CN101964329B - 150v-bcd体硅制造工艺和lcd背光驱动芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种150V-BCD体硅制造工艺和LCD背光驱动芯片，所述工艺如下：先准备高阻衬底硅片，在衬底增加N型埋层，用NSINKER1漏极结构连接N型埋层，外延N型外延层，和NSINKER2形成对通结构，形成LDPMOS器件体区，Resurf耐压区，沟道连接区，构成横向结构LPMOS高压器件；形成Resurf耐压区，补偿注入JFET区，VDNMOS器件体区，复合MOS栅沟道；用深槽隔离结构，替代传统的PISO隔离结构，用双薄栅DGO作为低压器件的栅氧，用N⁺/P⁺作为所有器件的漏极注入，用自对准硅化物技术Salicide减少互连电阻，形成接触孔，用MET形成器件连接，用PAD作为压焊点。所述驱动芯片包括：多级电荷泵升压电路、EL振荡电路、VSENSE模块、高压变换模块和全桥式驱动结构。

Description

150V-BCD体硅制造工艺和LCD背光驱动芯片

技术领域

本发明涉及一种150V-BCD体硅制造工艺和LCD背光驱动芯片，属于150V-BCD工艺开发及LCD高压功率芯片的技术领域。

背景技术

随着半导体微电子技术和液晶显示技术近几十年来快速发展已日趋成熟，便携式LCD电子产品的应用得到广大消费者的认可而被广泛地使用。为LCD提供背光显示的场致EL光源因具有体积紧凑、出光均匀、功耗小等优点在目前是主流显示技术。尽管先进LED背光技术已被业界公认为下一代新型背光显示技术，但是LED成本昂贵、技术尚未成熟等因素限制了在现阶段的应用。

目前驱动具有容性负载特性的场致光源EL市面上多采用电学隔离良好，成本昂贵的SOI高压工艺技术。为了满足消费者不断追求色彩丰富，生动逼真、高品质显示效果的愿望，高压驱动芯片的通道数量需要增加至8个以上，这将会大大增加成本开支，这限制了LCD高压驱动技术的应用。

目前基于EL驱动应用的150V-体硅BCD工艺及其100V电压以上高低侧应用的高压芯片设计技术并不多。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种基于体硅工艺的先进150V-BCD体硅制造工艺，并定制出适用于便携式电子产品和大屏幕等离子显示应用的LCD背光驱动芯片，本发明能够完全替代基于SOI工艺的驱动芯片技术，可明显降低电子产品的成本。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明150V-BCD体硅制造工艺包括如下步骤：

1)准备P型衬底硅片；

2)制备N型埋层；

3)形成NSINKER1漏极对通结构；

4)生长N型外延层；

5)形成NSINKER2漏极对通结构；

6)形成VHVNW阱结构，作为LDPMOS器件的体区；

7)形成PDRIFT漂移区；

8)形成PEDGE漂移区；

9)形成PLINK连接区；

10)形成ACTIVE有源区；

11)形成TRENCH深槽结构；

12)形成VHVTN注入；

13)形成PBODY体区，作为VDNMOS器件的体区；

14)形成HVPWELL阱；

15)形成HVNWELL阱；

16)形成LVPWELL阱；

17)形成LVNWELL阱；

18)生长DGO薄栅氧，包括高压薄栅氧GOX1，低压薄栅氧GOX2；

19)注入N⁺漏极；

20)注入P⁺漏极；

21)Salicide自对准硅化物互连；

22)形成接触孔；

23)形成金属连线；

24)PAD压焊点。

优选地，步骤1)所述的P型衬底硅片的电阻率P型晶向<100>，电阻率85～95Ω·cm。

优选地，步骤11)所述的TRENCH深槽，采用浓度为的硼离子注入槽侧壁，采用能量为40～60Kev，剂量为4E13～6E13cm^-2。

优选地，步骤18)所述的栅氧包括高压薄栅氧GOX1和低压薄栅氧GOX2，VDNMOS器件的复合多晶硅栅是由高压薄栅氧GOX1和场氧LOCOS组成；LDPMOS的多晶硅栅氧全部采用LOCOS场氧。

