一種200V/100A VDMOS 器件開發(fā)
3 工藝流水
根據(jù)揚(yáng)州國(guó)宇電子有限公司現(xiàn)有多晶硅柵自對(duì)準(zhǔn)工藝,制定了如下工藝流程:
備片→薄氧氧化→ SiN 淀積→一次光刻→刻蝕→場(chǎng)氧化→ SiN 剝離→柵氧氧化→多晶硅淀積→ 多晶硅摻雜→二次光刻→多晶硅刻蝕→中劑量硼(P-)注入→三次光刻→大劑量硼(P+)注入→ P 阱推進(jìn)→四次光刻→大劑量磷(N+)注入→PSG淀積→PSG致密→五次光刻→接觸孔刻蝕→金屬化→ 六次光刻→金屬刻蝕→合金→鈍化介質(zhì)淀積→七次光刻→刻蝕→原片減薄→背面金屬化→測(cè)試上述流程中,柵氧化、第三、四、五次光刻與第二次光刻套準(zhǔn)、多晶硅刻蝕、P 阱推進(jìn)等為關(guān)鍵工藝,需要重點(diǎn)監(jiān)控,其余工藝均相對(duì)成熟。
表1 柵氧化工藝條件
3.1 柵氧化
質(zhì)量較好的柵氧,其擊穿特性為本征擊穿,通常厚度為10nm的氧化層其擊穿電壓需達(dá)到8V以上。
除了熱氧化工藝本身外,氧化前處理也是重要環(huán)節(jié)。
此處采用SC3 液和HF溶液處理,完成后沖水、甩干,入擴(kuò)散爐管進(jìn)行熱氧化,加工條件如表1 所示。氧化完成后,用膜厚儀測(cè)試得到膜厚平均值為100 ±3nm,均勻性良好。
3.2 光刻套準(zhǔn)
平面型VDMOS N+ 源區(qū)、P+ 注入?yún)^(qū)、歐姆接觸孔等位置在元胞內(nèi)通常呈中心對(duì)稱,如圖1 所示,這是器件電學(xué)特性一致性和可靠性的要求。由于自對(duì)準(zhǔn)工藝采用多晶硅刻蝕后的圖形作為P- 注入掩蔽,其后的N+ 注入掩蔽需要位于多晶硅刻蝕窗口的中心位置,P+ 注入光刻和歐姆接觸孔光刻后形成的窗口也需要位于該區(qū)域中心。上述要求除了版圖設(shè)計(jì)時(shí)的精確度量以外,加工過程中的實(shí)際套準(zhǔn)也至關(guān)重要。通常采用數(shù)套游標(biāo)圖形以監(jiān)控光刻工藝中的套準(zhǔn),本次設(shè)計(jì)采用第三、四、五圖層游標(biāo)對(duì)套第二層游標(biāo)的方法,光刻顯影后的實(shí)際套準(zhǔn)狀況如圖2所示??梢姷谒拇喂饪蹋∟LS)與第二次光刻(PLY)套準(zhǔn)良好,X 和Y 方向的誤差不超過0.1 μm。第三層與第五層也有類似結(jié)果,此處不再一一列出。
圖2 NLS 光刻與PLY光刻套準(zhǔn)游標(biāo)
3.3 多晶硅刻蝕
多晶硅柵自對(duì)準(zhǔn)工藝要求作為P- 注入掩蔽的多晶硅覆蓋區(qū)邊緣光滑、側(cè)壁陡直,因此通常采用干法刻蝕工藝形成多晶硅刻蝕窗口,其中刻蝕氣氛、射頻功率、真空度等條件對(duì)刻蝕速率、均勻性、各項(xiàng)異性效果影響很大。采用HITACHI M-206 II 設(shè)備,首先以一定比例SF6 和CHF3 混合氣體去除多晶硅表面氧化層,然后用Cl2 和HBr 混合氣體刻蝕多晶硅及部分柵氧層。由圖3 可見,采用上述條件刻蝕多晶硅,可以得到接近87°的側(cè)壁角度,表面光滑齊整;尤其重要的是,刻蝕完成后的剩余柵氧厚度較為均勻,控制在500 ± 50 μm 的范圍,有利于后續(xù)P- 和N+ 注入的均勻性。
圖3 干法刻蝕多晶硅圖片
3.4 P阱推進(jìn)
導(dǎo)電溝道形成于P 阱表面,該處雜質(zhì)分布是決定器件閾值電壓的關(guān)鍵參數(shù)之一,而且,P 阱深度及雜質(zhì)擴(kuò)散輪廓與元胞和場(chǎng)限環(huán)擊穿電壓密切相關(guān),也是器件抗雪崩擊穿能力的決定性參數(shù)。盡管設(shè)計(jì)良好的器件對(duì)于P 阱推結(jié)工藝有一定容差,此工序仍應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)控。采用1150℃,純N2條件下推進(jìn)330min,得到的結(jié)深約6.5 μ m,擴(kuò)展電阻法測(cè)試結(jié)果如圖4所示。
圖4 P 阱擴(kuò)展電阻測(cè)試曲線
評(píng)論