高压BCD结构中环形隔离结构及其制作方法与流程

高压bcd结构中环形隔离结构及其制作方法
技术领域
1.本技术涉及半导体制造领域，具体涉及一种高压bcd结构中环形隔离结构及其制作方法。


背景技术：

2.高压bcd(bipolar-cmos-dmos)结构由低压电路区域101和高压电路区域102构成，高压电路区域101利用高压隔离环106与低压电路区域101隔离，如图1所示。部分高压隔离环106用于构成电平转换电路(level shift)，电平转换电路通过环形隔离结构103与其他部分的电路隔离开，当环形隔离结构的导电类型为p型时，环形隔离结构103被称为p-ring。其中，环形隔离结构103为宽度不一致的环形结构。
3.电平转换电路的漏端107和高压电路区域102同为高电压，但高压电路区域102部分的工作电压vb在某些状态下会比电平转换电路的漏端电压高10v-30v，因此，环形隔离结构103必须能在此电压范围内将电平转换电路与高压电路区域102有效地隔离开。
4.目前，高压隔离环106由高压ldmos组成，如图2所示，以p-ring为例，环形隔离结构103由p阱21和p型埋层22组成。在实际应用中，p-ring的总掺杂量比较关键，由p-ring的宽度和掺杂浓度决定。根据高压bcd结构的要求，p-ring的总掺杂量既要保持足够低以满足在高压电路区域102处于高压状态下时，p-ring能完全耗尽令电平转换电路的漏和高压电路区域102同时处于高压而不被击穿，又要保证不能过低以保证电平转换电路的漏和高压电路区域的vb能够有效隔离。在现有技术中，为了帮助p-ring耗尽，如图3所示，在p-ring底部的两侧增加n型埋层23。然而，p-ring底部左侧的n型埋层23容易发生击穿。


技术实现要素：

5.为了解决相关技术中的问题，本技术提供了一种高压bcd结构中环形隔离结构及其制作方法。该技术方案如下：
6.第一方面，本技术实施例提供了一种高压bcd结构中环形隔离结构的制作方法，该方法包括：
7.在高压电路区域和低压电路区域之间形成环形隔离结构，环形隔离结构由第一类阱区和第一类埋层构成；
8.通过光刻工艺在环形隔离结构的两侧定义第二类埋层图案，环形隔离结构左侧包括至少2个宽度不相同的第二类埋层图案；
9.通过离子注入工艺在第二类埋层图案对应的衬底中形成第二类埋层。
10.可选的，通过光刻工艺在环形隔离结构的两侧定义第二类埋层图案，包括：
11.在衬底表面涂布光刻胶；
12.曝光显影后，在环形隔离结构的左侧形成至少2个第二类埋层图案，在环形隔离结构的右侧形成至少1个第二类埋层图案。
13.可选的，环形隔离结构左侧的第二类埋层图案的宽度从右向左逐渐减小。
14.可选的，环形隔离结构左侧的第二类埋层图案的数量为n个，n为大于1的奇数；
15.环形隔离结构左侧的n个第二类埋层图案呈轴对称，第个第二类埋层图案的宽度最大，第个埋层图案两侧的第二类埋层图案的宽度依次减小。
16.可选的，当环形隔离结构的右侧包括至少2个第二类埋层图案时，环形隔离结构右侧的第二类埋层图案的宽度从左向右逐渐增大。
17.可选的，通过离子注入工艺在第二类埋层图案对应的衬底中形成第二类埋层，包括：
18.以形成有第二类埋层图案的光刻胶层为掩膜，对衬底进行离子注入；
19.对衬底进行退火，在环形隔离结构的底部两侧形成第二类埋层，环形隔离结构左侧的第二类埋层的浓度呈梯度变化。
20.可选的，在高压电路区域和低压电路区域之间形成环形隔离结构，包括：
21.通过离子注入工艺，在高压电路区域和低压电路区域之间形成第一类埋层；
22.通过离子注入工艺在第一类埋层的上方形成第一类阱区，第一类阱区和第一类埋层构成环形隔离结构。
23.可选的，第一类阱区为p阱，第一类埋层为p型埋层，第二类埋层为n型埋层。
