOS器件在检测其最大击穿电压时测定值容易发生偏移（如最大击穿电压检测值为600V时，如果再持续检测几秒，检测值可能偏移至550V），从而不利于器件的检测和质量保障。
技术实现思路
本专利技术提供一种VDMOS器件及其终端结构的形成方法，本专利技术方法通过将大剂量的N型离子注入器件终端的场板和场氧化层中，从而使器件最大击穿电压测定时具有良好的稳定性，其主要是由于注入的N型离子能够与硅原子结合形成不动的负离子，从而可以吸引终端介质层和氧化层中的可动正电荷并将正电荷固定，因此避免了可动正电荷在电场作用下到处移动所带来的不利影响。本专利技术提供的VDMOS器件，其终端结构包括：外延层；位于所述外延层内的场限环；位于所述外延层表面的具有场限环注入窗口的场氧化层，所述场限环注入窗口与所述场限环的位置相对应；位于所述场限环注入窗口和所述场氧化层表面的多晶场板，所述多晶场板完全覆盖所述场限环注入窗口并且部分覆盖所述场氧化层；位于所述场氧化层和所述多晶场板表面的介质层；其中，所述多晶场板和所述场氧化层内部设有N型离子。根据本专利技术提供的VDMOS器件，其终端结构进一步包括位于所述外延层内并且靠近终端结构末端的截止环。本专利技术还提供一种VDMOS器件终端结构的形成方法，包括如下步骤：在衬底上形成外延层；在外延层上形成具有场限环注入窗口的场氧化层；注入离子，使离子通过所述场限环注入窗口进入外延层，形成场限环；形成多晶硅层，经光刻刻蚀在终端区形成多晶场板，使所述多晶场板完全覆盖所述场限环注入窗口并且部分覆盖终端区的场氧化层；注入N型离子，使N型离子进入终端区的多晶场板和场氧化层；形成介质层。根据本专利技术提供的方法，所述衬底为N型硅衬底，例如N+（N型离子高掺杂）硅衬底，所述外延层为N-（N型离子低掺杂）外延层；所述外延层的厚度和电阻率根据具体要求进行确定，如电压要求为600v时，所述外延层的厚度为60um，电阻率为16Ω·um；所述场氧化层的厚度根据具体情况进行确定，例如可以为根据本专利技术提供的方法，所述离子为P型离子，所述P型离子的注入能量和注入剂量为本领域常规P+区注入时的能量和剂量，如注入能量为60-80kev，注入剂量为1×1015-1.5×1015/cm2；所述N型离子的注入能量和注入剂量为本领域常规N+源区注入时的能量和剂量，如注入能量为80-120kev，注入剂量为5×1015-1×1016/cm2，N型离子可以是磷离子或砷离子。根据本专利技术提供的方法，形成所述介质层的方法具体包括：形成无掺杂硅玻璃；以及在所述无掺杂硅玻璃上形成掺杂硅玻璃。所述无掺杂硅玻璃和掺杂硅玻璃的厚度可以根据具体情况进行确定，如无掺杂硅玻璃厚度为200nm、掺杂硅玻璃的厚度为800nm，所述掺杂硅玻璃可以为硼磷硅玻璃、磷硅玻璃、硼硅玻璃等。进一步地，本专利技术所述VDMOS器件终端结构的形成方法还包括按照本领域常规方法在终端区形成截止环（N+）的步骤，如在终端区末端光刻刻蚀形成截止环注入窗口，并且在注入N型离子的同时形成所述截止环。本专利技术上述的VDMOS器件终端结构的形成方法可以应用于制造VDMOS器件中，在制造VDMOS器件时可以采用本领域常规方法形成器件的有源区并且同时采用上述方法形成器件的终端区，进一步还包括按照本领域常规方法在终端区形成截止环；其中可以在注入P型离子形成P+区的同时形成所述场限环，在形成栅极多晶硅层的同时形成所述场板，并且在注入N型离子形成N+源区的同时进行终端区场板和场氧化层中N型离子的注入。本专利技术还提供一种VDMOS器件的制造方法，包括如下步骤：在衬底上形成外延层；在所述外延层上形成场氧化层，经光刻刻蚀，形成有源区图形和具有场限环注入窗口的终端区图形；注入P+离子，形成P+区和场限环；形成栅极氧化层和位于所述栅极氧化层表面的多晶硅层；光刻刻蚀P-区，并且在终端区形成多晶场板，使所述多晶场板完全覆盖所述场限环注入窗口并且部分覆盖终端区的场氧化层；注入P-离子，形成P-区；光刻源区，注入N+离子，形成N+源区并且使N+离子进入终端区的多晶场板和场氧化层；形成介质层、接触孔和金属层。