一种采用多晶硅栅低温氧化的VDMOS工艺制造技术

本发明专利技术的一种采用多晶硅栅低温氧化的VDMOS工艺，克服了现有的VDMOS工艺中直接通入N2和O2进行退火而引起的破坏栅氧完整结构的缺陷，创造性的将氧化过程布置在通入N2之前，且使用了低温氧化的环境进行氧化，最大程度的保留了已经形成的栅氧结构完整性，同时，本发明专利技术针对该工艺还设置了一能够快速提高加工效率的退火设备，通过本发明专利技术的工艺后能够使得同样800埃的栅氧厚度最终VGS耐压达到70V左右，且击穿韧性好，CP良品率在IGSS失效上明显减少，整体良率明显得到了提高。整体良率明显得到了提高。整体良率明显得到了提高。

【技术实现步骤摘要】
一种采用多晶硅栅低温氧化的VDMOS工艺


[0001]本专利技术涉及VDMOS产品制造
，特别是涉及一种采用多晶硅栅低温氧化的VDMOS工艺。

技术介绍

[0002]VDMOS管是一款声效应功率晶体管,兼有双极晶体管和普通MOS器件的优点,不论是开关应用还是线性应用，VDMOS都是理想的功率器件，因此，其应用变得越来越多。现有常规的VDMOS的工艺流程如下：“外延材料打标——初氧生长——分压环光刻，环区湿法腐蚀——环区注入，去胶——环区厚氧生长加环区深结推进——有源区光刻，有源区湿法腐蚀，去胶——有源区薄氧生长——有源区JFET注入——有源区JFET退火——去除薄氧——栅氧生长，多晶硅淀积，多晶硅掺杂——多晶栅光刻，多晶栅刻蚀，去胶——PBODY全面注入——PBODY高温N2退火(需要全程通小氧保护多晶硅防发雾)——源区N
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光刻，源区N
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注入，去胶——NDR低温退火——氮化硅淀积——B
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加浓普注——TEOS和BPSG淀积——回流——孔光刻，孔刻蚀，去胶——正面金属铝硅铜溅射——铝光刻，铝刻蚀——钝化层淀积——钝化层光刻，刻蚀，去胶——合金——减薄——背面金属化——CP测试，出货”，其核心流程如图1所示，此种工艺流程虽然整体工艺步骤紧凑，流畅，但在PBODY高温退火时，由于温度高达1150度左右，时间近120分钟，在此高温环境下，N2会与多晶硅表面发生反应，生成致密的SIN层，表现为多晶硅表面发雾现象，此SIN发雾层非常稳定，后续孔刻蚀无法去除，导致多晶硅开孔区无法正常与金属形成欧姆接触，对产品参数有极大负作用，为了防止这种情况发生，通常在全程通N2时，加通小流量的O2进行保护，其原理是在小氧环境下，会先在多晶硅表面形成一层氧化层，氧化层可以防止N2与氧化层下面的多晶硅发生反应，从而防止多晶硅栅表面发雾，虽然加通小氧防止了多晶硅栅表面发雾，但也同步带来一定负作用，由于在高温条件下，小氧也会与多晶硅边缘栅氧下的硅进一步发生氧化作用，会产生一定的栅氧鸟嘴局部加厚现象，虽然一定程度的栅氧鸟嘴可以保护栅氧，但后续的高温氧化作用破坏了已经形成的栅氧完整结构，最终导致栅氧耐压下降，击穿韧性差，CP良率以及产品可靠性都会受到一定程度的影响；又如专利文献1，其公开了一种MOSFET器件氮化方法，其主要针对的是现有氮化方法都是采用NO或N2O进行的，其可能会对界面进一步氧化，因此，其选择了使用N2进行高温氮化，且在氮化之前也通入了H2和O2组成的氧化气体进行湿氧氧化，但是该氧化温度是在1200
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1500℃之间的，并不是低温温湿氧化，同时，其在氧化和氮化之间也没有进行离子注入的步骤，其先进行氧化的机理与本申请的先进行氧化的机理是不同的，同时，其也没有专门的氮化设备；又如专利文献2，其公开了一种原子级离子清洁活化低温键合装置，包括了两个独立的低温键合真空腔和退火真空腔，且待处理的晶圆放置到移动承载平台上，就可以由移动承载平台带动在两个真空腔之间滑动，完成处理，但是由于两个腔内并不需要进行离子注入步骤，因此，对于晶圆的放置并没有要求；再如专利文献3，其公开了一种用于以批次模式处理多个晶圆的基板硬化腔室，包括上下两个独立的第一处理区域和第二处理区域，晶圆放置于多个层叠结构的晶圆传送器之中，可以批次的进行
处理晶圆，效率很高，但是该腔室并不适合在氧化和退火之间进行离子注入工艺，因为离子注入需要各个晶圆之间是不层叠的。
[0003][专利文献1]CN107785270A；
[0004][专利文献2]CN113380639A；
[0005][专利文献3]CN102934214B。
[0006]综上所述，本专利技术在充分分析目前工艺流程存在的问题根源基础上，引入了一种低温栅极氧化工艺，在多晶硅栅刻蚀后，先进行低温800～850度H2/02生长，单晶样片大约生长200～400埃左右的氧化层，多晶硅由于重掺杂，实际多晶硅表面上的氧化层在600～800埃左右，之后进行PBODY杂质全面注入，然后直接采用高温纯N2退火，不再通小氧，使得多晶硅栅提前进行了低温氧化，从而不会发生高温下N2与多晶硅栅的反应，可以避免多晶硅栅表面发雾，最重要的是低温氧化条件最大程度保留了已经形成的栅氧结构完整性。采用多晶硅栅低温氧化工艺，提高了栅氧整体击穿耐压与击穿韧性，同时改善产品CP良率。更进一步地，针对上述修改后的退火工艺，本专利技术还提供了一种专门适用的退火设备，其能够一次性地处理多个硅晶片的低温湿氧氧化、PBODY注入和高温N2退火工艺，在进行低温湿氧氧化和高温N2退火时使得晶圆层叠，而在进行PBODY注入时又能够展开以适应离子注入机的离子注入工作。

