CN103295951A - 基于混合晶向soi的器件系统结构及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于混合晶向SOI的器件系统结构及制备方法。根据本发明的制备方法,首先制备全局混晶SOI结构;接着,在所述全局混晶SOI结构上形成外延图形窗口;接着,在所述外延图形窗口处外延硅,并使外延硅后的图形化混晶SOI结构表面平坦化;随后再在外延硅后的全局混晶SOI结构上形成隔离器件的隔离结构;最后,在具有隔离结构的图形化混晶SOI结构的(110)衬底部分制备P型高压器件结构、在(100)衬底部分制备N型高压器件结构和/或低压器件结构,由此可有效提高空穴迁移率,改善P型高压器件的Rdson,提高器件性能,有利于进一步提高集成度、降低功耗。
Description
技术领域
本发明涉及本导体领域,特别是涉及一种基于混合晶向SOI的器件系统结构及制备方法。
背景技术
高压器件与高压集成工艺在汽车电子、LED驱动电路、PDP驱动等领域有着广泛的应用和大量的需求。BCD工艺是最主要的高压集成工艺,其中横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)是常用的集成高压器件,这类技术通常采用体硅和SOI衬底材料,在100V以上工艺中,为了解决隔离问题,则常采用SOI衬底材料。虽然人们更多关心N-LDMOS,然而,与MOS器件一样,P-LDMOS也是高压MOS器件中重要的组成部分,其在PDP驱动等领域中有着重要的应用。目前,与N-LDMOS相比,在相同击穿电压(BV)情况下,P-LDMOS的Rdson总要高出一倍甚至更多,最主要的原因是由于受空穴迁移率的限制,其Ion小于N-LDMOS,为此希望提供一种新的衬底材料,提高载流子迁移率,改善器件Rdson,提高器件性能,以便有利于进一步提高集成度、降低功耗。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种基于混合晶向SOI的器件系统制备方法,以制备出N型高压器件和/或低压器件、以及P型高压器件结构。
本发明的目的在于提供一种基于混合晶向SOI的器件系统结构,以提高空穴迁移率及改善P型高压器件的Rdson。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种基于混合晶向SOI的器件系统制备方法,其至少包括:
1)制备(110)/(100)全局混晶SOI结构;
2)在所述全局混晶SOI结构上形成(100)外延图形窗口;
3)在所述(100)外延图形窗口处选择性外延生长(100)硅,并使外延(100)硅后的图形化混晶SOI结构表面平坦化;
4)在外延(100)硅后的图形化混晶SOI结构上形成隔离器件的隔离结构;以及
5)在具有隔离结构的图形化混晶SOI结构的(110)衬底部分制备P型高压器件结构、在(100)衬底部分制备N型高压器件结构和/或低压器件结构。
本发明还提供另一种基于混合晶向SOI的器件系统制备方法,其至少包括:
1)制备(100)/(110)全局混晶SOI结构;
2)在所述全局混晶SOI结构上形成(110)外延图形窗口;
3)在所述(110)外延图形窗口处选择性外延生长(110)硅,并使外延(110)硅后的图形化混晶SOI结构表面平坦化;
4)在外延(110)硅后的图形化混晶SOI结构上形成隔离器件的隔离结构;
5)在具有隔离结构的图形化混晶SOI结构的(110)衬底部分制备P型高压器件结构、在(100)衬底部分制备N型高压器件结构和/或低压器件结构。
本发明提供一种基于混合晶向SOI的器件系统结构,其至少包括:
形成于(110)/(100)混晶SOI结构的(110)衬底部分的P型高压器件结构;
形成于(110)/(100)混晶SOI结构的(100)衬底部分的N型高压器件结构和/或低压器件结构;以及
隔离各器件的隔离结构。
本发明还提供一种基于混合晶向SOI的器件系统结构,其至少包括:
形成于(100)/(110)混晶SOI结构的(110)衬底部分的P型高压器件结构;
