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。
技术实现要素：
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：
一种提高VDMOS器件抗辐照能力的方法，该方法是将VDMOS器件中的栅氧化层替换为三层结构栅，从而提高VDMOS器件的抗辐照能力；所述三层结构栅是由依次叠加复合的氮氧化物层(N2O氮化栅氧化层)、氢氧合成氧化层(氢氧合成栅氧化层，SiO2层)和氮氧化物层组成。
所述氮氧化物层是采用N2O氮化氧化工艺(氮化栅氧化层工艺)制备的氮氧化物层，所述氢氧合成氧化层是采用低温H2-O2合成氧化法制成的SiO2层。
所述氮氧化物层的厚度为3-5nm，所述氢氧合成氧化层的厚度为6-10nm。
所述三层结构栅的制备过程具体包括如下步骤：
(1)采用HF溶液清洗硅片表面，去除硅片表面的氧化层；
(2)硅片清洗后，用氮化栅氧化层工艺在800℃条件下制备N2O氮化栅氧化层；
(3)用氢氧合成氧化法在800℃条件下在步骤(2)制备的N2O氮化栅氧化层上制备氢氧合成栅氧化层；
(4)用氮化栅氧化层工艺在800℃条件下在步骤(3)制备的氢氧合成栅氧化层上制备N2O氮化栅氧化层；
(5)三层结构栅备完成后，在800℃和N2气氛下退火30min。
本发明设计机理及有益效果如下：
1、本发明是在辐照环境下，通过将VDMOS晶体管结构中的栅氧化层做成氮氧化层、H2-O2合成氧化层、氮氧化层的三层结构栅。结合H2-O2合成和氮氧化栅两种技术的优点，提出了一种新的三层结构栅，可改善VDMOS器件的抗辐照能力。
2、N2O氮化引入的N同栅介质内的Si-Si键和硅悬挂键结合，可降低空穴俘获陷阱密度。
3、N2O氮化在Si/SiO2界面处引入Si-N键代替界面Si-O应力键，抑制了FN应力和辐照下界面态的产生。
4、替换了体内Si-O键的Si-N键，起到了抑制辐照下Si-O键断裂的作用，抑制了辐照下电子俘获产生速率。
5、在多晶硅工艺过程中，N2O氮化减少了栅介质体内的Si-H、Si-OH弱键硅悬挂键，从而减少了电子俘获陷阱。
6、氮化引入的N把有缺陷的键有机结合为坚固的结构。从而减少缺陷密度，提高栅结构的坚固性和抗辐照性能。
7、多晶硅掺杂工艺后的退火工艺将进一步使有缺陷的键有机结合为坚固的结构，从而减少缺陷密度，提高栅结构的坚固性和抗辐照性能。
8、采用快速退火工艺将会略微增加界面的应力。从而影响到栅结构的完整性和抗辐照能力。相较于常规退火，快速退火更有利于激活杂质，因此要综合考虑两种工艺。
9、采取硅化物技术可适当地减少由快速退火引入的界面应力。从而保证了栅结构的完整性和抗辐照能力。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的VDMOS场效应晶体管的三层结构栅。
具体实施方式
下面结合附图对本发明制备的具有三层结构栅的VDMOS晶体管作进一步详细描述。
常规VDMOS器件包括衬底、外延层、P体区、N+源区、SiO2栅氧化层、多晶硅栅电极、绝缘层和金属化源极电极。本发明将VDMOS器件中的栅氧化层替换为三层结构栅，从而提高VDMOS器件的抗辐照能力；所述三层结构栅是由依次叠加复合的氮氧化物层、氢氧合成氧化层和氮氧化物层组成。所述氮氧化物层是采用N2O氮化氧化工艺制备的厚度为3-5nm的氮氧化物层，所述氢氧合成氧化层是采用低温氢氧合成氧化法制成的厚度为6-10nm的SiO2层。
实施例1
本实施例三层结构栅的制备过程如下：
(1)采用HF溶液(水：HF＝50:1)清洗硅片表面120秒，去除硅片表面的氧化层；
(2)硅片清洗后，经冲水、甩干后，用氮化栅氧化层工艺在800℃条件下制备4nm的N2O氮化栅氧化层。氮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；
(3)用氢氧合成氧化法在800℃条件下在步骤(2)制备的N2O氮化栅氧化层上制备8nm的氢氧合成栅氧化层。由于H2-O2合成氧化的温度仅800℃，产生的缺陷少，相应地由于辐射产生的陷阱电荷也少，因此采用H2-O2合成氧化法制备的氧化层抗辐射能力明显增强；
(4)用氮化栅氧化层工艺在800℃条件下在步骤(3)制备的氢氧合成栅氧化层上制备4nm的N2O氮化栅氧化层；
(5)三层结构栅备完成后，在800℃和N2气氛下退火30min,三层结构栅如图1所示。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。