专利名称：Soi变埋氧层厚度器件及其制备方法
技术领域：
本发明涉及SOI技术，特别涉及S0ILDM0S器件及其制备方法。
背景技术：
SOI技术利用相对简单的介质隔离工艺、使得SOI器件具有寄生效应小、速度 快、功耗低、集成度高、抗辐照能力强等优点，在SOI技术上集成LDMOS器件，即S0ILDM0S 器件，由于有源器件与材料衬底和其他高低压器件间采用完全的介质隔离，有利于避免 LDMOS器件发生闩锁效应，且SOI基上高压器件可与低压逻辑驱动电路单片集成起来；常规 S0ILDM0S器件剖视图如图1，其中1为ρ型衬底，2为埋氧层，3为η型顶层SOI杂质材料， 4为源极ρ讲，作为LDMOS沟道区，5为源极ρ+区，6为源极金属场板，7为源极η+区，8为 多晶硅栅电极，9为金属前介质，10为场氧化层，11为漏极场板，12为漏极η+区，13为漏极 η型缓冲区，14为栅氧化层该S0ILDM0S器件漂移区满足RESURF剂量要求，其在源极场板末 与漏极场板末会出现电场峰值，η型顶层SOI杂质材3中央电场较低，使得击穿电压难以提 尚ο
发明内容
本发明的目的是克服目前S0ILDM0S器件击穿时电场分布呈现两端高、中间低，其 不能充分利用漂移区的缺点，提供一种SOI变埋氧层厚度器件及其制备方法。本发明解决其技术问题，采用的技术方案是，SOI变埋氧层厚度器件，包括源极、漏 极、埋氧层及η型顶层SOI杂质材料层，其特征在于，所述埋氧层的厚度从源极到漏极逐渐 减小，η型顶层SOI杂质材料层的厚度从源极到漏极逐渐增加。具体的，所述埋氧层的厚度变化为连续的或者呈阶梯状的；进一步的，所述η型顶层SOI杂质材料层的杂质材料为均勻掺杂；具体的，所述η型顶层SOI杂质材料层的杂质材料为非均勻掺杂，从其上表面到埋 氧层实现高斯分布。SOI变埋氧层厚度器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤a.在材料的ρ型衬底上生长一层厚热氧化层，再在厚热氧化层上淀积薄氧化层；b.淀积光刻胶，在氮气气氛中退火，使厚热氧化层与薄氧化层之间具有不同的刻 蚀速率，在Buffered HF中刻蚀，形成横向变厚度氧化层，即埋氧层；C.在埋氧层上外延一定厚度的η型杂质材料，并使用CMP机将材料表面抛平，得到 变埋氧层SOI材料，此时外延的一定厚度的η型杂质材料即为η型顶层SOI杂质材料层；d.在η型顶层SOI杂质材料层较薄的一端上生长牺牲氧化层，淀积光刻胶，光刻出 P阱沟道区，B离子注入，推结形成P阱沟道区，即源极P阱；e.在η型顶层SOI杂质材料层较厚的一端上生长牺牲氧化层，淀积光刻胶，光刻出 漏极η阱区，P离子注入，推结形成漏极η阱区作为LDMOS器件缓冲层，即漏极η型缓冲区；f.生长场氧化层，并确定有源区；
g.生长栅氧化层，淀积多晶硅，刻蚀出多晶硅栅电极区域，形成多晶硅栅电极；h.进行源漏注入，形成重掺杂源极η+区、源极ρ+区及漏极η+区；i.低压化学气相淀积第二氧化层，并淀积形成金属层，进而形成源极金属场板、金 属前介质、漏极金属场板，组成完整的SOI变埋氧层厚度器件。具体的，以ρ型衬底为水平面，步骤b所述形成的横向变厚度氧化层，其下表面设 置在P型衬底上，其上表面与水平面呈5-60°夹角。本发明的有益效果是，通过上述SOI变埋氧层厚度器件及其制备方法，通过常规 工艺实现了变埋氧化层SOI材料，并在变埋氧化层SOI材料上实现漂移区厚度从源到漏逐 渐增加的LDMOS器件，所述LDMOS器件间接实现了漂移区线性变掺杂，击穿时表面电场较为 均勻，相比常规RESURF LDMOS器件，其击穿性能大为提高。
图1为常规S0ILDM0S器件剖视图；图2为本实施例的S0ILDM0S器件埋氧层呈连续变化时的剖视图；图3是本实施例的S0ILDM0S器件埋氧层呈阶梯变化时的剖视图；图4是常规S0ILDM0S器件与本实施例的S0ILDM0S器件击穿特性曲线；图5是常规S0ILDM0S器件与本实施例的S0ILDM0S器件击穿时表面场分布特性曲 线.
