纵向沟道SOILDMOS的CMOSVLSI集成制作方法.pdf

本发明涉及纵向沟道SOI LDMOS的CMOS VLSI集成制作方法。现有方法制作的SOI LDMOS器件没有纵向沟道结构及与之对应的优异性能。本发明通过采用沟槽刻蚀技术实现纵向栅和栅场板结构、台阶式沟槽漏极结构，阱掺杂调整为逆向掺杂分布的离子注入阱和阱欧姆接触掺杂工艺，在源区掺杂的同时进行栅极和漏极掺杂的方法来实现。本发明采用现有SOI CMOS VLSI工艺技术，在稍微增加工艺复杂度与工艺成本条件下使集成功率与射频SOILDMOS器件的电学与热学性能得到显著改善。

1.  纵向沟道SOI LDMOS的CMOS VLSI集成制作方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)选取抛光好的SOI圆片作为初始材料，所述的SOI为绝缘层上半导体，该SOI圆片通过隐埋绝缘层完全隔离为两个半导体区，两个半导体区中厚的一个为P型作为衬底，薄的一个为N型作为顶层硅膜用于制作器件和电路；
(2)将顶层硅膜表面第一次氧化，氧化层厚度为50～100nm，在氧化层上表面淀积氮化硅，氮化硅层厚度为300～500nm，所述的氧化层完全覆盖顶层硅膜上表面，氮化硅完全覆盖氧化层上表面；采用漏极沟槽区掩膜版掩膜进行第一次光刻，将窗口区中的氮化硅层和氧化层依次刻除形成漏极沟槽区刻蚀窗口，将漏极沟槽区刻蚀窗口中裸露的顶层硅膜采用局部氧化方法或者浅槽刻蚀方法刻蚀出漏极沟槽区，漏极沟槽区为顶层硅膜上的矩形槽，然后依次去除漏极沟槽区刻蚀窗口外的光刻胶、氮化层和氧化层，并洗净烘干；
(3)将裸露的顶层硅膜的上表面进行第二次氧化，氧化层厚度为200～300nm，然后利用设计的缓冲区掺杂掩膜版对裸露的氧化层进行第二次光刻，刻除裸露的氧化层，形成缓冲区掺杂窗口，在缓冲区掺杂窗口内通过离子注入方法掺入N型杂质，缓冲区掺杂窗口内的掺入N型杂质的顶层硅膜作为缓冲区；将顶层硅膜表面氧化层全部去除，洗净烘干；
(4)将裸露的顶层硅膜的上表面进行第三次氧化，氧化层厚度为200～300nm，然后利用设计的沟槽栅区掩膜版掩膜，采用深槽刻蚀方法依次对裸露的氧化层及氧化层下方的顶层硅膜进行第三次光刻，形成深沟槽，深沟槽的底部为隐埋绝缘层的上表面；然后采用腐蚀方法去除光刻胶并洗净烘干；对深沟槽的内壁进行第四次氧化，氧化层厚度为50～100nm，采用腐蚀方法进行第四次刻蚀，去除深沟槽内壁表面的氧化层以消除机械损伤，清洗烘干；
(5)对裸露的硅表面进行第五次氧化，在深沟槽内壁上形成厚度为20～40nm的氧化层，深沟槽内壁上的氧化层作为纵向栅介质薄膜，顶层硅膜上表面和漏极沟槽区侧壁也被氧化层覆盖；然后采用化学气相淀积方法进行多晶硅淀积形成纵向多晶硅栅，采用化学机械抛光方法实现顶层硅膜上表面平坦化，洗净烘干；
(6)对顶层硅膜的上表面采用旋涂原硅酸四乙酯方法进行第六次氧化，利用设计的多晶硅栅区和漏极区掺杂掩膜版进行第五次光刻，采用腐蚀方法去除裸露的氧化层，在多晶硅栅区域中开出多晶硅栅掺杂窗口、在漏极沟槽区域中开出沟槽漏极掺杂窗口，窗口之间的顶层硅膜上的氧化层作为场氧化层；然后在多晶硅栅掺杂窗口和沟槽漏极掺杂窗口内通过离子注入方法进行N型杂质重掺杂，采用腐蚀方法去除光刻胶并进行高温退火以恢复晶格完整性、杂质再分布和激活杂质原子，形成重掺杂的多晶硅栅极区和重掺杂的台阶式漏极区；然后采用腐蚀方法去除重掺杂的多晶硅栅极区和重掺杂的台阶式漏极区的氧化层，洗净烘干；
