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。
【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]高壓集成電路已經被廣泛運用到包括電子照明、電機驅動、電源管理、工業控制以及顯示驅動等等廣泛的領域中。高壓集成電路的發展和應用，促使傳統產業與信息產業融通，已經對人類生產和生活產生了深遠的影響。
[0004]對于高壓集成電路，需要高壓互連線進行高側及低側之間的信號傳遞;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是研究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導致耐壓降低的問題，提出一種新型的高壓互連線屏蔽結構，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，本發明結構可以有效防止因高壓互連線影響導致的器件提前擊穿，增強整個高壓集成電路的可靠性。
[0006]本發明提供如下技術方案:
[0007]—種具有新型雙溝槽高壓互連線屏蔽結構的橫向絕緣柵雙極器件結構，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型外延層，在N型外延層中設有P型體區和N型緩沖層，在P型體區內設有P型發射極和N型發射極，N型發射極上方設有多晶硅柵，多晶硅柵上設有金屬連接多晶硅柵至結構外圍的輸入\輸出，在N型緩沖層中設有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構外圍的輸入\輸出，P型體區三面包圍著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域延伸至結構外的輸入\輸出，在集電極金屬連線之下靠近結構邊緣設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的溝槽，溝槽內摻有多晶硅，溝槽的走向垂直于集電極金屬連線的走向，在整個結構外包圍有溝槽，內摻有多晶硅，隔離整個結構與外圍區域。上述高壓互連線屏蔽結構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]與現有技術相比，本發明具有如下優點:
[0009]本發明在傳統結構基礎上，提出了一種新的結構，P型體區包圍N型緩沖層的結構為三面包圍，留有一側間斷，高壓互連線從間斷一側延伸至結構外，當高壓互連線上通過高壓時，其下方的溝槽幫助耐壓，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構中，距離集電極較遠的溝槽所分擔的電勢相對于靠近集電極的溝槽得到提升，當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]本發明提出的高壓互連線屏蔽結構，工藝簡單，通過調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 ]對于雙溝槽結構，本發明結構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，對于雙溝槽結構，UIS、dv/dt產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，導致動態雪崩，本發明由于提高了距離集電極較遠的溝槽的耐壓，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構圖。
[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構圖圖。
[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所示為本發明高壓互連線的頂層部分腐蝕結構圖。
[0018]圖6所示為本發明高壓互連線去除金屬鋁和氧化層后的頂層結構圖。
[0019]圖7所示為本發明高壓互連線的AB方向剖面圖。
[0020]圖8所示為本發明高壓互連線的⑶方向剖面圖。
[0021]圖9所示為普通雙溝槽互連線結構UIS關斷過程中空穴移動的示意圖。
[0022]圖10所示為本發明高壓互連線屏蔽結構UIS關斷過程中空穴移動的示意圖。
[0023]圖11所示為本發明高壓互連線屏蔽結構與普通雙溝槽互連線結構的耐壓對比圖。
[0024]圖12所示為本發明結構制作工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合圖2，對本發明做詳細說明，一種具有新型雙溝槽高壓互連線屏蔽結構的橫向絕緣柵雙極器件，包括:P型襯底I，在P型襯底I上設有埋氧層2，在埋氧層2上設有N型外延層3，在N型外延層3中設有P型體區4和N型緩沖層5，在P型體區4內設有N型發射極6和P型發射極7，N型發射極7上方設有多晶硅柵13，多晶硅柵13上設有金屬18連接多晶硅柵14至結構外圍的輸入\輸出16，在N型緩沖層5中設有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連接至結構外圍的輸入\輸出15，P型體區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通過間斷區域延伸至結構外的輸入\輸出15，在集電極金屬連線9之下靠近結構邊緣設有溝槽10和溝槽11，溝槽10淺于溝槽11，溝槽10和溝槽11內摻有耐壓介質，溝槽10和溝槽11的走向垂直于集電極金屬連線9的走向，在整個結構外包圍有溝槽12，溝槽12內摻有多晶硅，隔離整個結構與外圍區域。上述高壓互連線屏蔽結構其特征在于溝槽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構，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構，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構，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構，溝槽10與溝槽11之間的溝槽數量介于O到100之間。
[0030 ]所述的一種高壓互連線屏蔽結構，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構，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，也可以是二氧化硅或其它耐壓介質包裹多晶硅。
[0032]下面介紹本發明結構的制備方法，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構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4、N型發射極6和P型發射極7，用高濃度離子注入工藝形成N型緩沖層5