減少表面電場的結構及橫向擴散金氧半導體元件的製作方法
2023-08-02 03:37:36
專利名稱：減少表面電場的結構及橫向擴散金氧半導體元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體元件，尤其涉及一種減少表面電場(reduced surfacefield ；RESURF)的結構及包含此結構的橫向擴散金氧半導體(lateral diffused metaloxide semiconductor ；LDM0S)兀件。
背景技術：
近年來，橫向擴散金氧半導體(LDMOS)元件已廣泛地應用在各種電源集成電路或智能型電源集成電路上。LDMOS元件在使用上需具有高崩潰電壓(breakdown voltage)與低的開啟電阻(on-state resistance ;Ron),以提高元件的效能。為獲得高崩潰電壓及降 低開啟電阻，一種被稱之為減少表面電場(RESURF)的LDMOS元件應運而生。其主要的原理是於場氧化層下方N型摻雜漂移區域中植入P型摻雜區。在元件區內N型區域與P型區域在反逆向偏壓時，N型與P型的電荷須要達到平衡才可達到高崩潰電壓。因P型摻雜區加入，勢必N型摻雜漂移區濃度也必須提高，因而也可降低開啟電阻。—般而言,在LDMOS兀件中作為減少表面電場用的摻雜區是以單植入的方式於場氧化層下方形成一整片。此摻雜區受限於植入能量的限制，只能在表面，因此只能做一維的電荷平衡對於元件效能的提升有限。
發明內容
有鑑於此，本發明提供一種減少表面電場(RESURF)的結構及包含此結構的橫向擴散金氧半導體(LDMOS)元件，可以使P型摻雜區的位置深度更深，進一步可做二維的電荷平衡。此外，N型摻雜漂移區濃度也可更提高，進而提升元件的效能。本發明提供一種橫向擴散金氧半導體元件，包括第一導電型的一基底、具有第二導電型的一外延層、具有第一導電型的一井區、具有第二導電型的一深井區、具有第二導電型的一源極區、具有第二導電型的一漏極區、一隔離結構、一柵極、至少一溝渠絕緣結構及具有第一導電型的至少一摻雜區。外延層位於基底上。井區位於外延層中。深井區位於外延層中。源極區位於井區中。漏極區位於深井區中。隔離結構位於深井區上。柵極位於漏極區以及源極區之間的外延層上並延伸至部分隔離結構上。溝渠絕緣結構位於隔離結構下方的深井區中。摻雜區位於深井區中且環繞溝渠絕緣結構的側壁及底面。在本發明的一實施例中，上述橫向擴散金氧半導體元件還包括具有第二導電型的埋層，位於深井區下方的基底中。在本發明的一實施例中，上述摻雜區與隔離結構及埋層實體連接。在本發明的一實施例中，上述摻雜區與隔離結構實體連接，但未與埋層實體連接。在本發明的一實施例中，上述摻雜區與隔離結構及基底實體連接。在本發明的一實施例中，上述摻雜區與隔離結構實體連接，但未與基底實體連接。
在本發明的一實施例中，上述溝渠絕緣結構的材料包括氧化矽。在本發明的一實施例中，上述隔離結構包括場氧化物結構或淺溝渠隔離結構。
在本發明的一實施例中，上述橫向擴散金氧半導體元件還包括具有第一導電型的一基體區，位於井區中。在本發明的一實施例中，上述橫向擴散金氧半導體元件還包括一柵氧化層，位於柵極與外延層之間。在本發明的一實施例中，上述第一導電型為P型，第二導電型為N型；或第一導電型為N型，第二導電型為P型。本發明另提供一種減少表面電場的結構,包括具有第一導電型的一基底、具有第二導電型的一深井區、一隔離結構、至少一溝渠絕緣結構及具有第一導電型的至少一摻雜區。深井區位於基底中。隔離結構位於基底上。溝渠絕緣結構位於隔離結構下方的深井區中。摻雜區位於深井區中且環繞溝渠絕緣結構的側壁及底面。在本發明的一實施例中，上述減少表面電場的結構還包括具有第二導電型的埋 層，位於深井區下方的基底中。在本發明的一實施例中，上述摻雜區與隔離結構及埋層實體連接。在本發明的一實施例中，上述摻雜區與隔離結構實體連接，但未與埋層實體連接。在本發明的一實施例中，上述摻雜區與隔離結構及基底實體連接。在本發明的一實施例中，上述摻雜區與隔離結構實體連接，但未與基底實體連接。