專(zhuān)利名稱(chēng)：大厚度氧化層場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，尤其是一種帶保護(hù)環(huán)的平面型大厚度氧化層場(chǎng)板結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
場(chǎng)板是用來(lái)提高半導(dǎo)體元器件抗高電壓擊穿能力的常用終端保護(hù)結(jié)構(gòu)。在高壓器件中，需要在多晶硅或金屬場(chǎng)板下形成大厚度的二氧化硅以降低場(chǎng)板終端的垂直電場(chǎng)強(qiáng)度，提高擊穿電壓。目前使用的方法都是熱生長(zhǎng)或常壓淀積二氧化硅，其存在的缺點(diǎn)是前者難于生長(zhǎng)出1700V以上高壓器件所需要的大厚度二氧化硅；后者雖然可以淀積出數(shù)微米厚的二氧化硅膜，但所采用的常壓淀積技術(shù)屬于后道工藝，只能用于制作金屬場(chǎng)板，而且這種工藝會(huì)在硅襯底平面上形成很高的臺(tái)階，造成金屬層爬坡困難和表面介質(zhì)層的應(yīng)力開(kāi)裂，影響成品率和器件可靠性，因此在可實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)板氧化層厚度和擊穿耐壓方面仍存在很大限制。鑒于此，需要提出一種可制作低臺(tái)階高度的大厚度二氧化硅層技術(shù)，以提高器件的高壓擊穿特性和可靠性。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種有效緩解表面介質(zhì)層的應(yīng)力開(kāi)裂，提高器件可靠性的大厚度氧化層場(chǎng)板結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)完成的，它包括硅基板、嵌入硅基板的大厚度場(chǎng)氧化層、大厚度場(chǎng)氧化層內(nèi)側(cè)、與器件有源區(qū)相鄰的摻雜保護(hù)環(huán)，以及淀積在大厚度場(chǎng)氧化層上的高摻雜多晶硅或金屬場(chǎng)板。所述的場(chǎng)氧化層為二氧化硅層，氧化層厚度介于1微米和60微米之間，從器件有源區(qū)向外的軸向延伸長(zhǎng)度在40微米到700微米之間。所述的在靠器件有源區(qū)方向的厚氧化層內(nèi)側(cè)或兩側(cè)，利用離子注入和高溫?cái)U(kuò)散工藝形成摻雜區(qū)域，并和硅基板間形成PN結(jié)作為保護(hù)環(huán)。所述的在厚氧化層內(nèi)側(cè)、即靠器件有源區(qū)方向，利用離子注入和高溫?cái)U(kuò)散工藝形成摻雜區(qū)域，并和硅基板間形成PN結(jié)作為保護(hù)環(huán)。所述的在場(chǎng)氧化層上淀積一定厚度高摻雜多晶硅或金屬形成場(chǎng)板；高摻雜多晶硅或金屬的厚度在0. 4微米和5微米之間，從器件有源區(qū)向外的軸向延伸長(zhǎng)度在40微米到 700微米之間。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)它利用微機(jī)械加工中常用的深槽刻蝕技術(shù)，通過(guò)刻槽后氧化和在槽中低壓淀積二氧化硅的方法，可以形成厚達(dá)數(shù)十微米的二氧化硅場(chǎng)氧化層， 理論上可以適用于600V至20000V間的各種高壓器件的終端結(jié)構(gòu)；而且該氧化層嵌埋于硅基板中，多晶硅或金屬場(chǎng)板不存在爬坡問(wèn)題，并可以有效緩解表面介質(zhì)層的應(yīng)力開(kāi)裂，提高器件的可靠性。
