[發明專利]集成高低壓器件的半導體芯片

有效

• 申請號: 201210346070.3
• 申請日: 2012-09-18
• 公開（公告）號: CN103050509A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 秀明土子
• 申請（專利權）人: 萬國半導體股份有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L27/06
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張靜潔;徐雯瓊

技術領域

本發明涉及高壓半導體器件及其制備工藝，特別是，在現有的半導體器件工藝流程中增加高壓器件的模塊化技術。

背景技術

為了滿足新型應用的需要，具有較高額定電壓的器件通常必須與現有器件集成在一塊現有器件中。將電壓較高的器件集成在現有的低壓器件中，通常需要對已驗證過的現有的低壓器件制備工藝流程和/或狀態做許多改動，致使現有低壓器件的性能降低，從而必須升級器件模塊。為了避免新型技術改進帶來的冗長設計周期以及高成本，我們研究的重點就是僅需對現有的低壓器件工藝做些微調，從而使對現有低壓器件性能的影響降至最低。

一般來說，在BCD（雙極CMOS?DMOS）或BiCMOS（雙極CMOS）工藝中，最高的工作電壓受到P至N結的垂直結構的穿通擊穿的局限。這種垂直結擊穿是外延層厚度、摻雜濃度和結深度的函數。如圖1所示，表示一個形成在半導體芯片中的現有器件300的示例，現有器件300含有一個厚度為43的n-型外延層18沉積在P襯底14上。器件300的大致結構是，多個N-阱22和P-阱26和48位于N-外延層中。掩埋的P區46從N-外延層底部開始，向下延伸到P-阱48的底部邊緣中，并且合并在一起。掩埋的P區也向下延伸到襯底材料14中，從而使器件300與制備其他器件的半導體芯片的其他區域絕緣。器件300還包含一個在P-阱26下方的N掩埋區35，避免在P-阱和P襯底之間穿通，P襯底限制了器件300最大的工作電壓。利用一定厚度的外延層18，并且控制P-阱26的深度45，使器件300的性能達到最優，P-阱26的底部和掩埋的N區35的頂部之間的垂直距離47限制了垂直擊穿電壓，從而當橫向擊穿控制因子49（即掩埋P區46和N掩埋區35之間的橫向距離）足夠大，使橫向擊穿電壓遠大于垂直擊穿電壓時，限制器件300的工作電壓。制備工藝從襯底材料14開始，然后分別在區域35和46中植入離子。在襯底材料14上方沉積外延層18，并且制備多個從外延層頂面開始向下延伸的N-阱和P-阱。通過額外的步驟，制備雙極晶體管或MOSFET等具體功能的器件。當一個工作電壓較高的器件需要集成在同一襯底上的不同區域中的情況下，一種提高P至N垂直擊穿電壓的方法就是增加外延層18的厚度。如果制備器件300的工藝和狀態仍然保持不變的話，這將會影響現有器件300的性能和獨立性。

另一種方法就是引入一個較輕的摻雜層，以降低摻雜濃度和淺P阱結。例如，Hideaki?Tsuchiko在美國專利7019377中提出了一種集成電路，包含一個高壓肖特基勢壘二極管以及一個低壓器件。肖特基勢壘二極管含有一個輕摻雜的淺P-阱，作為保護環，同時利用標準的、較重摻雜的、較深的p-阱，制備低壓器件。通過含有輕摻雜p-阱、標準p-阱以及增厚的N-外延層的工藝，提高高壓器件的擊穿電壓以及最大工作電壓。每種方法都能使擊穿電壓升高15V至30V。使用這兩種方法的肖特基勢壘二極管，可以使擊穿電壓升高30V至60V，而不會嚴重影響其他器件和結構的性能。

這兩種方法和器件布局的同時使用，可以在同一芯片上集成高壓和低壓器件。然而，這些方法經常會對現有器件的性能有輕微影響。某些器件需要對SPICE模塊稍作調整。尤其是對增大N-外延層的厚度有一定的限制。如果大幅增加N-外延層厚度的話，P-型掩埋區46的向上擴散和p阱48的向下擴散之間的絕緣連接就會被削弱或中斷，致使不完整的器件絕緣。因此，要在低壓芯片內集成高壓器件，必須提出新的技術，使得僅需在現有的低壓工藝流程中增加一些步驟，就能在低壓芯片內集成高壓器件，而不會對低壓器件的性能造成影響。

發明內容

本發明提供一種集成高低壓器件的半導體芯片，能在低壓芯片內集成高壓器件，而不會對低壓器件的性能造成影響。

為實現上述目的，本發明提供一種由高壓器件和低壓器件構成的半導體芯片。該半導體芯片包含：一個第一導電類型的襯底層；一個在襯底層頂面上的第一導電類型的第一外延層；一個在第一外延層頂面上的與第一導電類型相反的第二導電類型的第二外延層；一個在高壓器件區域中的第二導電類型的深掩埋植入區；一個在低壓器件區域中的第二導電類型的掩埋植入區；一個從第二外延層頂面開始延伸到深掩埋植入區上方的第一導電類型的第一摻雜阱；以及一個從掩埋植入區上方的第二外延層頂面開始的第一導電類型的第二摻雜阱。

一種由第一器件構成的半導體芯片，其特點是，該半導體芯片還包含：

一個第一導電類型的半導體襯底層；

一個第一導電類型的第一外延層，該第一外延層在襯底層上方；