(7)采用设计的P阱掺杂掩膜版对顶层硅膜的上表面进行第六次光刻，采用腐蚀方法去除裸露的氧化层在紧靠栅介质层的顶层硅膜上表面形成P阱掺杂窗口；采用离子注入方法进行P阱掺杂形成与顶层硅膜掺杂类型相反且掺杂浓度比顶层硅膜杂质浓度高得多的半导体区——P阱区；然后采用腐蚀方法去除光刻胶，洗净烘干；
(8)采用设计的P阱欧姆接触掺杂掩膜版对顶层硅膜的上表面进行第七次光刻，在P阱区内远离栅介质层一侧形成P阱欧姆接触掺杂窗口，然后采用离子注入方法掺入P型杂质形成与P阱掺杂类型相同的重掺杂P阱欧姆接触区，采用腐蚀方法去除光刻胶，洗净烘干；然后进行高温退火以恢复P阱区和P阱欧姆接触区的晶格完整性并激活杂质原子；
(9)采用设计的源区掺杂掩膜版对顶层硅膜的上表面进行第八次光刻，采用腐蚀方法去除裸露的氧化层在P阱区内紧靠栅介质层一侧形成源区掺杂窗口，采用离子注入方法进行源区N型重掺杂，采用腐蚀方法去除光刻胶，然后进行快速热退火形成N型重掺杂源区；
(10)采用设计的电极引线接触孔掩膜版对顶层硅膜的上表面和深沟槽内壁表面进行第九次光刻，在重掺杂多晶硅栅极区沟槽内壁和上方形成栅极和栅场板电极窗口，在N型重掺杂源区和P阱欧姆接触区并按照降低表面电场规则覆盖紧邻P阱欧姆接触区的场氧化层上表面形成源极和源场板电极窗口，在台阶式重掺杂漏极区沟槽上方并按照降低表面电场规则覆盖紧邻台阶式重掺杂漏极区的场氧化层上表面形成漏极和漏场板电极窗口；然后采用真空镀膜方法在整个硅片的表面进行金属薄膜淀积，并采用设计的电极引线、金属场板、金属互连线和金属压焊点掩膜版进行第十次光刻，采用腐蚀方法去除裸露的金属形成金属电极引线、金属场板、金属互连线和金属压焊点；
(11)在上表面淀积绝缘钝化层，采用设计的金属压焊点接触掩膜版进行第十一次光刻，刻除裸露的绝缘钝化层，去除光刻胶，洗净烘干，在金属压焊点上方刻蚀出金属压焊点窗口，用于进行引脚压焊及封装。

纵向沟道SOI LDMOS的CMOS VLSI集成制作方法
技术领域
本发明属于微电子技术领域，涉及纵向沟道SOI(绝缘层上半导体)LDMOS(横向双注入金属-氧化物-半导体场效应晶体管)器件的SOI(绝缘层上半导体)CMOS(互补金属-氧化物-半导体)VLSI(超大规模集成电路)的集成制作方法。
背景技术
SOI LDMOS器件由于其较小的体积、重量，很高的工作频率，较高的工作温度和较强的抗辐照能力，较低的成本和较高的可靠性，作为无触点功率电子开关、功率驱动器或者RF功率放大晶体管在智能电力电子、高温环境电力电子、空间电力电子、交通工具电力电子和通信等技术领域中具有广泛应用。SOI CMOS VLSI工艺技术由于其工艺成熟度高、介质隔离性能好、隔离工艺较简单、便于三维集成、便于微光机电和功率与射频单片系统集成、便于提高集成密度和集成性能等优点，在VLSI制造、SOC(单片集成系统)制造、SPIC(智能功率集成电路)制造和TDIS(三维集成系统)制造等领域具有广泛应用。现有SOI LDMOS器件多为横向沟道器件，通过SOI CMOSVLSI技术制作，其工艺方法如下：
