專利名稱：高壓bcd工藝中高壓器件的隔離結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種高壓B⑶工藝中高壓器件的隔離結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種1200V量級的高壓BCD工藝中高壓器件的隔離結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
B⑶工藝是一種單片集成工藝技術(shù)，這種技術(shù)能夠在同一芯片上制作Bipolar、CMOS和DMOS器件，簡稱為B⑶工藝。由于B⑶工藝綜合了以上三種器件各自的優(yōu)點，這使BCD工藝成為集成電路的主流工藝技術(shù)。BCD工藝技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了多年，有許多成熟的工藝方案。BCD工藝可以對于不同的電路選擇不同的器件來達到相應(yīng)電子電路器件的最優(yōu)化，實現(xiàn)整個電路的低功耗、高集成度、高速度、高驅(qū)動能力的要求。BCD工藝是電源管理、顯示驅(qū)動、汽車電子等IC制造工藝的上佳選擇，具有廣闊的市場前景。 隨著國家節(jié)能降耗力度的加大，大功率半導(dǎo)體分立器件產(chǎn)業(yè)保持著持續(xù)、快速、穩(wěn)定的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷壯大，以高壓集成電路為核心高壓功率開關(guān)器件的電力電子功率模塊和組件獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)正沿著高電壓、高功率、高密度三個不同研究方向發(fā)展。其中應(yīng)用于三相交流380V或440V、480V供電的變頻電機驅(qū)動回路中的高壓集成電路，就是采用1200V高壓B⑶工藝產(chǎn)品。對于1200V高電壓B⑶工藝，除了關(guān)鍵的1200V高壓LDMOS器件的開發(fā)外，還必須開發(fā)具有能使這些高壓器件所在外延島能得到有效隔離的隔離結(jié)構(gòu)，同時，還必須考慮到這些高壓器件鋁布線上的高壓對硅表面所引起的寄生效應(yīng)，如1200V器件鋁布線和硅表面的寄生開啟電壓也必須大于1200V。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種高壓BCD工藝中高壓器件的隔離結(jié)構(gòu)，使BCD高壓器件所在外延島能得到有效隔離，并提高BCD工藝中高壓器件如LDMOS晶體管等器件的擊穿電壓，而且在最小場氧化層的厚度下，使高壓器件鋁布線和硅表面的寄生開啟電壓可以達到1200V以上，從而改善整個高壓B⑶工藝硅表面氧化層臺階的平坦度，提高產(chǎn)品的可靠性。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種高壓BCD工藝中高壓器件的隔離結(jié)構(gòu)，包括具有第一摻雜類型的半導(dǎo)體襯底；具有第二摻雜類型的外延層，位于所述半導(dǎo)體襯底上，所述第一摻雜類型和第二摻雜類型相反；具有第一摻雜類型的隔離區(qū)，貫穿所述外延層并延伸至所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)，所述隔離區(qū)的摻雜濃度與所述外延層的摻雜濃度為同一數(shù)量級；場氧化層，位于所述隔離區(qū)上?？蛇x地，所述高壓器件在擊穿時所述隔離區(qū)和所述高壓器件所在的外延島電荷完全耗盡，所述外延島指的是相鄰隔離區(qū)之間的外延層。[0011]可選地，所述場氧化層的厚度為6000~ 18000A?？蛇x地，所述外延層為疊層結(jié)構(gòu)?？蛇x地，所述外延層為2層的疊層結(jié)構(gòu)，包括相疊的第一外延層和第二外延層?？蛇x地，所述第一外延層的厚度為3· (Γ15. O μ m，電阻率為I. (TlO Ω · cm ;所述第二外延層的厚度為3. 0 15· O μ m，電阻率為I. 0 4· O Ω · cm?？蛇x地，所述第一摻雜類型為P型，第二摻雜類型為N型?？蛇x地，所述隔離結(jié)構(gòu)還包括具有第一摻雜類型的隔離表面區(qū)，位于所述場氧化層下的外延層表面。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點·本實用新型實施例的高壓BCD工藝中高壓器件的隔離結(jié)構(gòu)中，隔離區(qū)的摻雜濃度與外延層的摻雜濃度為同一數(shù)量級，使得隔離區(qū)之間的外延島的濃度與隔離區(qū)接近平衡狀態(tài)，在器件高壓擊穿時隔離區(qū)和高壓器件所在的外延島電荷接近完全耗盡，使得外延島上的高壓器件擊穿點發(fā)生在縱向外延結(jié)面上，因此可以提高諸如LDMOS晶體管等器件的擊穿電壓。