本申請(qǐng)關(guān)于一種半導(dǎo)體技術(shù)，且特別是關(guān)于一種具有良好隔離能力的高壓半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)：

高壓半導(dǎo)體裝置技術(shù)適用于高電壓與高功率的集成電路領(lǐng)域。傳統(tǒng)高壓半導(dǎo)體裝置，例如雙擴(kuò)散漏極金屬氧化物半場(chǎng)效晶體管(Double Diffused Drain MOSFET,DDDMOS)及橫向擴(kuò)散金屬氧化物半場(chǎng)效晶體管(Lateral diffused MOSFET,LDMOS)，主要用于高于或約為18V的元件應(yīng)用領(lǐng)域。高壓半導(dǎo)體裝置技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于符合成本效益，且易相容于其他工藝，已廣泛應(yīng)用于顯示器驅(qū)動(dòng)IC元件、電源供應(yīng)器、電力管理、通訊、車用電子或工業(yè)控制等領(lǐng)域中。

雙擴(kuò)散漏極金屬氧化物半場(chǎng)效晶體管(DDDMOS)具有體積小、輸出電流大的特性，廣泛應(yīng)用在操作電壓為小于30V的源極驅(qū)動(dòng)IC(Source Driver IC)中。雙擴(kuò)散漏極是由二個(gè)注入?yún)^(qū)形成用于高壓金屬氧化物半場(chǎng)效晶體管的一源極或一漏極。此處“高壓金屬氧化物半場(chǎng)效晶體管”用語所指的是具有高崩潰電壓(breakdown down voltage)的晶體管。

相鄰的DDDMOS通常通過場(chǎng)氧化物(field oxide)，例如溝槽隔離結(jié)構(gòu)，提供隔離作用。溝槽隔離結(jié)構(gòu)與其上方的金屬化層(例如，內(nèi)層介電(ILD)層與內(nèi)連導(dǎo)線層)及與其下方的井區(qū)會(huì)構(gòu)成一寄生MOS晶體管。當(dāng)DDDMOS進(jìn)行操作時(shí)，施加于內(nèi)連導(dǎo)線層的電壓容易導(dǎo)通寄生MOS晶體管，使溝槽隔離結(jié)構(gòu)失去隔離作用失效而造成電路功能失效。因此，溝槽隔離結(jié)構(gòu)必須增加寬度及/或深度，以防止寄生MOS晶體管在DDDMOS進(jìn)行操作時(shí)被導(dǎo)通。

然而，增加溝槽隔離結(jié)構(gòu)的寬度會(huì)增加裝置的尺寸而使晶片面積增加。另外，增加溝槽隔離結(jié)構(gòu)的深度會(huì)增加工藝的困難度及制造成本。因此，有必要尋求一種高壓半導(dǎo)體裝置及其制造方法，其能夠解決或改善上述的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)一實(shí)施例提供一種高壓半導(dǎo)體裝置，包括：一半導(dǎo)體基底，其具有一第一導(dǎo)電型的一井區(qū)及位于井區(qū)內(nèi)的一隔離結(jié)構(gòu)，其中于隔離結(jié)構(gòu)兩側(cè)分別定義出一第一區(qū)及一第二區(qū)；一第一柵極結(jié)構(gòu)及一第二柵極結(jié)構(gòu)，分別設(shè)置于第一區(qū)及第二區(qū)上；一第一注入?yún)^(qū)及一第二注入?yún)^(qū)，分別位于第一區(qū)及第二區(qū)內(nèi)且鄰近于隔離結(jié)構(gòu)，其中第一注入?yún)^(qū)及第二注入?yún)^(qū)具有不同于第一導(dǎo)電型的一第二導(dǎo)電型；以及一反注入?yún)^(qū)，位于隔離結(jié)構(gòu)下方的井區(qū)內(nèi)且橫向延伸于第一注入?yún)^(qū)及第二注入?yún)^(qū)下方，其中反注入?yún)^(qū)具有第一導(dǎo)電型，且具有一摻雜濃度大于井區(qū)的一摻雜濃度。

本申請(qǐng)另一實(shí)施例提供一種高壓半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括：提供一半導(dǎo)體基底，其具有一第一導(dǎo)電型的一井區(qū)及位于井區(qū)內(nèi)的一隔離結(jié)構(gòu)，其中于隔離結(jié)構(gòu)兩側(cè)分別定義出一第一區(qū)及一第二區(qū)；于隔離結(jié)構(gòu)下方的井區(qū)內(nèi)形成具有第一導(dǎo)電型的一反注入?yún)^(qū)，其中反注入?yún)^(qū)橫向延伸于第一區(qū)及第二區(qū)內(nèi)，且具有一摻雜濃度大于井區(qū)的一摻雜濃度；分別于第一區(qū)及第二區(qū)的反注入?yún)^(qū)上形成鄰近于隔離結(jié)構(gòu)的一第一注入?yún)^(qū)及一第二注入?yún)^(qū)，其中第一注入?yún)^(qū)及第二注入?yún)^(qū)具有不同于第一導(dǎo)電型的一第二導(dǎo)電型；以及分別于第一區(qū)及第二區(qū)上形成一第一柵極結(jié)構(gòu)及一第二柵極結(jié)構(gòu)。

