雙溝槽高壓屏蔽的橫向絕緣柵雙極器件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及功率集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，特別適用于開關(guān)電源、馬達控制、汽車電子系統(tǒng)、家用電器等諸多功率控制處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓功率集成技術(shù)是VLSI與功率器件結(jié)合的產(chǎn)物。在同一芯片上集成有低壓控制電路和高壓功率元件的高壓集成電路使電子系統(tǒng)所要求的電子元件數(shù)目極大的降低，從而降低系統(tǒng)成本，減小了設(shè)備尺寸，提高了系統(tǒng)可靠性。
[0003]高壓集成電路已經(jīng)被廣泛運用到包括電子照明、電機驅(qū)動、電源管理、工業(yè)控制以及顯示驅(qū)動等等廣泛的領(lǐng)域中。高壓集成電路的發(fā)展和應(yīng)用，促使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與信息產(chǎn)業(yè)融通，已經(jīng)對人類生產(chǎn)和生活產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。
[0004]對于高壓集成電路，需要高壓互連線進行高側(cè)及低側(cè)之間的信號傳遞;遺憾的是，由于高壓互連線上的電勢較高，往往造成其下方硅區(qū)域耐壓降低，使高壓集成電路的可靠性降低。因此，高壓互連線屏蔽技術(shù)是研究設(shè)計高壓集成電路必須解決的關(guān)鍵技術(shù)。本發(fā)明針對高壓互連線導(dǎo)致耐壓降低的問題，提出一種新型的高壓互連線屏蔽結(jié)構(gòu)，極大地提高了高壓互連線下方的耐壓，提高整個高壓集成電路可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對上述問題，提出了一種雙溝槽高壓屏蔽的橫向絕緣柵雙極器件及其制備方法，本發(fā)明結(jié)構(gòu)可以有效防止因高壓互連線影響導(dǎo)致的器件提前擊穿，增強整個高壓集成電路的可靠性。
[0006]本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]—種具有新型雙溝槽高壓互連線屏蔽結(jié)構(gòu)的橫向絕緣柵雙極器件結(jié)構(gòu)，包括:P型襯底，在P型襯底上設(shè)有埋氧層，在埋氧層上設(shè)有N型外延層，在N型外延層中設(shè)有P型體區(qū)和N型緩沖層，在P型體區(qū)內(nèi)設(shè)有P型發(fā)射極和N型發(fā)射極，N型發(fā)射極上方設(shè)有多晶硅柵，多晶硅柵上設(shè)有金屬連接多晶硅柵至結(jié)構(gòu)外圍的輸入\輸出，在N型緩沖層中設(shè)有P型集電極，N型緩沖層上方有多晶硅場板，多晶硅場板由多晶硅場板上方的金屬連接至結(jié)構(gòu)外圍的輸入\輸出，P型體區(qū)三面包圍著N型緩沖層，留有一面的間斷，由P型集電極引出的集電極金屬連線通過間斷區(qū)域延伸至結(jié)構(gòu)外的輸入\輸出，在集電極金屬連線之下靠近結(jié)構(gòu)邊緣設(shè)有相互靠近的兩個溝槽，靠近集電極的溝槽短于距離集電極較遠(yuǎn)的溝槽，溝槽內(nèi)摻有多晶硅，溝槽的走向垂直于集電極金屬連線的走向，在整個結(jié)構(gòu)外包圍有溝槽，內(nèi)摻有多晶硅，隔離整個結(jié)構(gòu)與外圍區(qū)域。上述高壓互連線屏蔽結(jié)構(gòu)其特征在于靠近集電極的溝槽下方不與埋氧層接觸，留有空隙。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0009]本發(fā)明在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，提出了一種新的結(jié)構(gòu)，P型體區(qū)包圍N型緩沖層的結(jié)構(gòu)為三面包圍，留有一側(cè)間斷，高壓互連線從間斷一側(cè)延伸至結(jié)構(gòu)外，當(dāng)高壓互連線上通過高壓時，其下方的溝槽幫助耐壓，靠近集電極的溝槽不與埋氧層接觸，留有較大空隙，使得電壓更加均勻地分布在溝槽結(jié)構(gòu)中，距離集電極較遠(yuǎn)的溝槽所分擔(dān)的電勢相對于靠近集電極的溝槽得到提升，當(dāng)縮小溝槽到集電極的距離時，仍能保證高壓器件不提前擊穿。
[0010]本發(fā)明提出的高壓互連線屏蔽結(jié)構(gòu)，工藝簡單，通過調(diào)整溝槽刻蝕窗口的寬度，一步形成多個溝槽，不增加制備成本。
[0011 ]對于雙溝槽結(jié)構(gòu)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)減小了靠近集電極的溝槽長度，一般的，溝槽長度縮短，溝槽的電容減小，溝槽的耐壓能力下降，器件總體的高壓互連線屏蔽能力下降。本發(fā)明指出，縮短靠近集電極的溝槽長度后，雖然靠近集電極的溝槽的耐壓能力有所降低，但是距離集電極較遠(yuǎn)的溝槽承受更高的電壓，使器件總體的高壓互連線屏蔽能力上升。
