专利名称：横向扩散金-氧-半场效应器件的低压倒置阱注入方法
技术领域：
本发明属于半导体集成电路制造方法，具体涉及一种横向扩散金-氧-半场效应器件(LDM0Q的制造方法，尤其是一种横向扩散金-氧-半场效应器件的低压倒置阱注入方法。
背景技术：
在功率或高压半导体集成电路芯片的先进工艺制造过程中，低压倒置阱注入常常用来作为高压横向扩散金-氧-半场效应器件(LDMOS)的体区(body)注入，高压LDMOS的剖面图如图1所示。倒置阱注入一般包括高能量的阱注入和低能量的开启电压调节注入。 通常情况下，离子注入以光刻胶为阻挡层，因而有所谓的“阴影效应”的问题由于光刻胶是软性的，覆盖在硅片表面形成一定的坡度形状，在光刻胶与硅片接触的边缘，高能量的阱注入和低能量的开启电压调节注入对光刻胶的穿透能力有差异，高能注入的穿透能力较强， 注入的宽度较宽，而低能注入的穿透能力较弱，注入的宽度也较窄。于是倒置阱注入时，高压LDMOS有源区存在高低能注入区域差异(如图2所示，倒置阱低能注入区22与倒置阱高能注入区23的宽度有差异)，即所谓的“阴影效应”，因此对同一注入图形版的多次离子注入在剂量上比预期有差别，造成LDMOS器件特性参数(开启电压)的漂移，见图2。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种横向扩散金-氧-半场效应器件的低压倒置阱注入方法，其以硬质膜作为低压倒置阱注入的阻挡层，以消除所谓的“阴影效应”，避免 LDMOS器件特性参数的漂移。为解决上述技术问题，本发明提供一种横向扩散金-氧-半场效应器件的低压倒置阱注入方法，包括如下步骤(1)在硅片表面依次沉积垫层膜和硬质膜；(2)在硬质膜表面涂光刻胶、曝光，低压倒置阱注入区域的图形转移到光刻胶层上；(3)采用干法刻蚀刻开硬质膜，停在垫层膜上；(4)剥去光刻胶，将低压倒置阱注入区域图形转移到硬质膜层上；(5)以硬质膜为阻挡层，进行低压倒置阱的多步离子注入；(6)用湿法剥去硬质膜和垫层膜，完成整个低压倒置阱的离子注入过程。步骤(1)中，所述垫层膜是采用热氧化方法形成的氧化硅，其厚度在100 300 埃。步骤(1)中，所述硬质膜是采用化学气相沉积方法形成的氧化硅或氮化硅，其厚度视步骤(5)中离子注入的种类和能量以及硬质膜的种类而定，将这三个量作为计算机器件模拟软件的自变量，通过模拟计算得出离子在硬质膜中能够穿透的射程，选择大于此数值的硬质膜厚度即可。
步骤O)中，所述光刻胶的厚度为10000 20000埃。步骤(3)中，所述干法刻蚀刻开硬质膜停在垫层膜上，要求其刻蚀硬质膜和垫层膜的速率具有高选择比，优选10-50左右的高选择比。步骤(3)中，所述采用干法刻蚀刻开硬质膜，其与硅片表面接触的侧面形貌应为接近90°的直角。步骤(3)中，所述采用干法刻蚀刻开硬质膜，其与硅片表面接触的侧面形貌如果不能保证为接近90°的直角，则在步骤(5)的多步离子注入之间增加一步各向同性刻蚀去掉一部分硬质膜的侧壁以消除高低能离子注入的宽度差异。步骤(5)中，所述多步离子注入首先进行倒置阱高能注入区注入，然后进行倒置阱低能注入区注入。步骤(5)中，所述倒置阱高能注入区注入的离子注入能量> 500keV ；所述倒置阱低能注入区注入的离子注入能量< lOOkeV。步骤(5)中，在倒置阱高能注入区注入之后、倒置阱低能注入区注入之前增加一步各向同性刻蚀去掉一部分硬质膜的侧壁以消除高低能离子注入的宽度差异。步骤(6)中，可采用磷酸溶液湿法剥去硬质膜和垫层膜。和现有技术相比，本发明具有以下有益效果由于以硬质膜为阻挡层，其与硅片接触的侧面刻蚀形貌是成几乎90°的直角形状，没有缓坡形状(即使有一定缓坡，也可通过各向同性刻蚀去掉一部分硬掩模的侧壁改进)，所以高低能离子注入的宽度差异被消除，避免了 LDMOS器件特性参数的漂移，改善了器件的性能。