形成于(100)/(110)混晶SOI结构的(100)衬底部分的N型高压器件结构和/或低压器件结构;以及
隔离各器件的隔离结构。
如上所述,本发明具有以下有益效果:能有效提高空穴迁移率,改善P型高压器件的Rdson,提高器件的性能,有利于进一步提高集成度、降低功耗。
附图说明
图1-图5显示为本发明的一种基于混合晶向SOI的器件系统制备方法的流程图。
图6-图10显示为本发明的另一种基于混合晶向SOI的器件系统制备方法的流程图。
图11显示为电子和空穴迁移率示意图。
图12显示为高压器件所包含的沟道结构的形状示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图11。须知,本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例一:
如图所示,本发明提供一种基于混合晶向SOI的器件系统制备方法,其包括以下步骤:
第一步:制备(110)/(100)全局混晶SOI结构。例如,采用常规SOI制程制备(110)/(100)全局混晶SOI结构,如图1所示,该(110)/(100)全局混晶SOI结构包括:(100)硅衬底、埋氧层及(110)顶层硅。
第二步:在所述全局混晶SOI结构上形成(100)外延图形窗口。例如,如图2所示,采用光刻、腐蚀等工艺在图1所示的全局混晶SOI结构制备用于外延(100)硅的(100)外延图形窗口,并在图形侧壁形成氮化硅侧墙(SiN Spacer)保护结构。
第三步:在所述(100)外延图形窗口处选择性外延生长(100)硅,并使外延(100)硅后的图形化混晶SOI结构表面平坦化。如图3所示,在所述(100)外延图形窗口处选择性外延生长(100)硅,并采用化学机械抛光(CMP)来实现外延后的图形化混晶SOI结构表面的平坦化。
第四步:在外延(100)硅后的结构上形成隔离器件的隔离结构。例如,如图4所示,在外延(100)硅后的结构上形成隔离沟槽,槽内用二氧化硅填充并CMP形成浅槽隔离(STI)结构。
第五步:在具有隔离结构的图形化混晶SOI结构的(110)衬底部分制备P型高压器件结构、在(100)衬底部分制备N型高压器件结构和/或低压器件结构。
例如,如图5所示,采用BCD工艺,在具有隔离结构的全局混晶SOI结构的(110)衬底部分制备P-LDMOS,在(100)衬底部分制备N-LDMOS以及低压NMOS和PMOS。
需要说明的是,本领域技术人员应该理解,当制备的低压器件结构包括多个时,各低压器件结构之间的隔离结构可采用LOCOS隔离结构及STI隔离沟槽结构中的一种或两种,在此不再详述。
基于上述制备方法,制备出的基于混合晶向SOI的器件系统结构如图5所示,该基于混合晶向SOI的器件系统结构包括:形成于(110)/(100)混晶SOI结构的(110)衬底部分的P型高压器件结构,例如,P-LDMOS;形成于(110)/(100)混晶SOI结构的(100)衬底部分的N型高压器件结构,例如,N-LDMOS;形成于(110)/(100)混晶SOI结构的(100)衬底部分的低压器件结构,例如,低压NMOS和PMOS;以及隔离各器件的隔离结构,例如,STI隔离沟槽。
优选地,制备的P型或N型高压器件各自所包含的沟道的结构可以呈圆环形(如图12a所示)、跑道形环状(如图12b所示)、矩形环状(如图12c所示)、或直条状(如图12d及12e所示)等;更为优选地,(110)硅衬底上的P型高压器件的直条状沟道和/或环状沟道的直道部分沿<110>晶向。
实施例二:
如图所示,本发明提供的另一种基于混合晶向SOI的器件系统制备方法,其包括以下步骤:
第一步:制备(100)/(1100全局混晶SOI结构。例如,采用常规SOI制程制备(100)/(110)全局混晶SOI结构,如图6所示,该(100)/(110)全局混晶SOI结构包括:(110)硅衬底、埋氧层及(100)顶层硅。
第二步:在所述全局混晶SOI结构上形成(110)外延图形窗口。例如,如图7所示,采用光刻、腐蚀等工艺在图6所示的全局混晶SOI结构制备用于外延(110)硅的(110)外延图形窗口,并在图形侧壁形成氮化硅侧墙(SiN Spacer)保护结构。