1.在某种导电类型硅圆片的一侧表面下一定深度处形成隐埋绝缘层，将该硅圆片完全隔离为两个半导体区，其中，较厚的一侧作为衬底，较薄的一侧作为顶层硅膜用于制作器件和电路；
2.将抛光好的顶层硅膜经第一次氧化、第一次氮化、第一次光刻形成隔离区窗口，将隔离区中的硅膜采用LOCOS(硅局部氧化工艺)或者DTI(深槽隔离工艺)去除，形成隔离绝缘层与隐埋绝缘层结合为一体的隔离氧化层，将顶层硅膜隔离为若干个硅岛；
3.然后在硅岛上相隔足够距离刻蚀出相互平行但垂直于隔离绝缘层的窗口，通过窗口掺入与顶层硅膜导电类型要求相同的杂质，获得一种浓度更高的与顶层硅膜导电类型相同的半导体区域作为缓冲区，并去除顶层硅膜表面绝缘层；
4.将顶层硅膜第二次氧化、第三次光刻形成相互平行且垂直于隔离绝缘层的窗口，其中一半位于缓冲区内，另一半位于缓冲区之间，在相邻的两个窗口之间形成场氧化绝缘层。进而进行薄栅氧化形成栅氧化层，淀积多晶硅，第四次光刻形成多晶硅栅极、场板和互连线；
5.第五次光刻形成阱掺杂窗口，然后进行阱注入掺杂并高温退火推进形成与顶层硅膜导电类型相反的具有一定杂质浓度分布的阱区；
6.然后进行第六次光刻形成阱区内的源极区掺杂窗口和缓冲区内的漏极区掺杂窗口，进行掺杂并退火形成与阱区导电类型相反的重掺杂源极区和与缓冲区掺杂类型相同的重掺杂漏极区；
7.进而进行第七次光刻形成阱区欧姆接触掺杂窗口，并进行掺杂和快速退火形成这阱欧姆接触重掺杂，导电类型与阱区的相同；
8.再然后进行第八次光刻形成电极引线接触孔窗口，接着进行金属薄膜生长或淀积，并进行九次光刻形成金属电极引线、金属场板、金属互连线和压焊点；
9.最后淀积绝缘钝化层，刻蚀金属压焊点接触窗口，进行引脚压焊及封装。
该SOI LDMOS器件导通时，其导电沟道位于顶层正表面，且为横向沟道，栅场板覆盖于较厚的场氧化层上，导致通态电流向漂移区正表面集中，扩展电阻大，漂移区电导调制效应不均匀，通态电阻大，通态压降高，通态电流小，而通态功耗高，器件工作效率低，温升快，不利于提高器件和系统可靠性、节省能源与保护环境。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种纵向沟道SOI LDMOS的CMOS VLSI集成制作方法，从而有助于实现集成纵向沟道SOI LDMOS器件。
本发明方法的具体步骤是：
1.选取抛光好的SOI圆片作为初始材料，该SOI圆片通过隐埋绝缘层完全隔离为两个半导体区，两个半导体区中厚的一个为P型作为衬底，薄的一个为N型作为顶层硅膜用于制作器件和电路；
2.将顶层硅膜表面第一次氧化，氧化层厚度为50～100nm，在氧化层上表面淀积氮化硅，氮化硅层厚度为300～500nm，所述的氧化层完全覆盖顶层硅膜上表面，氮化硅完全覆盖氧化层上表面；采用漏极沟槽区掩膜版掩膜进行第一次光刻，将窗口区中的氮化硅层和氧化层依次刻除形成漏极沟槽区刻蚀窗口，将漏极沟槽区刻蚀窗口中裸露的顶层硅膜采用LOCOS(局部氧化工艺)方法或者浅槽刻蚀(STE)方法刻蚀出漏极沟槽区，漏极沟槽区为顶层硅膜上的矩形槽，然后依次去除漏极沟槽区刻蚀窗口外的光刻胶、氮化层和氧化层，并洗净烘干；