本申請(qǐng)的實(shí)施例能夠提供一種高壓半導(dǎo)體裝置，例如橫向擴(kuò)散金屬氧化物半場(chǎng)效晶體管，其利用反注入?yún)^(qū)(counter implant region)來提升相鄰的高壓半導(dǎo)體裝置之間的隔離能力，進(jìn)而藉由縮短高壓半導(dǎo)體裝置之間的距離來縮小裝置尺寸或晶片面積。

附圖說明

圖1A至圖1E繪示出根據(jù)本申請(qǐng)一實(shí)施例的高壓半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖面示意圖。

附圖符號(hào)說明：

10 注入掩膜；

20 第一離子注入；

30 第二離子注入；

100 半導(dǎo)體基底；

102 井區(qū)；

102a 第一區(qū)；

102b 第二區(qū)；

104 隔離結(jié)構(gòu)；

106 反注入?yún)^(qū)；

106a、106b、108a、110a 邊緣；

108 第一注入?yún)^(qū)；

110 第二注入?yún)^(qū)；

112 第一柵極結(jié)構(gòu)；

114 第二柵極結(jié)構(gòu)；

115 內(nèi)層介電層；

116 第三注入?yún)^(qū)；

117、119 源極/漏極電極；

118 第四注入?yún)^(qū)；

121 內(nèi)連導(dǎo)線層；

200 高壓半導(dǎo)體裝置；

W 表面寬度。

具體實(shí)施方式

以下說明本申請(qǐng)實(shí)施例的高壓半導(dǎo)體裝置及其制造方法。然而，可輕易了解本申請(qǐng)所提供的實(shí)施例僅用于說明以特定方法制作及使用本發(fā)明，并非用以局限本發(fā)明的范圍。

本申請(qǐng)的實(shí)施例提供一種高壓半導(dǎo)體裝置，例如橫向擴(kuò)散金屬氧化物半場(chǎng)效晶體管，其利用反注入?yún)^(qū)(counter implant region)來提升相鄰的高壓半導(dǎo)體裝置之間的隔離能力，進(jìn)而藉由縮短高壓半導(dǎo)體裝置之間的距離來縮小裝置尺寸或晶片面積。

請(qǐng)參照?qǐng)D1E，其繪示出根據(jù)本申請(qǐng)一實(shí)施例的高壓半導(dǎo)體裝置200的剖面示意圖。在本實(shí)施例中，高壓半導(dǎo)體裝置200包括一半導(dǎo)體基底100，其具有一井區(qū)102及至少一隔離結(jié)構(gòu)104，其中于隔離結(jié)構(gòu)104兩側(cè)的井區(qū)102內(nèi)定義出的一第一區(qū)102a及一第二區(qū)102b。在本實(shí)施例中，井區(qū)102作為高壓半導(dǎo)體裝置200的一高壓井區(qū)且具有一第一導(dǎo)電型，例如P型或N型。在一范例中，井區(qū)102為P型，且具有一摻雜濃度為1.0× 10¹⁶ions/cm³。在另一范例中，井區(qū)102為N型，且具有一摻雜濃度為9.0×10¹⁵ions/cm³。

在一實(shí)施例中，隔離結(jié)構(gòu)104可為場(chǎng)氧化物，例如溝槽隔離(trench isolation)結(jié)構(gòu)。在一范例中，溝槽隔離結(jié)構(gòu)的深度大于4000埃，且不超過8000埃。亦即，溝槽隔離結(jié)構(gòu)的深度大于典型的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，但小于典型的深溝槽隔離結(jié)構(gòu)。在其他實(shí)施例中，隔離結(jié)構(gòu)104為局部硅氧化層(local oxidation of silicon,LOCOS)。

在本實(shí)施例中，高壓半導(dǎo)體裝置200更包括一第一柵極結(jié)構(gòu)112及一第二柵極結(jié)構(gòu)114。第一柵極結(jié)構(gòu)112設(shè)置于半導(dǎo)體基底100的第一區(qū)102a上，而第二柵極結(jié)構(gòu)114設(shè)置于半導(dǎo)體基底100的第二區(qū)102b上。每一柵極結(jié)構(gòu)包括與半導(dǎo)體基底100的井區(qū)102接觸的柵極介電層、位于柵極介電層上的柵極電極以及位于柵極電極側(cè)壁的柵極間隙壁。