图1是传统的高压LDMOS剖面图；其中，11是硅衬底；12是深阱注入区；13是漂移区；14是低压阱；15是场氧化硅；16是体区(Bulk) ；17是源区(Source) ；18是多晶硅栅； 19 是漏区(Drain)；图2是传统的高压LDMOS在倒置阱注入时，高压LDMOS有源区存在高低能注入区域差异，因而剂量比预期有差别，从而造成器件开启电压漂移的示意图；其中，11是硅衬底；12是深阱注入区；13是漂移区；15是场氧化硅；20是光刻胶；21是垫层膜；22是倒置阱低能注入区；23是倒置阱高能注入区；图3是本发明方法的流程示意图；图3A是本发明方法中沉积垫层膜、硬质膜，在硬质膜上涂胶，进行倒置阱注入窗口光刻完成后的示意图；图3B是本发明方法中干法蚀刻停在垫层膜上，将需要注入的区域图形转移到硬质膜上，剥去光刻胶完成后的示意图；图3C 是本发明方法中高能阱注入和低能开启电压调节注入完成后的示意图(其中高能、低能离子注入的宽度不再有差异)；图3D是本发明方法中高能阱注入和低能开启电压调节注入完成后的示意图(在高能阱注入和低能开启电压调节注入之间增加一步各向同性刻蚀去掉一部分硬掩模的侧壁，其中低能开启电压调节注入区域甚至大于高能阱注入区)；图3E是本发明方法中用湿法剥去硬质膜和垫层膜，低压倒置阱的离子注入完成后的示意图；其中， 1为硅衬底，2为深阱注入区，3为漂移区，4为垫层膜，5为场氧化硅，6为硬质膜，7为光刻胶，8为倒置阱高能注入区，9为倒置阱低能注入区。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。本发明在进行低压倒置阱注入时，先形成一定厚度的硬质膜(例如氧化硅、氮化硅)，随后光刻+蚀刻形成的硬质膜图形，以此硬质膜作为阻挡层进行注入。由于硬质膜的与硅片接触是成几乎90°的直角形状，没有缓坡形状，所以不存在高低能离子注入的宽度差异(即使有一定缓坡，也可通过各向同性刻蚀去掉一部分硬掩模的侧壁改进)，因此不会因为不同能量的离子穿透能力的差异，造成对同一块注入图形版的多次离子注入在剂量上比预期有差别，从而避免了 LDMOS器件特性参数的漂移。本发明方法采用硬质膜作为低压倒置阱注入阻挡层进行低压倒置阱注入，其具体步骤包括如下1.在需要进行低压倒置阱注入的硅片表面依次沉积垫层膜4和硬质膜6。垫层膜 4 一般是采用热氧化方法形成的氧化硅，其厚度在100 300埃左右。硬质膜6 —般采用化学气相沉积方法形成，硬质膜6可以是氧化硅或氮化硅(该实施例中硬质膜6采用氮化硅)，其厚度视离子注入的种类、能量以及硬质膜的种类而定将这三个量作为计算机器件模拟软件的自变量，则通过模拟计算可以得出离子在硬质膜中能够穿透的射程(因变量)， 选择大于此数值的硬质膜厚度即可。2.在硬质膜6表面涂上约10000 20000埃的光刻胶7、曝光，低压倒置阱注入区域的图形转移到光刻胶层7上，见图3A。3.干法蚀刻刻开硬质膜6，停在垫层膜4上，其与硅片表面接触的侧面形貌应为接近90°的直角。干法蚀刻刻开硬质膜6停在垫层膜4上，要求其刻硬质膜6和垫层膜4的速率具有高选择比，典型值为10-50左右。干法蚀刻刻开硬质膜6，其与硅片表面接触的侧面形貌应为接近90°的直角，保证以此作为离子注入的阻挡层，不会因为不同能量的离子穿透能力的差异，造成对同一块注入图形版的多次离子注入在剂量上比预期有差别，从而避免了 LDMOS器件特性参数的漂移。4.剥去光刻胶，低压倒置阱注入区域的图形转移到硬质膜层6上，见图;3B。5.以硬质膜6为阻挡层进行低压倒置阱的多次离子注入，先进行高能阱(即倒置阱高能注入区8)注入(通常倒置阱高能注入区8注入的离子注入能量> 500keV)，后进行低能开启电压调节(即倒置阱低能注入区9)注入(通常倒置阱低能注入区9注入的离子注入能量< IOOkeV)，高能、低能离子注入的宽度不再有差异，见图3C ；若不能保证硬质膜6 的刻蚀形貌接近90°的直角，则亦可在高能离子注入之后、低能离子注入之前增加一步各向同性刻蚀去掉一部分硬质膜6的侧壁来强化该有益效果(如图3D所示，倒置阱低能注入区9甚至大于倒置阱高能注入区8)，其所需要去掉的侧壁厚度应保证不会违反器件设计的几何尺寸规则。6.用湿法剥去硬质膜6和垫层膜4(对于常用来作为硬质膜的氮化硅，可采用磷酸溶液)，完成整个低压倒置阱的离子注入过程，见图3E。如图3E所示，采用本发明方法最终形成的低压倒置阱，其倒置阱低能注入区9与倒置阱高能注入区8不再有差异，因此不会因为不同能量的离子穿透能力的差异造成对同一块注入图形版的多次离子注入在剂量上比预期有差别，从而避免了 LDMOS器件特性参数的漂移。
