帶有部分絕緣埋層的橫向功率器件及制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種帶有部分絕緣埋層的橫向功率器件，包括支撐襯底、位于所述支撐襯底表面的絕緣埋層和位于所述絕緣埋層表面的有源層；所述絕緣埋層包括一摻雜窗口；所述支撐襯底包括第一摻雜埋層和第二摻雜埋層，所述第一摻雜埋層位于漏區(qū)的下方，所述第二摻雜埋層位于源區(qū)下方，所述第二摻雜埋層到所述絕緣埋層的距離大于所述第一摻雜埋層到所述絕緣埋層的距離。為實(shí)現(xiàn)上述帶有部分絕緣埋層的橫向功率器件，本發(fā)明同時(shí)提供一種制作方法，采用兩次離子注入在支撐襯底內(nèi)形成雙埋層，在所述支撐襯底表面刻蝕以形成摻雜窗口。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，提高了器件的擊穿電壓，并且能夠通過(guò)摻雜窗口將產(chǎn)生的熱量從襯底散出，加快熱量耗散，提高器件的可靠性。
【專利說(shuō)明】帶有部分絕緣埋層的橫向功率器件及制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種帶有部分絕緣埋層的橫向功率器件及制作方法，特別涉及一種帶有部分絕緣埋層的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件及制作方法，屬于微電子與固體電子學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]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。
[0003]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等功能，因此高壓器件和低壓邏輯器件必須集成在一塊芯片上。絕緣體上硅作為一種理想的介質(zhì)隔離材料，可以有效的實(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)，而且絕緣體上硅隔離區(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，絕緣體上硅技術(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)有廣泛的應(yīng)用前景。
[0004]集成600V以上絕緣體上硅高壓功率器件的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。與體硅高壓器件相比，常規(guī)絕緣體上硅高壓器件由于其介質(zhì)埋層的存在，阻止了耗盡層向襯底擴(kuò)展，其縱向擊穿電壓較低。通常200V及其以下絕緣體上硅高壓器件的設(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。器件的擊穿電壓由橫向耐壓和縱向耐壓共同決定，橫向耐壓可以通過(guò)增加漂移區(qū)長(zhǎng)度來(lái)獲得。器件的縱向耐壓正比于埋氧層和頂層硅的厚度，增加頂層硅會(huì)導(dǎo)致隔離困難，增加埋氧層厚度會(huì)導(dǎo)致散熱問(wèn)題。絕緣體上硅功率器件還存在另一個(gè)重要問(wèn)題，就是二氧化硅的熱導(dǎo)率只有體硅的百分之一，功率器件涉及高電壓大電流，因此開(kāi)態(tài)時(shí)，體硅器件可以通過(guò)襯底將熱量散開(kāi)，而絕緣體上硅襯底由于埋氧層的存在，使得熱量耗散的很慢，由于熱量在體區(qū)積累，容易導(dǎo)致很多可靠性問(wèn)題，甚至?xí)鸾饘偃廴?，徹底破壞器件?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種帶有部分絕緣埋層的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件及制作方法，能夠?qū)㈦妶?chǎng)引入襯底，避免電場(chǎng)集中，提高器件的擊穿電壓，并且能夠通過(guò)摻雜窗口將產(chǎn)生的熱量從襯底散出，加快熱量耗散，提高器件的可靠性。
[0006]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種帶有部分絕緣埋層的橫向功率器件，包括具有第一導(dǎo)電類型的支撐襯底、位于所述支撐襯底表面的絕緣埋層和位于所述絕緣埋層表面的有源層；所述有源層包括柵區(qū)、分別位于所述柵區(qū)兩側(cè)的源區(qū)和漏區(qū)，所述源區(qū)與所述漏區(qū)具有第二導(dǎo)電類型；所述絕緣埋層包括摻雜窗口，所述摻雜窗口位于所述漏區(qū)下方，所述摻雜窗口填充有具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料；所述支撐襯底包括第一摻雜埋層和第二摻雜埋層，所述第一摻雜埋層位于所述漏區(qū)的下方，所述第二摻雜埋層位于所述源區(qū)下方，所述第二摻雜埋層到所述絕緣埋層的距離大于所述第一摻雜埋層到所述絕緣埋層的距離，所述第一摻雜埋層和所述第二摻雜埋層均具有第二導(dǎo)電類型。