24.第二方面，本技术实施例提供一种高压bcd结构中环形隔离结构，包括第一类埋层和第一类阱区，所述第一类埋层位于所述第一类阱区的下方；
25.所述第一类埋层的底部两侧形成有第二类埋层，位于所述环形隔离结构左侧的第二类埋层的浓度呈梯度变化。
26.本技术技术方案，至少包括如下优点：
27.通过在高压电路区域和低压电路区域之间形成环形隔离结构，通过光刻工艺在环形隔离结构的两侧定义第二类埋层图案，环形隔离结构左侧包括至少2个宽度不相同的第二类埋层图案，通过离子注入工艺在第二类埋层图案对应的衬底中形成第二类埋层；解决了目前环形隔离结构左侧的埋层容易发生击穿的问题；达到了改善环形隔离结构两侧埋层的浓度分布，提升环形隔离结构的击穿电压的效果。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1是一种高压bcd结构的俯视图；
30.图2是高压bcd结构中高压隔离环和p-ring区域的剖视图；
31.图3是一种现有的环形隔离结构在高压bcd结构中的示意图；
32.图4是本技术实施例提供的高压bcd结构中环形隔离结构的制作方法的流程图；
33.图5是本技术实施例提供的高压bcd结构中环形隔离结构的制作过程示意图；
34.图6是本技术一实施例提供的高压bcd结构中环形隔离结构的制作过程示意图；
35.图7是本技术一实施例提供的高压bcd结构中环形隔离结构的制作过程示意图；
36.图8是本技术一实施例提供的高压bcd结构中环形隔离结构的示意图；
37.图9是本技术一实施例提供的高压bcd结构中环形隔离结构的制作过程示意图；
38.图10是本技术又一实施例提供的高压bcd结构中环形隔离结构的制作过程示意图；
39.图11是本技术又一实施例提供的高压bcd结构中环形隔离结构的制作过程示意图；
40.图12是本技术又一实施例提供的高压bcd结构中环形隔离结构的示意图；
41.图13是本技术实施例提供的高压bcd结构中环形隔离结构的制作过程示意图；
42.图14是本技术实施例提供的高压bcd结构中环形隔离结构的制作过程示意图；
43.图15是本技术实施例提供的高压bcd结构中环形隔离结构的示意图。
具体实施方式
44.下面将结合附图，对本技术中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
45.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
46.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
47.此外，下面所描述的本技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
48.请参考图4，其示出了本技术实施例提供的一种高压bcd结构中环形隔离结构的制作方法的流程图，该方法至少包括如下步骤：
49.步骤401，在高压电路区域和低压电路区域之间形成环形隔离结构，环形隔离结构由第一类阱区和第一类埋层构成。
50.第一类阱区和第一类埋层的导电类型相同。第一类阱区位于第一类埋层的顶部。
51.衬底上设置有高压电路区域和低压电路区域，高压电路区域和低压电路区域之间设置有高压隔离环，环形隔离结构包围的高压隔离环构成电平转换电路。
52.步骤402，通过光刻工艺在环形隔离结构的两侧定义第二类埋层图案，环形隔离结构左侧包括至少2个宽度不相同的第二类埋层图案。
53.第二类埋层图案对应的衬底区域用于形成第二类埋层。
54.第二类埋层的导电类型与第一类埋层的导电类型不相同。
55.步骤403，通过离子注入工艺在第二类埋层图案对应的衬底中形成第二类埋层。
56.向第二类埋层图案对应的衬底中注入掺杂离子，掺杂离子扩散后在第一类埋层的底部两侧形成第二类埋层。
