一种带分压环结构的片上高压电阻的制作方法

文档序号:7085879阅读:119来源:国知局
一种带分压环结构的片上高压电阻的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种带分压环结构的片上高压电阻,包括P衬底、低掺杂N型深阱区、PW环以及P+环;在所述P衬底、低掺杂N型深阱区、PW环的上表面还生长有场氧;在低掺杂N型深阱区上表面场氧的上方中部设置有第一Poly和第二Poly,第一Poly和第二Poly不贴合,在所述P衬底上还扩散有第一NW环和第二NW环,所述第一、第二NW环设置于场氧的下方,具体位置为低掺杂N型深阱区的外围、PW环之内,并且,第一NW环和低掺杂N型深阱区不贴合,第二NW环和PW环不贴合,第一NW环和第二NW环不贴合;第二Poly通过电阻内部连接端与第一Poly相连。本实用新型能够针对性的满足在高压环境下工作的AC-DC电路的需求。
【专利说明】—种带分压环结构的片上高压电阻

【技术领域】
[0001]本实用新型公开了一种带分压环结构的片上高压电阻,涉及半导体器件制造【技术领域】。

【背景技术】
[0002]随着高压集成电路的发展,特别对于是一些用于高压交流电的AC-DC电路,部分电阻器需要承受数百伏的高压电,然而,在达到足够高的电压之前,传统的高压电阻器就可能会遇到器件击穿问题,这就使得传统的有缘电阻已经无法满足要求。通过在场氧上做多晶电阻可以大大提高其耐压,其耐压主要取决于场氧厚度,一般工艺场氧的耐压能够达到30(T400V。但是,对于高压交流电的AC-DC电路而言,其最高的峰值电压可能会高达50(T650V,所以常规结构的多晶电阻也不能满足要求。
实用新型内容
[0003]本实用新型所要解决的技术问题是:针对现有技术的缺陷,提供一种带分压环结构的片上高压电阻,能够针对性的满足在高压环境下工作的AC-DC电路的需求。
[0004]本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案:
[0005]一种带分压环结构的片上高压电阻,包括P衬底、扩散在P衬底上中心位置的低掺杂N型深阱区、扩散在P衬底上低掺杂N型深阱区周围的PW环以及扩散在PW环上且处于PW环内部的P+环;在所述P衬底、低掺杂N型深阱区、Pff环的上表面还生长有场氧;在低掺杂N型深阱区上表面场氧的上方中部设置有第一Poly,在所述第一Poly的周围设置有第二 Poly,第一 Poly和第二 Poly不贴合,在所述P衬底上还扩散有第一 NW环,第一 NW环的周围还扩散有第二 NW环,所述第一、第二 NW环设置于场氧的下方,具体位置为低掺杂N型深阱区的外围、PW环之内,并且,第一 NW环和低掺杂N型深阱区不贴合,第二 NW环和PW环不贴合,第一 NW环和第二 NW环不贴合;
[0006]所述第二 Poly作为为高压电阻的电阻体,第二 Poly通过电阻内部连接端与第一Poly相连,第二 Poly通过电阻外部连接端与集成电路的低压模块相连。
[0007]作为本实用新型的进一步优选方案,所述P衬底为低掺杂,材料为P型硅材料片。
[0008]作为本实用新型的进一步优选方案,所述P衬底和低掺杂N型深阱区的浓度根据实际应用进行调整。
[0009]作为本实用新型的进一步优选方案,所述第一Poly为圆柱形,所述第二Poly为螺旋环状、围绕着第一 Poly设置。
[0010]作为本实用新型的进一步优选方案,所述第一 Poly的直径取6(Tl00um。
[0011]作为本实用新型的进一步优选方案,所述P衬底和低掺杂N型深阱区的形状为圆柱体,与之对应的,所述PW环、P+环、第一 NW环、第二 NW环的形状均为圆环状。
[0012]作为本实用新型的进一步优选方案,所述低掺杂N型深阱区和第一Poly的形状为方形或多边形,相应的,第二 Poly、第一 NW环、第二 NW环、PW环和P+环的形状也设置为方形环或多边形环。
[0013]作为本实用新型的进一步优选方案,所述第一 Poly作为封装压点引出端或者连接到集成电路内部连接点,其大小根据实际应用情况进行调整。
[0014]作为本实用新型的进一步优选方案,所述第二 Poly通过长度和宽度的调节,实现其高压电阻阻值大小的调整。
[0015]作为本实用新型的进一步优选方案,第一 NW环与低掺杂N型深阱区的间距、第二NW环与第一 NW环的间距、Pff环与第二 NW环的间距均根据实际工艺要求进行调整。
[0016]本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:本实用新型通过场氧和带分压环结构的低掺杂N型深阱区,共同承受数百伏的高压电,而分压环结构可以使得低掺杂N型深阱区可以承受比常规NW更高的电压,并且可以根据实际情况,通过调整低掺杂N型深阱区的浓度和第一 Poly的面积来调整寄生电容,从而合理分配场氧和低掺杂N型深阱区所承受的电压,使得整个结构的耐压达到最高。

