本發(fā)明屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種SOI橫向高壓器件及其制造方法。

背景技術(shù)：

相較于常規(guī)的體硅技術(shù)，SOI技術(shù)具有高速、低功耗、高集成度、寄生效應(yīng)小、隔離特性良好、閉鎖效應(yīng)小以及強抗輻射能力等優(yōu)點，使集成電路的可靠性和抗軟失誤能力大大提高，從而正逐漸成為制造高速度、低功耗、高集成度和高可靠性的集成電路的主流技術(shù)。

以SOI橫向高壓器件為基礎(chǔ)的SOI高壓集成電路(High Voltage IC，簡稱HVIC)，作為智能功率集成電路(Smart Power IC，簡稱SPIC)領(lǐng)域的一個新興分支，近年來得到了迅速的發(fā)展。然而，SOI橫向高壓器件較低的縱向耐壓限制了其在HVIC中的應(yīng)用，根據(jù)SOI介質(zhì)場增強(ENhanced DIelectric layer Field，簡稱ENDIF)普適理論，采用超薄頂層硅可提高SOI器件的縱向耐壓，但同時也導(dǎo)致了較大的比導(dǎo)通電阻。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種SOI低阻橫向高壓器件及其制造方法，能夠保持器件高擊穿電壓的同時降低器件比導(dǎo)通電阻。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種SOI橫向高壓器件的制造方法，包括以下步驟：

步驟1：選擇SOI材料，該材料包括Si襯底層、埋氧層以及絕緣體上硅層；

步驟2：在絕緣體上硅層上進行漂移區(qū)的兩段式線性變摻雜，通過注入N型雜質(zhì)形成不同變化斜率的絕緣體上硅層與薄硅層漂移區(qū)；

步驟3：在N型分段式線性變摻雜漂移區(qū)上進行局部氧化，形成薄硅層區(qū)，即厚介質(zhì)層；

步驟4：在N型分段式線性變摻雜漂移區(qū)上進行硼注入，形成Pwell區(qū)；

步驟5：在N型分段式線性變摻雜漂移區(qū)上進行磷注入，形成Nwell區(qū)；

步驟6：在N型分段式線性變摻雜漂移區(qū)形成柵極前，近柵極的位置表面生長一層場氧化層，形成柵氧化層；

步驟7：淀積多晶硅，形成多晶硅柵電極；

步驟8：利用同一道掩膜版，利用高能離子注入進行N型雜質(zhì)注入，嚴格控制注入能量與注入時間，形成N條；利用離子注入進行P型雜質(zhì)注入，嚴格控制注入能量與注入時間，形成P條；從而N條和P條構(gòu)成豎直方向的超結(jié)結(jié)構(gòu)；

步驟9：進行第一P型重摻雜區(qū)、第一N型重摻雜區(qū)以及第二N型重摻雜區(qū)的注入，形成歐姆接觸，引出電極；

步驟10：第一層接觸孔刻蝕，淀積鋁金屬，形成源極接觸電極與漏極接觸電極。

作為優(yōu)選方式，漂移區(qū)線性變摻雜為兩段式線性變摻雜，所述兩段式線性變摻雜即實現(xiàn)兩段不同濃度梯度的摻雜，通過設(shè)計漂移區(qū)掩膜版的不同開口寬度來實現(xiàn)。

作為優(yōu)選方式，通過注入能量與注入時間的嚴格控制，使N條、P條與埋氧層上表面相接觸或不接觸、或者N條、P條位于絕緣體上硅層體內(nèi)。

作為優(yōu)選方式，通過設(shè)計掩膜版的不同開口數(shù)量實現(xiàn)P條與N條的多次重復(fù)。

作為優(yōu)選方式，設(shè)計P條與N條掩膜版的不同寬度來實現(xiàn)P條與N條寬度的不同。考慮到氧化層吸硼排磷導(dǎo)致的雜質(zhì)重構(gòu)現(xiàn)象，可通過設(shè)計P條與N條掩膜版的不同寬度實現(xiàn)依然能夠電荷平衡的低阻導(dǎo)通結(jié)構(gòu)，從而在不影響器件耐壓的情況下，降低比導(dǎo)通電阻。

作為優(yōu)選方式，步驟8中N條與P條的形成順序互換，且步驟8必須在高溫過程之后進行，以保證N條與P條形貌的完整性，具體步驟順序根據(jù)不同的工藝進行調(diào)整。

