[發明專利]一種用于直接驅動功率器件的高壓柵驅動芯片的制備方法

有效

• 申請號: 201010604240.4
• 申請日: 2010-12-24
• 公開（公告）號: CN102130060A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發明（設計）人: 谷健;胡同燦
• 申請（專利權）人: 日銀IMP微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/8238
• 分類號: H01L21/8238;H01L21/762;H01L21/28;H01L21/265;H01L21/308
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 程曉明

技術領域

本發明涉及一種半導體芯片的制備工藝，尤其是涉及一種用于直接驅動功率器件的高壓柵驅動芯片的制備方法。

背景技術

高壓柵驅動芯片也稱功率集成電路(PIC，POWER?INTERGARTED?CIRCUIT)，其是電力電子器件技術與微電子技術相結合的產物，是機電一體化的關鍵元件。高壓柵驅動芯片的應用范圍很廣，如應用于電子鎮流器、馬達驅動、調光、各種電源模塊等等。

將功率器件及其驅動電路、保護電路、接口電路等外圍電路集成在一個或幾個芯片上，就制成了功率模塊。隨著功率模塊的應用越來越廣泛，功率模塊逐漸由簡單的觸發功能向多功能的應用需要發展，如采用多芯片封裝模塊(MCM)把功率集成電路和功率半導體器件或無源元件封裝在同一個封裝體中，形成功率模塊；還有如采用簡單的基島隔離，將高壓柵驅動芯片和功率器件封裝在同一個封裝體中，形成功率模塊，達到減小功率模塊體積、提高工作可靠性的目的。早期驅動電路采用的是分立器件方案，由于分立器件方案需要多個元件，集成度低、可靠性也不高，漸漸地被集成驅動電路的方案所替代，但早期的集成驅動電路方案由于其制備工藝無法實現高壓，因此，早期的集成驅動電路不能直接驅動高壓功率器件，應用時需要增加一個變壓器才能實現相同的功能。

隨著功率半導體工藝技術和常規CMOS工藝技術兼容的發展，采用高壓隔離工藝，把高壓側驅動控制模塊、低壓側驅動控制模塊以及電平轉移模塊集成在同一芯片內形成高壓柵驅動芯片成為可能，所以最終的技術發展仍以集成度更高、功能更為強大的直接驅動功率器件的高壓柵驅動芯片為主。在高壓柵驅動芯片中，低壓側驅動控制模塊在常規電壓下工作，作為控制信號部分；高壓側驅動控制模塊主要包括高壓控制信號部分，控制高壓側柵極信號；而電平轉移模塊則考慮低壓側控制信號向高壓側控制區傳遞，因而在實現這些功能時，主要考慮以下兩個方面問題：一方面是高壓側驅動控制模塊和低壓側驅動控制模塊的隔離問題，從工藝技術角度講，高壓隔離技術主要分PN結隔離、介質隔離和自隔離三種，自隔離工藝最為簡單，但漏電流大；介質隔離成本較高，工序復雜，較難實現；PN結隔離技術的優點是工序簡單、成本低，因此在常規CMOS工藝中，大多采用PN結隔離技術，但根據PN結擊穿的基本原理，其耐壓擊穿點一般不在平面結，而發生在結的表面，使PN結提前擊穿，致使達不到設計的需求，從而導致在常規CMOS工藝中無法實現幾十伏以上的高壓；另一方面就是實現高壓側驅動控制模塊的高壓器件(即橫向DMOS管)是在常規CMOS器件工藝的基礎上，通過增加降低表面電場區域(RESURF，簡稱降場區)和P型輕摻雜區域(簡稱P型輕摻區)，形成N型橫向DMOS器件。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種能夠產生700伏高壓的直接驅動功率器件的高壓柵驅動芯片的制備方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種用于直接驅動功率器件的高壓柵驅動芯片的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

①選材：選擇晶向為(100)、電阻率為40～60ohm·cm.的P型硅片作為初始材料，選擇磷摻雜的N型硅片作為外延材料；由初始材料制成襯底層，由外延材料制成雙層結構的外延層，外延層包括底層外延層和頂層外延層，襯底層、底層外延層和頂層外延層由下至上依次生長；

②制備P型隔離區域，具體過程為：

②-1、在頂層外延層上生長一層厚度為900～1100nm的二氧化硅，然后在二氧化硅上涂覆一層光刻掩膜層；②-2、利用光刻機在光刻掩膜層上打開用于隔離高壓側驅動控制模塊和低壓側驅動控制模塊的隔離區域，然后使用腐蝕液去除隔離區域的二氧化硅；②-3、在隔離區域上生長一層厚度為60～80nm的二氧化硅作為注入阻擋層；②-4、向隔離區域隔離注入劑量為9.0E15ions/cm²且能量為50Kev的硼離子；②-5、使用腐蝕液去除厚度為500～600nm的二氧化硅；②-6、在氧化爐中推進隔離區域，推進溫度為1200℃，推進時間為100～120分鐘，然后進行濕氧氧化，在隔離區域上生長一層厚度為250nm的二氧化硅，形成P型隔離區域；

③制備P阱區域和P型降低電場區域，具體過程為：