專利名稱：具有溝槽結(jié)構(gòu)的soi高壓功率器件芯片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種SOI高壓功率器件的制備方法，特別涉及一種具有溝槽結(jié)構(gòu)的 SOI高壓功率器件芯片的制備方法。
背景技術(shù)：
功率集成電路有時(shí)也稱高壓集成電路，是現(xiàn)代電子學(xué)的重要分支，可為各種功率 變換和能源處理裝置提供高速、高集成度、低功耗和抗輻照的新型電路，廣泛應(yīng)用于電力控 制系統(tǒng)、汽車電子、顯示器件驅(qū)動(dòng)、通信和照明等日常消費(fèi)領(lǐng)域以及國(guó)防、航天等諸多重要 領(lǐng)域。其應(yīng)用范圍的迅速擴(kuò)大，對(duì)其核心部分的高壓器件也提出了更高的要求。由于功率集成電路常常結(jié)合了高壓功率晶體管、控制轉(zhuǎn)換器以及單片邏輯功能器 件等，因此高壓器件和低壓邏輯器件必須集成在一塊芯片上。絕緣體上硅(SOI)作為一種 理想的介質(zhì)隔離材料，可以有效地實(shí)現(xiàn)高、低功率模塊，以及高、低電壓器件之間的隔離，徹 底消除電干擾，簡(jiǎn)化器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而且SOI隔離區(qū)面積較結(jié)隔離小，大大節(jié)約了管芯面 積，減小了寄生電容，可以方便地集成不同的電路和器件。因此，SOI技術(shù)應(yīng)用于高壓器件 及功率集成電路具有明顯的優(yōu)勢(shì)，有著廣泛的應(yīng)用前景。集成600V以上SOI高壓功率器件的IC產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于熒光燈，開(kāi)關(guān)電源控制等 領(lǐng)域。與體硅SOI高壓器件相比，常規(guī)SOI高壓器件由于其介質(zhì)埋層(BOX)的存在，阻止了 耗盡層向襯底擴(kuò)展，其縱向擊穿電壓較低。通常200V及其以下SOI高壓器件的設(shè)計(jì)相對(duì)比 較容易，而600V以上產(chǎn)品的設(shè)計(jì)難度較大?？紤]SOI頂層硅厚度對(duì)臨界擊穿電場(chǎng)的影響，當(dāng)硅膜厚度較大時(shí)(通常大于1微 米)，隨其厚度增加，縱向擊穿電壓增大；當(dāng)硅膜厚度較小時(shí)(通常小于1微米)，隨其厚度 減小，縱向擊穿電壓增大。目前采用超薄頂層硅(0.2 0.5微米)，利用縮短電離積分路徑 來(lái)提高硅的縱向臨界擊穿電場(chǎng)，并采用線性漂移區(qū)摻雜實(shí)現(xiàn)均勻分布電場(chǎng)，是制造600V以 上SOI高壓器件最有效方法。然而，由于現(xiàn)有工藝的限制，SOI材料頂層硅厚度一般大于1微米，為實(shí)現(xiàn)0. 2 0. 5微米薄硅層，工藝上采用局部氧化減薄技術(shù)，即LOCOS工藝。目前的技術(shù)存在的問(wèn)題是 需要較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行局部氧化以形成2微米左右的場(chǎng)氧化層，并且場(chǎng)氧化層形成后明顯高出 硅片頂部平面近1微米，如圖1所示，在SOI基底(其包括底層硅11、氧化夾層12和頂層硅 13)局部區(qū)域制作出的氧化層14，其明顯高出SOI基底上表面。雖然可以在其上直接延長(zhǎng) 多晶硅柵以調(diào)控漂移區(qū)電場(chǎng)，但是高出部分對(duì)后續(xù)光刻過(guò)程的精度容易造成較大影響。再 有，由于SOI高壓控制芯片內(nèi)部通常同時(shí)包括高壓器件和部分低壓器件，高壓器件之間、以 及高壓器件與低壓器件之間采用的溝槽(即Trench)隔離，低壓器件之間采用的LOCOS隔 離。