作為優(yōu)選方式，所述步驟1中的襯底為N型硅或P型硅；絕緣體上硅層為N型硅或P型硅。

作為優(yōu)選方式，所述步驟3中進行局部氧化形成薄硅層區(qū)的具體方法為：光刻得到薄硅層區(qū)窗口后，利用局部氧化對該窗口進行填充擴散得到薄硅層區(qū)，即厚介質(zhì)層，再利用平坦化工藝去除漂移區(qū)上多余的氧化部分。

作為優(yōu)選方式，所述步驟10后包括步驟11：進行第二層接觸孔刻蝕得到接觸孔、接觸孔，淀積鋁金屬，分別形成源極場板、漏極場板，從而調(diào)節(jié)器件的表面電場，進一步改善器件的耐壓。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供一種上述制造方法制備的SOI橫向高壓器件，其元胞結(jié)構(gòu)包括襯底、襯底上表面的埋氧層、埋氧層上表面的絕緣體上硅層、絕緣體上硅層左側(cè)的Pwell區(qū)、絕緣體上硅層內(nèi)部的厚介質(zhì)層、沿縱向方向貫穿并嵌入在厚介質(zhì)層右端的第二N型重摻雜區(qū)、縱向上位于厚介質(zhì)層和埋氧層之間的超薄頂層硅、Pwell區(qū)和厚介質(zhì)層之間的N條和P條、位于Pwell區(qū)內(nèi)部的相互獨立的第一P型重摻雜區(qū)和第一N型重摻雜區(qū)、設(shè)置在第一N型重摻雜區(qū)和Pwell區(qū)上表面的柵氧化層、與Pwell區(qū)的上表面相接觸的源極接觸電極、柵氧化層上方的多晶硅柵電極、設(shè)置在第二N型重摻雜區(qū)上表面的漏極接觸電極，所述埋氧層的上表面與絕緣體上硅層和超薄頂層硅的下表面相連接，所述厚介質(zhì)層的下表面與超薄頂層硅的上表面相接觸，所述N條和P條構(gòu)成超結(jié)結(jié)構(gòu)并在豎直方向交替排列地嵌入在N型漂移區(qū)中靠近源端區(qū)域的絕緣體上硅層中，第一P型重摻雜區(qū)和第一N型重摻雜區(qū)的上表面與Pwell區(qū)的上表面相接觸，所述源極接觸電極的右端部分覆蓋N型重摻雜源極區(qū)的右端，所述柵氧化層的左端部分覆蓋第一N型重摻雜區(qū)的左端，柵氧化層不與源極接觸電極相接觸；所述器件的漏端含有Nwell區(qū)。

優(yōu)選的，N條與P條不與埋氧層上表面相接觸；

優(yōu)選的，N條與P條位于絕緣體上硅層體內(nèi)；

優(yōu)選的，P條寬于N條；

優(yōu)選的，P條與N條調(diào)換順序且與埋氧層上表面相接觸；

優(yōu)選的，P條與N條調(diào)換順序且不與埋氧層上表面相接觸；

優(yōu)選的，P條與N條調(diào)換順序且位于絕緣體上硅層體內(nèi)；

優(yōu)選的，P條與N條調(diào)換順序且P條寬于N條；

優(yōu)選的，絕緣體上硅層中無N條與P條；

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明利用局部氧化工藝，嚴格控制時間與雜質(zhì)的量，在SOI橫向高壓器件的N型漂移區(qū)中靠近漏端區(qū)域形成部分超薄頂層硅以提高器件的縱向耐壓。利用高能離子注入，嚴格控制注入能量與注入時間，在靠近源端區(qū)域的絕緣體上硅層中形成交替出現(xiàn)的N條和P條，為開態(tài)電流提供更廣開闊的電流路徑，從而降低器件的比導(dǎo)通電阻；同時利用分段式橫向線性變摻雜技術(shù)形成兩段式摻雜濃度的超薄頂層硅漂移區(qū)和厚硅層漂移區(qū)，調(diào)制各自的表面電場分布，產(chǎn)生額外的電荷來消除襯底輔助耗盡效應(yīng)，極大地降低了比導(dǎo)通電阻，有著較低的導(dǎo)通損耗。該制造方法與傳統(tǒng)工藝兼容性好，具有普適性，制造出的器件能夠有效地減小器件面積、降低器件成本。利用本發(fā)明所述的方法制備的SOI低阻橫向高壓器件，可實現(xiàn)BV＝950V，R_on，sp＝153Ω·cm²，甚至在保持器件耐壓不變時，可實現(xiàn)更低比導(dǎo)通電阻器件的制造。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的SOI低阻橫向高壓器件的三維示意圖；

