專利名稱：減小絕緣體基外延硅半導(dǎo)體元件中電場強度的方法和器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及減小電元件中電場強度的方法和器件。
為了完全隔離集成電路中的各元件，可在絕緣體基外延硅(SOI)材料中采用溝槽技術(shù)。元件將形成于其上的SOI材料可由絕緣材料上的薄硅層構(gòu)成。元件通過向下腐蝕到將被隔離的元件周邊的絕緣襯底的溝槽與周圍完全隔離。然后在溝槽中淀積與絕緣襯底材料不同的隔離材料。于是留下被絕緣材料包圍的島狀硅形式的元件-橫向由填充溝槽的隔離材料包圍，縱向由絕緣襯底包圍。
絕緣襯底和溝槽隔離材料例如可以是氧化硅、氮化硅、蘭寶石、氧化鋁等。溝槽技術(shù)和SOI技術(shù)可以從SZE，S.M.“VLSI Technology-2ndedition”(1988年，McGraw-Hill Book Company，New York，USA)和SORINCRISTOLVEANU和SHENG S.LI“Electrical Characterisation ofSilicon-on-Insulator Materials and Device”(1995年，KluwerAcademic Publishers Massachusetts，USA)得到。
這項技術(shù)可用于隔離高壓元件。然而，由于電場集中在有源元件的尖拐角區(qū)，這會發(fā)生問題。這種電場集中降低了拐角區(qū)的雪崩擊穿電壓，器件的這部分在低于器件的內(nèi)部的電壓下導(dǎo)通。這種問題在帶有高壓的導(dǎo)體跨越溝槽的情況下加重。這會在高壓導(dǎo)體跨越電場強度最高區(qū)域時引起低于希望的雪崩擊穿的問題。
本發(fā)明解決了如何在高壓導(dǎo)體跨越具有高電場強度的區(qū)域時減少雪崩擊穿發(fā)生的問題。
問題的解決是通過一個中間導(dǎo)電區(qū)，它用于將高電場強度移出受保護的元件。
根據(jù)發(fā)明制造的各元件，在導(dǎo)體跨越溝槽時抗雪崩擊穿性增強，意味著各元件和導(dǎo)體間的距離可以減小，或元件可以應(yīng)付更高電壓。
下面將利用各附圖中例示的本發(fā)明實施情況的實例介紹本發(fā)明，其中，

圖1a是穿過圖1b中元件的線I-I取的剖面圖；圖1b是現(xiàn)有技術(shù)元件中等位線的平面圖；圖2a是穿過圖2b中元件的線II-II取的剖面圖2b是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的元件中等位線的平面圖。
圖1a和1b展示了例如由硅構(gòu)成的形成于埋置隔離3上半導(dǎo)體島1形式的元件1，埋置隔離3形成于襯底5上。元件1通過填有隔離材料例如氧化硅10和多晶硅11的溝槽9與周圍硅7隔離。具有高電位的導(dǎo)體13形成在部分隔離3’上，隔離3’形成在元件1、周圍硅7和溝槽9之上。導(dǎo)體13跨越溝槽9，從高壓元件1之上穿過。導(dǎo)體13通過接觸18連接元件1。接觸18例如可以連接到元件1的陽極(如果元件1是二極管)或集電極或漏19(如果元件1是晶體管)。于是元件1的部分19處于比周圍硅7和溝槽9高的電位。高壓元件1中等位線的實例由虛線表示。等位線的精確分布當然取決于元件的狀態(tài)，并隨其激活而改變。等位線相互越靠近，材料中電場強度越大，發(fā)生雪崩擊穿越早。從這些圖中可以看出，雪崩擊穿最大危險位于高壓元件1最靠近導(dǎo)體13跨越溝槽9的拐角14處。元件1內(nèi)電場強度在拐角14處最高。如果雪崩擊穿影響任何元件的功能，則是所不希望的。
圖2a和2b展示了具有本發(fā)明的防止雪崩擊穿器件的類似元件。硅島15形式的中間導(dǎo)電區(qū)被按任何常規(guī)方式形成的不導(dǎo)電溝槽結(jié)構(gòu)16包圍。島15通過接觸17與導(dǎo)體13連接。如上所述，導(dǎo)體13通過接觸18與元件1連接。接觸18例如可以與元件1的陽極(如果元件1是二極管)或集電極或漏19(如果元件1是晶體管)連接。于是元件1的部分19處于比周圍硅7和溝槽9高的電位。
然而，如由虛線可看到的，等位線的峰值強度不再發(fā)生在元件1中，而是島15中。因此，元件1例如可以在較高電位下工作，同時有源元件中拐角14處雪崩擊穿的危險減小。如果雪崩擊穿發(fā)生，那么它將發(fā)生在優(yōu)選不含有源元件的島15中。于是雪崩擊穿不會影響元件1的工作。