因此，如何將Trench工藝和LOCOS工藝有效結(jié)合，以形成高質(zhì)量的器件芯片，實(shí)已成為 本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有溝槽結(jié)構(gòu)的SOI高壓功率器件芯片的制備方法。為了達(dá)到上述目的及其他目的，本發(fā)明提供的具有溝槽結(jié)構(gòu)的SOI高壓功率器件芯 片的制備方法，包括步驟1)在包含底層、氧化夾層和頂層硅的SOI基板表面的相對(duì)于待形成 的高壓功率器件的漂移區(qū)的位置和作為器件隔離區(qū)的位置，分別同時(shí)開(kāi)設(shè)凹陷區(qū)和至少一隔 離溝槽，其中，凹陷區(qū)和隔離溝槽的深度相同，但深度并未觸及所述SOI基板的氧化夾層；2) 在所述凹陷區(qū)填充氧化物；3)對(duì)填充了氧化物的結(jié)構(gòu)所具有的隔離溝槽和待制備低壓器件 的局部區(qū)域同時(shí)進(jìn)行氧化，使相對(duì)于所述隔離溝槽部位的殘余頂層硅部分全部被氧化；4)再 將經(jīng)過(guò)氧化的結(jié)構(gòu)中所具有的隔離溝槽填充滿氧化物；5)對(duì)已填充滿氧化物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行包 括摻雜、淀積在內(nèi)的處理以分別形成作為高壓功率器件和低壓器件的漏極、源極和柵極的P 型區(qū)域、N型區(qū)域以及柵極區(qū)域；6)在已形成P型區(qū)域、N型區(qū)域和柵極區(qū)域的結(jié)構(gòu)的漂移區(qū) 上方再淀積一氧化層，使得處于所述SOI基板的頂層硅兩側(cè)的氧化物的厚度接近一致，以形 成對(duì)稱結(jié)構(gòu)；以及7)在已形成對(duì)稱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)上再生成分別與各P型區(qū)域、N型區(qū)域及柵極 區(qū)域相接觸的各金屬子區(qū)域，由此形成被隔離溝槽隔離的高壓功率器件和低壓器件。其中，開(kāi)設(shè)了所述凹陷區(qū)和隔離溝槽后，相應(yīng)部位殘余頂層硅厚度可在0. 2-0. 5 微米之間。較佳地，與所述高壓功率器件的柵極區(qū)域相接觸的金屬子區(qū)域可為金屬場(chǎng)板，所 述金屬場(chǎng)板一端接近與所述漏極區(qū)域相接觸的金屬子區(qū)域；另一端與所述柵極區(qū)域接觸。其中，所述高壓功率器件的P型區(qū)域可包括對(duì)所述SOI基板的頂層硅摻雜后依序 形成的p-well體區(qū)、歐姆接觸區(qū)和p-body體接觸區(qū)；N型區(qū)域可為歐姆接觸區(qū)。此外，上述方法所形成的高壓功率器件可為橫向器件，例如為橫向雙擴(kuò)散場(chǎng)效應(yīng) 管或橫向絕緣柵雙極晶體管等。綜上所述，本發(fā)明的具有溝槽結(jié)構(gòu)的SOI高壓功率器件芯片的制備方法拋棄傳統(tǒng) 的漂移區(qū)上方厚場(chǎng)氧過(guò)程，充分利用上述幾次隔離的氧化過(guò)程，對(duì)漂移區(qū)進(jìn)行減薄以達(dá)到 縱向耐壓要求，有效簡(jiǎn)化工藝流程，并避免漫長(zhǎng)的厚場(chǎng)氧過(guò)程，且漂移區(qū)上方Trench溝槽 直接填氧，可使填氧后的溝槽表面與頂層硅基本平齊，在完成后續(xù)幾步光刻過(guò)程后，再淀積 一定厚度的氧化層在漂移區(qū)上方，使減薄后的頂層硅上方和下方氧化層厚度大致相等，形 成對(duì)稱結(jié)構(gòu)；由此可使形成的高壓功率器件能承受700V以上高壓。


