專利名稱：用于高壓集成電路的金屬絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域中的高壓半橋驅(qū)動(dòng)電路，是關(guān)于一種可用于高壓集成電路的金屬絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)及制備方法。
背景技術(shù)：
高壓半橋驅(qū)動(dòng)電路可以用于各種應(yīng)用，例如電機(jī)驅(qū)動(dòng)、熒光燈中的電子鎮(zhèn)流器以及電源等。半橋電路的高側(cè)直流電壓源相對(duì)于低側(cè)直流電壓源浮動(dòng)，因此需要用自舉電路來導(dǎo)出高側(cè)直流電壓源。自舉電路包括一個(gè)自舉電容和一個(gè)自舉二極管，但是由于自舉電路所需的電容以及自舉二極管的擊穿電壓和峰值電流容量太大以至于很難集成在半橋驅(qū)動(dòng)芯片上，目前許多的半橋驅(qū)動(dòng)電路中，自舉電容和自舉二極管由分立元件構(gòu)成。美國專利US6507085和US7518209將自舉二極管集成在驅(qū)動(dòng)芯片上，它將自舉二極管集成在驅(qū)動(dòng)電路的隔離環(huán)外或者隔離環(huán)上，與以前分立的自舉二極管相比，集成二極管降低了生產(chǎn)成本。然而，這種集成二極管導(dǎo)通時(shí)存在寄生三極管開啟問題，產(chǎn)生很大的襯底漏電流，從而影響整個(gè)電路的穩(wěn)定性，同時(shí)漏電流的產(chǎn)生也會(huì)影響到自舉電容的充電速度，使得驅(qū)動(dòng)電路的動(dòng)態(tài)特性變差。美國專利US55(^632用一種自舉二極管仿真器代替自舉二極管集成在驅(qū)動(dòng)芯片中。自舉二極管仿真器由一種特殊結(jié)構(gòu)的LDM0S(即集成自舉金屬絕緣柵場效應(yīng)管，以下簡稱集成自舉M0SFET)和它外圍的驅(qū)動(dòng)電路組成，它們可以替代自舉二極管使用。集成自舉MOSFET做在高低盆的隔離帶上，它的實(shí)現(xiàn)不需要額外的面積，只需要增加一個(gè)小面積的集成自舉MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路即可。自舉二極管仿真器抑制了寄生三極管開啟，從而解決了襯底漏電流問題。然而專利US55(^632只是介紹了自舉二極管仿真器電路，對(duì)集成自舉 MOSFET的結(jié)構(gòu)卻無介紹，集成自舉MOSFET是一種有特殊要求的LDM0S，以NLDMOS為例，正向?qū)〞r(shí)，源端接高電位，因此源端需要耐高壓，而且背柵極需要單獨(dú)偏置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于高壓集成電路的金屬絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)及其制備方法，該結(jié)構(gòu)抑制了寄生三極管開啟，大大減小了襯底漏電流，從而提高了自舉電容的充電速度，改善了驅(qū)動(dòng)電路的動(dòng)態(tài)特性，減小了集成面積。