[0007]可選地，所述有源層還包括阱區(qū)和漂移區(qū)，所述阱區(qū)位于所述柵區(qū)之下，所述阱區(qū)具有第一導(dǎo)電類型，所述漂移區(qū)位于所述阱區(qū)與所述漏區(qū)之間，所述漂移區(qū)具有第二導(dǎo)電類型。
[0008]可選地，所述第一導(dǎo)電類型為N型，所述第二導(dǎo)電類型為P型。
[0009]可選地，所述第一導(dǎo)電類型為P型，所述第二導(dǎo)電類型為N型。
[0010]本發(fā)明還提供了一種帶有部分絕緣埋層的橫向功率器件的制作方法，包括如下步驟:提供一具有第一導(dǎo)電類型的支撐襯底；在所述支撐襯底表面進(jìn)行第一次離子注入，在擬形成漏區(qū)的區(qū)域相對(duì)應(yīng)位置形成具有第二導(dǎo)電類型的第一摻雜埋層；在所述支撐襯底表面進(jìn)行第二次離子注入，在擬形成源區(qū)的區(qū)域相對(duì)應(yīng)位置形成具有第二導(dǎo)電類型的第二摻雜埋層，第二次離子注入深度大于第一次離子注入深度；在所述第二摻雜埋層上方的支撐襯底表面相對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行刻蝕；在所述刻蝕區(qū)域進(jìn)行沉積形成絕緣埋層；所述支撐襯底與一器件襯底鍵合；減薄所述器件襯底形成有源層。
[0011]可選地，所述帶有部分絕緣埋層的橫向功率器件的制作方法，還包括在第二次離子注入后進(jìn)行退火。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，本器件在傳統(tǒng)的部分帶有絕緣埋層的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)上，在支撐襯底中增加了 2層摻雜埋層并在絕緣埋層中形成摻雜窗口。加入的2層摻雜埋層和絕緣埋層中形成摻雜窗口在支撐襯底內(nèi)形成了 3個(gè)反型的PN結(jié)，用以承擔(dān)一部分縱向電場(chǎng)，并調(diào)制漂移區(qū)電場(chǎng)，將表面電勢(shì)引入支撐襯底，能夠降低表面電場(chǎng)、避免提前擊穿、提高器件的擊穿電壓，并且，能夠通過(guò)摻雜窗口將產(chǎn)生的熱量從支撐襯底散出，加快熱量耗散，提高器件的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]附圖1示出根據(jù)【具體實(shí)施方式】的帶有部分絕緣埋層的橫向功率器件的示意圖。
[0014]附圖2至附圖13示出根據(jù)【具體實(shí)施方式】的帶有部分絕緣埋層的橫向功率器件的制作方法的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的帶有部分絕緣埋層的橫向功率器件及制作方法的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說(shuō)明。
[0016]參考附圖1所示是根據(jù)本【具體實(shí)施方式】的帶有部分絕緣埋層的橫向功率器件的示意圖，包括P型支撐襯底15、位于所述P型支撐襯底15表面的絕緣埋層和位于所述絕緣埋層表面的有源層18 ;所述有源層18包括柵區(qū)3、分別位于所述柵區(qū)兩側(cè)的源區(qū)2和漏區(qū)7，所述源區(qū)2與所述漏區(qū)7為N型摻雜；所述絕緣埋層包括埋氧區(qū)12和P型窗口 11，所述P型窗口 11位于所述漏區(qū)7下方；所述P型支撐襯底包括:第一 N型埋層14和第二 N型埋層13，所述第一 N型埋層14位于所述漏區(qū)7的下方，所述第二 N型埋層13位于所述源區(qū)2下方，所述第二 N型埋層13到所述絕緣埋層的距離大于所述第一 N型埋層14到所述絕緣埋層的距離。
[0017]其中，所述有源層18還包括:場(chǎng)氧化層4、P阱10、N型漂移區(qū)8、源極金屬1、漏極金屬6和柵極金屬5，所述P阱10位于所述柵區(qū)3之下，所述N型漂移區(qū)8位于所述P阱10與所述漏區(qū)7之間。
[0018]其中，該帶有部分絕緣埋層的橫向功率器件還包括P型體接觸區(qū)9，所述P型體接觸區(qū)9位于所述源區(qū)2旁，與所述P阱10相接觸，用于引出P阱10聚集的多余電荷，避免浮體效應(yīng)。