优选地，所述的高压薄栅氧GOX1和低压薄栅氧GOX2的厚度分别为：15±1.5nm，7.0±0.5nm。

基于150V-BCD体硅制造工艺的LED背光驱动芯片，包括：

多级电荷泵电路Charge Pump：实现低电位到高电位的电压提升；

EL振荡电路：产生点亮EL灯的参考振荡信号，并提供满足脉宽调制应用的PWM开关信号；

VSENSE模块：为LED背光驱动芯片提供稳定的基准电压源，并提供给电荷泵电路ChargePump；

高压变换模块High Voltage Level Block：实现由高压电源信号向高压控制信号的变换；

MOSFET Full-Bridge全桥式结构：驱动LCD应用的8个通道场致EL背光源点亮。

优选地，所述MOSFET Full-Bridge全桥式结构由并列的两个VDNMOS高压二极管缓冲级构成。

本发明与现有SOI技术相比，本发明充分体现了先进体硅BCD工艺和新型架构芯片设计的完美结合，具体表现为如下特点：

(1)本发明能实现成本低廉的体硅-高压BCD工艺，替代成本昂贵的SOI-高压BCD工艺，可大幅度降低芯片价格，并直接决定便携式电子产品的售价。

(2)本发明实现了传统HV-CMOS工艺的技术升级，完成了HV-CMOS工艺向高压BCD工艺的演变，降低独立开发BCD工艺流程的难度。

(3)本发明采用新型深槽整套技术，作为高低压器件的电学隔离，替代工艺复杂的PISO对通隔离技术，可提高芯片的集成度，简化了传统隔离工艺，显著提高芯片良率。

(4)本发明采用电荷平衡技术，优化高压器件漂移区的电荷分布，研制品质因数小(FOM＝R_{on， sp}×Q_g)的新型互补型高压功率器件VDNMOS和LDPMOS。

(5)本发明采用了高频开关信号，替代常规的正弦输入信号，开发出高于100V应用的EL驱动芯片技术，利用多级电荷泵电路完成逐级升压过程。

(6)本发明利用VDNMOS设计高压二极管缓冲级，驱动8个通道点亮背光场致灯，实现低功耗的节能应用。

附图说明

图1是本发明150V-BCD体硅工艺流程图；

图2是本发明150-BCD体硅工艺结构图；

图3是150V-PISO，深槽Trench，NSINKER测试结构；

图4是EL背光驱动芯片电路图；

图5是EL背光驱动芯片输出波形图；

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明涉及的BCD工艺开发和EL驱动芯片设计做进一步说明。

图1和图2阐述了开发150V-BCD工艺及器件具体方案。该BCD主要工艺共24步，比典型BCD工艺减少了LDPMOS两次光刻(厚栅氧，辅助漂移区)，一次注入(辅助漂移区)和一次氧化。首先准备高电阻率的P型衬底硅片，高能量离子注入Sb形成N型埋层，离子注入磷元素P，砷元素As并高温驱入，形成与N型埋层相连的漏极对通结构NSINKER1，外延可满足Double-Resurf耐压要求的N型外延层，离子注入磷元素P，砷元素As并高温驱入，实现能与NSINKER1对通连接的NSINKER2结构，形成了VDNMOS器件的低阻电流通道。在N型外延层上离子注入磷元素P，硼元素B，并高温驱入，形成的VHVNW、PDRIFT阱结构，分别作为LDPMOS的沟道区和耐压区，形成的PEDGE阱结构，与P型衬底构成Double-Resurf结构，作为VDNMOS的耐压区。对N型外延层离子注入硼元素B，形成的PLINK结构，作为LDPMOS的P通道连接区。在N型外延层上氧化得到LOCOS结构的有源区，利用LOCOS结构的有源区场氧，作为掩蔽层，采用了能量为40～60Kev、剂量为4E13～6E13cm^-2的硼离子槽侧壁注入技术和针对拐角处的圆弧特殊设计，得到可绝缘高低压电位的深槽隔离结构Trench，能够完全替代需要较大隔离区域的PISO结构，如图3所示。离子注入磷元素P，消弱VDNMOS的JFET效应，降低器件导通电阻。离子注入硼元素B，并高温驱入，获得合理的P型杂质浓度分布，形成VDNMOS的P型体区，消除snapback效应。在N型外延层上利用自对准离子注入技术，形成HVPWELL阱，HVNWELL阱，LVPWELL阱，LVNWELL阱，作为HVNMOS，HVPMOS，LVNMOS，LVPMOS四种3V和5V器件的阱，需满足电学击穿，阈值控制，场反型，防止发生Latch-up等要求。在N型外延层上热氧化两种厚度的薄栅氧GOX1(15nm)，GOX2(7nm)，分别作为3V和5V器件的栅氧。自对准形成了具有侧墙结构的多晶硅栅结构，VDNMOS器件的复合多晶硅栅是由GOX1和LOCOS组成，构成N型-反型区和N型-耗尽区，LDPMOS的多晶硅栅氧全部采用LOCOS场氧，以满足HVICs芯片的高侧驱动，VDNMOS和LDPMOS器件设计可同时满足品质因数小(FOM＝R_{on， sp}×Q_g)的参数要求。自对准离子注入，并快速热退火形成N型/P型MOS的浅结源漏接触区。自对准形成薄膜电阻率低的TiSi₂硅化物薄膜，降低集成电路的接触电阻和互连线电阻。在TiSi₂硅化物薄膜上形成金属引线孔，并由多层金属系统TiN/Ti/W填充，随后形成由TiN/Ti/Al构成的金属引线，最后制备金属压焊点。