3.将裸露的顶层硅膜的上表面进行第二次氧化，氧化层厚度为200～300nm，然后利用设计的缓冲区掺杂掩膜版对裸露的氧化层进行第二次光刻，刻除裸露的氧化层，形成缓冲区掺杂窗口，在缓冲区掺杂窗口内通过离子注入方法掺入N型杂质，缓冲区掺杂窗口内的掺入N型杂质的顶层硅膜作为缓冲区；将顶层硅膜表面氧化层全部去除，洗净烘干；
4.将裸露的顶层硅膜的上表面进行第三次氧化，氧化层厚度为200～300nm，然后利用设计的沟槽栅区掩膜版掩膜，采用深槽刻蚀(DTE)方法依次对裸露的氧化层及氧化层下方的顶层硅膜进行第三次光刻，形成深沟槽，深沟槽的底部为隐埋绝缘层的上表面；然后采用腐蚀方法去除光刻胶并洗净烘干；对深沟槽的内壁进行第四次氧化，氧化层厚度为50～100nm，采用腐蚀方法进行第四次刻蚀，去除深沟槽内壁表面的氧化层以消除机械损伤，清洗烘干；
5.对裸露的硅表面进行第五次氧化，在深沟槽内壁上形成厚度为20～40nm的氧化层，深沟槽内壁上的氧化层作为纵向栅介质薄膜，顶层硅膜上表面和漏极沟槽区侧壁也被氧化层覆盖；然后采用化学气相淀积(CVD)方法进行多晶硅淀积形成纵向多晶硅栅，采用化学机械抛光方法实现顶层硅膜上表面平坦化，洗净烘干；
6.对顶层硅膜的上表面采用旋涂原硅酸四乙酯方法进行第六次氧化，利用设计的多晶硅栅区和漏极区掺杂掩膜版进行第五次光刻，采用腐蚀方法去除裸露的氧化层，在多晶硅栅区域中开出多晶硅栅掺杂窗口、在漏极沟槽区域中开出沟槽漏极掺杂窗口，窗口之间的顶层硅膜上的氧化层作为场氧化层；然后在多晶硅栅掺杂窗口和沟槽漏极掺杂窗口内通过离子注入方法进行N型杂质重掺杂，采用腐蚀方法去除光刻胶并进行高温退火以恢复晶格完整性、杂质再分布和激活杂质原子，形成重掺杂的多晶硅栅极区和重掺杂的台阶式漏极区；然后采用腐蚀方法去除重掺杂的多晶硅栅极区和重掺杂的台阶式漏极区的氧化层，洗净烘干；
7.采用设计的P阱掺杂掩膜版对顶层硅膜的上表面进行第六次光刻，采用腐蚀方法去除裸露的氧化层在紧靠栅介质层的顶层硅膜上表面形成P阱掺杂窗口；采用离子注入方法进行P阱掺杂形成与顶层硅膜掺杂类型相反且掺杂浓度比顶层硅膜杂质浓度高得多的半导体区——P阱区；然后采用腐蚀方法去除光刻胶，洗净烘干；
8.采用设计的P阱欧姆接触掺杂掩膜版对顶层硅膜的上表面进行第七次光刻，在P阱区内远离栅介质层一侧形成P阱欧姆接触掺杂窗口，然后采用离子注入方法掺入P型杂质形成与P阱掺杂类型相同的重掺杂P阱欧姆接触区，采用腐蚀方法去除光刻胶，洗净烘干；然后进行高温退火以恢复P阱区和P阱欧姆接触区的晶格完整性并激活杂质原子；
9.采用设计的源区掺杂掩膜版对顶层硅膜的上表面进行第八次光刻，采用腐蚀方法去除裸露的氧化层在P阱区内紧靠栅介质层一侧形成源区掺杂窗口，采用离子注入方法进行源区N型重掺杂，采用腐蚀方法去除光刻胶，然后进行快速热退火(RTA)形成N型重掺杂源区；
10.采用设计的电极引线接触孔掩膜版对顶层硅膜的上表面和深沟槽内壁表面进行第九次光刻，在重掺杂多晶硅栅极区沟槽内壁和上方形成栅极和栅场板电极窗口，在N型重掺杂源区和P阱欧姆接触区并按照降低表面电场规则覆盖紧邻P阱欧姆接触区的场氧化层上表面形成源极和源场板电极窗口，在台阶式重掺杂漏极区沟槽上方并按照降低表面电场规则覆盖紧邻台阶式重掺杂漏极区的场氧化层上表面形成漏极和漏场板电极窗口；然后采用真空镀膜方法在整个硅片的表面进行金属薄膜淀积，并采用设计的电极引线、金属场板、金属互连线和金属压焊点掩膜版进行第十次光刻，采用腐蚀方法去除裸露的金属形成金属电极引线、金属场板、金属互连线和金属压焊点；