[0019]本發(fā)明提供的帶有部分絕緣埋層的橫向功率器件的工作原理如下:當(dāng)源極和柵極短接，漏端加上電壓時(shí)，在器件的橫向方向，電壓集中在源端的P阱10和N型漂移區(qū)8形成的反向PN結(jié)上，在縱向上電場(chǎng)集中在P型窗口 11形成的反向PN結(jié)上，隨著漏端的電壓增加，P型支撐襯底靠近漏端處將全部耗盡，電勢(shì)落在第一 N型埋層14上，并通過(guò)第一 N型埋層14形成的等電位將電勢(shì)引入源極下方的P型支撐襯底15，隨著漏電壓進(jìn)一步增加，P型支撐襯底15會(huì)逐漸耗盡，電勢(shì)落到N型第二埋層13上，可以將電勢(shì)進(jìn)一步的引入支撐襯底。當(dāng)漏壓增加時(shí)，2層P緩沖層和2層N型埋層實(shí)現(xiàn)全耗盡。當(dāng)漂移區(qū)全耗盡時(shí)，器件耐壓達(dá)到最大值。
[0020]本發(fā)明提供的帶有部分絕緣埋層的橫向功率器件將表面電勢(shì)引入支撐襯底，能夠降低表面電場(chǎng)、避免提前擊穿、提高器件的擊穿電壓，并且，能夠通過(guò)摻雜窗口將產(chǎn)生的熱量從支撐襯底散出，加快熱量耗散，提高帶有部分絕緣埋層的橫向功率器件的可靠性。該器件高壓部分在60微米漂移區(qū)長(zhǎng)度下即可承受800V以上耐壓，并具備比傳統(tǒng)器件更低的開(kāi)態(tài)電阻，更好的散熱。
[0021]以下詳述附圖2至附圖13所示根據(jù)本具體實(shí)施例的帶有部分絕緣埋層的橫向功率器件的制作方法。本發(fā)明的帶有部分絕緣埋層的橫向功率器件的制作方法至少包括以下步驟:
參考附圖2所示，提供一 P型支撐襯底15。本【具體實(shí)施方式】中。所述半導(dǎo)體為單晶硅。在其他的實(shí)施方式中，所述半導(dǎo)體也可以是鍺硅、應(yīng)變硅以及其他化合物半導(dǎo)體，如氮化鎵或者砷化鎵等。也可以是上述以及其他常見(jiàn)的半導(dǎo)體材料組成的多層復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)。
[0022]參考附圖3所示，在所述P型支撐襯底15的表面上形成圖形化的第一掩膜層16，形成第一離子注入窗口 19 ;以所述第一掩膜層16為掩膜進(jìn)行第一次離子注入，采用磷離子注入形成第一 N型埋層14。
[0023]其中，掩膜式離子注入是對(duì)整個(gè)硅片進(jìn)行均勻地地毯式注入，離子注入的掩蔽膜可以是SiO2膜，也可以是光刻膠等其他薄膜。掩膜方式用于摻雜的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高，設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，控制容易，所以應(yīng)用比較早，工藝比較成熟。
[0024]參考附圖4所示，除去第一掩膜層16 ;在所述P支撐襯底15的表面上形成圖形化的第二掩膜層17，形成第二離子注入窗口 20 ；以所述第二掩膜層17為掩膜進(jìn)行第二次離子注入，第二次離子注入深度大于第一次離子注入深度，采用磷離子注入形成第二 N型埋層13。
[0025]參考附圖5所示，除去第二掩膜層17，并進(jìn)行退火，從而形成襯底雙埋層。由于采用離子注入技術(shù)進(jìn)行摻雜的硅片會(huì)產(chǎn)生晶格損傷，所以對(duì)其進(jìn)行退火有利于提高器件性能，使得注入的雜質(zhì)轉(zhuǎn)入替位位置以實(shí)現(xiàn)電激活。[0026]參考附圖6所示，在所述P型支撐襯底15表面、第二 N型埋層13的上方相對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行表面刻蝕，形成P型窗口 11。
[0027]參考附圖7所示，在所述P型支撐襯底15表面的刻蝕處沉積二氧化硅，形成埋氧層12，埋氧層為不連續(xù)絕緣埋層，與P型窗口 11接觸。
[0028]參考附圖8所示，所述P型支撐襯底15與一硅片鍵合，減薄所述硅片形成有源層18。
[0029]參考附圖9所示，在所述有源層18表面且位于第一 N型埋層14上方，進(jìn)行淺摻雜磷注入，形成N型漂移區(qū)8。利用多次離子注入方式對(duì)所述有源層18表面除N型漂移區(qū)8以外的部分離子注入硼，形成P阱10。
[0030]參考附圖10所示，在所述有源層18表面生長(zhǎng)場(chǎng)氧化層4，并在柵氧化材料上淀積多晶硅、摻雜形成多晶硅柵材料，在P阱10上靠近N型漂移區(qū)8的一端制作出柵區(qū)3。
[0031]參考附圖11所示，在所述第二 N型埋層13上方，通過(guò)離子注入在P阱10上形成體接觸區(qū)9和源區(qū)2。
[0032]參考附圖12所示，在所述第一 N型埋層14上方，通過(guò)離子注入在N型漂移區(qū)8上遠(yuǎn)離柵區(qū)的一端形成漏區(qū)7，從而完成有源層18的制作。
[0033]其中，制作P阱10、柵區(qū)3、源區(qū)2、體接觸區(qū)9和漏區(qū)7采用離子注入、刻蝕等常規(guī)半導(dǎo)體工藝，本實(shí)施例僅是一種優(yōu)選的步驟方法，具體制作時(shí)也可以有其他的變化。
