高压横向结二极管装置制造方法及图纸

一种横向结二极管装置(110)包含至少具有半导体表面的衬底(105)。耗尽型LDMOS装置(130)处于所述半导体表面中，所述耗尽型LDMOS装置包含源极(131)、漏极和栅极电介质(134)上方的栅极(133)、在所述栅极(133)下方的在所述源极(131)与所述漏极之间的沟道区(135)。漂移区(136a，136b，138)位于所述沟道区(135)与所述漏极之间。所述漏极还提供所述横向结二极管装置(110)的阴极。嵌入式二极管(120)包含第二阴极(121)和与所述装置(110)共用的阳极(122)。所述嵌入式二极管(120)是由隔离区隔离的结，所述隔离区包括位于所述阳极(122)与所述源极(131)之间的耦合到内埋层(124)的阱(123)。所述阳极(122)和隔离区直接连接到所述栅极(133)，且所述第二阴极(121)直接连接到所述源极(131)。

High voltage transverse junction diode device

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高压横向结二极管装置本专利技术大体上涉及半导体装置，且更具体地说，涉及包含高压二极管装置的集成电路。
技术介绍
功率半导体(例如功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))广泛用于各种应用。栅极驱动器是功率半导体的一种应用，其用于驱动高侧功率开关，例如电子镇流器、开关模式电源或DC或AC电动驱动的绝缘栅双极晶体管(IGBT)或功率MOSFET。栅极驱动器基本上包含与地(GND)参考低压控制器和高压参考驱动器结合的电平移位器。栅极驱动器可包含横向扩散MOSFET(LDMOS)装置，以实现其耐高压性。如在高压电路领域中已知的，LDMOS装置是设计用于低导通电阻和高阻闭电压的不对称功率MOSFET。通过在轻掺杂n型漏极区中形成扩散p型沟道区来获得n沟道增强型LDMOS装置的这些特征。LDMOS装置也可经配置为耗尽型装置。为了将GND参考电压源或电源(例如VCC或VDD)传送到高压参考驱动电路，大体上使用自举电容器和自举二极管。在高侧电源开关关断时，自举二极管在正向偏压时传导电流以将功率从VCC或VDD传送到串联连接的自举电容器。在高侧电源开关接通时，自举二极管保护VCC或VDD免受高压损害。
技术实现思路
所描述方面包含集成电路(IC)，所述集成电路包含横向结二极管装置，所述横向结二极管装置包括与嵌入式二极管串联连接的耗尽型LDMOS装置。LDMOS装置包含源极、漏极、栅极电介质上方的栅极和在栅极电介质上的栅极下方的沟道区。漂移区处于沟道区与漏极之间，其中漏极还提供横向结二极管装置的阴极。嵌入式二极管包含在本文中称为‘第二阴极’的另一阴极和还作为横向结二极管装置的阳极的阳极。嵌入式二极管是由隔离区隔离的结，所述隔离区包括位于阳极与源极之间的耦合到内埋层的阱。阳极和隔离区直接连接到栅极，且第二阴极直接连接到源极。附图说明图1A是根据一实例方面的包含实例横向结二极管装置的IC的横截面绘图，所述横向结二极管装置包括展示为串联连接的n沟道LDMOS(NLDMOS)装置的耗尽型LDMOS装置和结隔离的嵌入式二极管。图1B展示示出与耗尽型NLDMOS装置串联连接的嵌入式二极管的图1A中的横向结二极管装置的等效电路。图2A到2P是展示根据一实例方面的形成包含横向结二极管装置的IC的实例方法的处理进程的横截面图，所述横向结二极管装置包含串联连接的耗尽型NLDMOS装置和结隔离的嵌入式二极管。图3描绘包含所描述横向结二极管装置作为其自举二极管的高侧栅极驱动器IC。图4A到4E展示测量的电流数据，其中实例横向结二极管装置证实图4A中的高击穿电压(BV)和分别与图4C和4E中展示的高压NLDMOS装置的体二极管相比显著地减小的图4B和4D中的衬底泄漏电流。具体实施方式图式不一定按比例绘制。在图式中，相同参考编号表示类似或等效元件。动作或事件的所说明次序不具限制性，因为一些动作可以与其它动作或事件按不同次序发生和/或同时发生。此外，一些所说明的动作或事件对于实施根据本说明书的方法来说为任选的。在本说明书中，如本文中所使用且无另外限制条件的术语“耦合到”或“与…耦合”(等等)描述间接或直接电连接。因此，如果第一装置“耦合”到第二装置，那么连接可通过其中在路径中仅存在寄生效应的直接电连接，或通过经由包含其它装置和连接的中间项的间接电连接。对于间接耦合，中间项一般不会修改信号的信息，但是可能会调整其电流电平、电压电平和/或功率电平。本文中所描述的方面认识到，由于所得低阻闭电压，用于阻闭PN二极管的体二极管引起的衬底泄漏电流的重掺杂层不足以用于高压工艺，所述高压工艺大体上定义为对于高压应用(例如对于高侧栅极驱动器)支持>100VBV的工艺。替代使用常规高压二极管，所描述横向结二极管装置以串联连接方式组合高BV耗尽型LDMOS装置和结隔离的嵌入式二极管。