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種用于高壓集成電路的金屬絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)，包括p型襯底，在P型襯底的左上表面設(shè)置有P型埋層和深N型阱區(qū)，在P型襯底、深N型阱區(qū)和P型埋層的上表面設(shè)置有 P型外延層，在P型埋層上設(shè)有P型隔離阱區(qū)，在深N型阱區(qū)上設(shè)有高壓N型阱區(qū)且高壓N 型阱區(qū)延伸并進(jìn)入P型襯底的上方區(qū)域，在高壓N型阱區(qū)內(nèi)設(shè)有漏端N型緩沖區(qū)，在P型隔離阱區(qū)與高壓N型阱區(qū)之間設(shè)有N型隔離阱區(qū)及P型背柵區(qū)，并且，N型隔離阱區(qū)的一個(gè)邊界與P型隔離阱區(qū)相接觸，P型背柵區(qū)的一個(gè)邊界與高壓N型阱區(qū)相接觸，N型隔離阱區(qū)的另一個(gè)邊界與P型背柵區(qū)的另一個(gè)邊界相接觸，在P型隔離阱區(qū)內(nèi)設(shè)置有P型隔離接觸區(qū)， 在P型背柵區(qū)內(nèi)設(shè)有P型背柵接觸區(qū)及N型源區(qū)，在漏端N型緩沖區(qū)內(nèi)設(shè)有N型漏區(qū)，在P 型背柵區(qū)與高壓N型阱區(qū)的公共邊界上設(shè)有柵氧化層，在P型隔離阱區(qū)、N型隔離阱區(qū)、P 型背柵區(qū)及高壓N型阱區(qū)上方的P型隔離接觸區(qū)、P型背柵接觸區(qū)、N型源區(qū)、柵氧化層及N 型漏區(qū)上方以外的區(qū)域設(shè)有場氧化層，在柵氧化層上設(shè)有多晶硅柵且多晶硅柵延伸至高壓 N型阱區(qū)上方的場氧化層上方，在場氧化層及多晶硅柵上設(shè)有介質(zhì)隔離氧化層，在P型隔離接觸區(qū)和N型漏區(qū)上分別連接有P型隔離區(qū)金屬連線和漏極金屬連線，其特征在于，在P型背柵區(qū)的下方設(shè)有N型埋層，所述N型埋層的兩端分別向外延伸并分別與N型隔離阱區(qū)、高壓N型阱區(qū)連接，在P型背柵接觸區(qū)與N型源區(qū)之間設(shè)有第一源端N型緩沖層，在第一源端 N型緩沖層上方設(shè)有第一薄場氧化層，在N型源區(qū)與柵氧化層之間設(shè)有第二源端N型緩沖層，在第二源端N型緩沖層上方設(shè)有第二薄場氧化層，在P型背柵接觸區(qū)和N型源區(qū)分別連接有P型背柵極金屬連線和源極金屬連線。所述用于高壓集成電路的金屬絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)制備方法如下 第一步準(zhǔn)備P型硅襯底，
第二步生長氧化層、淀積氮化硅、光刻、離子注入銻生成N型埋層；光刻、離子注入磷生成深N型阱區(qū)、退火；去掉氮化硅，光刻、離子注入硼生成ρ型埋層、退火，
第三步生長P型外延層；生長氧化層、淀積氮化硅、光刻、離子注入磷生成高壓N型阱區(qū)；光刻、離子注入磷生成N型隔離阱區(qū)和漏端N型緩沖區(qū)、氧化，在高壓N阱和低壓N阱的上表面生成5000A的氧化層；去掉氮化硅，
第四步普注硼離子生成P型隔離阱區(qū)和P型背柵區(qū)、退火；去掉上述5000A的氧化層， 第五步淀積氮化硅、離子注入磷生成第一源端N型緩沖層和第二源端N型緩沖層；氧化生成第一薄場氧化層和第二薄場氧化層；去掉氮化硅， 第六步生長場氧化層，
第七步生長一層厚度為1000A的柵氧化層，離子注入氟化硼閾值調(diào)整，然后進(jìn)行多晶硅柵的淀積、刻蝕，