進一步地，本實用新型實施例中的隔離區(qū)的摻雜濃度比常規(guī)隔離結(jié)濃度低，載流子濃度相應(yīng)也較低，而且在器件高壓擊穿時隔離區(qū)中的電荷接近耗盡，由MOS電容CV理論可知，當載流子濃度較小時，在相同開啟電壓下，MOS電容的氧化層厚度較薄，例如在1200V量級高壓BCD工藝中，高壓器件鋁布線下的場氧化層厚度可以較小，隔離結(jié)構(gòu)仍然能夠承受1200V的寄生擊穿耐壓，從而改善整個高壓B⑶工藝硅表面氧化層臺階的平坦度，提高產(chǎn)品的可靠性。另外，本實用新型實施例中的隔離結(jié)構(gòu)在縱向分多次形成，由位于半導(dǎo)體襯底中的埋層、多個外延層中的隔離區(qū)域相接而成，可以減小隔離區(qū)的橫向擴散尺寸，節(jié)省版圖面積。此外，對于P型摻雜的隔離區(qū)，在場氧化層下方還可以形成P型摻雜的隔離表面區(qū)，防止在形成場氧化層時的吸硼作用使得隔離結(jié)構(gòu)的表面雜質(zhì)濃度降低而導(dǎo)致隔離結(jié)構(gòu)的漏電現(xiàn)象。

圖I是本實用新型實施例的高壓BCD工藝中高壓器件的隔離結(jié)構(gòu)的制造方法的流程不意圖；圖2至圖8是本實用新型實施例的高壓B⑶工藝中高壓器件的隔離結(jié)構(gòu)的制造方法中各步驟對應(yīng)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例和附圖對本實用新型作進一步說明，但不應(yīng)以此限制本實用新型的保護范圍。圖I示出了本實施例的高壓BCD工藝中高壓器件的隔離結(jié)構(gòu)的制造方法的流程示意圖，包括步驟S11，提供具有第一摻雜類型的半導(dǎo)體襯底；步驟S12，在所述半導(dǎo)體層上形成具有第二摻雜類型的外延層，并在所述外延層中形成具有第一摻雜類型的隔離區(qū)，所述隔離層貫穿所述外延層并延伸至所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)，所述隔離區(qū)的摻雜濃度與所述外延層的摻雜濃度為同一數(shù)量級，所述第一摻雜類型與第二摻雜類型相反；步驟S13，在所述隔離區(qū)上形成場氧化層。其中第一摻雜類型是P型和N型摻雜中的一種，第二摻雜類型為P型和N型中的另一種，本實施例中第一摻雜類型為P型，第二摻雜類型為N型，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，上述兩種摻雜類型可以互換。下面結(jié)合圖I和圖2至圖8對本實施例的高壓B⑶工藝中高壓器件的隔離結(jié)構(gòu)的制造方法進行詳細說明。首先參考圖2，提供P型摻雜的半導(dǎo)體襯底10，在其中形成P型摻雜的第一埋層12和N型摻雜的第二埋層11。其中，半導(dǎo)體襯底10例如可以是〈100〉晶向的硅襯底，電阻率為1(Γ300Ω ·αιι，初始氧化的氧化層厚度為O. 2^0. 6 μ米之間可選。第一埋層12和第二埋層11的形成過程可以包括用光刻版定位出N型摻雜的第二埋層11的區(qū)域，之后進行離子注入，注入離子例如可以為銻離子，注入能量為60KeV，劑量在1E15 2E15/cm2之間可選，之后進行退火，退火溫度為120(Tl250°C之間可選，時間在O. 5 2H之間可選；用光刻版定位出P型摻雜的第一埋層12的區(qū)域，之后進行離子注入，注入離子例如可以是硼離子，注入能量為6(Tl00KeV，劑量在lE12 lE14/cm2之間可選，之后進行退火，退火溫度為ΚΚΚΓ ΙΟΟ 之間可選，時間在0.5 2H之間可選。其中，P型摻雜的第一埋層12作為隔離區(qū)的第一層。參考圖3,在半導(dǎo)體襯底10上生長N型摻雜的第一外延層13,覆蓋第一埋層12和第二埋層11。具體包括在形成第一外延層13之前，可以用I :l(Tl :20的HF酸進行清洗，然后生長第一外延層13，其厚度為3. (Γ15. Oym,電阻率為I. 0 10 Ω · cm。參考圖4，對第一外延層13進行離子注入，形成P型摻雜的第一隔離區(qū)14，作為隔離區(qū)的第二層。具體包括生長薄氧化層，厚度為300A至600A之間可選；之后使用光刻版定位第一隔離區(qū)14并進行離子注入，注入的離子例如可以是硼離子，注入能量為60 IOOKeV,劑量為1E12 lE14/cm2，之后進行退火，退火溫度為100(Tll0(TC之間可選，時間為