在本發明的一實施例中，上述溝渠絕緣結構的材料包括氧化矽。在本發明的一實施例中，上述隔離結構包括場氧化物或淺溝渠隔離結構。在本發明的一實施例中，上述第一導電型為P型，第二導電型為N型；或第一導電型為N型，第二導電型為P型。基於上述，在本發明的結構中，於基底中配置至少一溝渠絕緣結構及至少一摻雜區，且此摻雜區環繞溝渠絕緣結構的側壁及底面，用以減少表面電場。此外，本發明以先形成溝渠再進行傾斜離子植入製程的方式，可以使P型摻雜區的位置深度更深，進一步可做二維的電荷平衡。此外，N型摻雜漂移區濃度也可更提高，進而提升元件的效能。為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合附圖作詳細說明如下。
圖IA為依照本發明的一實施例所示的橫向擴散金氧半導體元件的剖面示意圖。圖IB為圖IA的局部立體示意圖。圖IC為依照本發明的另一實施例所示的橫向擴散金氧半導體元件的的局部立體示意圖。圖2為依照本發明的又一實施例所示的橫向擴散金氧半導體元件的剖面示意圖。圖3為依照本發明的再一實施例所示的橫向擴散金氧半導體元件的剖面示意圖。圖4為依照本發明的又另一實施例所示的橫向擴散金氧半導體元件的剖面示意圖。附圖標記100、200、300、400 :橫向擴散金氧半導體元件101 :漂移區
102、103:基底104 :外延層106 :井區108 :深井區110:源極區112:漏極區114:埋層116、126:隔離結構
118:柵極119:柵氧化層120、120a、120b :溝渠絕緣結構122、122a、122b :摻雜區124 :基體區
具體實施例方式圖IA為依照本發明的一實施例所示的橫向擴散金氧半導體元件的剖面示意圖。圖IB為圖IA的局部立體示意圖。為清楚說明起見，圖IB未示出隔離結構116、柵極118、柵氧化層119、源極區110、漏極區112等構件。請參照圖1A,本發明的橫向擴散金氧半導體兀件100包括具有第一導電型的一基底102、具有第二導電型的一外延層104、具有第一導電型的一井區106、具有第二導電型的一深井區108、具有第二導電型的一源極區110、具有第二導電型的一漏極區112、具有第二導電型的一埋層114、一隔離結構116、一柵極118及一柵氧化層119。第一導電型可為P型或N型。當第一導電型為P型時，第二導電型為N型，而當第一導電型為N型時，第二導電型為P型。在此實施例中，是以第一導電型為P型,第二導電型為N型為例來說明。基底102例如是P型矽基底。外延層104例如是N型外延層，位於基底102上。也可以將基底102及外延層104視為一個複合基底103。井區106例如是P型井區，位於外延層104中。深井區108例如是N型深井區，位於外延層104中。在此實施例中，井區106與深井區108實體連接，如圖IA所示。再另一實施例中(未示出)，井區106與深井區108也可以彼此分開。源極區110例如是N型重摻雜區，位於井區106中。漏極區112例如是N型重摻雜區，位於深井區108中。埋層114例如是N型淡摻雜層，位於深井區108下方的基底102中。隔離結構116位於深井區108上。隔離結構116例如是場氧化物(FOX)結構或淺溝渠隔離(STI)結構。形成隔離結構116的方法包括進行化學氣相沉積(CVD)製程或熱氧化製程。在一實施例中，隔離結構116配置於複合基底103上且連接至溝渠絕緣結構120及摻雜區122，如圖I所示。在另一實施例中(未繪示)，隔離結構116配置於複合基底103上且僅連接至摻雜區122。柵極118位於漏極區112以及源極區110之間的外延層104上並延伸至部分隔離結構116上。柵極118的材料例如是多晶矽。柵氧化層119配置於柵極118與外延層104之間。柵氧化層119的材料例如是氧化矽。在一實施例中，本發明的橫向擴散金氧半導體元件100還包括一基體區124及一隔離結構126。基體區124例如是P型重摻雜區，位於井區106中。源極區110與基體區124例如是以隔離結構126相隔開。隔離結構126例如是場氧化物(FOX)結構或淺溝渠隔離(STI)結構。 