权利要求
1.一种横向扩散金-氧-半场效应器件的低压倒置阱注入方法，其特征在于，包括如下步骤(1)在硅片表面依次沉积垫层膜和硬质膜；(2)在硬质膜表面涂光刻胶、曝光，低压倒置阱注入区域的图形转移到光刻胶层上；(3)采用干法刻蚀刻开硬质膜，停在垫层膜上；(4)剥去光刻胶，将低压倒置阱注入区域图形转移到硬质膜层上；(5)以硬质膜为阻挡层，进行低压倒置阱的多步离子注入；(6)用湿法剥去硬质膜和垫层膜，完成整个低压倒置阱的离子注入过程。
2.根据权利要求1所述的横向扩散金-氧-半场效应器件的低压倒置阱注入方法，其特征在于，步骤(1)中，所述垫层膜是采用热氧化方法形成的氧化硅，其厚度在100 300 埃。
3.根据权利要求1所述的横向扩散金-氧-半场效应器件的低压倒置阱注入方法，其特征在于，步骤(1)中，所述硬质膜是采用化学气相沉积方法形成的氧化硅或氮化硅，其厚度视步骤(5)中离子注入的种类和能量以及硬质膜的种类而定，将这三个量作为计算机器件模拟软件的自变量，通过模拟计算得出离子在硬质膜中能够穿透的射程，选择大于此数值的硬质膜厚度即可。
4.根据权利要求1所述的横向扩散金-氧-半场效应器件的低压倒置阱注入方法，其特征在于，步骤O)中，所述光刻胶的厚度为10000 20000埃。
5 根据权利要求1所述的横向扩散金-氧-半场效应器件的低压倒置阱注入方法，其特征在于，步骤(3)中，所述干法刻蚀刻开硬质膜停在垫层膜上，要求其刻蚀硬质膜和垫层膜的速率具有高选择比。
6.根据权利要求5所述的横向扩散金-氧-半场效应器件的低压倒置阱注入方法，其特征在于，步骤(3)中，所述刻蚀硬质膜和垫层膜的速率具有10-50的高选择比。
7.根据权利要求1所述的横向扩散金-氧-半场效应器件的低压倒置阱注入方法，其特征在于，步骤(3)中，所述采用干法刻蚀刻开硬质膜，其与硅片表面接触的侧面形貌应为接近90°的直角。
8.根据权利要求1所述的横向扩散金-氧-半场效应器件的低压倒置阱注入方法，其特征在于，步骤(3)中，所述采用干法刻蚀刻开硬质膜，其与硅片表面接触的侧面形貌如果不能保证为接近90°的直角，则在步骤(5)的多步离子注入之间增加一步各向同性刻蚀去掉一部分硬质膜的侧壁以消除高低能离子注入的宽度差异。
9.根据权利要求1所述的横向扩散金-氧-半场效应器件的低压倒置阱注入方法，其特征在于，步骤(5)中，所述多步离子注入首先进行倒置阱高能注入区注入，然后进行倒置阱低能注入区注入。
10.根据权利要求9所述的横向扩散金-氧-半场效应器件的低压倒置阱注入方法，其特征在于，步骤(5)中，所述倒置阱高能注入区注入的离子注入能量> 500keV ；所述倒置阱低能注入区注入的离子注入能量< lOOkeV。
11.根据权利要求8或9或10所述的横向扩散金-氧-半场效应器件的低压倒置阱注入方法，其特征在于，步骤(5)中，在倒置阱高能注入区注入之后、倒置阱低能注入区注入之前增加一步各向同性刻蚀去掉一部分硬质膜的侧壁以消除高低能离子注入的宽度差异。
12.根据权利要求1所述的横向扩散金-氧-半场效应器件的低压倒置阱注入方法，其特征在于，步骤(6)中，采用磷酸溶液湿法剥去硬质膜和垫层膜。
全文摘要
本发明公开了一种横向扩散金-氧-半场效应器件的低压倒置阱注入方法，包括如下步骤(1)在硅片表面依次沉积垫层膜和硬质膜；(2)在硬质膜表面涂光刻胶、曝光，低压倒置阱注入区域的图形转移到光刻胶层上；(3)采用干法刻蚀刻开硬质膜，停在垫层膜上；(4)剥去光刻胶，将低压倒置阱注入区域图形转移到硬质膜层上；(5)以硬质膜为阻挡层，进行低压倒置阱的多步离子注入；(6)用湿法剥去硬质膜和垫层膜，完成整个低压倒置阱的离子注入过程。本发明以硬质膜作为低压倒置阱注入的阻挡层，以消除高低能离子注入的宽度差异，避免LDMOS器件特性参数的漂移。
文档编号H01L21/266GK102487011SQ201010571218
公开日2012年6月6日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者孙尧, 熊涛, 罗啸 申请人:上海华虹Nec电子有限公司