圖1是本實(shí)用新型所述的離子注入形成保護(hù)環(huán)的示意圖；圖2是本實(shí)用新型所述光刻掩膜結(jié)合刻蝕技術(shù)在場(chǎng)氧區(qū)形成深溝槽的示意圖；圖3是本實(shí)用新型所述將溝槽壁硅區(qū)完全氧化形成二氧化硅溝槽壁的示意圖；圖4是本實(shí)用新型在二氧化硅溝槽中用低壓化學(xué)氣相淀積方法填充滿(mǎn)二氧化硅示意圖；圖5是本實(shí)用新型將厚場(chǎng)氧區(qū)和其他區(qū)域通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光實(shí)現(xiàn)平面化后淀積多晶硅或金屬場(chǎng)板形成最終結(jié)構(gòu)后的示意圖；圖6是另一將厚場(chǎng)氧區(qū)和其他區(qū)域通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光實(shí)現(xiàn)平面化后淀積多晶硅或金屬場(chǎng)板形成最終結(jié)構(gòu)后的示意具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的介紹本實(shí)用新型所述的大厚度氧化層場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，它包括硅基板、嵌入硅基板的大厚度場(chǎng)氧化層、大厚度場(chǎng)氧化層內(nèi)側(cè)、與器件有源區(qū)相鄰的摻雜保護(hù)環(huán)，以及淀積在大厚度場(chǎng)氧化層上的高摻雜多晶硅或金屬場(chǎng)板。所述的場(chǎng)氧化層為二氧化硅層，氧化層厚度介于1微米和60微米之間，從器件有源區(qū)向外的軸向延伸長(zhǎng)度在40微米到700微米之間。所述的在靠器件有源區(qū)方向的厚氧化層內(nèi)側(cè)或兩側(cè)，利用離子注入和高溫?cái)U(kuò)散工藝形成摻雜區(qū)域，并和硅基板間形成PN結(jié)作為保護(hù)環(huán)。所述的在厚氧化層內(nèi)側(cè)、即靠器件有源區(qū)方向，利用離子注入和高溫?cái)U(kuò)散工藝形成摻雜區(qū)域，并和硅基板間形成PN結(jié)作為保護(hù)環(huán)。所述的在場(chǎng)氧化層上淀積一定厚度高摻雜多晶硅或金屬形成場(chǎng)板；高摻雜多晶硅或金屬的厚度在0. 4微米和5微米之間，從器件有源區(qū)向外的軸向延伸長(zhǎng)度在40微米到 700微米之間。所述的大厚度氧化層場(chǎng)板結(jié)構(gòu)是通過(guò)如下制造方法來(lái)完成的，見(jiàn)圖1-圖6所示， 所述的方法包括以下步驟第一步，提供硅基板，利用光刻和離子注入在該硅基板上形成摻雜區(qū)域，與硅基板形成PN結(jié)保護(hù)環(huán)；第二步，通過(guò)高溫?cái)U(kuò)散過(guò)程將摻雜區(qū)域擴(kuò)大；第三步， 利用光刻掩膜版在器件有源區(qū)外側(cè)、包含部分保護(hù)環(huán)區(qū)域定義大厚度場(chǎng)氧化層區(qū)域和其中的深溝槽陣列圖形，用刻蝕工藝形成由薄硅壁隔開(kāi)的深溝槽陣列；第四步，利用高溫氧化工藝將溝槽間的薄硅壁完全氧化，形成由二氧化硅壁隔開(kāi)的深溝槽陣列；第五步，利用氣相淀積技術(shù)在溝槽中淀積二氧化硅材料將溝槽填平；第六步，利用化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)將表面磨平，形成嵌入硅基板中的平面型大厚度場(chǎng)氧化層結(jié)構(gòu)；第七步，在場(chǎng)氧化層上淀積一定厚度高摻雜多晶硅或金屬形成場(chǎng)板。本實(shí)用新型利用第一步和第二步工序，在靠器件有源區(qū)方向的厚氧化層內(nèi)側(cè)或兩側(cè)，利用離子注入和高溫?cái)U(kuò)散工藝形成摻雜區(qū)域，并和硅基板間形成PN結(jié)作為保護(hù)環(huán)；該第一步和第二步工序可以在所述第三步工序前進(jìn)行，也可以將其放在第六步工序后、即形成厚氧化層結(jié)構(gòu)后進(jìn)行。所述利用第一步和第二步工序在厚氧化層內(nèi)側(cè)、即靠器件有源區(qū)方向，利用離子注入和高溫?cái)U(kuò)散工藝形成摻雜區(qū)域，并和硅基板間形成PN結(jié)作為保護(hù)環(huán)；該摻雜區(qū)域的摻雜濃度在kl4/cm3和kl9/cm3之間，雜質(zhì)為硼、磷或砷。所述利用第三步工序形成的溝槽列陣具有合適的溝槽深度、寬度和壁厚；所述的溝槽深度范圍在1微米和60微米之間、寬度范圍在1微米到8微米之間、壁厚范圍在0. 5 微米和2微米之間；列陣的軸向?qū)挾仍?0微米到700微米之間。所述利用第四步工序通過(guò)高溫氧化、即干氧或濕氧將硅壁完全氧化成二氧化硅， 氧化溫度在1000°c至1150°C之間，時(shí)間在0. 