O.5 2H之間可選。參考圖5,在第一外延層13上生長N型摻雜的第二外延層15。具體可以包括在生長第二外延層15之前，使用I : l(Tl: 20的HF酸進行清洗，然后使用外延生長等方法生長第二外延層15，其厚度為3. (Γ15. O μ m，電阻率為I. 0 4· O Ω · cm。參考圖6，對第二外延層15進行離子注入，在其中形成P型摻雜的第二隔離區(qū)16，作為隔離區(qū)的第三層。具體可以包括生長薄氧化層，厚度為300A 600A之間可選；之后用光刻版定位第二隔離區(qū)16的區(qū)域并進行離子注入，注入的離子例如可以是硼離子，注入能量為6(Tl00KeV，劑量為1E12 lE14/cm2可選，之后進行退火，退火溫度為100(Tll00°C之間可選，時間在O. 5^2H之間可選，然后繼續(xù)在溫度為1200°C的氮氣和氧氣氣氛下各退火2 ，使得第二隔離區(qū)16、第一隔離區(qū)14擴散相接形成隔離區(qū)并與第一埋層12接觸。退火推結(jié)后的隔離區(qū)(包括第一隔離區(qū)14、第二隔離區(qū)16)的摻雜濃度與第一外延層13和第二外延層15為同一數(shù)量級。[0038]參考圖7，在第二外延層15上生長墊氧化層(其材料可以是Si02)101，在墊氧化層101上形成選擇氧化介質(zhì)層(其材料可以是SiN) 102，墊氧化層101的厚度為250~400A之間可選，選擇氧化介質(zhì)層102的厚度為1000 1500A之間可選；之后使用有源區(qū)光刻版定位氧化區(qū)，并用干法刻蝕等方法刻蝕出選擇氧化區(qū)。之后使用隔離掩模板進行光刻，用光刻膠和選擇氧化介質(zhì)層102作為掩蔽層，對第二外延層15表面進行離子注入，形成P型摻雜的隔離表面區(qū)17，注入離子可以是硼離子，注入能量為25 50KeV，劑量為5E13 5E14/cm2。其中，隔離表面區(qū)17可以作為隔離區(qū)的第四層。之后參考圖8，在隔離表面區(qū)17上形成場氧化層18，其形成方法可以是硅的選擇氧化(L0C0S)，其厚度為6000 18000A,同時也完成隔離表面區(qū)17的注入的退火。需要說明的是，本實施例中，第一隔離區(qū)14、第二隔離區(qū)16都是P型摻雜的，為了防止形成場氧化層18的吸硼作用使得隔離結(jié)構(gòu)的表面摻雜濃度減小，可以在場氧化層18 下方形成隔離表面區(qū)17，以加大其摻雜濃度。如果第一隔離區(qū)14、第二隔離區(qū)16選用N型摻雜的，則無需形成隔離表面區(qū)17，在第二隔離區(qū)16上直接形成場氧化層18即可。之后，可以按照常規(guī)B⑶工藝流程繼續(xù)制作器件，例如LDMOS晶體管等。至此，本實施例中所形成的隔離結(jié)構(gòu)如圖8所示，包括P型摻雜的襯底；N型摻雜的外延層(本實施例中包括相疊的第一外延層13和第二外延層15)，位于半導(dǎo)體襯底10上；P型摻雜的隔離區(qū)(本實施例中包括隔離表面區(qū)17、第二隔離區(qū)16、第一隔離區(qū)14、第一埋層12)，貫穿整個外延層并延伸至半導(dǎo)體襯底10內(nèi)，該隔離區(qū)的摻雜濃度與外延層的摻雜濃度為同一數(shù)量級；場氧化層18，位于隔離區(qū)上，本實施例中具體位于隔離表面區(qū)17之上。在高壓器件擊穿時，隔離區(qū)和高壓器件所在的外延島電荷完全耗盡，其中外延島指的是相鄰隔離區(qū)之間的外延層。需要說明的是，電荷完全耗盡包括在誤差允許范圍內(nèi)的接近耗盡的情況。在本實施例中，第一外延層13和第二外延層15共同組成了疊層的外延層，并且在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成了第一埋層12，在形成每一外延層之后在其中進行離子注入形成相應(yīng)的隔離區(qū)域，之后經(jīng)過退火推結(jié)擴散，使得每一外延層中的隔離區(qū)域以及第一埋層12相接后形成完整的隔離區(qū)。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，外延層中疊層的數(shù)量并不限于2層，例如也可以是I層、3層等。本實施例的技術(shù)方案可以實現(xiàn)1200V量級的LDMOS晶體管和1200V量級高壓到集成的隔離結(jié)構(gòu)，適用于1200V以上的高壓BCD工藝。其中隔離區(qū)通過兩次外延、兩次離子注入來形成，可以減小橫向擴散尺寸，節(jié)省版圖面積，同時隔離表面區(qū)的形成可以防止生長場氧化層時的吸硼作用使得隔離區(qū)表面雜質(zhì)濃度變淡而引起的隔離結(jié)構(gòu)漏電現(xiàn)象。另外，隔離區(qū)的摻雜濃度與外延島的摻雜濃度可以通過工藝調(diào)節(jié)接近平衡狀態(tài)，在器件高壓擊穿時隔離區(qū)和高壓器件所在外延島電荷接近完全耗盡，使得外延島上的高壓器件擊穿點發(fā)生在縱向外延結(jié)面上，因此可以提高1200V高壓LDMOS晶體管的擊穿電壓。此外，由于整個隔離區(qū)的摻雜濃度比常規(guī)的隔離結(jié)構(gòu)小，載流子濃度也小，而且在器件高壓擊穿時隔離區(qū)中的電荷接近耗盡，由MOS電容CV理論可知，當載流子濃度較小時，在相同的開啟電壓下，MOS電容的氧化層厚度可以做得較薄，在1200V高壓BCD隔離結(jié)構(gòu)上，也即高壓器件鋁布線下的場氧化層的厚度可以較小，隔離區(qū)仍然能夠承受1200V的寄生擊穿耐壓，從而改善整個高壓BCD工藝硅表面氧化層臺階的平坦化，提高產(chǎn)品的可靠性。本實用新型雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本實用新型，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本實用新型的保護范圍應(yīng)當以 本實用新型權(quán)利要求所界定的范圍為準。
