CN101752208B - 半导体高压终端结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种半导体高压终端结构及其制造方法，该方法包括以下步骤：首先提供硅基板，于该硅基板上形成场氧化层，并在场氧化层上层引入易腐蚀层；利用光刻掩膜版定义高压终端结构区；然后利用湿法腐蚀场氧化层，形成具斜角的斜坡氧化层；利用斜坡氧化层作为自对准掩膜进行离子注入，引入横向扩散的初始杂质；最后在斜坡氧化层的起始端形成具有渐变横向掺杂梯度的高压保护环；在斜坡氧化层上淀积高掺杂多晶硅或金属形成斜坡场板。该半导体高压终端结构包括硅基板、设置在硅基板上的斜坡氧化层、利用该斜坡氧化层作为自对准掩膜注入的渐变横向掺杂梯度的高压保护环，以及淀积在斜坡氧化层上的高掺杂多晶硅或金属斜坡场板。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体的制作方法，尤其涉及一种半导体高压终端结构的制造方法，以及涉及利用该方法获得的半导体高压终端结构。
背景技术
场板与场限环是用来提高半导体元器件抗电压击穿能力的常用终端保护技术，而在高压器件中，具有渐变横向掺杂梯度(VLD)的高压终端保护环结构，通常被认为比均匀掺杂的场限环具有更高的效率。
通常，与本发明相关的渐变横向掺杂梯度高压终端结构采用掩膜版来制作。在掩膜版上设置若干成条状和孔状的通道，这些通道被利用为离子注入窗口，离子注入后再通过热扩散来形成所需要的横向扩散梯度。然而，这种方法，需要预先根据所拟定的杂质分布梯度来计算通道的数量和密度，这样的计算是比较复杂的，并且需要将计算过程进行模拟并不断校正，过程比较繁琐。另外，通过通道排布获得的杂质梯度，呈明显的锯齿状，达不到比较连续的缓变梯度。
鉴于此，即需要提出一种可改善横向杂质扩散分布的方法，以获得较连续缓变的杂质分布梯度。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种可改善杂质横向掺杂分布的半导体高压终端结构的方法以及提供一种由该方法获得的半导体高压终端结构。
本发明通过这样的技术方案解决上述的技术问题：
一种半导体高压终端结构的制造方法，包括以下步骤：第一步，提供硅基板，于该硅基板上形成场氧化层，通过离子轰击在场氧化层上部引入损伤层，该损伤层相比较下部的未损伤层有较高的腐蚀速率，或直接在场氧化层上淀积松散氧化层引入易腐蚀层；第二步，利用光刻掩膜版定义高压终端结构区；第三步，利用湿法腐蚀损伤层或易腐蚀层，按照损伤层或易腐蚀层的厚度和该层与下面普通场氧化层的腐蚀速率差异形成具斜角的斜坡氧化层；第四步，利用斜坡氧化层作为自对准掩膜进行离子注入，引入横向掺杂的初始杂质；第五步，横向热扩散杂质，形成最终的渐变横向掺杂梯度。
本发明另提供一种利用上述技术方案获得的半导体高压终端结构，该结构包括硅基板、设置在硅基板上的斜坡氧化层、利用该斜坡氧化层作为自对准掩膜注入的渐变横向掺杂梯度的高压保护环，以及淀积在斜坡氧化层上的高掺杂多晶硅或金属斜坡场板。
作为本发明的一种改进，该场氧化层为二氧化硅层。
作为本发明的另一种改进，其特征在于：在第四步与第五步之间利用退火工艺激活斜坡场氧化层下的掺杂杂质，并形成渐变横向掺杂梯度的高压保护环。
作为本发明的另一种改进，于第一步中，离子轰击的能量造成场氧化层表面损伤，损伤的程度和深度决定于离子轰击能量和剂量，斜坡氧化层的斜角角度与该氧化层表面损伤的程度和深度以及腐蚀条件有关。
作为本发明的另一种改进，于第一步中的直接淀积松散氧化层可以通过化学气相淀积方法获得。
作为本发明的另一种改进，第一步中的离子轰击过程采用氩离子或硅离子。
作为本发明的另一种改进，第三步中，用到的刻蚀溶液为氢氟酸和浓度为40％的氟化氨水溶液的混合液，氢氟酸和氟化氨水溶液的比例为1:20至1:2，刻蚀时间10分钟-1个小时。
作为本发明的另一种改进，第四步中的离子注入过程采用硼离子、磷离子或砷离子。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：本发明利用高压终端结构中常用的斜坡氧化层作为自对准掩膜来进行离子注入，不需要专门的掩膜版，就可以得到更连续缓变的横向扩散杂质分布，并且自然结合了斜坡场板的作用，可以提高普通斜坡场板高压终端结构的工艺容限，并缩小终端结构的尺寸。调节斜坡氧化层的斜角和离子注入的能量或剂量，就可以得到需要的横向扩散浓度分布。
附图说明
图1为本发明离子轰击场氧化层的示意图；
图2为本发明光刻掩膜定义终端结构区的示意图；
图3为本发明湿法腐蚀形成斜坡氧化层的示意图；
图4为本发明引入渐变横向掺杂的初始杂质的示意图；
图5为本发明横向扩散杂质热扩散后的示意图；
图6为本发明斜坡场板结构下的横向扩散杂质的示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