技术实现思路

[0007]为了克服现有VDMOS工艺的不足，本专利技术提供了一种技术方案，一种采用多晶硅栅低温氧化的VDMOS工艺，其包括：一种采用多晶硅栅低温氧化的VDMOS工艺，其特征在于：其步骤包括：
[0008]1)外延材料打标：先外延材料生长衬底，形成衬底，然后进行打标；
[0009]2)初氧生长：初氧生成氧化层；
[0010]3)分压环光刻，环区湿法腐蚀——环区注入，去胶——环区厚氧生长加环区深结推进；
[0011]4)有源区光刻，有源区湿法腐蚀，去胶——有源区薄氧生长——有源区JFET注入——有源区JFET退火——去除薄氧；
[0012]5)栅氧生长，进行多晶硅淀积和掺杂——多晶栅光刻，多晶栅刻蚀，去胶；
[0013]6)对多晶硅栅进行低温湿氧氧化；
[0014]7)PBODY全面注入：向硅晶内注入参杂的硼；
[0015]8)PBODY高温纯N2退火；
[0016]9)N
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管源漏区注入光刻，去胶——NDR低温退火——氮化硅淀积；
[0017]10)B
+
加浓普注——TEOS和BPSG淀积——回流——孔光刻，孔刻蚀，去胶；
[0018]11)正面金属铝硅铜溅射——铝光刻，铝刻蚀——钝化层淀积——钝化层光刻，刻蚀，去胶——合金——减薄——背面金属化——CP测试，出货。
[0019]优选地，所述步骤6)中的低温湿氧氧化的温度为800～850度，通入H2和O2进行湿氧氧化。
[0020]优选地，所述步骤6)中湿氧氧化后单晶样片生长200～400埃的氧化层，多晶硅由于重掺杂，实际多晶硅表面上的氧化层在600～800埃。
[0021]优选地，所述步骤7)中，使用离子注入机进行PBODY全面注入。
[0022]优选地，所述所述步骤8)中的高温温度为1150～1500度，退火时间为120
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150分钟。
[0023]优选地，所述步骤6)
‑
8)采用一种退火设备自动完成，所述退火设备包括：并排相邻固定设置的低温氧化室、离子注入室和高温退火室，所述低温氧化室左侧设置又开口一、所述低温氧化室右侧和离子注入室左侧之间设置有开口二、所述离子注入室的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用多晶硅栅低温氧化的VDMOS工艺，其特征在于：其步骤包括：1)外延材料打标：先外延材料生长衬底，形成衬底，然后进行打标；2)初氧生长：初氧生成氧化层；3)分压环光刻，环区湿法腐蚀、环区注入，去胶、环区厚氧生长加环区深结推进；4)有源区光刻，有源区湿法腐蚀，去胶、有源区薄氧生长、有源区JFET注入、有源区JFET退火、去除薄氧；5)栅氧生长，进行多晶硅淀积和掺杂、多晶栅光刻，多晶栅刻蚀，去胶；6)对多晶硅栅进行低温湿氧氧化；7)PBODY全面注入：向硅晶内注入参杂的硼；8)PBODY高温纯N2退火；9)N
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管源漏区注入光刻，去胶、NDR低温退火、氮化硅淀积；10)B