在横向结二极管装置用于栅极驱动器中以供用于驱动包含高侧电源开关的功率级(参看下文所描述的图3中的高侧栅极驱动器)以阻闭在电源开关的断开状态期间存在的高压时，嵌入式二极管用于在电源开关的接通状态期间减少来自LDMOS装置的体二极管的衬底泄漏电流。因此，所描述横向结二极管装置解决高压二极管(例如整体式高侧栅极驱动器IC)的体二极管引起的衬底泄漏电流的问题，而不常规地需要同步FET和额外电路系统来控制同步FET的栅极上的电压。图1A是包含实例横向结二极管装置110的IC100的横截面绘图，所述横向结二极管装置110具有其串联连接的嵌入式二极管120和耗尽型NLDMOS装置130。图1A中的虚线定义在展示下文所描述的处理进程的图2A到2P中使用的半装置的空间范围。虽然本文中将LDMOS装置描述为NLDMOS装置130，但横向结二极管装置110的LDMOS装置也可以通过将所有掺杂类型改变为其它掺杂类型而为如所属领域中已知的PLDMOS装置。IC100还展示为包含功能电路170，所述功能电路170包括由实现和实施所需功能性的电路系统块展示的配置在一起的多个晶体管、电阻器和电容器，例如数字IC(例如数字信号处理器)或模拟IC(例如放大器或功率转换器)和(在一个实例中)BiCMOS(MOS和双极)IC的所需功能性。设置于所描述IC上的功能电路170的能力可改变，例如改变范围从简单装置到复杂装置。功能电路170内含有的特定功能性对于所描述IC来说并不重要。可将横向结二极管装置110视为2端子装置，其中展示为‘K’的掺杂n型的高压(HV)阴极141作为第一端子且展示为‘A’的掺杂p型的阳极122作为第二端子，所述阳极122是用于横向结二极管装置110和用于嵌入式二极管120两者的阳极。如本文中所使用的术语‘HV阴极’用于区分横向结二极管装置110的阴极，与相对于嵌入式二极管120的阳极(其为阳极122)的嵌入式二极管120的阴极121相比，所述横向结二极管装置110的阴极相对于其阳极(其也为阳极122)提供更高击穿电压。横向结二极管装置110的各种端子连接展示为由利用穿过半导体表面层上的介电层167形成的填充通孔(例如W个填充通孔)来接触衬底105的p型半导体表面层的金属1(M1)层提供。另一连接由另一金属层(展示为M2)提供，所述另一金属层将经展示为直接连接阳极122和扩散到n-内埋层(NBL)124下方中的n阱123(n型隔离扩散体123/124)(从而提供结隔离区的一个侧，其中另一侧为衬底105的p型半导体表面层)的一些M1特征连接到栅极133，且将嵌入式二极管120的阴极121连接到n+源极131。如所展示的嵌入式二极管120可具有圆形(粒子轨道)几何形状，且隔离扩散体123/124可形成围绕嵌入式二极管120的环。如所属领域中已知的，通过利用使用与衬底掺杂剂类型相对的类型掺杂的半导体材料包围横向结二极管装置110或IC上的其它组件且在操作中将这种包围材料连接到反向偏压形成的p-n结的电压，有可能形成一个围绕组件形成电隔离“阱”的区域。阴极121耦合到形成在第一p阱149中的p+接点137。对于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包含横向结二极管装置的集成电路IC，其包括：/n衬底，其至少具有掺杂第一类型的半导体表面层；/n所述横向结二极管装置，其包含：/n所述半导体表面层中的耗尽型横向扩散MOSFET LDMOS装置，其包含在所述半导体表面层上的掺杂第二类型的源极、掺杂所述第二类型的漏极和栅极电介质上方的栅极、在所述栅极电介质上的所述栅极下方的掺杂所述第二类型的沟道区和在所述沟道区与所述漏极之间的掺杂所述第二类型的漂移区，其中所述漏极还提供所述横向结二极管装置的高压HV阴极；以及/n嵌入式二极管，其包含第二阴极和与所述半导体表面层中的所述横向结二极管装置共用的阳极，其中所述嵌入式二极管是由位于所述阳极与所述源极之间的隔离区隔离的结；/n其中所述阳极和所述隔离区直接连接到所述栅极，且/n其中所述第二阴极直接连接到所述源极。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171221 US 15/850,8541.一种包含横向结二极管装置的集成电路IC，其包括：
衬底，其至少具有掺杂第一类型的半导体表面层；
所述横向结二极管装置，其包含：
所述半导体表面层中的耗尽型横向扩散MOSFETLDMOS装置，其包含在所述半导体表面层上的掺杂第二类型的源极、掺杂所述第二类型的漏极和栅极电介质上方的栅极、在所述栅极电介质上的所述栅极下方的掺杂所述第二类型的沟道区和在所述沟道区与所述漏极之间的掺杂所述第二类型的漂移区，其中所述漏极还提供所述横向结二极管装置的高压HV阴极；以及
嵌入式二极管，其包含第二阴极和与所述半导体表面层中的所述横向结二极管装置共用的阳极，其中所述嵌入式二极管是由位于所述阳极与所述源极之间的隔离区隔离的结；
其中所述阳极和所述隔离区直接连接到所述栅极，且
其中所述第二阴极直接连接到所述源极。