第八步光刻、離子注入磷和砷生成N型源區(qū)和N型漏區(qū)；光刻、離子注入氟化硼生成 P型隔離接觸區(qū)和P型背柵接觸區(qū)；淀積介質(zhì)隔離氧化層，接觸孔刻蝕，淀積金屬鋁，刻蝕鋁以形成P型隔離區(qū)金屬連線、P型背柵極金屬連線、源極金屬連線和漏極金屬連線，最后進(jìn)行介質(zhì)鈍化處理。用于高壓集成電路的金屬絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的制備方法與現(xiàn)有工藝相兼容，且與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1)傳統(tǒng)的集成自舉二極管結(jié)構(gòu)中，二極管正向?qū)〞r(shí)寄生三極管陽極/N型外延/P 型襯底導(dǎo)通，產(chǎn)生襯底漏電流，襯底漏電流嚴(yán)重影響整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路的穩(wěn)定性(參考圖1)，而本發(fā)明中集成自舉MOSFET的源極與背柵極分開，將背柵極單獨(dú)偏置，使得背柵極/N型埋層反偏，從而抑制了寄生三極管背柵極/N型埋層/P型襯底的導(dǎo)通，抑制了襯底漏電的產(chǎn)生， 提高了自舉電容的充電速度，從而改善了驅(qū)動(dòng)電路的動(dòng)態(tài)特性(參考圖4和圖6)。(2)傳統(tǒng)的集成自舉二極管結(jié)構(gòu)，具有較大的正向壓降，導(dǎo)通損耗大，自舉電容不能充電到低側(cè)電源電壓，而本發(fā)明中的集成自舉M0SFET，低頻時(shí)正向壓降小，導(dǎo)通損耗小， 自舉電容可以充電到近似低側(cè)電源電壓。
(3)本發(fā)明中用N型埋層、高壓N型阱區(qū)和N型隔離阱區(qū)三個(gè)N型區(qū)域?qū)型背柵區(qū)與P型襯底完全隔離開，從而可以對(duì)背柵極進(jìn)行單獨(dú)偏置。(4)充電過程時(shí)，源極接低側(cè)電源端(參考圖6)，從而源端需要承受一定耐壓，本發(fā)明中N型源區(qū)的兩側(cè)設(shè)置有第一源端N型緩沖層和第二源端N型緩沖層，可以使得源端承受所需的耐壓值。(5)集成自舉二極管使得驅(qū)動(dòng)芯片的面積大大增加，本發(fā)明可以直接做在高低盆的隔離帶上而不增加額外的面積，只需要在原有驅(qū)動(dòng)芯片的基礎(chǔ)上增加一小面積的控制電路即可，節(jié)省了生產(chǎn)成本。


圖1是傳統(tǒng)的集成自舉二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是傳統(tǒng)的集成自舉二極管在高壓驅(qū)動(dòng)電路中的連接示意圖。圖3是本發(fā)明專利集成自舉MOSFET在高壓驅(qū)動(dòng)電路中的俯視圖，高壓驅(qū)動(dòng)電路由高側(cè)電路區(qū)(101)、低側(cè)電路區(qū)(102)及其二區(qū)中間的高低壓隔離帶(103)，集成自舉 MOSFET (200)位于高低壓隔離帶(103)上。圖4是圖3沿I - I’方向的剖面圖。由圖可見，集成自舉MOSFET中存在寄生三極管背柵極/N型埋層/P型襯底，而背柵控制電路(參考圖6)可以抑制這個(gè)寄生三極管的開啟。圖5是圖3沿ΙΙ-ΙΓ方向的剖面圖。P型背柵區(qū)(10)需要用N型埋層(2)、高壓N 型阱區(qū)(6)和N型隔離阱區(qū)(7)三個(gè)N型區(qū)域完全隔離，如圖5所示，3維空間中同樣實(shí)現(xiàn)完全了隔離。圖6是本發(fā)明專利中的集成自舉MOSFET在高壓驅(qū)動(dòng)電路中的連接示意圖，由圖可見，背柵極單獨(dú)控制，使得背柵極/N型埋層反偏，從而抑制寄生三極管背柵極/N型埋層/P 型襯底的開啟，解決了有寄生三極管引起的襯底漏電問題。圖7是本發(fā)明專利中的集成自舉MOSFET的制備方法流程。