57.由于在光刻时，环形隔离结构左侧的第二类埋层图案包括至少2个宽度不相同的第二类埋层图案，在离子注入时，环形隔离结构左侧不同宽度的第二类埋层图案对应的离子注入剂量不同，掺杂离子扩散后，环形隔离结构左侧形成的第二类埋层的浓度会呈现为一个连续但边缘浓度较淡的分布。
58.可选的，环形隔离结构左侧的第二类埋层的浓度变化按台阶型分布。
59.综上所述，本技术实施例提供的高压bcd结构中环形隔离结构的制作方法，通过在高压电路区域和低压电路区域之间形成环形隔离结构，通过光刻工艺在环形隔离结构的两侧定义第二类埋层图案，环形隔离结构左侧包括至少2个宽度不相同的第二类埋层图案，通过离子注入工艺在第二类埋层图案对应的衬底中形成第二类埋层；解决了目前环形隔离结构左侧的埋层容易发生击穿的问题；达到了改善环形隔离结构两侧埋层的浓度分布，提升环形隔离结构的击穿电压的效果。
60.本技术另一实施例提供另一种高压bcd结构中环形隔离结构的制作方法，该方法包括如下步骤：
61.步骤501，通过离子注入工艺，在高压电路和低压电路区域之间形成第一类埋层。
62.通过光刻工艺在衬底表面定义环形隔离结构图案，向环形隔离结构图案对应的衬底中注入掺杂离子，形成第一类埋层。
63.步骤502，通过离子注入工艺在第一类埋层上方形成第一类阱区，第一类阱区和第一类埋层构成环形隔离结构。
64.可选的，通过光刻工艺在衬底表面定义第一类阱区图案，通过离子注入工艺向第一类阱区图案对应的衬底中注入掺杂离子，在第一类埋层上方形成第一类阱区。
65.如图5所示，衬底42上形成有外延层41，第一类埋层44的底部位于衬底41中，第一类埋层44的顶部位于外延层42中，第一类阱区43位于第一类埋层44的顶部。
66.可选的，环形隔离结构中的第一类阱区和低压电路区域中的第一类阱区在同一光刻、离子注入工艺中形成。
67.步骤503，在衬底表面涂布光刻胶。
68.步骤504，曝光显影后，在环形隔离结构的左侧形成至少2个第二类埋层图案，在环形隔离结构的右侧形成至少1个第二类埋层图案。
69.利用带有第二类埋层图案的掩膜版对衬底进行曝光，显影后，光刻胶层中形成第二类埋层图案，环形隔离结构的左侧形成有至少2个第二类埋层图案，环形隔离结构的右侧形成有至少1个第二类埋层图案。
70.环形隔离结构左侧的第二类埋层图案的宽度不相同。
71.可选的，环形隔离结构左侧的第二类埋层图案的宽度从右向左逐渐减小。
72.在一个例子中，如图6所示，在环形隔离结构左侧的光刻胶层45中形成2个第二类埋层图案，第二类埋层图案471的宽度小于第二类埋层图案472的宽度，第二类埋层图案471位于第二类埋层图案472的左侧。
73.步骤505，以形成有第二类埋层图案的光刻胶层为掩膜，对衬底进行离子注入。
74.在一个例子中，以图6所示的带有第二类埋层图案的光刻胶层为掩膜进行离子注入，第二类埋层图案对应的衬底中形成第二类埋层注入区461、第二类埋层注入区462、第二类埋层注入区47；第二类埋层注入区461的掺杂浓度小于第二类埋层注入区462的掺杂浓度。
75.去除衬底表面残余的光刻胶。
76.步骤506，对衬底进行退火，环形隔离结构的底部两侧形成第二类埋层，环形隔离结构左侧的第二类埋层的浓度呈梯度变化。
77.在一个例子中，对图6所示的衬底进行退火后，第二类埋层注入区461、第二类埋层注入区462、第二类埋层注入区47中的掺杂离子在高温作用下扩散，形成第二类埋层71、72，如图7所示；在环形隔离结构左侧的第二类埋层71的浓度呈梯度变化。
78.在高压bcd结构中，第二类埋层与高压隔离环、环形隔离结构之间的位置关系如图8所示。
79.步骤507，在衬底表面形成场氧化层。
80.如图9所示，在外延层41表面形成场氧化层73。