特別要注意的是，本發明的橫向擴散金氧半導體元件100還包括至少一溝渠絕緣結構120及具有第一導電型的至少一摻雜區122，用以減少表面電場。溝渠絕緣結構120位於隔離結構116下方的深井區108中。溝渠絕緣結構120的材料包括氧化矽。摻雜區122例如是P型淡摻雜區，位於深井區108中且環繞溝渠絕緣結構120的側壁及底面。在一實施例中，溝渠絕緣結構120包括多個分開的溝渠絕緣結構120a，摻雜區122包括多個分開的摻雜區122a，如圖IB所示。這些摻雜區122a位於深井區108中且環繞對應的溝渠絕緣結構120a的側壁及底面。特別要注意的是，摻雜區122a與隔離結構116及埋層114實體連接，如圖IA所示。上述溝渠絕緣結構120及摻雜區122的形成方法相當簡單。首先，在外延層104中形成溝渠。形成溝渠的方法例如是進行蝕刻製程。然後，在溝渠的側面與底面的外延層104上形成摻雜區122。在一實施例中，形成摻雜區122的方法例如是進行傾斜離子植入製程，傾斜角度例如是大於零度小於九十度。在另一實施例中，形成摻雜區122的方法例如是進行擴散方式。接著，以絕緣材料(如氧化矽)填滿溝渠。填滿溝渠的方法例如是以化學氣相沉積(CVD)將氧化矽層填入溝渠。接著，進行回蝕刻製程或是用化學機械研磨(CMP)方式以移除部分氧化矽層，直到露出外延層104的表面。由此可知，本發明以先形成溝渠再進行傾斜離子植入製程的方式，使摻雜區122的可以使P型摻雜區的位置深度更深，進一步可做二維的電荷平衡。此外，N型摻雜漂移區濃度也可更提高，進而提升元件的效能。此外，本發明的溝渠絕緣結構120及摻雜區122的配置除了與隔離結構116及埋層114實體連接外(如圖IA所示)，也可以有其他多種變化。在另一實施例中，摻雜區122與隔離結構116實體連接，但未與埋層114實體連接，如圖2所示。在上述實施例中，是以多個溝渠絕緣結構及多個摻雜區為例來說明，但本發明並不以此為限。在一實施例中，溝渠絕緣結構120b也可以為一長條區塊，配置於外延層104中，且摻雜區122b環繞溝渠絕緣結構120b的側壁及底面。類似地，摻雜區122b可僅與隔離結構116實體連接(如圖IC所示)、僅與埋層114實體連接或未與隔離結構116及埋層114實體連接。特別要注意的是，摻雜區122b不可同時與隔離結構116及埋層114實體連接，以免阻斷電流路徑。特別要注意的是，埋層114為選擇性構件，可以視製程需要，刪除形成埋層114的步驟。換言之，在沒有埋層114的情況下，摻雜區122可以與隔離結構116及基底102實體連接，如圖3所示。在另一實施例中，摻雜區122與隔離結構116實體連接，但未與基底102實體連接，如圖4所示。此外，本發明的橫向擴散金氧半導體元件100亦定義出一漂移區101與位於此漂移區101中的減少表面電場的結構，如圖IA所示。具體而言，在漂移區101中，減少表面電場的結構包括基底103、深井區108、埋層114、隔離結構116、至少一溝渠絕緣結構120以及至少一摻雜區122。深井區108位於基底103中。埋層114位於深井區108下方的基底103中。隔離結構116位於基底103上。溝渠絕緣結構120位於隔離結構116下方的深井區108中。摻雜區122位於深井區108中且環繞溝渠絕緣結構120的側壁及底面。類似地，如圖2 4所示，本發明的橫向擴散金氧半導體元件200 400亦可分別定義出漂移區101與位於此漂移區101中的減少表面電場的結構。另外，此減少表面電場的結構除了可應用於橫向擴散金氧半導體(LDMO S)元件外，也可以應用於其他適合的元件，如結型場效應電晶體(Junction Field EffectTransistor ；JFET)。綜上所述，在本發明的結構中，於基底中配置至少一溝渠絕緣結構及至少一摻雜區，且此摻雜區環繞溝渠絕緣結構的側壁及底面，用以減少表面電場。此外，本發明以先形成溝渠再進行傾斜離子植入製程的方式，使摻雜區的濃度分布均勻且形狀、深度容易控制，以解決已知的濃度分布不均以及精確度不夠的問題。