【专利附图】

【附图说明】
[0017]图1为本实用新型带分压环结构的片上高压电阻的纵向结构图;
[0018]图2为本实用新型带分压环结构的片上高压电阻的平面结构图;
[0019]图3为本实用新型带分压环结构的片上高压电阻的纵向结构应用图;
[0020]图4为本实用新型带分压环结构的片上高压电阻的平面连接说明图;
[0021]图5为本实用新型带分压环结构的片上高压电阻的内部寄生说明图;
[0022]图6为本实用新型带分压环结构的片上高压电阻的应用等效线路图;
[0023]其中:100为P衬底,101为低掺杂N型深阱区,102为第一 NW环,103为第二 NW环,104 为 PW 环,105 为 P+ 环,106 为场氧,107 为第一 Poly,108 为第二 Poly。

【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明:
[0025]如图1所示为本实用新型带分压环结构的片上高压电阻的纵向结构图,P衬底为低掺杂的P型硅材料片,低掺杂N型深阱区和P衬底形成的PN结的耐压取决于它们的掺杂浓度,因此低浓度的低掺杂N型深阱区和P衬底有利于提高PN结的耐压。
[0026]PN结的击穿一般发生在硅表面,主要是由于硅表面曲率以及硅和氧化层界面状态不佳,导致表面电场集中,表面电场强度高于体内电场强度。第一 NW环和第二 NW环的引入,可以降低PN结表面由于曲率效应弓丨起的强电场,从而大大提高低掺杂N型深阱区和P衬底的击穿电压。
[0027]PW环以及PW环内部的P+环为P衬底的引出端,一般在集成电路应用中接零电位。
[0028]场氧(FOX)生长在除了 P+环引出以外的硅片表面,起到电隔离的作用,FOX的击穿电压取决于其厚度,常规工艺中FOX的耐压为30(T400V。
[0029]第一 Poly和第二 Poly均生长在FOX之上,并且都在低掺杂N型深阱区内部。第二 Po Iy是高压电阻的电阻体。
[0030]如图2所示为带分压环结构的片上高压电阻的平面结构图,第一 Poly在正中间,第二 Poly为螺旋形,环绕着第一 Poly,第一 Poly和第二 Poly均在低掺杂N型深阱区内部,第一 NW环围绕着低掺杂N型深阱区,第二 NW环围绕着第一 NW环,PW环围绕着第二 NW环,P+环在PW环中间,作为PW环的欧姆接触引出端。
[0031]图3为带分压环结构的片上高压电阻的纵向结构应用图,第二的内部连接端108A和第一 Poly相连,并且连接到外部高压电源Vin,第二 Poly的外部连接端108B连接集成电路内部模块,连接点为VB,Vin的电压最高可达650V左右,VB的电压为零至数十伏,P衬底通过PW环和P+环连接到GncL
[0032]图4是为了说明第一 Poly和第二 Poly的连接关系以及第二 Poly的两个连接端108A和108B,第二 Poly的内部起点为连接端108A,108A和第一 Poly相连,第二 Poly的外部终点为连接端108B,108B连接到集成电路模块VB0
[0033]图5为带分压环结构的片上高压电阻的内部寄生说明图,低掺杂N型深阱区和P衬底形成寄生电容Cdnw和寄生二极管Ddnw,寄生电容Cdnw的容量与低掺杂N型深阱区以及P衬底的浓度成正比,即低掺杂N型深阱区和P衬底的浓度越淡,寄生电容Cdnw的容量越小;而寄生电容Cdnw的耐压和寄生二极管Ddnw的耐压相等,即为低掺杂N型深阱区和P衬底的雪崩击穿电压,其击穿电压与低掺杂N型深阱区和P衬底的浓度成反比,即低掺杂N型深阱区和P衬底的浓度越淡,其击穿电压越高。由于引入了分压环第一 NW环和第二 NW环,其耐压最高可达40(T500V左右。
[0034]寄生电容Cra是由第一 Poly、场氧和低掺杂N型深阱区形成,其容量主要取决于第一 Poly的面积和场氧的厚度。场氧的厚度在工艺中固定,可以通过调整第一 Poly的面积来调整寄生电容Cra的大小。