權(quán)利要求1.一種高壓B⑶工藝中高壓器件的隔離結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括 具有第一摻雜類型的半導(dǎo)體襯底； 具有第二摻雜類型的外延層，位于所述半導(dǎo)體襯底上，所述第一摻雜類型和第二摻雜類型相反； 具有第一摻雜類型的隔離區(qū)，貫穿所述外延層并延伸至所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)，所述隔離區(qū)的摻雜濃度與所述外延層的摻雜濃度為同一數(shù)量級； 場氧化層，位于所述隔離區(qū)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓BCD工藝中高壓器件的隔離結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述高壓器件在擊穿時所述隔離區(qū)和所述高壓器件所在的外延島電荷完全耗盡，所述外延島指的是相鄰隔離區(qū)之間的外延層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓BCD工藝中高壓器件的隔離結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述場氧化層的厚度為6000 I 8000A-
4.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的高壓BCD工藝中高壓器件的隔離結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述外延層為疊層結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓BCD工藝中高壓器件的隔離結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述外延層為2層的疊層結(jié)構(gòu)，包括相疊的第一外延層和第二外延層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高壓BCD工藝中高壓器件的隔離結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一外延層的厚度為3.(Γ 5.0μπι，電阻率為1.(Γ10Ω · cm;所述第二外延層的厚度為3.0 15· O μ m，電阻率為 I. 0 4· O Ω .cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓BCD工藝中高壓器件的隔離結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一摻雜類型為P型，第二摻雜類型為N型。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高壓B⑶工藝中高壓器件的隔離結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括 具有第一摻雜類型的隔離表面區(qū)，位于所述場氧化層下的外延層表面。
專利摘要本實用新型提供了一種高壓BCD工藝中高壓器件的隔離結(jié)構(gòu)，包括具有第一摻雜類型的半導(dǎo)體襯底；具有第二摻雜類型的外延層，位于所述半導(dǎo)體襯底上，所述第一摻雜類型和第二摻雜類型相反；具有第一摻雜類型的隔離區(qū)，貫穿所述外延層并延伸至所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)，所述隔離區(qū)的摻雜濃度與所述外延層的摻雜濃度為同一數(shù)量級；場氧化層，位于所述隔離區(qū)上。本實用新型能夠使BCD高壓器件所在外延島得到有效隔離，提高BCD工藝中高壓器件的擊穿電壓，而且在最小場氧化層的厚度下，使高壓器件鋁布線和硅表面的寄生開啟電壓可以達到1200V以上，從而改善整個高壓BCD工藝硅表面氧化層臺階的平坦度，提高產(chǎn)品的可靠性。
文檔編號H01L21/76GK202616219SQ20122024747
公開日2012年12月19日 申請日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者聞永祥, 張邵華, 江宇雷, 孫樣慧, 俞國強 申請人:杭州士蘭集成電路有限公司, 杭州士蘭微電子股份有限公司