一入 ，图6是常规SOI LDMOS器件与本实施例的S0ILDM0S器件击穿电压与漂移区浓度 变化曲线；图7为变埋氧层形成原理图；其中，1为ρ型衬底，2为埋氧层，3为η型顶层SOI杂质材料，4为源极ρ阱，作为 LDMOS沟道区，5为源极ρ+区，6为源极金属场板，7为源极η+区，8为多晶硅栅电极，9为金 属前介质，10为场氧化层，11为漏极金属场板，12为漏极η+区，13为漏极η型缓冲区，14为 栅氧化层，15为光刻胶，16为刻蚀一定时间埋氧层的上表面，21为厚热氧化层，22为薄氧化层。
具体实施例方式下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。本发明所述的SOI变埋氧层厚度器件，其埋氧层2的厚度从源极到漏极逐渐减小， η型顶层SOI杂质材料层3的厚度从源极到漏极逐渐增加；SOI变埋氧层厚度器件的制备方 法为在材料的P型衬底1上生长一层厚热氧化层21，再在厚热氧化层21上淀积薄氧化层 22，再淀积光刻胶15，并在氮气气氛中退火，使厚热氧化层21与薄氧化层22之间具有不同 的刻蚀速率，在Buffered HF(典型比例为40% NH4F 49% HF = 6 1)中刻蚀，形成横 向变厚度氧化层，即埋氧层2，然后在埋氧层2上外延一定厚度的η型杂质材料，并使用CMP 机将材料表面抛平，得到变埋氧层SOI材料，此时外延的一定厚度的η型杂质材料即为η型 顶层SOI杂质材料层3，再在η型顶层SOI杂质材料层3较薄的一端上生长牺牲氧化层，淀 积光刻胶15，光刻出ρ阱沟道区，B离子注入，推结形成ρ阱沟道区，即源极ρ阱4，并在η型 顶层SOI杂质材料层较厚的一端上生长牺牲氧化层，淀积光刻胶15，光刻出漏极η阱区，P离子注入，推结形成漏极η阱区作为LDMOS器件缓冲层，即漏极η型缓冲区13，然后再生长 场氧化层10，并确定有源区，再生长栅氧化层14，淀积多晶硅，刻蚀出多晶硅栅电极区域， 形成多晶硅栅电极8，再进行源漏注入，形成重掺杂源极η+区5、源极ρ+区7及漏极η+区 12，最后低压化学气相淀积第二氧化层，并淀积形成金属层，进而形成源极金属场板6、金属 前介质9、漏极金属场板11，组成完整的SOI变埋氧层厚度器件。实施例本例的SOI变埋氧层厚度器件中埋氧层的厚度变化可以是连续的或者呈阶梯状 的，其S0ILDM0S器件埋氧层呈连续变化时的剖视图如图2，其S0ILDM0S器件埋氧层呈阶梯 变化时的剖视图如图3，常规S0ILDM0S器件与本实施例的S0ILDM0S器件击穿特性曲线如 图4，常规S0ILDM0S器件与本实施例的S0ILDM0S器件击穿时表面场分布特性曲线如图5， 常规SOI LDMOS器件与本实施例的S0ILDM0S器件击穿电压与漂移区浓度变化曲线如图6。该SOI变埋氧层厚度器件的埋氧层的厚度从源极到漏极逐渐减小，η型顶层SOI杂 质材料层的厚度从源极到漏极逐渐增加，其埋氧层的厚度变化可以是连续的或者呈阶梯状 的，其η型顶层SOI杂质材料层的杂质材料可以为均勻掺杂，其η型顶层SOI杂质材料层的 杂质材料也可以为非均勻掺杂，从其上表面到埋氧层实现高斯分布，因为假如η型顶层SOI 杂质材料层的杂质材料浓度满足要求则可以用均勻分布，假如所买η型顶层SOI杂质材料 层的杂质材料浓度不能满足浓度要求，则需要进行离子注入，然后退火，所以其浓度从顶层 到底层为非均勻的，其分布曲线与高斯分布曲线类拟。