请参图1，本发明半导体高压终端结构的制造方法的第一步骤，于硅(Si)基板10上通过热生长形成场氧化层20，该场氧化层20为二氧化硅(SiO2)层，厚度为1000纳米-1500纳米，其实该场氧化层也可为其他硅合物，如氮氧化硅等。通过离子轰击的方式，在该场氧化层上部引入损伤层，以便这部分被损伤的场氧化层有更快的腐蚀速率；该效果也可以通过在场氧化层上化学气相淀积一定厚度的易腐蚀氧化层达到。于本步骤中，为了使得后续步骤中场氧化层被腐蚀成斜坡形状，需要调整离子轰击的剂量和能量(或淀积易腐蚀氧化层的条件)。于本步骤中，离子注入过程采用氩离子或硅离子。
请参照图2，本发明半导体高压终端结构的制造方法的第二步骤，利用光刻工艺定义终端结构区，即定义终端结构的大小。光刻工艺利用光敏的抗蚀涂层30(光刻胶)发生光化学反应，结合刻蚀的方法把掩膜版图形复制到光刻胶上。
请参照图3，本发明半导体高压终端结构的制造方法的第三步骤，利用湿法腐蚀损伤层，形成斜坡氧化层20’。于该步骤中，针对步骤一中形成的二氧化硅损伤层，优选用到的刻蚀溶液为氢氟酸(HF)和氟化氨(NH4F)水溶液(浓度为40％)的混合液，氢氟酸和氟化氨的比例为1:20至1:2，刻蚀时间10分钟-1个小时。湿法腐蚀是将损伤层浸泡在腐蚀液内进行腐蚀，它是一种纯化学刻蚀，具有优良的选择性，只会刻蚀需进行刻蚀的材料，而不会损坏其他材料。鉴于步骤一中，场氧化层表面层腐蚀速率较下层快，湿法腐蚀将是一种各向异性的腐蚀，结果会形成特定的斜角。
请参照图4，本发明半导体高压终端结构的制造方法的第四步骤，利用斜坡氧化层20’作为自对准掩膜沿图4中箭头所示方向进行离子注入，引入具有横向掺杂梯度的初始杂质分布40；于此步骤中，预先设定离子注入的能量(离子获得的撞击注入表面的初始速度)与剂量，以此设定离子注入的深度与浓度，离子注入的深度一般只与初始速度有关，因此，一旦能量确定，在注入方向上的注入深度即确定了。于该步骤中，斜坡氧化层20’在图4中所示的横向方向(由左往右的方向)上厚度逐渐增加，因而，离子在厚度较小的左端注入较深，杂质浓度较大；而越往右氧化层厚度较大的区域，注入深度较浅，杂质浓度较低，于该步骤的离子注入过程中，所采用的离子通常为硼、磷或砷。
请参照图5，本发明半导体高压终端结构的制造方法的第五步骤，横向热扩散杂质40。热扩散是利用分子在高温下的扩散运动，使杂质从浓度很高的杂质源向硅基板中扩散并形成一定的分布。于此步骤中，通过控制热扩散的温度以及时间，可以达到预先拟定的扩散程度及浓度。
请参照图6，本发明半导体高压终端结构的制造方法所得到的斜坡场板结构下的横向掺杂杂质分布。
本发明利用高压终端结构中常用的斜坡氧化层20’作为自对准掩膜来进行离子注入，不需要专门的掩膜版，就可以得到更连续缓变的横向扩散杂质分布，并且自然结合了斜坡场板的作用，可以提高普通斜坡场板高压终端结构的工艺容限，并缩小终端结构的尺寸。
另外，在第四步与第五步之间可利用退火工艺激活斜坡场氧化层下的掺杂杂质，并形成渐变横向掺杂梯度的高压保护环。
利用本发明所提供的半导体高压终端结构的制造方法所获得的半导体高压终端结构包括硅基板、设置在硅基板上的斜坡氧化层、利用该斜坡氧化层作为自对准掩膜注入的渐变横向掺杂梯度的高压保护环，以及淀积在斜坡氧化层上的高掺杂多晶硅或金属斜坡场板。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (7)
1.一种半导体高压终端结构的制造方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
第一步，提供硅基板，于该硅基板上形成场氧化层，通过离子轰击的方式在场氧化层上部引入损伤层；
第二步，利用光刻掩膜版定义高压终端结构区；
第三步，利用湿法腐蚀损伤层，按照损伤层与未损伤氧化层的腐蚀速率差异形成具斜角的斜坡氧化层；
第四步，利用斜坡氧化层作为自对准掩膜进行离子注入，引入横向扩散的初始杂质；
第五步，横向热扩散杂质，形成具有渐变横向掺杂梯度的高压保护环；
第六步，在斜坡氧化层上淀积一定厚度的高掺杂多晶硅或金属层形成斜坡场板。
2.根据权利要求1所述的半导体高压终端结构的制造方法，其特征在于：该场氧化层为二氧化硅层。
3.根据权利要求2所述的半导体高压终端结构的制造方法，其特征在于：在第四步与第五步之间利用退火工艺激活斜坡场氧化层下的掺杂杂质，并形成渐变横向掺杂梯度的高压保护环。
4.根据权利要求1所述的半导体高压终端结构的制造方法，其特征在于：第一步中，离子轰击的能量造成场氧化层表面损伤，损伤的程度和深度决定于离子轰击能量和剂量，斜坡氧化层的斜角角度与该氧化层表面损伤的程度和深度以及腐蚀条件有关。
5.根据权利要求1所述的半导体高压终端结构的制造方法，其特征在于：第一步中的离子轰击过程采用氩离子或硅离子。
6.根据权利要求1所述的半导体高压终端结构的制造方法，其特征在于：第三步中，用到的刻蚀溶液为氢氟酸和浓度为40%的氟化氨水溶液的混合液，氢氟酸和氟化氨水溶液的比例为1:20至1:2，刻蚀时间10分钟－1个小时。
7.根据权利要求1所述的半导体高压终端结构的制造方法，其特征在于：第四步中的离子注入过程采用硼离子、磷离子或砷离子。
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