一種高可靠性的橫向絕緣柵雙極器件及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明主要涉及功率集成電路技術領域，具體來說，特別適用于開關電源、馬達控制、汽車電子系統、家用電器等諸多功率控制處理領域，尤其涉及一種高可靠性的橫向絕緣柵雙極器件及其制備方法。
【背景技術】
[0002]高壓功率集成技術是VLSI與功率器件結合的產物。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所要求的電子元件數目極大的降低，從而降低系統成本，減小了設備尺寸，提高了系統可靠性。
[0003]高壓集成電路的應用廣泛，遍及開關電源、馬達控制、汽車電子系統、家用電器等諸多功率控制處理領域。研宄設計有著廣泛應用領域的高壓功率集成電路對于發展我國的功率集成電路技術，促進我國電子行業發展具有極高的現實意義。
[0004]對于高壓集成電路，高壓區與低壓區之間的隔離以及高壓互連線的隔離是研宄設計高壓集成電路必須解決的關鍵技術。本發明針對高壓互連線提出一種新型的高壓互連線結構，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。
【發明內容】
[0005]本發明針對上述問題，提出了一種高可靠性的橫向絕緣柵雙極器件及其制備方法，本發明結構可以極大地提高高壓互連線下方的耐壓，增強整個高壓集成電路的可靠性。
[0006]本發明提供如下技術方案:
一種高可靠性的橫向絕緣柵雙極器件，包括:P型襯底，在P型襯底上設有埋氧層，在埋氧層上設有N型漂移區，在N型漂移區上方設有二氧化硅層，在N型漂移區中設有P型體區和N型緩沖層，所述P型體區設在所述N型緩沖層的外圍，在P型體區內設有P型發射極和N型發射極，在P型發射極和N型發射極上連接有發射極電極金屬連線，在N型緩沖層中設有P型集電極，在P型集電極上連接有集電極金屬，在二氧化硅層內設有多晶硅柵和多晶硅場板，所述多晶硅柵和所述多晶硅場板位于N型緩沖層與P型體區之間區域的上方，并且，所述多晶硅柵與P型體區相鄰，所述多晶硅場板與N型緩沖層相鄰，在多晶硅柵上連接有柵極金屬，其特征在于，所述P型體區、P型發射極、N型發射極和多晶硅柵均呈U字形，所述N型緩沖層和P型集電極位于多晶硅場板內部區域，所述集電極金屬(9)通過多晶硅柵的U字形開口延伸至多晶硅場板的U字形外部。
[0007]一種具有高可靠性的橫向絕緣柵雙極器件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:P型襯底、埋氧層的制備，在埋氧層上外延P型外延層，在P型外延層上用深槽工藝結合多次外延多次高濃度離子注入工藝形成N型漂移區，在N型漂移區中用深槽工藝結合多次外延多次高濃度離子注入工藝形成P型體區、P型發射極和N型發射極，用高濃度離子注入工藝形成N型緩沖層和P型集電極區，用槽柵工藝制造成多晶硅場板、多晶硅柵，在器件表面淀積氧化層，接著進行打孔處理、淀積金屬鋁形成發射極金屬連線、柵極金屬連線和集電極金屬連線，最后在結構外圍形成輸入\輸出、輸入\輸出、輸入\輸出。
[0008]與現有技術相比，本發明具有如下優點:
高壓集成電路將低壓控制電路和高壓器件集成在同一片芯片時，需要實現高低壓器件之間的互聯。開關管LDMOS或者LIGBT與高低壓隔離區表面局部區域通常需要跨過高壓互連線，由于高壓互連線相對于半導體表面帶正電，且一般需要通過的電壓高達幾百伏，因此高壓器件表面易被高壓互連線中的高壓引入的電場提前擊穿。傳統方案中，高壓互連線從絕緣介質層的表面跨過高壓器件以及高側驅動電路，這種方法使得整體器件的耐壓被高壓互連線上的高壓引入的高電場以及介質層的耐壓能力所限制。
[0009]本發明結構巧妙的利用溝槽結構，將P型體區包圍N型緩沖層的結構改為U型結構，留有一側開口，高壓互連線從開口一側延伸至結構外，當高壓互連線上通過高壓時，其下方的溝槽幫助耐壓，從而提高器件的耐壓，避免由于高壓互連線引入的電場將高壓互連線下方器件漂移區表面提前擊穿。如圖10所示，本發明結構的擊穿電壓為550V，而傳統結構的擊穿電壓僅為260V。本發明不僅工藝簡單，不增加制備成本，簡化工藝復雜度，而且可以降低器件相互之間的干擾。由于溝槽可以幫助耐壓，使得在不影響器件擊穿電壓的前提下，器件高壓互連線下方區域的面積可以縮小，從而縮小了芯片面積。并且本發明結構可用于其他功率器件中，如與橫向擴散金屬氧化物半導體組合構成高壓互聯結構。