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D4，對(duì)本發(fā)明結(jié)構(gòu)作詳細(xì)說明，一種用于自舉二極管仿真器中的集成自舉 MOSFET器件，包括P型襯底1，在P型襯底1的左上表面設(shè)置有P型埋層4和深N型阱區(qū) 3，在P型襯底1、深N型阱區(qū)3和P型埋層4的上表面設(shè)置有P型外延層5，在P型埋層4 上設(shè)有P型隔離阱區(qū)9，在深N型阱區(qū)3上設(shè)有高壓N型阱區(qū)6且高壓N型阱區(qū)6延伸并進(jìn)入P型襯底1的上方區(qū)域，在高壓N型阱區(qū)6內(nèi)設(shè)有漏端N型緩沖區(qū)8，在P型隔離阱區(qū) 9與高壓N型阱區(qū)6之間設(shè)有N型隔離阱區(qū)7及P型背柵區(qū)10，并且，N型隔離阱區(qū)7的一個(gè)邊界與P型隔離阱區(qū)9相接觸，P型背柵區(qū)10的一個(gè)邊界與高壓N型阱區(qū)6相接觸，N型隔離阱區(qū)7的另一個(gè)邊界與P型背柵區(qū)10的另一個(gè)邊界相接觸，在P型隔離阱區(qū)9內(nèi)設(shè)置有P型隔離接觸區(qū)17，在P型背柵區(qū)10內(nèi)設(shè)有P型背柵接觸區(qū)18及N型源區(qū)19，在漏端 N型緩沖區(qū)8內(nèi)設(shè)有N型漏區(qū)20，在P型背柵區(qū)10與高壓N型阱區(qū)6的公共邊界上設(shè)有柵氧化層15，在P型隔離阱區(qū)9、N型隔離阱區(qū)7、P型背柵區(qū)10及高壓N型阱區(qū)6上方的P 型隔離接觸區(qū)17、P型背柵接觸區(qū)18、N型源區(qū)19、柵氧化層15及N型漏區(qū)20上方以外的區(qū)域設(shè)有場氧化層13，在柵氧化層15上設(shè)有多晶硅柵16且多晶硅柵16延伸至高壓N型阱區(qū)6上方的場氧化層上方，在場氧化層13及多晶硅柵16上設(shè)有介質(zhì)隔離氧化層21，在P 型隔離接觸區(qū)17和N型漏區(qū)20上分別連接有P型隔離區(qū)金屬連線22和漏極金屬連線25， 其特征在于，在P型背柵區(qū)10的下方設(shè)有N型埋層2，所述N型埋層2的兩端分別向外延伸并分別與N型隔離阱區(qū)7、高壓N型阱區(qū)6連接，在P型背柵接觸區(qū)18與N型源區(qū)19之間設(shè)有第一源端N型緩沖層11，在第一源端N型緩沖層11上方設(shè)有第一薄場氧化層11’，在 N型源區(qū)19與柵氧化層15之間設(shè)有第二源端N型緩沖層12，在第二源端N型緩沖層12上方設(shè)有第二薄場氧化層12’，在P型背柵接觸區(qū)18和N型源區(qū)19上分別連接有P型背柵極金屬連線23和源極金屬連線24。上述N型埋層2右端延伸至超過高壓N型阱區(qū)6的左下端0. 5_3Mffl。參照?qǐng)D7，對(duì)本發(fā)明中高壓集成電路的金屬絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的制備方法做詳細(xì)介紹
第一步準(zhǔn)備P型硅襯底1，
第二步生長氧化層、淀積氮化硅、光刻、離子注入銻生成N型埋層2 ；光刻、離子注入磷生成深N型阱區(qū)3、退火；去掉氮化硅，光刻、離子注入硼生成ρ型埋層4、退火，
第三步生長P型外延層5 ；生長氧化層、淀積氮化硅、光刻、離子注入磷生成高壓N型阱區(qū)6 ；光刻、離子注入磷生成N型隔離阱區(qū)7和漏端N型緩沖區(qū)8、氧化，在高壓N阱和低壓N阱的上表面生成5000A的氧化層；去掉氮化硅，
