[實用新型]一種基于絕緣體上硅的高壓隔離結構

有效

• 申請號: 201220192481.7
• 申請日: 2012-04-28
• 公開（公告）號: CN202616220U
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 孫偉鋒;祝靖;林顏章;錢欽松;陸生禮;時龍興
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762;H01L21/84;H01L23/522
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術領域

本實用新型涉及高壓集成電路中隔離結構，用以解決高低壓區域間的電氣隔離問題。

背景技術

高壓功率集成電路，通常是指將功率器件、邏輯控制電路及保護電路等集成在單一硅片上的電路。絕緣柵場效應管(IGBT，Insulator?Gate?Bipolar?Transistor)因具有高電流能力、低導通壓降的優勢而被廣泛用作功率集成電路的功率管。然而，體硅技術并不適合用于集成IGBT，因為IGBT存在電導調制效應，即在導通時大量的少子注入到漂移區，會向襯底注入載流子，進而影響芯片中其他電路的正常工作。絕緣體上硅(SOI，Silicon?On?Insulator)中的埋氧層將有源區與襯底隔離，從而屏蔽襯底電荷對電路正常工作的影響。所以絕緣體上硅材料被越來越多的應用于高壓功率集成電路的設計中。

如何解決橫向隔離問題，是基于絕緣體上硅的高壓功率集成電路設計的關鍵問題之一。對于采用厚膜SOI材料實現的高壓集成電路，通常采用深槽隔離結構，深槽側壁氧化層是主要的電壓隔離結構。然而受工藝限制和出于散熱問題考慮，側壁氧化層不能做很厚。為了滿足更的耐壓要求，需要采用多深槽隔離結構。一方面，工藝要求深槽之間需要保留一定的區域，采用的深槽隔離結構個數越多，隔離結構的面積越大。另一方面，當在傳統多深槽隔離結構兩側加電壓時，各深槽結構的偏壓由寄生電容的耦合效果決定，并且靠近高壓側的深槽結構的偏壓最高，所以增加深槽結構數量對整體耐壓效果的提高并不明顯。

為此，美國專利US6445055提出采用電壓偏置的方法，利用電阻場板實現分壓的方法，固定各深槽隔離結構兩側外延區域的電位，并且通過優化設計，使得各深槽隔離結構的偏壓相等，從而提高多深槽隔離結構的隔離性能。

實用新型內容

本實用新型提供一種基于絕緣體上硅的高壓隔離結構，利用高阻場板的分壓原理，實現各深槽結構的側壁氧化層兩側具有相同的偏置電壓，與傳統多深槽隔離結構相比，能獲得更加理想的耐壓效果，有效的減小隔離結構所占的芯片面積。

本實用新型采用如下技術方案：

一種基于絕緣體上硅的高壓隔離結構，包括：P型襯底，在P型襯底上設有埋氧層，在埋氧層上方是N型外延層，在N型外延層上設有表面鈍化層，N型外延層中設有高壓電路區域和低壓電路區域，高壓電路區域被多深槽隔離結構所包圍，低壓電路區域位于多深槽隔離結構外側，所述多深槽隔離結構由2～20個深槽隔離結構組成，其特征在于，在表面鈍化層上設有高阻多晶硅場板，在高壓電路區域和低壓電路區域的N型外延層上分別電連接有高壓區電極接觸孔和低壓區電極接觸孔，在各個相鄰的深槽隔離結構之間的N型外延層及各個深槽隔離結構上分別電連接有電極接觸孔，所述高阻多晶硅場板的一端與高壓區電極接觸孔電連接，所述高阻多晶硅場板的另一端與低壓區電極接觸孔電連接，并且，所述高阻多晶硅場板按照由內向外的順序依次與各個電極接觸孔電連接。

用于高壓驅動電路的隔離結構與現有工藝相兼容，且與現有其他隔離技術相比，本實用新型具有如下優點：

(1)本實用新型所提出的基于絕緣體上硅的高壓隔離結構，利用高低壓側之間的高阻多晶硅場板的分壓原理實現對深槽結構以及相鄰深槽結構之間的N型外延區域的電壓偏置，可實現各側壁氧化層有相同的電壓，克服了傳統多深槽隔離結構種各側壁氧化層上電壓不均勻的缺點，極大的提高高壓隔離結構的擊穿電壓，一方面，在深槽結構數量相同的情況下，可以采用更薄的側壁氧化層結構，可以縮短熱氧化時間；另一方面，如果采用相同的側壁氧化層厚度，可以減少深槽結構的數量，從而減少深槽隔離結構的面積。

(2)本實用新型所提出的多深槽隔離結構的設計方案中，高阻多晶硅層與傳統高壓集成工藝中的電阻場板工藝兼容，可靈活調整多晶硅場板的摻雜濃度和寬度。

附圖說明

圖1為本實用新型中所提出的一種基于絕緣體上硅的高壓隔離結構俯視圖，為三深槽隔離結構。

圖2為圖1所示結構沿曲線AA”的剖面示意圖，第一深槽隔離結構50a由第一重摻雜多晶硅25a、第一側壁氧化層24a以及第二壁氧化層24b組成，第二深槽隔離結構50b由第二重摻雜多晶硅25b、第三側壁氧化層24c以及第四壁氧化層24d組成，第三深槽隔離結構50c由第三重摻雜多晶硅25c、第五側壁氧化層24e以及第六壁氧化層24f組成。

圖3為圖1所示結構沿曲線BB’的剖面示意圖。

圖4為圖1所示結構沿曲線CC’的剖面示意圖。