制备时，首先在材料的ρ型衬底1上生长一层厚热氧化层21，再在厚热氧化层21 上淀积薄氧化层22，再淀积光刻胶15，并在氮气气氛中退火，使厚热氧化层21与薄氧化层 22之间具有不同的刻蚀速率，在Buffered HF(典型比例为40% NH4F 49% HF = 6 1) 中刻蚀，形成横向变厚度氧化层，即埋氧层2，然后在埋氧层2上外延一定厚度的η型杂质 材料，并使用CMP机将材料表面抛平，得到变埋氧层SOI材料，此时外延的一定厚度的η型 杂质材料即为η型顶层SOI杂质材料层3，再在η型顶层SOI杂质材料层3较薄的一端上 生长牺牲氧化层，淀积光刻胶15，光刻出ρ阱沟道区，B离子注入，推结形成ρ阱沟道区，即 源极P阱4，并在η型顶层SOI杂质材料层较厚的一端上生长牺牲氧化层，淀积光刻胶15， 光刻出漏极η阱区，P离子注入，推结形成漏极η阱区作为LDMOS器件缓冲层，即漏极η型 缓冲区13，然后再生长场氧化层10，并确定有源区，再生长栅氧化层14，淀积多晶硅，刻蚀 出多晶硅栅电极区域，形成多晶硅栅电极8，再进行源漏注入，形成重掺杂源极η+区5、源极 P+区7及漏极η+区12，最后低压化学气相淀积第二氧化层，并淀积形成金属层，进而形成 源极金属场板6、金属前介质9、漏极金属场板11，组成完整的SOI变埋氧层厚度器件。其中，除生成埋氧层2及η型顶层SOI杂质材料层3的步骤之外，其他部分的构建 均为现有技术，具体的生成埋氧层2及η型顶层SOI杂质材料层3的方法及原理为在ρ型 衬底1上通过湿氧氧化生长一层厚热氧化层21，湿氧生长过程温度一般为900° -1100°， 该厚热氧化层21厚度根据器件击穿电压所定，一般说其典型厚度为1 μ m-5 μ m，在所述厚 热氧化层21上沉积一层薄氧化层22，薄氧化层22厚度一般较薄，厚度为lOOnm-SOOnm，其 目的是生长一层与厚热氧化层21具有不同刻蚀速度的薄氧化层22，薄氧化层22有较快刻 蚀速率，而生长的厚热氧化层21有慢的刻蚀速率，其通过两个不同的刻蚀速率可以通过光 刻胶15设置位置刻蚀出与水平面成一定角度的横向变埋氧化层厚度材料，将上述器件在氮气气氛中退火，退火温度在200° -1000°之间，其主要改善顶层薄氧化层22的刻蚀速 率，对于刻蚀后横向变埋氧化层器件角度进行精确控制，在Buffered HF(40%NH4F 49% HF = 6 1)中进行湿法刻蚀可刻蚀出所需与水平面呈θ角的氧化层，其θ角由公式sinθ＝Ed/Ei 决定，其中Ed为厚热氧化层21的刻蚀速度，Ei为厚热氧化层21与薄氧化层22界 面的刻蚀速度，Ei强烈依赖于其淀积后的退火温度，实验表明，退火温度在200°C-1000°C温 度内，其θ角可以实现5° -60°，完全可满足埋氧层2的需求。该S0ILDM0S器件的变埋 氧层形成原理图如图7，对于其变埋氧层形成的原理，阐述如下薄氧化层22有较快刻蚀速 率，而生长的厚热氧化层有慢的刻蚀速率，在对于薄氧化层22进行刻蚀时，由于其氧化层 稀疏，横向有严重的横向刻蚀，所以薄氧化层22在刻蚀过程中其横向均勻被刻蚀掉，由于 厚热氧化层21有较慢的刻蚀速度，其能够等待薄氧化层22横向均勻刻蚀掉而逐渐暴露于 HF液体中，由于其均勻开始暴露于刻蚀液体HF中，所以其呈现出一定的氧化层角度，即其 刻蚀到一定时间埋氧层的上表面16与水平面呈一定角度。在上述埋氧层2上进行外延η型杂质材料层3，表面粗糙度可通过CMP机抛平，在 上述工艺过程中，所述η型杂质材料层3也可以通过SBD (硅直接键合)完成，其工艺步骤进 一步包括准备所需浓度的η型杂质材料，在所述η型杂质材料通过磨角打磨出θ角，具有 θ角的η型杂质材料与横向变氧化层厚度衬度可直接键合，生成所需变埋氧层SOI材料。根据图4、图5、图6可以看本实施例所述S0ILDM0S器件出间接实现了漂移区线性 变掺杂，击穿时表面电场较为均勻，相比常规S0ILDM0S器件，其击穿性能大为提高。