圖1為現(xiàn)有LOCOS工藝示意圖。圖2a_2f為本發(fā)明的具有溝槽結(jié)構(gòu)的SOI高壓功率器件芯片的制備方法的工藝流 程示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具有溝槽結(jié)構(gòu)的SOI高壓功率器件芯片的制備方法 進(jìn)行詳細(xì)描述。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例是對(duì)在一芯片上形成一個(gè)高壓功率器件和一個(gè)低 壓器件為例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明的，但并不以此為限，例如，本發(fā)明的方法也可適用于在同一芯片上 形成多個(gè)高壓功率器件和多個(gè)低壓器件等。
本發(fā)明的具有溝槽結(jié)構(gòu)的SOI高壓功率器件芯片的制備方法至少可包括如下步 驟如圖2a所示，首先，在包含底層21、氧化夾層22和頂層硅23的SOI基板表面的相 對(duì)于待形成的高壓功率器件的漂移區(qū)的位置和作為器件隔離區(qū)的位置，分別同時(shí)開(kāi)設(shè)凹陷 區(qū)和至少一隔離溝槽，即Trench工藝，其中，凹陷區(qū)和隔離溝槽的深度可根據(jù)實(shí)際要求確 定。如圖2b所示，本實(shí)施例中，在SOI基板表面開(kāi)設(shè)了凹陷區(qū)24和隔離溝槽25a、25b，隔離 溝槽25a用作隔離高壓功率器件，隔離溝槽25b用作隔離高壓功率器件和低壓器件，而處于 所述凹陷區(qū)24和隔離溝槽25a、25b下方的頂層硅，其殘余的厚度在0. 2-0. 5微米之間。接著，在所述凹陷區(qū)24填充氧化物24a，如圖2c所示，氧化物可以是二氧化硅，也 可是其它氧化物。接著，對(duì)填充了氧化物24a的結(jié)構(gòu)所具有的隔離溝槽25a、25b進(jìn)行氧化，使相對(duì)于 所述隔離溝槽25a、25b部位的頂層硅部分(即處于隔離溝槽25a、25b下方的頂層硅)被氧 化使得所形成的氧化物接觸到所述SOI基板的氧化夾層22，也就是使得處于隔離溝槽25a、 25b下方殘余的頂層硅(厚度在0. 2-0.5微米之間)全部被氧化，如圖2d所示。此外，由于 本實(shí)施例制備的是一個(gè)高壓功率器件和一個(gè)低壓器件，故在對(duì)隔離溝槽25a、25b下方殘余 的頂層硅氧化的同時(shí)，還在SOI基板表面的局部區(qū)域進(jìn)行氧化以便形成作為隔離各低壓器 件的氧化隔離區(qū)26，即LOCOS工藝。接著，再將經(jīng)過(guò)氧化的結(jié)構(gòu)中所具有的隔離溝槽25a、25b填充滿氧化物，如圖2e 所示。接著，對(duì)已填充滿氧化物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行包括摻雜、淀積在內(nèi)的處理以形成作為高壓 功率器件漏極和源極的P型區(qū)域、N型區(qū)域30以及柵極區(qū)域28，同時(shí)還形成了作為低壓器 件的漏極和源極的P型區(qū)域271b、272b、N型區(qū)域271c、272c等。如圖2e所示，高壓功率器 件的P型區(qū)域包括依序形成的p-well體區(qū)29a、歐姆接觸區(qū)29b和p-body體接觸區(qū)29c， 而N型區(qū)域30可以是歐姆接觸區(qū)，各柵極區(qū)域可以是多晶硅。接著，在已形成P型區(qū)域和N型區(qū)域的結(jié)構(gòu)的漂移區(qū)上方再淀積一氧化層31，使 得處于所述SOI基板的頂層硅23兩側(cè)(即頂層硅23上下兩側(cè))的氧化物的厚度接近一致 (也就是所述SOI基板的氧化夾層22的厚度和氧化物24a與31的厚度之和接近)，以形成 對(duì)稱結(jié)構(gòu)，如圖2f所示。最后，在已形成對(duì)稱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)上再生成分別與各P型區(qū)域、N型區(qū)域及柵極區(qū) 域相接觸的各金屬子區(qū)域，由此形成帶隔離溝槽隔離的高壓功率器件和低壓器件。