圖2是本發(fā)明的工藝流程圖；

圖3是本發(fā)明的具體的工藝步驟，其中：

圖3(a)是本發(fā)明的SOI材料結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(b)是本發(fā)明的工藝流程中漂移區(qū)兩段式線性變摻雜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)方法的示意圖；

圖3(c)是本發(fā)明的工藝流程中完成薄硅層區(qū)(即厚介質(zhì)層)的器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(d)是本發(fā)明的工藝流程中形成P阱區(qū)后的器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(e)是本發(fā)明的工藝流程中形成N阱區(qū)后的器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(f)是本發(fā)明的工藝流程中完成柵氧化層生長并平坦化后的器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(g)是本發(fā)明的工藝流程中完成多晶硅淀積形成柵電極后的器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(h)是本發(fā)明的工藝流程中進行N條與P條注入后的器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(i)是本發(fā)明的工藝流程中完成第一P型重摻雜區(qū)、第一N型重摻雜區(qū)以及第二N型重摻雜區(qū)后的器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(j)是本發(fā)明的工藝流程中完成金屬Al的淀積、刻蝕以及平坦化后的器件完整結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是N條與P條交替注入且與埋氧層上表面相接觸的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是N條與P條位于絕緣體上硅層體內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是P條寬于N條的器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是P條與N條調(diào)換順序且不與埋氧層上表面相接觸的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是P條與N條調(diào)換順序且與埋氧層上表面相接觸的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是P條與N條調(diào)換順序且位于絕緣體上硅層體內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是P條與N條調(diào)換順序且P條寬于N條的器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11是絕緣體上硅層中無N條與P條的器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12是引入場板后的器件結(jié)構(gòu)剖面示意圖；

圖13是耐壓950V、比導(dǎo)通電阻153Ω·cm²器件漂移區(qū)兩段式摻雜的曲線圖。

其中，1為襯底、2為埋氧層、3為厚介質(zhì)層、4為絕緣體上硅層、41為第一N型重摻雜區(qū)、42為第二N型重摻雜區(qū)、43為Nwell區(qū)、44為超薄頂層硅、45為N條、5為柵氧化層、6為多晶硅柵電極、7為源極接觸電極、8為漏極接觸電極、9為第一接觸孔、10為介質(zhì)隔離層、11為Pwell區(qū)、12為第一P型重摻雜區(qū)、13為P條、91為第二接觸孔，71為源極場板、81為漏極場板、110為光刻膠。

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。

一種SOI橫向高壓器件的制造方法，包括以下步驟：

步驟1：選擇SOI材料，該材料包括Si襯底層、埋氧層2以及絕緣體上硅層4；

步驟2：在絕緣體上硅層上進行漂移區(qū)的兩段式線性變摻雜，通過注入N型雜質(zhì)形成不同變化斜率的絕緣體上硅層4與薄硅層漂移區(qū)44；

步驟3：在N型分段式線性變摻雜漂移區(qū)上進行局部氧化，形成薄硅層區(qū)，即厚介質(zhì)層3；

步驟4：在N型分段式線性變摻雜漂移區(qū)上進行硼注入，形成Pwell區(qū)11；

步驟5：在N型分段式線性變摻雜漂移區(qū)上進行磷注入，形成Nwell區(qū)43；

步驟6：在N型分段式線性變摻雜漂移區(qū)形成柵極前，近柵極的位置表面生長一層場氧化層，形成柵氧化層5；

步驟7：淀積多晶硅，形成多晶硅柵電極6；

步驟8：利用同一道掩膜版，利用高能離子注入進行N型雜質(zhì)注入，嚴格控制注入能量與注入時間，形成N條45；利用離子注入進行P型雜質(zhì)注入，嚴格控制注入能量與注入時間，形成P條13；從而N條和P條構(gòu)成豎直方向的超結(jié)結(jié)構(gòu)；

步驟9：進行第一P型重摻雜區(qū)12、第一N型重摻雜區(qū)41以及第二N型重摻雜區(qū)42的注入，形成歐姆接觸，引出電極；

步驟10：第一層接觸孔刻蝕，淀積鋁金屬，形成源極接觸電極7與漏極接觸電極8。

具體的，漂移區(qū)線性變摻雜為兩段式線性變摻雜，所述兩段式線性變摻雜即實現(xiàn)兩段不同濃度梯度的摻雜，通過設(shè)計漂移區(qū)掩膜版的不同開口寬度來實現(xiàn)。