权利要求
SOI变埋氧层厚度器件，包括源极、漏极、埋氧层及n型顶层SOI杂质材料层，其特征在于，所述埋氧层的厚度从源极到漏极逐渐减小，n型顶层SOI杂质材料层的厚度从源极到漏极逐渐增加。
2.根据权利要求1所述SOI变埋氧层厚度器件，其特征在于，所述埋氧层的厚度变化为 连续的或者呈阶梯状的。
3.根据权利要求1或2所述SOI变埋氧层厚度器件，其特征在于，所述η型顶层SOI杂 质材料层的杂质材料为均勻掺杂。
4.根据权利要求1或2所述SOI变埋氧层厚度器件，其特征在于，所述η型顶层SOI杂 质材料层的杂质材料为非均勻掺杂，从其上表面到埋氧层实现高斯分布。
5.SOI变埋氧层厚度器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤a.在材料的P型衬底上生长一层厚热氧化层，再在厚热氧化层上淀积薄氧化层；b.淀积光刻胶，在氮气气氛中退火，使厚热氧化层与薄氧化层之间具有不同的刻蚀速 率，在Buffered HF中刻蚀，形成横向变厚度氧化层，即埋氧层；c.在埋氧层上外延一定厚度的η型杂质材料，并使用CMP机将材料表面抛平，得到变埋 氧层SOI材料，此时外延的一定厚度的η型杂质材料即为η型顶层SOI杂质材料层；d.在η型顶层SOI杂质材料层较薄的一端上生长牺牲氧化层，淀积光刻胶，光刻出ρ阱 沟道区，B离子注入，推结形成ρ阱沟道区，即源极ρ阱；e.在η型顶层SOI杂质材料层较厚的一端上生长牺牲氧化层，淀积光刻胶，光刻出漏极 η阱区，P离子注入，推结形成漏极η阱区作为LDMOS器件缓冲层，即漏极η型缓冲区；f.生长场氧化层，并确定有源区；g.生长栅氧化层，淀积多晶硅，刻蚀出多晶硅栅电极区域，形成多晶硅栅电极；h.进行源漏注入，形成重掺杂源极η+区、源极ρ+区及漏极η+区；i.低压化学气相淀积第二氧化层，并淀积形成金属层，进而形成源极金属场板、金属前 介质、漏极金属场板，组成完整的SOI变埋氧层厚度器件。
6.根据权利要求5所述SOI变埋氧层厚度器件的制备方法，其特征在于，以ρ型衬底为 水平面，步骤b所述形成的横向变厚度氧化层，其下表面设置在ρ型衬底上，其上表面与水 平面呈5-60°夹角。
全文摘要
本发明涉及SOI技术。本发明解决了现有SOILDMOS器件击穿时电场分布呈现两端高、中间低，其不能充分利用漂移区的问题，提供了一种SOI变埋氧层厚度器件及其制备方法，其技术方案可概括为SOI变埋氧层厚度器件，包括源极、漏极、埋氧层及n型顶层SOI杂质材料层，其特征在于，所述埋氧层的厚度从源极到漏极逐渐减小，n型顶层SOI杂质材料层的厚度从源极到漏极逐渐增加。本发明的有益效果是，其击穿性能大为提高，适用于SOILDMOS器件。
文档编号H01L29/78GK101916784SQ201010253170
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月13日 优先权日2010年8月13日
发明者梁涛, 罗波 申请人:四川长虹电器股份有限公司