如圖2f 所示，虛線左邊(即隔離溝槽25a的左側(cè))形成的是高壓功率器件，其包含P型區(qū)域(即 P-well體區(qū)29a、歐姆接觸區(qū)29b和p-body體接觸區(qū)29c)、N型區(qū)域30及柵極區(qū)域28，在 P型區(qū)域、N型區(qū)域30及柵極區(qū)域28上都形成有金屬子區(qū)域，如柵極區(qū)域28的金屬子區(qū)域 32，其可以是金屬場(chǎng)板，所述金屬場(chǎng)板一端接近與所述漏極區(qū)域30相接觸的金屬子區(qū)域， 另一端與所述柵極區(qū)域28接觸。而在隔離溝槽25a的右側(cè)為低壓器件區(qū)域，其包含兩個(gè)被 氧化物區(qū)26隔離的低壓器件，第一低壓器件包含柵極區(qū)域271a、漏極區(qū)域271b和源極區(qū)域 271c，另一個(gè)低壓器件包含柵極區(qū)域272a、漏極區(qū)域272b和源極區(qū)域272c，兩低壓器件的 柵極區(qū)域、漏極區(qū)域和源極區(qū)域之上分別形成有金屬子區(qū)，例如，在漏極區(qū)域271b上形成 有金屬子區(qū)33。
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采用上述步驟可以形成橫向高壓功率器件，例如橫向雙擴(kuò)散場(chǎng)效應(yīng)管(LDMOS)或 橫向絕緣柵雙極晶體管(LIGBT)等。需要說(shuō)明的是，上述各步驟所采用的工藝手段及條件等都已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所 知悉，故在此不再詳述。綜上所述，本發(fā)明的具有溝槽結(jié)構(gòu)的SOI高壓功率器件芯片的制備方法拋棄了傳 統(tǒng)的漂移區(qū)上方厚場(chǎng)氧過(guò)程，充分利用幾次隔離的氧化過(guò)程，對(duì)漂移區(qū)進(jìn)行減薄以達(dá)到縱 向耐壓要求，有效簡(jiǎn)化工藝流程，并避免漫長(zhǎng)的厚場(chǎng)氧過(guò)程，且對(duì)漂移區(qū)上方Trench溝槽 直接填氧，使其與SOI基板的頂層硅表面基本平齊，在完成后續(xù)幾步光刻過(guò)程后，再淀積一 定厚度的氧化層在漂移區(qū)上方，使減薄后的頂層硅上方和下方氧化層厚度大致相等，形成 對(duì)稱結(jié)構(gòu)；同時(shí)，為了對(duì)漂移區(qū)電荷進(jìn)行有效調(diào)控，在氧化層上方延展金屬場(chǎng)板，該場(chǎng)板一 端接近漏端，另一端與多晶硅相接觸；由此可使所形成的高壓功率器件能承受700V以上耐 壓，有效避免現(xiàn)有技術(shù)中因氧化層高出SOI基片頂部而影響后續(xù)光刻精度等問(wèn)題。上述實(shí)施例僅列示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉 此項(xiàng)技術(shù)的人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范圍下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修改。因此，本發(fā) 明的權(quán)利保護(hù)范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。
權(quán)利要求
一種具有溝槽結(jié)構(gòu)的SOI高壓功率器件芯片的制備方法，其特征在于包括步驟1)在包含底層、氧化夾層和頂層硅的SOI基板表面的相對(duì)于待形成的高壓功率器件的漂移區(qū)的位置和作為器件隔離區(qū)的位置，分別同時(shí)開(kāi)設(shè)凹陷區(qū)和至少一隔離溝槽，其中，凹陷區(qū)和隔離溝槽的深度相同，但深度并未觸及所述SOI基板的氧化夾層；2)在所述凹陷區(qū)填充氧化物；3)對(duì)填充了氧化物的結(jié)構(gòu)所具有的隔離溝槽和待制備低壓器件的局部區(qū)域同時(shí)進(jìn)行氧化，使