具體的，通過注入能量與注入時間的嚴格控制，使N條45、P條13與埋氧層2上表面相接觸或不接觸、或者N條45、P條13位于絕緣體上硅層4體內(nèi)。

具體的，通過設(shè)計掩膜版的不同開口數(shù)量實現(xiàn)P條與N條的多次重復(fù)。

具體的，設(shè)計P條13與N條45掩膜版的不同寬度來實現(xiàn)P條與N條寬度的不同?？紤]到氧化層吸硼排磷導(dǎo)致的雜質(zhì)重構(gòu)現(xiàn)象，可通過設(shè)計P條13與N條45掩膜版的不同寬度實現(xiàn)依然能夠電荷平衡的低阻導(dǎo)通結(jié)構(gòu)，從而在不影響器件耐壓的情況下，降低比導(dǎo)通電阻。

具體的，步驟8中N條與P條的形成順序互換，且步驟8必須在高溫過程之后進行，以保證N條與P條形貌的完整性，具體步驟順序根據(jù)不同的工藝進行調(diào)整。

具體的，所述步驟1中的襯底1為N型硅或P型硅；絕緣體上硅層4為N型硅或P型硅。

具體的，所述步驟3中進行局部氧化形成薄硅層區(qū)的具體方法為：光刻得到薄硅層區(qū)窗口后，利用局部氧化對該窗口進行填充擴散得到薄硅層區(qū)，即厚介質(zhì)層，再利用平坦化工藝去除漂移區(qū)上多余的氧化部分。

具體的，所述步驟10后包括步驟11：進行第二層接觸孔刻蝕得到接觸孔9、接觸孔91，淀積鋁金屬，分別形成源極場板71、漏極場板81，從而調(diào)節(jié)器件的表面電場，進一步改善器件的耐壓。

上述制造方法制備的SOI橫向高壓器件，其元胞結(jié)構(gòu)包括襯底1、襯底1上表面的埋氧層2、埋氧層2上表面的絕緣體上硅層4、絕緣體上硅層4左側(cè)的Pwell區(qū)11、絕緣體上硅層4內(nèi)部的厚介質(zhì)層3、沿縱向方向貫穿并嵌入在厚介質(zhì)層3右端的第二N型重摻雜區(qū)42、縱向上位于厚介質(zhì)層3和埋氧層2之間的超薄頂層硅44、Pwell區(qū)11和厚介質(zhì)層3之間的N條45和P條13、位于Pwell區(qū)11內(nèi)部的相互獨立的第一P型重摻雜區(qū)12和第一N型重摻雜區(qū)41、設(shè)置在第一N型重摻雜區(qū)41和Pwell區(qū)11上表面的柵氧化層5、與Pwell區(qū)11的上表面相接觸的源極接觸電極7、柵氧化層5上方的多晶硅柵電極6、設(shè)置在第二N型重摻雜區(qū)42上表面的漏極接觸電極8，所述埋氧層2的上表面與絕緣體上硅層4和超薄頂層硅44的下表面相連接，所述厚介質(zhì)層3的下表面與超薄頂層硅44的上表面相接觸，所述N條45和P條13構(gòu)成超結(jié)結(jié)構(gòu)并在豎直方向交替排列地嵌入在N型漂移區(qū)中靠近源端區(qū)域的絕緣體上硅層4中，第一P型重摻雜區(qū)12和第一N型重摻雜區(qū)41的上表面與Pwell區(qū)11的上表面相接觸，所述源極接觸電極7的右端部分覆蓋N型重摻雜源極區(qū)41的右端，所述柵氧化層5的左端部分覆蓋第一N型重摻雜區(qū)41的左端，柵氧化層5不與源極接觸電極7相接觸；所述器件的漏端含有Nwell區(qū)43。

優(yōu)選的，N條與P條不與埋氧層2上表面相接觸；

優(yōu)選的，N條與P條位于絕緣體上硅層4體內(nèi)；

優(yōu)選的，P條寬于N條；

優(yōu)選的，P條與N條調(diào)換順序且與埋氧層2上表面相接觸；

優(yōu)選的，P條與N條調(diào)換順序且不與埋氧層2上表面相接觸；

優(yōu)選的，P條與N條調(diào)換順序且位于絕緣體上硅層4體內(nèi)；

優(yōu)選的，P條與N條調(diào)換順序且P條寬于N條；

優(yōu)選的，絕緣體上硅層4中無N條與P條；

采用上述制造方法得到的SOI低阻橫向高壓器件，耐壓為950V，比導(dǎo)通電阻為153Ω·cm²，甚至在保持器件耐壓不變時，可實現(xiàn)更低比導(dǎo)通電阻器件的制造。

圖13為耐壓950V、比導(dǎo)通電阻153Ω·cm²器件漂移區(qū)兩段式摻雜的曲線圖。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。