[0012]此外，對于雙溝槽結(jié)構(gòu)，UIS、dv/dt產(chǎn)生的空穴會往低電位方向流動，積累在靠近集電極的溝槽的頂部，導(dǎo)致動態(tài)雪崩，本發(fā)明由于提高了距離集電極較遠(yuǎn)的溝槽的耐壓，降低了靠近集電極的溝槽的耐壓，緩解了靠近集電極的溝槽表面的電場，使得在UIS時空穴積累量減少，提高了器件的動態(tài)雪崩抑制能力。
【附圖說明】
[0013]圖1所示為普通高壓互連線的頂層部分腐蝕結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖2所示為普通高壓互連線去除金屬鋁和氧化層后的頂層結(jié)構(gòu)圖圖。
[0015]圖3所示為普通高壓互連線的AB方向剖面圖。
[0016]圖4所示為普通高壓互連線的⑶方向剖面圖。
[0017]圖5所示為本發(fā)明高壓互連線的頂層部分腐蝕結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖6所示為本發(fā)明高壓互連線去除金屬鋁和氧化層后的頂層結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖7所示為本發(fā)明高壓互連線的AB方向剖面圖。
[0020]圖8所示為本發(fā)明高壓互連線的⑶方向剖面圖。
[0021]圖9所示為普通雙溝槽互連線結(jié)構(gòu)UIS關(guān)斷過程中空穴移動的示意圖。
[0022]圖10所示為本發(fā)明高壓互連線屏蔽結(jié)構(gòu)UIS關(guān)斷過程中空穴移動的示意圖。
[0023]圖11所示為本發(fā)明高壓互連線屏蔽結(jié)構(gòu)與普通雙溝槽互連線結(jié)構(gòu)的耐壓對比圖。
[0024]圖12所示為本發(fā)明結(jié)構(gòu)制作工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合圖2，對本發(fā)明做詳細(xì)說明，一種具有新型雙溝槽高壓互連線屏蔽結(jié)構(gòu)的橫向絕緣柵雙極器件，包括:P型襯底I，在P型襯底I上設(shè)有埋氧層2，在埋氧層2上設(shè)有N型外延層3，在N型外延層3中設(shè)有P型體區(qū)4和N型緩沖層5，在P型體區(qū)4內(nèi)設(shè)有N型發(fā)射極6和P型發(fā)射極7，N型發(fā)射極7上方設(shè)有多晶硅柵13，多晶硅柵13上設(shè)有金屬18連接多晶硅柵14至結(jié)構(gòu)外圍的輸入\輸出16，在N型緩沖層5中設(shè)有P型集電極8，N型緩沖層5上方有多晶硅場板14，多晶硅場板14由多晶硅場板14上方的金屬9連接至結(jié)構(gòu)外圍的輸入\輸出15，P型體區(qū)4三面包圍著N型緩沖層5，留有一面的間斷，由P型集電極8引出的集電極金屬連線9通過間斷區(qū)域延伸至結(jié)構(gòu)外的輸入\輸出15，在集電極金屬連線9之下靠近結(jié)構(gòu)邊緣設(shè)有溝槽10和溝槽11，溝槽10淺于溝槽11，溝槽10和溝槽11內(nèi)摻有耐壓介質(zhì)，溝槽10和溝槽11的走向垂直于集電極金屬連線9的走向，在整個結(jié)構(gòu)外包圍有溝槽12，溝槽12內(nèi)摻有多晶硅，隔離整個結(jié)構(gòu)與外圍區(qū)域。上述高壓互連線屏蔽結(jié)構(gòu)其特征在于溝槽10下方不與埋氧層接觸，留有空隙。
[0026]所述的一種高壓互連線屏蔽結(jié)構(gòu)，溝槽10深度介于0.1um到10um之間。
[0027]所述的一種高壓互連線屏蔽結(jié)構(gòu)，溝槽10與溝槽11的寬度介于0.1um到50um之間。
[0028]所述的一種高壓互連線屏蔽結(jié)構(gòu)，溝槽11的深度介于0.1um到10um m之間。
[0029]所述的一種高壓互連線屏蔽結(jié)構(gòu)，溝槽10與溝槽11之間的溝槽數(shù)量介于O到100之間。
[0030 ]所述的一種高壓互連線屏蔽結(jié)構(gòu)，溝槽1與溝槽11之間的溝槽依次變深。
[0031]所述的一種高壓互連線屏蔽結(jié)構(gòu)，溝槽10、溝槽11與溝槽12可以是全二氧化硅或其它耐壓介質(zhì)，也可以是二氧化硅或其它耐壓介質(zhì)包裹多晶硅。
[0032]下面介紹本發(fā)明結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟，如圖12所示。
[0033]—種具有新型高壓互連線屏蔽結(jié)構(gòu)的橫向絕緣柵雙極器件的制備方法，包括以下步驟:P型襯底1、埋氧層2的制備，在埋氧層2上外延N型外延層3，在N型外延層上用深槽工藝形成溝槽10、溝槽11與溝槽12，在N型外延層3中用高濃度離子注入工藝形成P型體區(qū)4、N型發(fā)射極6和P型發(fā)射極7，用高濃度離子注入工藝形成N型緩沖層5