一种应用在激光模拟单粒子效应的器件制备方法与流程

1.本发明涉及mosfet制备技术领域，特别涉及一种应用在激光模拟单粒子效应的器件制备方法。


背景技术：

2.太空中存在各种电离辐射、高能粒子与宇宙射线等射线和粒子辐射，所以应用于航空航天领域的器件，都应具备抗tid(totalionizingdose，总剂量辐射)和抗see(singleeventeffect，单粒子效应)的能力。在空间环境应用中的mosfet器件，单粒子效应成为其在大量重离子空间环境中使用的主要限制；单粒子效应主要包括单粒子栅穿(segr)和单粒子烧毁(seb)，尤其单粒子烧毁发生概率最多。单粒子烧毁是指重离子穿过器件结构区、外延区及衬底区产生大量的电子空穴对，在电场作用下空穴会向基区移动，最终形成电流；当电流密度大到一定程度后，导致寄生三极管开启最终导致器件烧毁。为了能够快速的表征单粒子效应，采用激光模拟手段显得格外重要。
3.在激光模拟单粒子效应的器件制备方法中，需要一个较低的电阻率做衬底材料片，在衬底材料片上进行外延所需的电阻率和厚度，进行激光模拟所需要制备方法进行器件制作。由于采用普通常规方法制作的器件，往往有厚金属阻挡激光穿过器件，无法进行单粒子表征，满足激光模拟单粒子效应的要求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种应用在激光模拟单粒子效应的器件制备方法，以解决现有的器件在制作完成后，无法进行激光模拟单粒子效应的快速表征的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种应用在激光模拟单粒子效应的器件制备方法，包括：
6.提供衬底，在其表面形成外延层；
7.按照p阱光罩的图形制作形成p阱；
8.根据器件要求制作n+源端和p+体接触端；
9.根据器件要求形成多晶栅控制端；
10.进行金属ti-tin-al组合层淀积工艺；
11.按照器件功能和激光束要求制作金属光罩的图形第一mask和第二mask；
12.提出金属腐蚀两步腐蚀工艺，形成激光模拟单粒子所需器件。
13.在一种实施方式中，提出金属腐蚀两步腐蚀工艺，形成激光模拟单粒子所需器件包括：
14.第一步采用普通金属光罩图形第一mask，进行干法腐蚀完成金属ti-tin-al组合层腐蚀，形成器件功能所需的栅端和源端；
15.第二步采用激光金属光罩图形第二mask，进行湿法腐蚀方法，采用hcl稀盐酸，只会腐蚀所述金属ti-tin-al组合层中的al，腐蚀停留在tin，形成激光模拟单粒子所需芯片
位置，用于激光照射。
16.在一种实施方式中，所述衬底为高浓度低电阻率的衬底，其材料为硅或碳化硅，电阻率为0.002-0.004ω
·
cm；所述外延层的电阻率为0.3-24ω
·
cm，厚度为3um-50um。
17.在一种实施方式中，所述按照p阱光罩的图形制作形成p阱包括：
18.向p阱光罩的图形内注入p型杂质并进行高温退火处理；其中，
19.所述p型杂质包括b和bf2，注入剂量为1e12-1e14cm-2
，能量为50-100kev。
20.在一种实施方式中，根据器件要求制作n+源端和p+体接触端包括：
21.在制备n+源端的位置进行n型杂质注入，注入剂量为5e14-1e16cm-2
，能量为50-80kev，注入完成后进行高温退火处理，形成n+源端；所述n型杂质包括p、as和in；
22.在制备p+体接触端的位置进行p型杂质注入，注入剂量为5e14-5e15cm-2
，能量为50-100kev，注入完成后进行高温退火处理，形成p+体接触端；所述p型杂质包括b、bf2。
23.在一种实施方式中，根据器件要求形成多晶栅控制端包括：
24.在表面进行栅氧氧化形成二氧化硅层，其生长温度为800℃-1050℃，厚度为30nm-1000nm；在所述二氧化硅层表面进行多晶硅淀积形成多晶层；
25.对二氧化硅层和多晶层进行光刻和腐蚀，露出n+源端和p+体接触端，保留其他区域的二氧化硅层和多晶层形成多晶栅控制端。
26.在一种实施方式中，在进行金属ti-tin-al组合层淀积工艺之前，还包括：在整个表面淀积金属前介质层并进行刻蚀，露出p+体接触端和部分n+源端，剩余的pmd包覆多晶栅控制端。
27.在一种实施方式中，所述金属ti-tin-al组合层由从下至上的ti层、tin层、al层组成；其中所述ti层的厚度为10-100nm，所述tin层的厚度为20-150nm，所述al层的厚度为4-8um。
28.本发明提供的一种应用在激光模拟单粒子效应的器件制备方法，具有以下有益效果：
29.(1)采用金属ti-tin-al组合层，进行干法+湿法两步金属腐蚀工艺，形成功率器件满足大电流特性需求；
30.(2)采用干法+湿法两步金属腐蚀，下层金属保留，使得所有n+源端和p+体接触端都能得到充分利用，可以同时覆盖条形栅、六边栅、品字栅等所有器件设计结构，不受限制；
31.(3)形成的功率器件金属层，满足功率器件进行快速激光模拟单粒子效应的表征要求。
附图说明
32.图1是本发明提供的一种应用在激光模拟单粒子效应的器件制备方法流程示意图。
33.图2是提供衬底并在其表面形成外延层的结构示意图。
34.图3是制作p阱光罩并形成p阱的结构示意图。
35.图4是制作n+源端和p+体接触端的结构示意图。
36.图5是进行栅氧氧化和多晶硅淀积的结构示意图。