5小時(shí)至5小時(shí)之間。本實(shí)用新型所述第五步工序中通過(guò)化學(xué)氣相淀積方法在溝槽中填充高純度二氧化硅并通過(guò)高溫退火致密得到高擊穿強(qiáng)度的二氧化硅介質(zhì)。本實(shí)用新型所述第六步工序中利用化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)將表面磨平，形成嵌入硅基板中的平面型大厚度氧化層結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型所述的第七步工序中，在場(chǎng)氧化層上淀積一定厚度高摻雜多晶硅或金屬形成場(chǎng)板；高摻雜多晶硅或金屬的厚度在0. 4微米和5微米之間，從器件有源區(qū)向外的軸向延伸長(zhǎng)度在40微米到700微米之間。所述的帶保護(hù)環(huán)的平面型大厚度場(chǎng)氧化層結(jié)構(gòu)包括硅基板、嵌入硅基板的大厚度場(chǎng)氧化層、大厚度場(chǎng)氧化層內(nèi)側(cè)、與器件有源區(qū)相鄰的摻雜保護(hù)環(huán)，以及淀積在大厚度場(chǎng)氧化層上的高摻雜多晶硅或金屬場(chǎng)板。所述的場(chǎng)氧化層為二氧化硅層，氧化層厚度介于1微米和60微米之間，從器件有源區(qū)向外的軸向延伸長(zhǎng)度在40微米到700微米之間。實(shí)施例1 請(qǐng)參圖1，本實(shí)用新型帶保護(hù)環(huán)的平面型大厚度二氧化硅層場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的制造方法的第一步驟，于硅(Si)基板上通過(guò)光刻掩膜和離子注入方法形成保護(hù)環(huán)10(圖中所示為P保護(hù)環(huán))，保護(hù)環(huán)摻雜濃度在kl4/cm3和kl9/cm3之間，雜質(zhì)可以為硼、磷或砷， 離子注入能量在50千伏至2兆伏特之間。請(qǐng)參照?qǐng)D2，本實(shí)用新型帶保護(hù)環(huán)的平面型大厚度二氧化硅層場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的制造方法的第二步驟和第三步驟，利用高溫工藝將保護(hù)環(huán)10摻雜區(qū)域擴(kuò)大，使之與硅襯底形成3 至10微米深的PN結(jié)，再利用光刻工藝在該保護(hù)環(huán)10的外側(cè)定義厚場(chǎng)氧化層區(qū)域中的溝槽區(qū)，使用刻蝕方法刻出一定深度的溝槽，溝槽深度范圍在1微米和60微米之間、寬度范圍在 1微米到8微米之間、壁厚范圍在0. 5微米和2微米之間。列陣的軸向?qū)挾仍?0微米到700 微米之間，溝槽的形狀可由刻蝕的工藝條件決定并在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。請(qǐng)按照?qǐng)D3，本實(shí)用新型帶保護(hù)環(huán)的平面型大厚度二氧化硅層場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的制造方法的第四步驟，利用高溫氧化方法將溝槽間的硅壁完全氧化，形成二氧化硅壁，溝槽的深度和寬度在高溫氧化后將有所減小。請(qǐng)參照?qǐng)D4，本實(shí)用新型帶保護(hù)環(huán)的平面型大厚度二氧化硅層場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的制造方法的第五步驟，利用化學(xué)氣相淀積的方法在溝槽中填充二氧化硅，形成大厚度的二氧化硅場(chǎng)氧化層結(jié)構(gòu)20，并通過(guò)高溫過(guò)程致密。請(qǐng)參照?qǐng)D5和圖6，本實(shí)用新型帶保護(hù)環(huán)的平面型大厚度二氧化硅層場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的制造方法的第六步驟和第七步驟，先采用化學(xué)機(jī)械拋光或刻蝕工藝將表面平坦化，然后根據(jù)具體器件要求完成器件單元結(jié)構(gòu)的制造，器件中的高摻雜多晶硅30或金屬層40延伸覆蓋大厚度的二氧化硅場(chǎng)氧化層結(jié)構(gòu)20的區(qū)域，形成耐高壓的場(chǎng)板結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型利用微機(jī)械加工中常用的深槽刻蝕技術(shù)，通過(guò)刻槽后氧化和在槽中低壓淀積二氧化硅的方法，可以形成厚達(dá)數(shù)十微米的二氧化硅場(chǎng)氧化層，可以適用于各種高壓器件的終端結(jié)構(gòu)。