[0010]同時本發明結構巧妙地利用溝槽結構，將P型體區包圍N型緩沖層的結構改為U型結構，極大的降低了 P型體區與N型漂移區之間的結電容，因此極大的降低了器件的集電極與發射極之間的電容。器件在關斷狀態時，在其集電極與發射極之間加入一個突然的電壓信號，會產生位移電流，造成器件發生栓鎖現象，而本發明結構中由于器件集電極與發射極之間的電容明顯降低，產生的位移電流較傳統結構明顯降低，器件抗dV/dt能力提高。如圖11所示，本發明結構的集電極與發射極之間電容較傳統結構明顯降低，從而提高了器件抗dV/dt的能力。如圖12所示，本發明結構的抗dV/dt的能力較傳統結構明顯提高了。同時由于dV/dt能力的提高，由dV/dt產生的位移電流明顯降低，能夠降低器件之間的相互串擾。
【附圖說明】
[0011]圖1所示為普通橫向絕緣柵雙極器件的頂層部分腐蝕結構圖。
[0012]圖2所示為普通橫向絕緣柵雙極器件去除金屬鋁和氧化層后的頂層結構圖。
[0013]圖3所示為普通橫向絕緣柵雙極器件的AA方向剖面圖。
[0014]圖4所示為普通橫向絕緣柵雙極器件的BB方向剖面圖。
[0015]圖5所示為本發明橫向絕緣柵雙極器件的頂層部分腐蝕結構圖。
[0016]圖6所示為本發明橫向絕緣柵雙極器件去除金屬鋁和氧化層后的頂層結構圖。
[0017]圖7所示為本發明橫向絕緣柵雙極器件的CC方向剖面圖。
[0018]圖8所示為本發明橫向絕緣柵雙極器件的DD方向剖面圖。
[0019]圖9所示為本發明橫向絕緣柵雙極器件與普通橫向絕緣柵雙極器件的耐壓對比圖。
[0020]圖10所示為本發明橫向絕緣柵雙極器件與普通橫向絕緣柵雙極器件集電極與發射極之間電容對比圖。
[0021]圖11所示為本發明橫向絕緣柵雙極器件與普通橫向絕緣柵雙極器件抗dV/dt能力對比圖。
[0022]圖12所示為本發明橫向絕緣柵雙極器件的制作工藝流程圖。
[0023]I為襯底，2為埋氧層，3為N型漂移區，4為P型體區，5為N型緩沖層，6為N型發射極，7為P型發射極，8為P型集電極，9為集電極金屬連線，10為溝槽陣列，11為溝槽中摻雜的多晶硅，12為溝槽，13為多晶硅柵，14為多晶硅場板，15為集電極輸入\輸出，16為柵極輸入\輸出，17為發射極輸入\輸出，18為柵極金屬連線，19為發射極金屬連線，20為二氧化硅化層。
【具體實施方式】
[0024]下面結合圖6，對本發明做詳細說明，一種高可靠性的橫向絕緣柵雙極器件，包括:P型襯底1，在P型襯底I上設有埋氧層2，在埋氧層2上設有N型漂移區3，在N型漂移區3上方設有二氧化硅層20，在N型漂移區3中設有P型體區4和N型緩沖層5，所述P型體區4設在所述N型緩沖層5的外圍，在P型體區4內設有P型發射極7和N型發射極6，在P型發射極7和N型發射極6上連接有發射極電極金屬連線19，在N型緩沖層5中設有P型集電極8，在P型集電極8上連接有集電極金屬9，在二氧化硅層20內設有多晶硅柵13和多晶硅場板14，所述多晶硅柵13和所述多晶硅場板14位于N型緩沖層5與P型體區4之間區域的上方，并且，所述多晶硅柵13與P型體區4相鄰，所述多晶硅場板14與N型緩沖層5相鄰，在多晶硅柵13上連接有柵極金屬18，其特征在于，所述P型體區4、P型發射極7、N型發射極6和多晶硅柵13均呈U字形，所述N型緩沖層5和P型集電極8位于多晶硅場板14的內部區域，所述集電極金屬9通過多晶硅柵13的U字形開口延伸至多晶硅柵13的U字形外部。
[0025]本實施例還可以進一步采取以下技術措施:
在N型漂移區3內設一排溝槽，在每個溝槽的內壁上設有一層二氧化硅，在二氧化硅內填充多晶硅10，所述溝槽與P型體區4、P型發射極7、N型發射極6和多晶硅柵13的U字形開口相鄰，所述溝槽位于集電極金屬9的下方且與集電極金屬9垂直。
[0026]相鄰溝槽之間的距離介于0.1um到50u