雖然本發明已以實施例揭示如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中的普通技術人員，當可作些許更動與潤飾，而不脫離本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種橫向擴散金氧半導體元件，包括 具有一第一導電型的一基底； 具有一第二導電型的一外延層，位於該基底上； 具有該第一導電型的一井區，位於該外延層中； 具有該第二導電型的一深井區，位於該外延層中； 具有該第二導電型的一源極區，位於該井區中； 具有該第二導電型的一漏極區，位於該深井區中； 一隔離結構，位於該深井區上； 一柵極，位於該漏極區以及該源極區之間的該外延層上並延伸至部分該隔離結構上； 至少一溝渠絕緣結構，位於該隔離結構下方的該深井區中；以及 具有該第一導電型的至少一摻雜區，位於該深井區中且環繞該溝渠絕緣結構的側壁及。
2.根據權利要求I所述的橫向擴散金氧半導體元件，其中還包括具有該第二導電型的一埋層，位於該深井區下方的該基底中。
3.根據權利要求2所述的橫向擴散金氧半導體元件，其中該摻雜區與該隔離結構及該埋層實體連接。
4.根據權利要求2所述的橫向擴散金氧半導體元件，其中該摻雜區與該隔離結構實體連接，但未與該埋層實體連接。
5.根據權利要求I所述的橫向擴散金氧半導體元件，其中該摻雜區與該隔離結構及該基底實體連接。
6.根據權利要求I所述的橫向擴散金氧半導體元件，其中該摻雜區與該隔離結構實體連接，但未與該基底實體連接。
7.根據權利要求I所述的橫向擴散金氧半導體元件，其中該溝渠絕緣結構的材料包括氧化矽。
8.根據權利要求I所述的橫向擴散金氧半導體元件，其中該隔離結構包括場氧化物結構或淺溝渠隔離結構。
9.根據權利要求I所述的橫向擴散金氧半導體元件，其中還包括具有該第一導電型的一基體區，位於該井區中。
10.根據權利要求I所述的橫向擴散金氧半導體元件，其中還包括一柵氧化層，位於該柵極與該外延層之間。
11.根據權利要求I所述的橫向擴散金氧半導體元件，其中該第一導電型為P型，該第二導電型為N型；或該第一導電型為N型，該第二導電型為P型。
12.—種減少表面電場的結構,包括 具有一第一導電型的一基底； 具有一第二導電型的一深井區，位於該基底中； 一隔離結構，位於該基底上；以及 至少一溝渠絕緣結構，位於該隔離結構下方的該深井區中；以及 具有該第一導電型的至少一摻雜區，位於該深井區中且環繞該溝渠絕緣結構的側壁及。
13.根據權利要求12所述的減少表面電場的結構，其中還包括具有該第二導電型的一埋層，位於該深井區下方的該基底中。
14.根據權利要求13所述的減少表面電場的結構，其中該摻雜區與該隔離結構及該埋層實體連接。
15.根據權利要求13所述的減少表面電場的結構，其中該摻雜區與該隔離結構實體連接，但未與該埋層實體連接。
16.根據權利要求12所述的減少表面電場的結構，其中該摻雜區與該隔離結構及該基底實體連接。
17.根據權利要求12所述的減少表面電場的結構，其中該摻雜區與該隔離結構實體連接，但未與該基底實體連接。
18.根據權利要求12所述的減少表面電場的結構，其中該溝渠絕緣結構的材料包括氧化矽。
19.根據權利要求12所述的減少表面電場的結構，其中該隔離結構包括場氧化物結構或淺溝渠隔離結構。
20.根據權利要求12所述的減少表面電場的結構，其中該第一導電型為P型，該第二導電型為N型；或該第一導電型為N型，該第二導電型為P型。
全文摘要
一種減少表面電場的結構及橫向擴散金氧半導體元件。此種減少表面電場的結構包括具有第一導電型的一基底、具有第二導電型的一深井區、一隔離結構、至少一溝渠絕緣結構及具有第一導電型的至少一摻雜區。深井區位於基底中。隔離結構位於基底上。溝渠絕緣結構位於隔離結構下方的深井區中。摻雜區位於深井區中且環繞溝渠絕緣結構的側壁及底面。
文檔編號H01L29/78GK102769037SQ20111017881
公開日2012年11月7日 申請日期2011年6月29日 優先權日2011年5月6日
發明者吳沛勳, 李宗曄, 黃湘文 申請人:漢磊科技股份有限公司