2.根据权利要求1所述的IC，其中所述半导体表面层包括掺杂浓度<1.0×1016cm-3的p型外延层，且其中所述LDMOS装置包括NLDMOS装置。


3.根据权利要求1所述的IC，其中所述漂移区包括稀释的漂移区，其中与朝向所述漏极的掺杂程度相比，朝向所述源极的掺杂较低。


4.根据权利要求2所述的IC，其中所述嵌入式二极管具有5到15伏的反向击穿电压。


5.根据权利要求1所述的IC，其中利用金属层，所述隔离区直接连接到所述栅极且所述第二阴极直接连接到所述源极。


6.根据权利要求1所述的IC，其中所述横向结二极管装置提供至少200V反向击穿电压。


7.根据权利要求1所述的IC，其中所述栅极包括多晶硅栅极。


8.一种高侧栅极驱动器集成电路IC，其包括：
高侧栅极驱动器，其形成在至少包含掺杂第一类型的半导体表面层的衬底上；
电平移位器，其包含输入端、电源引脚、高侧浮动电源VB引脚和输出引脚OUT；
所述电平移位器的输入侧上的地GND参考低压控制器和所述电平移位器的输出侧上的高压参考驱动器，以及
自举二极管，其连接在所述电源引脚与所述VB引脚之间，
其中所述自举二极管包括横向结二极管装置，其包括：
所述半导体表面层中的耗尽型横向扩散MOSFETLDMOS装置，其包含在所述半导体表面层上的掺杂第二类型的源极、掺杂所述第二类型的漏极和栅极电介质上方的栅极、在所述栅极电介质上的所述栅极下方的掺杂所述第二类型的沟道区和在所述沟道区与所述漏极之间的掺杂所述第二类型的漂移区，其中所述漏极还提供所述横向结二极管装置的高压HV阴极；
嵌入式二极管，其包含第二阴极和与所述半导体表面层中的所述横向...

【专利技术属性】
技术研发人员：金成龙，S·西达尔，S·彭德哈卡，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US