图4阐述了EL驱动芯片设计的具体方案。设计EL驱动芯片采用了高频开关信号，替代常规的正弦输入信号，满足驱动芯片的低功耗应用。该芯片主要包括五个模块，多级电荷泵电路Charge Pump实现低电位到高电位的电压分段提升。用EL振荡电路产生点亮EL灯的参考振荡信号，并可提供满足脉宽调制应用的PWM开关信号。用VSENSE模块为芯片提供稳定的基准电压源，并提供给电荷泵电路Charge Pump。用EL振荡电路输出的可调节占空比PWM驱动高压变换模块High Voltage Level Block，实现由高压电源信号向高压控制信号的变换。运用MOSFET Full-Bridge全桥式结构，并采用VDNMOS设计高压二极管缓冲级，驱动LCD应用的8个通道场致EL背光源点亮。图5为采用高频开关信号驱动EL芯片，可明显降低芯片的动态功耗，实现低功耗的节能应用。此外，EL驱动芯片的EMMI测试结果表明，EL输出通道无热点出现，进一步说明该芯片具有很强的抗dV/dt，di/dt寄生效应能力，可完全承受频率很高的脉冲开关信号冲击，避免采用常规的正弦输入信号，延长了电池待机时间，实现EL驱动芯片的节能应用。

本发明公开了成本低廉的体硅HV-BCD高压制程和LCD显示驱动芯片设计技术，可替代价格昂贵的SOI芯片技术，既能胜任便携式电子产品的EL驱动应用，也可作为驱动大屏幕显示(PDP)的应用。

Claims (8)

1.一种150V-BCD体硅制造工艺，其特征在于包括如下步骤：

1)准备P型衬底硅片；

2)制备N型埋层；

3)形成NSINKER1漏极对通结构；

4)生长N型外延层；

5)形成NSINKER2漏极对通结构；

6)形成VHVNW阱结构，作为LDPMOS器件的体区；

7)形成PDRIFT漂移区；

8)形成PEDGE漂移区；

9)形成PLINK连接区；

10)形成有源区；

11)形成深槽结构；

12)形成VHVTN注入；

13)形成体区，作为VDNMOS器件的体区；

14)形成HVPWELL阱；

15)形成HVNWELL阱；

16)形成LVPWELL阱；

17)形成LVNWELL阱；

18)生长DGO两个薄氧栅，包括高压薄栅氧GOX1，低压薄栅氧GOX2；

19)注入N⁺漏极；

20)注入P⁺漏极；

21)Salicide自对准硅化物互连；

22)形成接触孔；

23)形成金属连线；

24)PAD压焊点；

其中，NSINKER1：VDNMOS器件漏极下侧连接；

NSINKER2：VDNMOS器件漏极上侧连接；

VHVNW：LDPMOS器件N型体区；

PDRIFT：LDPMOS器件耐压漂移区；

PEDGE：VDNMOS器件耐压漂移区；

PLINK：LDPMOS器件P沟道连接；

VHVTN：VDNMOS器件颈部区注入；

DGO：厚薄栅氧层；

Salicide：硅化物；

PAD：压焊点；

HVPWELL阱：高压P型阱；

HVNWELL阱：高压N型阱；

LVPWELL阱：低压P型阱；

LVNWELL阱：低压N型阱。

2.根据权利要求1所述的150V-BCD体硅制造工艺，其特征在于步骤1)所述的P型衬底硅片为晶向<100>，电阻率85～95Ω·cm。

3.根据权利要求1所述的150V-BCD体硅制造工艺，其特征在于步骤11)所述的深槽结构，采用能量为40～60Kev，剂量为4E13～6E13cm^-2的硼离子注入槽侧壁。

4.根据权利要求1所述的150V-BCD体硅制造工艺，其特征在于步骤12)所述的VHVTN注入，采用能量为150～200Kev，剂量为2E12～4E12cm^-2。

5.根据权利要求1所述的150V-BCD体硅制造工艺，其特征在于步骤18)

所述的薄栅氧包括高压薄栅氧GOX1和低压薄场氧GOX2，VDNMOS器件的复合多晶硅栅是由高压薄栅氧GOX1和场氧LOCOS组成；LDPMOS的多晶硅栅氧全部采用LOCOS场氧。

6.根据权利要求5所述的150V-BCD体硅制造工艺，其特征在于所述的高压薄栅氧GOX1和低压薄栅氧GOX2的厚度分别为：15±1.5nm，7.0±0.5nm。

7.一种权利要求1所述的150V-BCD体硅制造工艺的LCD背光驱动芯片，其特征在于包括：

多级电荷泵电路Charge Pump：实现低电位到高电位的电压提升；

EL振荡电路：产生点亮EL灯的参考振荡信号，并提供满足脉宽调制应用的PWM开关信号；

VSENSE模块：为LCD背光驱动芯片提供稳定的基准电压源，并提供给电荷泵电路Charge Pump；

高压变换模块High Voltage Level Block：实现由高压电源信号向高压控制信号的变换；

MOSFET Full-Bridge全桥式驱动结构：驱动LCD应用的8个通道场致EL背光源点亮。

8.根据权利要求7所述的150V-BCD体硅制造工艺的LCD背光驱动芯片，其特征在于所述MOSFET Full-Bridge全桥式驱动结构由并列的两个VDNMOS高压二极管缓冲级构成。

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