11.在上表面淀积绝缘钝化层，采用设计的金属压焊点接触掩膜版进行第十一次光刻，刻除裸露的绝缘钝化层，去除光刻胶，洗净烘干，在金属压焊点上方刻蚀出金属压焊点窗口，用于进行引脚压焊及封装。
步骤2中的STE和步骤4中的DTE方法为成熟技术，首先对准备好的圆片氧化氮化和光刻形成具有二氧化硅缓冲层的氮化硅掩模图形，接着进行沟槽刻蚀形成具有一定深度和侧墙倾角的沟槽，再接着进行沟槽边缘顶角钝化并去除表面损伤，然后进行沟槽填充形成沟槽隔离结构，紧接着在氮气中高温退火，再然后采用化学机械抛光进行表面平坦化，之后去除裸露氮化硅及残余裸露氮化硅，最后依次生长和去除牺牲氧化层。
本发明方法便于采用现有SOI CMOS VLSI工艺技术来实现具有优异电学和热学性能的集成功率与射频SOI LDMOS器件，在工艺复杂度与工艺成本稍有增加条件下使集成功率与射频SOI LDMOS器件的电学和热学性能得到显著改善。
该集成纵向沟道SOI LDMOS器件可以利用纵向沟槽栅结构将通态电流经纵向沟道和纵向栅场板引入横向漂移区体内，并在与沟槽漏极形成的近理想横向电场作用下将通态电流更均匀地扩展到漂移区中，从而能够获得更均匀的漂移区电导调制效应和更高的载流子迁移率。其结果是能够获得更低的通态电阻大、通态压降、通态功耗，更高的通态电流、工作效率，更高的工作环境上限温度，从而更有利于减小采用该种器件的各种电力电子系统的体积、重量和成本，有利于提高器件、电路和系统的性能和可靠性，有利于节省资源、能源和保护环境。
具体实施方式
纵向沟道SOI LDMOS器件的SOI CMOS VLSI工艺实现方法具体包括以下步骤：
(1)选取抛光好的SOI圆片作为初始材料，所述的SOI为绝缘层上半导体，该SOI圆片通过隐埋绝缘层完全隔离为两个半导体区，两个半导体区中厚的一个为P型作为衬底，薄的一个为N型作为顶层硅膜用于制作器件和电路；
(2)将顶层硅膜表面第一次氧化，氧化层厚度为50～100nm，在氧化层上表面淀积氮化硅，氮化硅层厚度为300～500nm，所述的氧化层完全覆盖顶层硅膜上表面，氮化硅完全覆盖氧化层上表面；采用漏极沟槽区掩膜版掩膜进行第一次光刻，将窗口区中的氮化硅层和氧化层依次刻除形成漏极沟槽区刻蚀窗口，将漏极沟槽区刻蚀窗口中裸露的顶层硅膜采用局部氧化方法或者浅槽刻蚀方法刻蚀出漏极沟槽区，漏极沟槽区为顶层硅膜上的矩形槽，然后依次去除漏极沟槽区刻蚀窗口外的光刻胶、氮化层和氧化层，并洗净烘干；
(3)将裸露的顶层硅膜的上表面进行第二次氧化，氧化层厚度为200～300nm，然后利用设计的缓冲区掺杂掩膜版对裸露的氧化层进行第二次光刻，刻除裸露的氧化层，形成缓冲区掺杂窗口，在缓冲区掺杂窗口内通过离子注入方法掺入N型杂质，缓冲区掺杂窗口内的掺入N型杂质的顶层硅膜作为缓冲区；将顶层硅膜表面氧化层全部去除，洗净烘干；