[0034]參考附圖13所示，在有源層18上表面覆蓋場(chǎng)氧化層。在所述場(chǎng)氧化層上刻蝕出窗口，并刻出源區(qū)2、漏區(qū)7和柵區(qū)3的接觸孔，然后淀積金屬并進(jìn)行刻蝕，形成橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的源極金屬1、漏極金屬6和柵極金屬5，最后，淀積氮化硅，生成鈍化層。
[0035]綜上所述，本發(fā)明克服了傳統(tǒng)的帶有部分絕緣埋層的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件的電場(chǎng)集中、熱量耗散慢等問(wèn)題，在傳統(tǒng)器件的基礎(chǔ)上，在支撐襯底中增加了 2層摻雜埋層并在絕緣埋層中形成摻雜窗口。加入的2層摻雜埋層和絕緣埋層中形成摻雜窗口在支撐襯底內(nèi)形成了 3個(gè)反型的PN結(jié)，用以承擔(dān)一部分縱向電場(chǎng)，并調(diào)制漂移區(qū)電場(chǎng)，將表面電勢(shì)引入支撐襯底，能夠降低表面電場(chǎng)、避免提前擊穿、提高器件的擊穿電壓，并且，能夠通過(guò)摻雜窗口將產(chǎn)生的熱量從支撐襯底散出，加快熱量耗散，提高帶有部分絕緣埋層的橫向功率器件的可靠性。
[0036]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種帶有部分絕緣埋層的橫向功率器件，包括具有第一導(dǎo)電類型的支撐襯底、位于所述支撐襯底表面的絕緣埋層和位于所述絕緣埋層表面的有源層； 所述有源層包括柵區(qū)、分別位于所述柵區(qū)兩側(cè)的源區(qū)和漏區(qū)，所述源區(qū)與所述漏區(qū)具有第二導(dǎo)電類型； 其特征在于，所述絕緣埋層包括摻雜窗口，所述摻雜窗口位于所述漏區(qū)下方，所述摻雜窗口填充有具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料； 所述支撐襯底包括第一摻雜埋層和第二摻雜埋層，所述第一摻雜埋層位于所述漏區(qū)的下方，所述第二摻雜埋層位于所述源區(qū)下方，所述第二摻雜埋層到所述絕緣埋層的距離大于所述第一摻雜埋層到所述絕緣埋層的距離，所述第一摻雜埋層和所述第二摻雜埋層均具有第二導(dǎo)電類型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有部分絕緣埋層的橫向功率器件，其特征在于，所述有源層還包括阱區(qū)和漂移區(qū)；所述阱區(qū)位于所述柵區(qū)之下，所述阱區(qū)具有第一導(dǎo)電類型；所述漂移區(qū)位于所述阱區(qū)與所述漏區(qū)之間，所述漂移區(qū)具有第二導(dǎo)電類型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有部分絕緣埋層的橫向功率器件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電類型為N型，所述第二導(dǎo)電類型為P型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有部分絕緣埋層的橫向功率器件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電類型為P型，所述第二導(dǎo)電類型為N型。
5.一種帶有部分絕緣埋層的橫向功率器件的制作方法，其特征在于，包括如下步驟: 提供一具有第一導(dǎo)電類型的支撐襯底； 在所述支撐襯底表面進(jìn)行第一次離子注入，在擬形成漏區(qū)的區(qū)域相對(duì)應(yīng)位置形成具有第二導(dǎo)電類型的第一摻雜埋層； 在所述支撐襯底表面進(jìn)行第二次離子注入，在擬形成源區(qū)的區(qū)域相對(duì)應(yīng)位置形成具有第二導(dǎo)電類型的第二摻雜埋層，第二次離子注入深度大于第一次離子注入深度； 在所述第二摻雜埋層上方的支撐襯底表面相對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行刻蝕； 在刻蝕區(qū)域進(jìn)行沉積形成絕緣埋層； 所述支撐襯底與一器件襯底鍵合； 所述器件襯底減薄形成有源層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶有部分絕緣埋層的橫向功率器件的制作方法，其特征在于，還包括在第二次離子注入后進(jìn)行退火。
【文檔編號(hào)】H01L29/06GK103745996SQ201310744626
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】魏星, 夏超, 狄增峰, 方子韋 申請(qǐng)人:上海新傲科技股份有限公司