37.图6是制作多晶栅控制端的结构示意图。
38.图7是淀积pmd并刻蚀的结构示意图。
39.图8是形成金属ti-tin-al组合层的结构示意图。
40.图9是制作金属光罩的图形第一mask和湿法腐蚀的结构示意图。
41.图10是制作金属光罩的图形第二mask和干法腐蚀结构示意图。
具体实施方式
42.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种应用在激光模拟单粒子效应的器件制备方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
43.本发明提供了一种应用在激光模拟单粒子效应的器件制备方法，其流程如图1所示，包括如下步骤：
44.步骤s11、提供衬底，在其表面形成外延层；
45.步骤s12、按照p阱光罩的图形制作形成p阱；
46.步骤s13、根据器件要求制作n+源端和p+体接触端；
47.步骤s14、根据器件要求制作多晶栅控制端；
48.步骤s15、进行金属ti-tin-al组合层淀积工艺；
49.步骤s16、制作金属光罩的图形第一mask光刻和腐蚀，形成功率器件完整功能的金属接触；
50.步骤s17、按照激光束要求制作金属光罩的图形第二mask光刻和腐蚀，形成激光束能够穿过的金属间距。
51.首先，提供衬底1，所述衬底1具有高能度低电阻率的特性，其材料可以为硅或碳化硅，在本实施例中以硅衬底为例，其电阻率为0.002-0.004ω
·
cm；在所述衬底1的表面形成外延层2，所述外延层2的电阻率为3-24ohm，厚度为3um-50um，如图2所示；
52.根据器件要求制作p阱光罩，注入剂量为1e12-1e14cm-2
，能量为50-100kev的b、bf2等p型杂质，注入完成后进行高温退火处理，起到与n型衬底pn结耐压作用形成p阱3，如图3所示；
53.根据器件要求分别制作n+源端41和p+体接触端42，在制备n+源端的位置进行p、as和in等n型杂质注入，注入剂量为5e14-1e16cm-2
，能量为50-80kev，注入完成后进行高温退火处理，形成n+源端41；在制备p+体接触端的位置进行b、bf2等p型杂质注入，注入剂量为5e14-5e15cm-2
，能量为50-100kev，注入完成后进行高温退火处理，形成p+体接触端42；如图4所示；
54.在表面进行栅氧氧化形成二氧化硅层5，其生长温度为800℃-1050℃，厚度为30nm-1000nm；在所述二氧化硅层5表面进行多晶硅淀积形成多晶层6，如图5所述；
55.对二氧化硅层5和多晶层6进行光刻和腐蚀，露出n+源端41和p+体接触端42，保留其他区域的二氧化硅层5和多晶层6形成多晶栅控制端，如图6所示；
56.在整个表面淀积pmd(金属前介质层)并进行刻蚀，露出p+体接触端42和部分n+源端41，剩余的pmd包覆多晶栅控制端，如图7所示；
57.依次淀积ti层8、tin9和al层10，形成金属ti-tin-al组合层，如图8所示；其中所述
ti层的厚度为10-100nm，所述tin层的厚度为20-150nm，所述al层的厚度为4-8um；
58.按照器件功能要求制作金属光罩的图形第一mask11和湿法腐蚀，形成功率器件完整功能的金属接触，达到器件正常工作状态，如图9所示；
59.按照激光束要求制作金属光罩的图形第二mask12和干法腐蚀，形成激光束可以穿过的金属间距，如图10所示，由于采用hcl稀盐酸，只会腐蚀al层，腐蚀停留在tin层，因此金属ti-tin-al组合层中顶部的厚金属al断开有间距，其底部ti-tin金属仍连接在一起，形成激光模拟单粒子所需芯片位置，用于激光照射。
60.通过以上主要的工艺过程制成的功率器件金属层，满足功率器件进行快速激光模拟单粒子效应的表征要求；采用的金属ti-tin-al组合层，进行两步金属腐蚀(干法+湿法)工艺，形成功率器件满足大电流特性需求，不影响器件其他参数测试和评价；采用两步金属腐蚀(干法+湿法)，下层金属保留，使得所有n+源区和p+体区都能得到充分利用，可以同时覆盖条形栅、六边栅、品字栅等所有器件设计结构，不受限制。
61.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

技术特征：
100nm，所述tin层的厚度为20-150nm，所述al层的厚度为4-8um。

技术总结
本发明公开一种应用在激光模拟单粒子效应的器件制备方法，属于MOSFET制备领域，包括如下步骤：提供衬底，在其表面形成外延层；按照P阱光罩的图形制作形成P阱；根据器件要求制作N+源端和P+体接触端；根据器件要求形成多晶栅控制端；进行金属Ti-TiN-Al组合层淀积工艺；按照器件功能和激光束要求制作金属光罩的图形第一Mask和第二Mask；提出金属腐蚀两步腐蚀工艺，形成激光模拟单粒子所需器件。本发明采用干法+湿法两步金属腐蚀，下层金属保留，使得所有N+源端和P+体接触端都能得到充分利用，可以同时覆盖条形栅、六边栅、品字栅等所有器件设计结构，不受限制。不受限制。不受限制。


技术研发人员：徐海铭
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十八研究所
技术研发日：2023.04.23
技术公布日：2023/7/20