(4)将裸露的顶层硅膜的上表面进行第三次氧化，氧化层厚度为200～300nm，然后利用设计的沟槽栅区掩膜版掩膜，采用深槽刻蚀方法依次对裸露的氧化层及氧化层下方的顶层硅膜进行第三次光刻，形成深沟槽，深沟槽的底部为隐埋绝缘层的上表面；然后采用腐蚀方法去除光刻胶并洗净烘干；对深沟槽的内壁进行第四次氧化，氧化层厚度为50～100nm，采用腐蚀方法进行第四次刻蚀，去除深沟槽内壁表面的氧化层以消除机械损伤，清洗烘干；
(5)对裸露的硅表面进行第五次氧化，在深沟槽内壁上形成厚度为20～40nm的氧化层，深沟槽内壁上的氧化层作为纵向栅介质薄膜，顶层硅膜上表面和漏极沟槽区侧壁也被氧化层覆盖；然后采用化学气相淀积方法进行多晶硅淀积形成纵向多晶硅栅，采用化学机械抛光方法实现顶层硅膜上表面平坦化，洗净烘干；
(6)对顶层硅膜的上表面采用旋涂原硅酸四乙酯方法进行第六次氧化，利用设计的多晶硅栅区和漏极区掺杂掩膜版进行第五次光刻，采用腐蚀方法去除裸露的氧化层，在多晶硅栅区域中开出多晶硅栅掺杂窗口、在漏极沟槽区域中开出沟槽漏极掺杂窗口，窗口之间的顶层硅膜上的氧化层作为场氧化层；然后在多晶硅栅掺杂窗口和沟槽漏极掺杂窗口内通过离子注入方法进行N型杂质重掺杂，采用腐蚀方法去除光刻胶并进行高温退火以恢复晶格完整性、杂质再分布和激活杂质原子，形成重掺杂的多晶硅栅极区和重掺杂的台阶式漏极区；然后采用腐蚀方法去除重掺杂的多晶硅栅极区和重掺杂的台阶式漏极区的氧化层，洗净烘干；
(7)采用设计的P阱掺杂掩膜版对顶层硅膜的上表面进行第六次光刻，采用腐蚀方法去除裸露的氧化层在紧靠栅介质层的顶层硅膜上表面形成P阱掺杂窗口；采用离子注入方法进行P阱掺杂形成与顶层硅膜掺杂类型相反且掺杂浓度比顶层硅膜杂质浓度高得多的半导体区——P阱区；然后采用腐蚀方法去除光刻胶，洗净烘干；
(8)采用设计的P阱欧姆接触掺杂掩膜版对顶层硅膜的上表面进行第七次光刻，在P阱区内远离栅介质层一侧形成P阱欧姆接触掺杂窗口，然后采用离子注入方法掺入P型杂质形成与P阱掺杂类型相同的重掺杂P阱欧姆接触区，采用腐蚀方法去除光刻胶，洗净烘干；然后进行高温退火以恢复P阱区和P阱欧姆接触区的晶格完整性并激活杂质原子；
(9)采用设计的源区掺杂掩膜版对顶层硅膜的上表面进行第八次光刻，采用腐蚀方法去除裸露的氧化层在P阱区内紧靠栅介质层一侧形成源区掺杂窗口，采用离子注入方法进行源区N型重掺杂，采用腐蚀方法去除光刻胶，然后进行快速热退火形成N型重掺杂源区；
(10)采用设计的电极引线接触孔掩膜版对顶层硅膜的上表面和深沟槽内壁表面进行第九次光刻，在重掺杂多晶硅栅极区沟槽内壁和上方形成栅极和栅场板电极窗口，在N型重掺杂源区和P阱欧姆接触区并按照降低表面电场规则覆盖紧邻P阱欧姆接触区的场氧化层上表面形成源极和源场板电极窗口，在台阶式重掺杂漏极区沟槽上方并按照降低表面电场规则覆盖紧邻台阶式重掺杂漏极区的场氧化层上表面形成漏极和漏场板电极窗口；然后采用真空镀膜方法在整个硅片的表面进行金属薄膜淀积，并采用设计的电极引线、金属场板、金属互连线和金属压焊点掩膜版进行第十次光刻，采用腐蚀方法去除裸露的金属形成金属电极引线、金属场板、金属互连线和金属压焊点；
(11)在上表面淀积绝缘钝化层，采用设计的金属压焊点接触掩膜版进行第十一次光刻，刻除裸露的绝缘钝化层，去除光刻胶，洗净烘干，在金属压焊点上方刻蚀出金属压焊点窗口，用于进行引脚压焊及封装。