81.在基于上述实施例的可选实施例中，通过光刻工艺定义第二类埋层图案时，环形隔离结构左侧的埋层图案的数量为n个，n为大于1的奇数，环形隔离结构左侧的n个第二类埋层图案呈轴对称，第个第二类埋层图案的宽度最大，第个第二类埋层图案两侧的第二类埋层图案的宽度依次减小。
82.在基于上述实施例的可选实施例中，通过光刻工艺定义第二类埋层图案时，当环形隔离结构的右侧包括至少2个第二类埋层图案时，环形隔离结构右侧的第二类埋层图案的宽度从左向右逐渐增大。
83.在一个例子中，定义第二类埋层图案后，环形隔离结构左侧形成有3个第二类埋层图案91、92、93，如图10所示，环形隔离结构右侧形成有2个第二类埋层图案94、95；在环形隔离结构左侧，第二类埋层图案91、第二类埋层图案92、第二类埋层图案93呈轴对称，第二类埋层图案92的宽度最大，第二类埋层图案93的宽度比第二类埋层图案92的宽度小，第二类埋层图案91的宽度比第二类埋层图案92的宽度小；在环形隔离结构右侧，第二类埋层图案94的宽度比第二类埋层图案95的宽度小；进行第二类埋层的离子注入后，第二类埋层图案对应的衬底中形成相应的第二类埋层注入区911、921、931、941、951。
84.如图11所示，第二类埋层注入区内的掺杂离子经过高温扩散后，环形隔离结构的两侧形成第二类埋层96、97；第二类埋层96和第二类埋层97的浓度均呈梯度变化。
85.第二类埋层与高压隔离环、环形隔离结构之间的位置关系如图12所示。
86.在另一个例子中，定义第二类埋层图案后，环形隔离结构左侧形成有3个第二类埋层图案61、62、63，环形隔离结构右侧形成1个第二类埋层图案64，如图13所示，在环形隔离结构的左侧，从右向左依次为第二类埋层图案61、第二类埋层图案62、第二类埋层图案63，第二类埋层图案61的宽度、第二类埋层图案62的宽度、第二类埋层图案63的宽度逐渐减小，经过第二类埋层的离子注入后，衬底中形成的第二类埋层注入区611、第二类埋层注入区621、第二类埋层注入区631的浓度也逐渐减小；第二类埋层注入区611、第二类埋层注入区
621、第二类埋层注入区631以及第二埋层注入区641中的掺杂离子经过高温扩散后，衬底中形成第二类埋层65、66，如图14所示；在环形隔离结构的左侧，第二类埋层65的浓度呈梯度变化。
87.第二类埋层与高压隔离环、环形隔离结构之间的位置关系如图15所示。
88.可选的，第一类阱区为p阱，第一类埋层为p型埋层，第二类埋层为n型埋层；环形隔离结构为p-ring。
89.可选的，在环形隔离结构左侧，相邻的两个第二类埋层图案之间的光阻的宽度范围为0.5μm-5μm。
90.可选的，在环形隔离结构左侧，每个第二类埋层图案的宽度范围为0.5μm-5μm。
91.第二类埋层的边缘浓度分布通过调整相邻的两个第二类埋层图案之间的光阻宽度和/或每个第二类埋层图案的宽度实现。
92.本技术实施例提供了一种高压bcd结构中的环形隔离结构，该环形隔离结构包括第一类埋层和第一类阱区，第一类埋层位于第一类阱区的上方。
93.第一类埋层的底部两侧形成有第二类埋层，位于环形隔离结构左侧的第二类埋层的浓度呈梯度变化。
94.可选的，第一类埋层为p型埋层，第二埋层为n型埋层，第一类阱区为p阱；环形隔离结构为p-ring。
95.可选的，位于环形隔离结构右侧的第二类埋层的浓度呈梯度变化。
96.可选的，环形隔离结构左侧的第二类埋层的浓度变化为至少1个梯度。
97.在一个例子中，环形隔离结构如图7所示。
98.在另一个例子中，环形隔离结构如图11所示。
99.在又一个例子中，环形隔离结构如图14所示。
100.由于环形隔离结构左侧的第二类埋层的掺杂离子浓度呈梯度变化，提升了环形隔离结构的击穿电压，有助于保证产品性能。
101.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本技术创造的保护范围之中。