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加浓普注、TEOS和BPSG淀积、回流、孔光刻，孔刻蚀，去胶；11)正面金属铝硅铜溅射、铝光刻，铝刻蚀、钝化层淀积、钝化层光刻，刻蚀，去胶、合金、减薄、背面金属化、CP测试，出货。2.如权利要求1所述的一种采用多晶硅栅低温氧化的VDMOS工艺，其特征在于：所述步骤6)中的低温湿氧氧化的温度为800～850度，通入H2和O2进行湿氧氧化。3.如权利要求1所述的一种采用多晶硅栅低温氧化的VDMOS工艺，其特征在于：所述步骤6)中湿氧氧化后单晶样片生长200～400埃的氧化层，多晶硅由于重掺杂，实际多晶硅表面上的氧化层在600～800埃。4.如权利要求1所述的一种采用多晶硅栅低温氧化的VDMOS工艺，其特征在于：所述所述步骤8)中的高温温度为1150～1500度，退火时间为120
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150分钟。5.如权利要求1所述的一种采用多晶硅栅低温氧化的VDMOS工艺，其特征在于：所述步骤6)
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8)采用一种退火设备自动完成，所述退火设备包括：并排相邻设置的低温氧化室(1)、离子注入室(2)和高温退火室(3)，所述低温氧化室(1)左侧设置又开口一(6)、所述低温氧化室(1)右侧和离子注入室左侧之间设置有开口二(7)、所述离子注入室(2)的右侧和高温退火室(3)左侧之间设置有开口三(8)、所述高温退火室(3)的右侧开设有开口四(9)，滑移结构(4)通过所述开口一(6)、开口二(7)、开口三(8)和开口四(9)穿设所述低温氧化室(1)、离子注入室(2)和高温退火室(3)，在滑移结构(4)上滑动设置有装载架(5)，待加工的若干硅晶片放置于装载架(5)上的装载台上，且装载架(5)通过平行四边形结构而能够伸展和收缩，在装载架(5)在伸展和收缩状态之间切换过程中各装载台均处于水平放置位置，且在装载架(5)完全伸展开时，各硅晶片在垂直投影方向上均不重合且装载架(5)的高度不大于各开口的高度，在装载架(5)完全收缩时，各硅晶片在垂直投影方向上完全重合，滑移结构(4)能够带动装载架(5)在低温氧化室(1)外部、低温氧化室(1)内部、离子注入室(2)内部、高温退火室(3)内部和高温退火室(3)的外部之间滑动，离子注入室(2)上端插设有离子注入机(12)，在低温氧化室(1)和高温退火室(3)内均设置有加热装置，低温氧化室(1)的左侧设置有气体输入口一(10)和气体输出口一(11)，在高温退火室(3)的右侧设置有气体输入口二(13)和气体输出口二(14)，在开口一(6)、开口二(7)、开口三(8)和开口四(9)的左侧均设置有能够开合的封闭门(15)，离子注入室(2)内设置有抽、放真空装置，能够对离子注入室(2)进行抽、放真空操作。
6.如权利要求5所述的一种采用多晶硅栅低温氧化的VDMOS工艺，其特征在于：在进行所述步骤6)之前，使得位于低温氧化室(1)内的装载架(5)完全展开，打开位于低温氧化室(1)左侧的封闭门(15)，然后滑移结构(4)驱动装载架(5)向左滑移，使得装载架(5)上的所有装载台都移出低温氧化室(1)，然后...

【专利技术属性】
技术研发人员：鄢细根，黄种德，
申请(专利权)人：厦门中能微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：