[发明专利]一种提高VDMOS器件抗辐照能力的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种提高VDMOS器件抗辐照能力的方法。

背景技术

航天器在轨飞行过程中，与空间各类带电粒子(电子及质子)发生交互作用。这些电子及质子对航天器用电子器件的性能有着强烈的影响，会造成电离辐射效应、位移辐射效应和单粒子效应等。这些辐射效应将导致电子器件的异常或失灵，甚至最终导致航天器发生灾难性的事故。国内外研究结果表明，航天器在轨会发生不同形式的故障，缩短了工作寿命，造成很大的损失。故障分析结果表明，空间带电粒子对航天器上电子器件产生辐射损伤效应是故障乃至事故的重要原因。目前我国航天技术发展迅速，卫星和宇宙飞船的某些关键核心集成电路仍依赖进口的抗辐照加固器件，且价格昂贵，由于禁运，很多甚至只能采用非加固器件。神舟十号发射成功后这种情况更加严重，航天事业的发展和宇宙探索的进步对于先进集成电路在空间自然辐射环境下抗辐照技术的研究需求十分迫切。此外，随着放射性医学的进步与核技术应用的推广，微电子技术在这些环境中的应用也越来越广泛。因此，不仅是航天和军事领域，微电子技术的民用领域也要求提高半导体器件及集成电路的抗辐照能力。伴随着这些要求的提高，电子元器件抗辐照原理及技术的发展就显得更加重要。

众所周知，电离辐照损伤主要是在MOSFET的SiO₂层中产生大量陷阱电荷和在Si/SiO₂界面产生大量界面态，因而对器件辐照性能影响最大的是栅氧化层的辐照能力。SiO₂的抗辐照能力与氧化条件有关。通过近几十年对栅氧化工艺的大量研究，得到了适用于加固工艺的氧化条件：低温H₂-O₂合成氧化，严格控制栅氧前硅片的清洗处理和炉管清洗，选择适当的退火条件，并尽量减薄氧化层厚度。与干氧氧化相比，低温H₂-O₂合成氧化有如下一些优点：(1)干氧制备的SiO₂层中空穴迁移率比湿氧SiO₂中的高。因此，用H₂-O₂合成氧化法制备的SiO₂层中，在空穴运动到界面附近被空穴陷阱俘获之前，被电子复合的几率较大；(2)H₂-O₂合成氧化的温度仅850℃，比干氧氧化的温度低得多。因此，产生的缺陷少，相应地由于辐射产生的陷阱电荷也少；(3)采用H₂-O₂合成氧化法制备的氧化层抗辐射能力明显增强，这是因为辐射电荷的产生与SiO₂层中的电子、空穴陷阱都有关系。H₂-O₂合成氧化法制备的SiO₂层中含有较多的OH^-基，OH^-基是电子陷阱。它产生的负电荷积累补偿了一部分正电荷的作用。但H₂-O₂合成氧化法本质上就是水汽氧化SiO₂的生长速率很快，且生成的SiO₂层较疏松，针孔多，击穿电压低。氧化层界面电荷密度较大，制备栅氧存在介质击穿场强低、抗热电子效应差的缺点。随着器件尺寸的缩小，上述问题将严重制约H₂-O₂合成氧化法在工艺中的应用。

N₂O退火氮化氧化的栅介质同常规的氧化栅介质相比，能有效地提高击穿特性、抑制热载流子效应和提高抗FN应力损伤。同时由于氮化促使Si-N键代替Si-O键，抑制界面态产生.可能提高抗辐射能力。但直接生长的氮化氧化栅存在自限制生长特性，难以满足工艺的要求。

发明内容

针对现有采用H₂-O₂合成氧化法和氮氧化栅制备栅氧化层各自存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种提高VDMOS器件抗辐照能力的方法，该方法是将H₂-O₂合成氧化法和氮氧化栅两种技术结合起来，并集合二者优点的三层结构栅，可改善VDMOS器件的扰辐照能力，同时能够保证VDMOS器件在辐射环境中的安全运行。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：