另外，島15的最佳尺寸取決于導(dǎo)體13和相鄰導(dǎo)電區(qū)7及元件1間的電位差、導(dǎo)體的尺寸及絕緣體3’的厚度和材料。為了節(jié)約構(gòu)成晶片上的空間，島15優(yōu)選盡可能小，因此應(yīng)具有顯著小于一般構(gòu)成電元件1使用的表面積。應(yīng)至少小于受保護的元件1尺寸的一半，優(yōu)選小于該尺寸的十分之一。為了包圍場強，至少應(yīng)與上層導(dǎo)體13一樣寬。優(yōu)選達到單個導(dǎo)體的這種島的合適最大邊長或直徑在
范圍內(nèi)。由于制造的緣故，可以優(yōu)選將島15形成為基本上沿元件1的一個或多邊的整個長度的兩平行溝槽9、16間的細長矩形。這種情況下，需要大于上述給定最大尺寸的邊長。為了節(jié)約空間，島15優(yōu)選不在元件1的整個外圍附近延伸，但應(yīng)限定到導(dǎo)體13下的區(qū)域。
島15可以形成用于連接到兩個或多個導(dǎo)體，其中島的最大尺寸可以遠大于
然而，仍優(yōu)選其寬度在上述尺寸范圍內(nèi)。這種情況下，導(dǎo)體應(yīng)具有基本相同的電位，以減小島15中雪崩擊穿的危險。優(yōu)選任何電位差應(yīng)小于10V。
盡管可以設(shè)想島15形成為功能電元件例如電阻、電容器、二極管或晶體管的方案，但在優(yōu)選方案中島15為無源的，即，除將場強度集中移出附近元件外沒有其它功能。如果島15是功能電元件，則其比元件1對雪崩擊穿不敏感。
盡管以上實施例示出了矩形島15，但根據(jù)本發(fā)明的器件可以采用任何合適形狀的島15。上述結(jié)構(gòu)周圍的隔離材料可以是任何合適的材料或材料組合。合適的材料包括摻雜或未摻雜的非晶硅或多晶硅，二氧化硅和/或氮化物和/或任何其它絕緣材料。
另外，本發(fā)明不限于用于形成于埋置隔離上的元件，也可用于任何電元件。
以上相對于利用硅作半導(dǎo)體材料的電器件介紹了本發(fā)明實施情況的實例，但同樣可應(yīng)用于采用其它半導(dǎo)體材料的器件。
權(quán)利要求
1.一種電器件，包括通過隔離裝置(9)與導(dǎo)電區(qū)(7)隔離的電元件(1)，其中與所說電元件(1)電連接的導(dǎo)體(13)從所說導(dǎo)電區(qū)(7)延伸到所說電元件(1)上的接觸(18)，其特征在于，所說導(dǎo)體(13)電連接到所說導(dǎo)電區(qū)(7)與所說電元件(1)之間的中間導(dǎo)電區(qū)(15)，其中所說中間導(dǎo)電區(qū)(15)通過隔離結(jié)構(gòu)(16)與所說導(dǎo)電區(qū)(7)和所說電元件(1)隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電器件，其特征在于，所說電元件是半導(dǎo)體元件(1)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的電器件，其特征在于，所說電元件(1)包括在已形成于半導(dǎo)體襯底(5)上的埋置隔離(3)上的半導(dǎo)體層(1)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的電器件，其特征在于，所說中間導(dǎo)電區(qū)(15)包括在已形成于半導(dǎo)體襯底(5)上的埋置隔離(3)上的半導(dǎo)體材料層(15)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的電器件，其特征在于，所說隔離結(jié)構(gòu)(16)包括隔離溝槽(16)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電器件，其特征在于，所說隔離溝槽(16)包括摻雜或未摻雜的非晶硅或多晶硅，二氧化硅和/或氮化物和/或其它絕緣材料。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的電器件，其特征在于，所說半導(dǎo)體材料(1)是硅。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的電器件，其特征在于，中間導(dǎo)電區(qū)(15)不包括例如晶體管或二極管等任何有源器件。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的電器件，其特征在于，所說中間導(dǎo)電區(qū)(15)的表面積小于所說電元件(1)的表面積的一半。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的電器件，其特征在于，所說中間導(dǎo)電區(qū)(15)的表面積小于所說電元件(1)的表面積的十分之一。