而且該氧化層嵌埋于硅基板中，多晶硅或金屬場(chǎng)板在覆蓋厚氧化層時(shí)不存在爬坡問(wèn)題，并可以有效緩解表面介質(zhì)層的應(yīng)力開(kāi)裂，提高器件的可靠性。 另外，在第一步與第二步中，于平面型大厚度二氧化硅層場(chǎng)板內(nèi)側(cè)形成的PN深結(jié)保護(hù)環(huán)可以有效降低該處的電場(chǎng)強(qiáng)度，使電壓落差更平緩，從而提供器件擊穿電壓。
權(quán)利要求1.一種大厚度氧化層場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，其特征在于它包括一硅基板、嵌入硅基板的大厚度場(chǎng)氧化層、大厚度場(chǎng)氧化層內(nèi)側(cè)、與器件有源區(qū)相鄰的摻雜保護(hù)環(huán)，以及淀積在大厚度場(chǎng)氧化層上的高摻雜多晶硅或金屬場(chǎng)板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大厚度氧化層場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的場(chǎng)氧化層為二氧化硅層，氧化層厚度介于1微米和60微米之間，從器件有源區(qū)向外的軸向延伸長(zhǎng)度在40微米到700微米之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大厚度氧化層場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的在靠器件有源區(qū)方向的厚氧化層內(nèi)側(cè)或兩側(cè)形成有摻雜區(qū)域，并和硅基板間形成PN結(jié)作為保護(hù)環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大厚度氧化層場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的在厚氧化層內(nèi)側(cè)、即靠器件有源區(qū)方向形成有摻雜區(qū)域，并和硅基板間形成PN結(jié)作為保護(hù)環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的大厚度氧化層場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的在場(chǎng)氧化層上淀積一定厚度高摻雜多晶硅或金屬形成場(chǎng)板；高摻雜多晶硅或金屬的厚度在0. 4 微米和5微米之間，從器件有源區(qū)向外的軸向延伸長(zhǎng)度在40微米到700微米之間。
專(zhuān)利摘要一種大厚度氧化層場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，它包括硅基板、嵌入硅基板的大厚度場(chǎng)氧化層、大厚度場(chǎng)氧化層與器件有源區(qū)間的摻雜保護(hù)環(huán)，以及淀積在大厚度場(chǎng)氧化層上的高摻雜多晶硅或金屬場(chǎng)板；所述的場(chǎng)氧化層為二氧化硅層，氧化層厚度介于1微米和60微米之間，從器件有源區(qū)向外的軸向延伸長(zhǎng)度在40微米到700微米之間；它具有能有效緩解表面介質(zhì)層的應(yīng)力開(kāi)裂，提高器件可靠性等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L29/41GK202025759SQ201020613969
公開(kāi)日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月10日
發(fā)明者沈華 申請(qǐng)人:嘉興斯達(dá)半導(dǎo)體有限公司