第三步:在所述(110)外延图形窗口处选择性外延生长(110)硅,并使外延(110)硅后的全局混晶SOI结构表面平坦化。如图8所示,在所述(110)外延图形窗口处选择性外延生长(110)硅,并采用化学机械抛光(CMP)来实现外延后的图形化混晶SOI结构表面的平坦化。
第四步:在外延(110)硅后的结构上形成隔离器件的隔离结构。例如,如图9所示,在外延(110)硅后的结构上形成隔离沟槽,槽内用二氧化硅填充并CMP形成浅槽隔离(STI)结构。
第五步:在具有隔离结构的图形化混晶SOI结构的(110)衬底部分制备P型高压器件结构、在(100)衬底部分制备N型高压器件结构和/或低压器件结构。
例如,如图10所示,采用BCD工艺,在具有隔离结构的全局混晶SOI结构的(110)衬底部分制备P-LDMOS,在(100)衬底部分制备N-LDMOS以及低压NMOS和PMOS。
需要说明的是,本领域技术人员应该理解,当制备的低压器件结构包括多个时,各低压器件结构之间的隔离结构可采用LOCOS隔离结构,在此不再详述。
基于上述制备方法,制备出的基于混合晶向SOI的器件系统结构如图10所示,该基于混合晶向SOI的器件系统结构包括:形成于(100)/(110)混晶SOI结构的(110)衬底部分的P型高压器件结构,例如,P-LDMOS;形成于(100)/(110)混晶SOI结构的(100)衬底部分的N型高压器件结构,例如,N-LDMOS;形成于(100)/(110)混晶SOI结构的(100)衬底部分的低压器件结构,例如,低压NMOS和PMOS;以及隔离各器件的隔离结构,例如,STI隔离沟槽。
优选地,制备的P型或N型高压器件各自所包含的沟道的结构可以呈圆环形(如图12a所示)、跑道形环状(如图12b所示)、矩形环状(如图12c所示)、或直条状(如图12d及12e所示)等;更为优选地,(110)硅衬底上的P型高压器件的直条状沟道和/或环状沟道的直道部分沿<110>晶向。
由上可见,本发明的基于混合晶向SOI的器件系统制备方法基于(100)硅衬底在<110>晶向具有最大的电子迁移率;而(110)硅衬底在<110>晶向具有最大的空穴迁移率,且是(100)硅衬底在<110>晶向空穴迁移率的2倍以上,同时(110)硅衬底在<100>晶向空穴迁移率也有明显的提高,具体如图11所示;故,本发明将N型高压器件制备于(100)衬底上,P型高压器件制备于(110)衬底上,此外,将低压器件也制备在(100)衬底上,其制程与现有BCD工艺兼容,这样后续就可以将现有BCD工艺的直接转移,易于达到产业化和实用化的目的。与现有(100)衬底上制备的P-LDMOS相比,采用混晶SOI实现的该高压集成技术,P-LDMOS的Rdson将至少减小1倍;另外,由于实施例一的(100)衬底部分没有埋氧层的存在,可减小N-LDMOS的自热效应和背栅效应;实施例二的(110)衬底部分没有埋氧层的存在,可减小P-LDMOS的自热效应和背栅效应。
此外,本领域技术人员应该理解,也可将低压PMOS器件制备在(110)硅衬底上,以提高低压PMOS的性能,但需要对低压PMOS涉及的相关工艺条件作适当调整,在此不再予以详述。
再有,需要说明的是,本领域技术人员应该理解,上述各实施例仅仅只是列示,而非对本发明的限制,事实上,所制备的器件系统结构可仅仅包含P型高压器件、N型高压器件、P型和N型低压器件等中的一种或几种,在此不再详述。
综上所述,本发明的基于混合晶向SOI的器件系统制备方法基于混晶SOI来制备N型、P型高压器件和/或低压器件,可有效提高空穴载流子迁移率,改善P型高压器件的Rdson,提高器件的性能,有利于进一步提高集成度、降低功耗。所以,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (16)
1.一种基于混合晶向SOI的器件系统制备方法,其特征在于,所述基于混合晶向SOI的器件系统制备方法至少包括:
1)制备(110)/100)全局混晶SOI结构;
2)在所述全局混晶SOI结构上形成100)外延图形窗口;
3)在所述100)外延图形窗口处选择性外延生长100)硅,并使外延100)硅后的图形化混晶SOI结构表面平坦化;