根据本专利技术提供的方法，所述衬底为N型硅衬底；所述P+离子的注入能量为60-80kev，注入剂量为1×1015-1.5×1015/cm2；所述P-离子的注入能量为60-80kev，注入剂量为3×1013-3.5×1013/cm2；所述N+离子的注入能量为80-120kev，注入剂量为5×1015-1×1016/cm2，其中所述N+离子为磷离子或砷离子。根据本专利技术提供的方法，形成所述介质层的方法具体包括：形成无掺杂硅玻璃；以及在所述无掺杂硅玻璃上形成掺杂硅玻璃，其中所述无掺杂硅玻璃厚度可以为200nm，所述掺杂硅玻璃的厚度可以为800nm。本专利技术方案的实施，至少具有以下优势：1、本专利技术方法通过将大剂量的N型离子注入器件终端区的场板和场氧化层中，使器件最大击穿电压测定时具有良好的稳定性，其主要是由于注入的N型离子能够与硅原子结合形成不动的负离子，从而可以吸引终端介质层和氧化层中的可动正电荷并将正电荷固定，因此避免了可动正电荷在电场作用下四处移动所带来的不利影响；2、本专利技术VDMOS器件终端结构的形成方法工艺操作简便、易于实现，其无需进行额外的操作，仅在制作器件有源区的同时即可实现所述终端结构，有利于器件的大规模生产制造。附图说明图1为现有技术VDMOS器件终端区域的场限环结构示意图；图2为现有技术VDMOS器件终端区域的场限环和场板结构示意图；图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种VDMOS器件，其特征在于，其终端结构包括：外延层；位于所述外延层内的场限环；位于所述外延层表面的具有场限环注入窗口的场氧化层，所述场限环注入窗口与所述场限环的位置相对应；位于所述场限环注入窗口和所述场氧化层表面的多晶场板，所述多晶场板完全覆盖所述场限环注入窗口并且部分覆盖所述场氧化层；位于所述场氧化层和所述多晶场板表面的介质层；其中，所述多晶场板和所述场氧化层内部设有N型离子。

【技术特征摘要】
1.一种VDMOS器件，其特征在于，其终端结构包括：外延层；位于所述外延层内的场限环；位于所述外延层表面的具有场限环注入窗口的场氧化层，所述场限环注入窗口与所述场限环的位置相对应；位于所述场限环注入窗口和所述场氧化层表面的多晶场板，所述多晶场板完全覆盖所述场限环注入窗口并且部分覆盖所述场氧化层；位于所述场氧化层和所述多晶场板表面的介质层；其中，所述多晶场板和所述场氧化层内部设有N型离子，所述N型离子为磷离子或砷离子，所述N型离子是以注入方式进入所述多晶场板和场氧化层，所述N型离子的注入能量为80-120kev，注入剂量为5×1015-1×1016/cm2；所述外延层形成于衬底上，所述衬底为N型硅衬底，所述场限环是通过注入离子，使离子通过所述场限环注入窗口进入外延层形成，所述离子为P型离子，所述P型离子的注入能量为60-80kev，注入剂量为1×1015-1.5×1015/cm2。2.一种VDMOS器件终端结构的形成方法，其特征在于，包括如下步骤：在衬底上形成外延层；在外延层上形成具有场限环注入窗口的场氧化层；注入离子，使离子通过所述场限环注入窗口进入外延层，形成场限环；形成多晶硅层，经光刻刻蚀在终端区形成多晶场板，使所述多晶场板完全覆盖所述场限环注入窗口并且部分覆盖终端区的场氧化层；注入N型离子，使N型离子进入终端区的多晶场板和场氧化层；形成介质层，所述衬底为N型硅衬底，所述离子为P型离子，所述P型离子的注入能量为60-80kev，注入剂量为1×1015-1.5×1015/cm2...

【专利技术属性】
技术研发人员：马万里，
申请(专利权)人：北大方正集团有限公司，深圳方正微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11