第四步普注硼離子生成P型隔離阱區(qū)9和P型背柵區(qū)10、退火；去掉上述5000A的氧化層，
第五步淀積氮化硅、離子注入磷生成第一源端N型緩沖層11和第二源端N型緩沖層 12 ；氧化生成第一薄場氧化層11’和第二薄場氧化層12’ ；去掉氮化硅， 第六步生長場氧化層13，
第七步生長一層厚度為1000A的柵氧化層15，離子注入氟化硼閾值調(diào)整，然后進(jìn)行多晶硅柵16的淀積、刻蝕，
第八步光刻、離子注入磷和砷生成N型源區(qū)19和N型漏區(qū)20 ；光刻、離子注入氟化硼生成P型隔離接觸區(qū)17和P型背柵接觸區(qū)18 ；淀積介質(zhì)隔離氧化層21，接觸孔刻蝕，淀積金屬鋁，刻蝕鋁以形成P型隔離區(qū)金屬連線22、P型背柵極金屬連線23、源極金屬連線M和漏極金屬連線25，最后進(jìn)行介質(zhì)鈍化處理。
權(quán)利要求
1.一種用于高壓集成電路的金屬絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)，包括P型襯底(1)，在P型襯底(1)的左上表面設(shè)置有P型埋層(4)和深N型阱區(qū)(3)，在P型襯底(1 )、深N型阱區(qū)(3) 和P型埋層(4)的上表面設(shè)置有P型外延層(5)，在P型埋層(4)上設(shè)有P型隔離阱區(qū)(9)， 在深N型阱區(qū)(3)上設(shè)有高壓N型阱區(qū)(6)且高壓N型阱區(qū)(6)延伸并進(jìn)入P型襯底(1) 的上方區(qū)域，在高壓N型阱區(qū)(6)內(nèi)設(shè)有漏端N型緩沖區(qū)(8)，在P型隔離阱區(qū)(9)與高壓N 型阱區(qū)(6)之間設(shè)有N型隔離阱區(qū)(7)及P型背柵區(qū)(10)，并且，N型隔離阱區(qū)(7)的一個(gè)邊界與P型隔離阱區(qū)(9)相接觸，P型背柵區(qū)(10)的一個(gè)邊界與高壓N型阱區(qū)(6)相接觸， N型隔離阱區(qū)(7)的另一個(gè)邊界與P型背柵區(qū)(10)的另一個(gè)邊界相接觸，在P型隔離阱區(qū) (9)內(nèi)設(shè)置有P型隔離接觸區(qū)(17)，在P型背柵區(qū)(10)內(nèi)設(shè)有P型背柵接觸區(qū)(18)及N型源區(qū)(19)，在漏端N型緩沖區(qū)(8)內(nèi)設(shè)有N型漏區(qū)(20)，在P型背柵區(qū)(10)與高壓N型阱區(qū)(6)的公共邊界上設(shè)有柵氧化層(15)，在P型隔離阱區(qū)(9)、N型隔離阱區(qū)(7)、P型背柵區(qū)(10)及高壓N型阱區(qū)(6)上方的P型隔離接觸區(qū)(17)、P型背柵接觸區(qū)(18)、N型源區(qū) (19)、柵氧化層(15)及N型漏區(qū)(20)上方以外的區(qū)域設(shè)有場氧化層(13)，在柵氧化層(15) 上設(shè)有多晶硅柵(16)且多晶硅柵(16)延伸至高壓N型阱區(qū)(6)上方的場氧化層上方，在場氧化層(13)及多晶硅柵(16)上設(shè)有介質(zhì)隔離氧化層(21 )，在P型隔離接觸區(qū)(17)和N型漏區(qū)(20)上分別連接有P型隔離區(qū)金屬連線(22)和漏極金屬連線(25)，其特征在于，在P 型背柵區(qū)(10)的下方設(shè)有N型埋層(2)，所述N型埋層(2)的兩端分別向外延伸并分別與N 型隔離阱區(qū)(7)、高壓N型阱區(qū)(6)連接，在P型背柵接觸區(qū)(18)與N型源區(qū)(19)之間設(shè)有第一源端N型緩沖層(11 )，在第一源端N型緩沖層(11)上方設(shè)有第一薄場氧化層(11’)，在 