4)在外延100)硅后的结构上形成隔离器件的隔离结构;
5)在具有隔离结构的图形化混晶SOI结构的(110)衬底部分制备P型高压器件结构、在100)衬底部分制备N型高压器件结构和/或低压器件结构。
2.根据权利要求1所述的基于混合晶向SOI的器件系统制备方法,其特征在于:当所述低压器件结构包括多个时,各低压器件结构之间的隔离结构包括LOCOS隔离结构和/或STI隔离结构。
3.根据权利要求1所述的基于混合晶向SOI的器件系统制备方法,其特征在于:高压器件之间的隔离结构以及高压与低压器件之间的隔离结构均包括STI隔离结构。
4.一种基于混合晶向SOI的器件系统结构,其特征在于,所述基于混合晶向SOI的器件系统结构至少包括:
形成于(110)/(100)混晶SOI结构的(110)衬底部分的P型高压器件结构;
形成于(110)/(100)混晶SOI结构的(100)衬底部分的N型高压器件结构和/或低压器件结构;以及
隔离各器件的隔离结构。
5.根据权利要求4所述的基于混合晶向SOI的器件系统结构,其特征在于:当所述低压器件结构包括多个时,各低压器件结构之间的隔离结构包括LOCOS隔离结构和/或STI隔离结构。
6.根据权利要求4所述的基于混合晶向SOI的器件系统结构,其特征在于:高压器件之间的隔离结构以及高压与低压器件之间的隔离结构均包括STI隔离结构。
7.根据权利要求4所述的基于混合晶向SOI的器件系统结构,其特征在于:高压器件所包含的沟道的结构包括以下至少一项:圆环形沟道、跑道形环状沟道、矩形环状沟道、及直条状沟道结构。
8.根据权利要求7所述的基于混合晶向SOI的器件系统结构,其特征在于:(110)硅衬底上的P型高压器件的直条状沟道结构和/或环状沟道的直道部分沿<110>晶向。
9.一种基于混合晶向SOI的器件系统制备方法,其特征在于,所述基于混合晶向SOI的器件系统制备方法至少包括:
1)制备(100)/(110)全局混晶SOI结构;
2)在所述全局混晶SOI结构上形成(110)外延图形窗口;
3)在所述(110)外延图形窗口处选择性外延生长(110)硅,并使外延(110)硅后的图形化混晶SOI结构表面平坦化;
4)在外延(110)硅后的图形化混晶SOI结构上形成隔离器件的隔离结构;
5)在具有隔离结构的图形化混晶SOI结构的(110)衬底部分制备P型高压器件结构、在(100)衬底部分制备N型高压器件结构和/或低压器件结构。
10.根据权利要求9所述的基于混合晶向SOI的器件系统制备方法,其特征在于:当所述低压器件结构包括多个时,各低压器件结构之间的隔离结构包括LOCOS隔离结构和/或STI隔离结构。
11.根据权利要求9所述的基于混合晶向SOI的器件系统制备方法,其特征在于:高压器件之间的隔离结构以及高压与低压器件之间的隔离结构均包括STI隔离结构。
12.一种基于混合晶向SOI的器件系统结构,其特征在于,所述基于混合晶向SOI的器件系统结构至少包括:
形成于(100)/(110)混晶SOI结构的(110)衬底部分的P型高压器件结构;
形成于(100)/(110)混晶SOI结构的(100)衬底部分的N型高压器件结构和/或低压器件结构;以及
隔离各器件的隔离结构。
13.根据权利要求12所述的基于混合晶向SOI的器件系统结构,其特征在于:当所述低压器件结构包括多个时,各低压器件结构之间的隔离结构包括LOCOS隔离结构和/或STI隔离结构。
14.根据权利要求12所述的基于混合晶向SOI的器件系统结构,其特征在于:高压器件之间的隔离结构以及高压与低压器件之间的隔离结构均包括STI隔离结构。
15.根据权利要求12所述的基于混合晶向SOI的器件系统结构,其特征在于:高压器件所包含的沟道的结构包括以下至少一项:圆环形沟道、跑道形环状沟道、矩形环状沟道、及直条状沟道结构。
16.根据权利要求15所述的基于混合晶向SOI的器件系统结构,其特征在于:(110)硅衬底上的P型高压器件的直条状沟道结构和/或环状沟道的直道部分沿<110>晶向。
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