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的電器件，其特征在于，所說中間導(dǎo)電區(qū)(15)只與導(dǎo)體(13)電接觸。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-1O中任一項的電器件，其特征在于，所說中間導(dǎo)電區(qū)(15)與多個導(dǎo)體(13)電接觸。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的電器件，其特征在于，所說多個導(dǎo)體(13)每個都具有基本相同的電位。
14.一種減小電元件(1)中場強集中的方法，其中所說電元件(1)通過隔離裝置(9)與導(dǎo)電區(qū)(7)隔離，導(dǎo)體(13)從所說導(dǎo)電區(qū)(7)延伸到電元件(1)上的接觸(18)，其特征在于包括以下步驟在所說導(dǎo)電區(qū)(7)與所說電元件(1)之間形成中間導(dǎo)電區(qū)(15)；在所說中間導(dǎo)電區(qū)(15)和所說導(dǎo)電區(qū)(7)之間及所說中間導(dǎo)電區(qū)(15)與所說電元件(1)之間形成隔離裝置(16)；及電連接所說中間導(dǎo)電區(qū)(15)與所說導(dǎo)體(13)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其特征在于，所說電元件是半導(dǎo)體元件(1)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15的方法，其特征在于，所說電元件(1)包括在已形成于半導(dǎo)體襯底(5)上的埋置隔離(3)上的半導(dǎo)體層(1)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14-16中任一項的方法，其特征在于，所說中間導(dǎo)電區(qū)(15)形成為半導(dǎo)體襯底(5)上埋置隔離(3)上的半導(dǎo)體材料層(15)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14-17中任一項的方法，其特征在于，所說隔離裝置(16)形成為隔離溝槽(16)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其特征在于，所說隔離溝槽(16)包括摻雜或未摻雜的非晶硅或多晶硅，二氧化硅和/或氮化物和/或其它絕緣材料。
20.根據(jù)權(quán)利要求14-19中任一項的方法，其特征在于，所說半導(dǎo)體材料(1)是硅。
21.根據(jù)權(quán)利要求14-20中任一項的方法，其特征在于，中間導(dǎo)電區(qū)(15)形成為不包括例如晶體管或二極管等任何有源器件的無源區(qū)。
22.根據(jù)權(quán)利要求14-21中任一項的方法，其特征在于，所說中間導(dǎo)電區(qū)(15)的表面積形成為小于所說電元件(1)的表面積的一半。
23.根據(jù)權(quán)利要求14-22中任一項的方法，其特征在于，所說中間導(dǎo)電區(qū)(15)的表面積形成為小于所說電元件(1)的表面積的十分之一。
24.根據(jù)權(quán)利要求14-23中任一項的方法，其特征在于，所說中間導(dǎo)電區(qū)(15)形成為只與導(dǎo)體(13)電接觸。
25.根據(jù)權(quán)利要求14-23中任一項的方法，其特征在于，所說中間導(dǎo)電區(qū)(15)形成為與一個以上導(dǎo)體(13)電接觸。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其特征在于，所說多個導(dǎo)體(13)形成為具有基本相同的電位。
全文摘要
跨越電元件(1)周圍的溝槽的導(dǎo)體(13)電連接到隔離的中間導(dǎo)電區(qū)(15),從而將場強集中移到電元件(1)之外,移到中間導(dǎo)電區(qū)(14)內(nèi)。這樣便可以防止電元件(1)中發(fā)生雪崩擊穿。
文檔編號H01L27/12GK1257611SQ9880546
公開日2000年6月21日 申請日期1998年3月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月27日
發(fā)明者H·舍丁, A·瑟德貝里, N·厄格倫, I·漢貝里 申請人:艾利森電話股份有限公司