N型源區(qū)(19)與柵氧化層(15)之間設(shè)有第二源端N型緩沖層(12)，在第二源端N型緩沖層 (12)上方設(shè)有第二薄場氧化層(12’)，在P型背柵接觸區(qū)(18)和N型源區(qū)(19)上分別連接有P型背柵極金屬連線(23 )和源極金屬連線(24)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高壓集成電路的金屬絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，N型埋層(2)右端延伸至超過高壓N型阱區(qū)(6)的左下端0. 5-3Mm。
3.—種權(quán)利要求1所述用于高壓集成電路的金屬絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟第一步準(zhǔn)備P型硅襯底(1)，第二步生長氧化層、淀積氮化硅、光刻、離子注入銻生成N型埋層(2)；光刻、離子注入磷生成深N型阱區(qū)(3)、退火；去掉氮化硅，光刻、離子注入硼生成ρ型埋層(4)、退火，第三步生長P型外延層(5);生長氧化層、淀積氮化硅、光刻、離子注入磷生成高壓N 型阱區(qū)(6);光刻、離子注入磷生成N型隔離阱區(qū)(7)和漏端N型緩沖區(qū)(8)、氧化，在高壓N 阱和低壓N阱的上表面生成5000A的氧化層；去掉氮化硅，第四步普注硼離子生成P型隔離阱區(qū)(9)和P型背柵區(qū)(10)、退火；去掉上述5000A 的氧化層，第五步淀積氮化硅、離子注入磷生成第一源端N型緩沖層(11)和第二源端N型緩沖層(12)；氧化生成第一薄場氧化層(11’)和第二薄場氧化層(12’ )；去掉氮化硅，第六步生長場氧化層(13)，第七步生長一層厚度為1000A的柵氧化層(15)，離子注入氟化硼閾值調(diào)整，然后進(jìn)行多晶硅柵(16)的淀積、刻蝕，第八步光刻、離子注入磷和砷生成N型源區(qū)(19)和N型漏區(qū)(20);光刻、離子注入氟化硼生成P型隔離接觸區(qū)(17)和P型背柵接觸區(qū)(18)；淀積介質(zhì)隔離氧化層(21)，接觸孔刻蝕，淀積金屬鋁，刻蝕鋁以形成P型隔離區(qū)金屬連線(22)、P型背柵極金屬連線(23)、源極金屬連線(24 )和漏極金屬連線(25 )，最后進(jìn)行介質(zhì)鈍化處理。
全文摘要
一種用于高壓集成電路的金屬絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)，包括P型襯底,P型外延層，P型外延上設(shè)置有P型隔離阱區(qū)、N型隔離阱區(qū)、P型背柵區(qū)及高壓N型阱區(qū)，P型背柵區(qū)內(nèi)設(shè)置有N型源區(qū)，其特征在于，在P型背柵區(qū)的下方設(shè)有N型埋層，N型埋層兩端分別與N型隔離阱區(qū)、高壓N型阱區(qū)連接，N型源區(qū)兩側(cè)設(shè)有第一源端N型緩沖層和第二源端N型緩沖層，在P型背柵接觸區(qū)和N型源區(qū)上分別連接有P型背柵極金屬連線和源極金屬連線。本發(fā)明大大的減少了傳統(tǒng)自舉二極管中普遍存在的襯底電流問題，提高了自舉電容充電速度，改善了驅(qū)動(dòng)電路的動(dòng)態(tài)特性。
文檔編號(hào)H01L29/423GK102208451SQ20111013981
公開日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者孫偉鋒, 時(shí)龍興, 祝靖, 錢欽松, 陸生禮, 韓佃香 申請(qǐng)人:東南大學(xué)