[0035]图6为带分压环结构片上高压电阻应用的等效线路图,Q3nw和Cra串联,连接在Vin和Gnd之间,所以Vin的数百伏高压电由Cdnw和Cra共同承担,其承受电压的值与电容容量成反比,即Cdnw和Cra中电容越大者,承受的电压越小。对于Cra,其耐压由FOX厚度决定,一旦其电压接近或者超过其耐压,氧化层将会烧毁,导致整个器件失效;而Cdnw的耐压是由PN结的雪崩击穿决定,它有一定的耐电压和耐电流能力。因此,可以调整Cdnw和Cra的值使得CDNff<C0X,就可以让Cdnw承受更高的电压。降低低掺杂N型深阱区的浓度可以使Cdnw变小,增加第一 Poly的面积可以使Cra变大。
[0036]第二 Poly形成的高压电阻HVR本身只要阻值够大,宽度够宽,就能够承受足够高的电压。通过场氧和带分压环的低掺杂N型深阱区结构可以使高压电阻即第一 Poly承受高达70(T800V的电压。
[0037]上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明,但是本实用新型并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。
【权利要求】
1.一种带分压环结构的片上高压电阻,包括P衬底、扩散在P衬底上中心位置的低掺杂N型深阱区、扩散在P衬底上低掺杂N型深阱区周围的PW环以及扩散在PW环上且处于PW环内部的P+环;在所述P衬底、低掺杂N型深阱区、Pff环的上表面还生长有场氧;在低掺杂N型深阱区上表面场氧的上方中部设置有第一Poly,在所述第一Poly的周围设置有第二 Poly,第一 Poly和第二 Poly不贴合,其特征在于:在所述P衬底上还扩散有第一 NW环,第一 NW环的周围还扩散有第二 NW环,所述第一、第二 NW环设置于场氧的下方,具体位置为低掺杂N型深阱区的外围、PW环之内,并且,第一 NW环和低掺杂N型深阱区不贴合,第二 NW环和PW环不贴合,第一 NW环和第二 NW环不贴合; 所述第二 Poly作为为高压电阻的电阻体,第二 Poly通过电阻内部连接端与第一 Poly相连,第二 Poly通过电阻外部连接端与集成电路的低压模块相连。
2.如权利要求1所述的一种带分压环结构的片上高压电阻,其特征在于:所述P衬底为低掺杂,材料为P型硅材料片。
3.如权利要求2所述的一种带分压环结构的片上高压电阻,其特征在于:所述P衬底和低掺杂N型深阱区的浓度根据实际应用进行调整。
4.如权利要求1所述的一种带分压环结构的片上高压电阻,其特征在于:所述第一Poly为圆柱形,所述第二 Poly为螺旋环状、围绕着第一 Poly设置。
5.如权利要求4所述的一种带分压环结构的片上高压电阻,其特征在于:所述第一Poly 的直径取 6CTl00um。
6.如权利要求1所述的一种带分压环结构的片上高压电阻,其特征在于:所述P衬底和低掺杂N型深阱区的形状为圆柱体,与之对应的,所述PW环、P+环、第一 NW环、第二 NW环的形状均为圆环状。
7.如权利要求1所述的一种带分压环结构的片上高压电阻,其特征在于:所述低掺杂N型深阱区和第一 Poly的形状为方形或多边形,相应的,第二 Poly、第一 NW环、第二 NW环、PW环和P+环的形状也设置为方形环或多边形环。
8.如权利要求1所述的一种带分压环结构的片上高压电阻,其特征在于:所述第一Poly作为封装压点引出端或者连接到集成电路内部连接点,其大小根据实际应用情况进行调整。
9.如权利要求1所述的一种带分压环结构的片上高压电阻,其特征在于:所述第二Poly通过长度和宽度的调节,实现其高压电阻阻值大小的调整。
10.如权利要求1所述的一种带分压环结构的片上高压电阻,其特征在于:第一NW环与低掺杂N型深阱区的间距、第二 NW环与第一 NW环的间距、PW环与第二 NW环的间距均根据实际工艺要求进行调整。
【文档编号】H01L29/06GK204067364SQ201420446271
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2014年8月8日
【发明者】朱伟民, 马晓辉 申请人:无锡市晶源微电子有限公司
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1