得相對(duì)于所述隔離溝槽部位的殘余頂層硅部分全部被氧化；4)再將經(jīng)過(guò)氧化的結(jié)構(gòu)中所具有的隔離溝槽填充滿氧化物；5)對(duì)已填充滿氧化物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行包括摻雜、淀積在內(nèi)的處理以分別形成作為高壓功率器件和低壓器件的漏極、源極和柵極的P型區(qū)域、N型區(qū)域以及柵極區(qū)域；6)在已形成P型區(qū)域、N型區(qū)域及柵極區(qū)域的結(jié)構(gòu)的漂移區(qū)上方再淀積一氧化層，使得處于所述SOI基板的頂層硅兩側(cè)的氧化物的厚度接近一致，以形成對(duì)稱結(jié)構(gòu)；7)在已形成對(duì)稱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)上再生成分別與各P型區(qū)域、N型區(qū)域及柵極區(qū)域相接觸的各金屬子區(qū)域，由此形成被隔離溝槽隔離的高壓功率器件和低壓器件。
2.如權(quán)利要求1所述的具有溝槽結(jié)構(gòu)的SOI高壓功率器件芯片的制備方法，其特征在 于開(kāi)設(shè)了所述凹陷區(qū)和隔離溝槽后，相應(yīng)部位殘余的頂層硅的厚度在0. 2-0. 5微米之間。
3.如權(quán)利要求1所述的具有溝槽結(jié)構(gòu)的SOI高壓功率器件芯片的制備方法，其特征在 于與所述高壓功率器件的柵極區(qū)域相接觸的金屬子區(qū)域?yàn)榻饘賵?chǎng)板，所述金屬場(chǎng)板一端 接近與所述漏極區(qū)域相接觸的金屬子區(qū)域；另一端與所述柵極區(qū)域接觸。
4.如權(quán)利要求1所述的具有溝槽結(jié)構(gòu)的SOI高壓功率器件芯片的制備方法，其特征在 于所述高壓功率器件的P型區(qū)域包括對(duì)所述SOI基板的頂層硅摻雜后依序形成的ρ阱 區(qū)、歐姆接觸區(qū)和P型體接觸區(qū)。
5.如權(quán)利要求1所述的具有溝槽結(jié)構(gòu)的SOI高壓功率器件芯片的制備方法，其特征在 于高壓功率器件的N型區(qū)域?yàn)闅W姆接觸區(qū)。
6.如權(quán)利要求1所述的具有溝槽結(jié)構(gòu)的SOI高壓功率器件芯片的制備方法，其特征在 于步驟7)所形成的高壓功率器件為橫向器件。
7.如權(quán)利要求6所述的具有溝槽結(jié)構(gòu)的SOI高壓功率器件芯片的制備方法，其特征在 于所述橫向器件為橫向雙擴(kuò)散場(chǎng)效應(yīng)管和橫向絕緣柵雙極晶體管中的一種。
全文摘要
本發(fā)明的具有溝槽結(jié)構(gòu)的SOI高壓功率器件芯片的制備方法，首先在SOI基板表面開(kāi)設(shè)凹陷區(qū)和至少一隔離溝槽，再在凹陷區(qū)填充氧化物，并對(duì)隔離溝槽和待制備低壓器件的局部區(qū)域同時(shí)進(jìn)行氧化，使相對(duì)于所述隔離溝槽部位的殘余頂層硅部分全部被氧化，接著再將隔離溝槽填充滿氧化物，隨后進(jìn)行摻雜、淀積在內(nèi)的一系列處理后分別形成作為高壓功率器件和低壓器件漏極、源極和柵極的P型區(qū)域、N型區(qū)域以及柵極區(qū)域，隨后再淀積一氧化層，使得處于SOI基板的頂層硅兩側(cè)的氧化物的厚度接近一致，以形成對(duì)稱結(jié)構(gòu)，最后再生成分別與各P型區(qū)域、N型區(qū)域及柵極區(qū)域相接觸的各金屬子區(qū)域，由此可形成耐700V以上高壓的多器件芯片。
文檔編號(hào)H01L21/77GK101944505SQ201010220360
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者何大偉, 俞躍輝, 夏超, 徐大偉, 王中健, 程新紅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所