在本實(shí)施例中，高壓半導(dǎo)體裝置200更包括一第一注入?yún)^(qū)108及一第二注入?yún)^(qū)110。第一注入?yún)^(qū)108及第二注入?yún)^(qū)110作為高壓半導(dǎo)體裝置200的雙擴(kuò)散漏極區(qū)。在本實(shí)施例中，第一注入?yún)^(qū)108位于第一區(qū)102a內(nèi)，其延伸于第一柵極結(jié)構(gòu)112下方且鄰近于隔離結(jié)構(gòu)104。再者，第二注入?yún)^(qū)110位于第二區(qū)102b內(nèi)，其延伸于第二柵極結(jié)構(gòu)112下方且鄰近于隔離結(jié)構(gòu)104。在本實(shí)施例中，第一注入?yún)^(qū)108及第二注入?yún)^(qū)110的深度小于隔離結(jié)構(gòu)104的深度。再者，第一注入?yún)^(qū)108及第二注入?yún)^(qū)110具有不同于第一導(dǎo)電型的一第二導(dǎo)電型。在一范例中，第一導(dǎo)電型可為P型，而第二導(dǎo)電型則為N型。在另一范例中，第一導(dǎo)電型可為N型，而第二導(dǎo)電型則為P型。

在本實(shí)施例中，高壓半導(dǎo)體裝置200更包括一第三注入?yún)^(qū)116及一第四注入?yún)^(qū)118，其具有第二導(dǎo)電型。第三注入?yún)^(qū)116位于第一注入?yún)^(qū)108內(nèi)，而第四注入?yún)^(qū)118位于第二注入?yún)^(qū)110內(nèi)。第三注入?yún)^(qū)116及第四注入?yún)^(qū)118作為源極/漏極注入?yún)^(qū)，其摻雜濃度大于作為雙擴(kuò)散漏極區(qū)的第一注入?yún)^(qū)108及第二注入?yún)^(qū)110。

在本實(shí)施例中，高壓半導(dǎo)體裝置200更包括一反注入?yún)^(qū)106，其位于隔離結(jié)構(gòu)104下方的井區(qū)102內(nèi)且橫向延伸于第一注入?yún)^(qū)108及第二注入?yún)^(qū)110下方。在一實(shí)施例中，反注入?yún)^(qū)106具有二個(gè)相對(duì)的邊緣106a及106b(標(biāo)示于圖1C)。邊緣106a及106b分別大體上對(duì)準(zhǔn)于第一注入?yún)^(qū)108的一邊緣108a(標(biāo)示于圖1C)與第二注入?yún)^(qū)110的一邊緣110a(標(biāo)示于圖1C)。在本實(shí)施例中，反注入?yún)^(qū)106具有第一導(dǎo)電型，且具有一摻雜濃度大于井區(qū)102的摻雜濃度。在一范例中，反注入?yún)^(qū)106為P型，且摻雜濃度為5.0×10¹⁶ions/cm³。在另一范例中，反注入?yún)^(qū)106為N型，且摻雜濃度為6.0×10¹⁶ions/cm³。

在本實(shí)施例中，高壓半導(dǎo)體裝置200更包括一金屬化層位于半導(dǎo)體基底100上，且覆蓋第一柵極結(jié)構(gòu)112及第二柵極結(jié)構(gòu)114。金屬化層可包括一內(nèi)層介電(ILD)層115及一內(nèi)連接結(jié)構(gòu)。內(nèi)連接結(jié)構(gòu)至少包括分別耦接至第三注入?yún)^(qū)116及第四注入?yún)^(qū)118的源極/漏極電極117及119，及位于隔離結(jié)構(gòu)104上方的ILD層115上的內(nèi)連導(dǎo)線層121。

接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1A至圖1E，其繪示出根據(jù)本申請(qǐng)一實(shí)施例的高壓半導(dǎo)體裝置200制造方法的剖面示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1A，提供一半導(dǎo)體基底100，其具有一井區(qū)102及至少一隔離結(jié)構(gòu)104，其中于隔離結(jié)構(gòu)104兩側(cè)的井區(qū)102內(nèi)定義出的一第一區(qū)102a及一第二區(qū)102b。在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體基底100可為硅基底、鍺化硅(SiGe)基底、塊體半導(dǎo)體(bulk semiconductor)基底、化合物半導(dǎo)體(compound semiconductor)基底、絕緣層上覆硅(silicon on insulator,SOI)基底或其他現(xiàn)有的半導(dǎo)體基底。

井區(qū)102作為高壓半導(dǎo)體裝置200的一高壓井區(qū)且具有一第一導(dǎo)電型，例如P型或N型。在一范例中，井區(qū)102為P型，且具有一摻雜濃度為1.0×10¹⁶ions/cm³。在另一范例中，井區(qū)102為N型，且具有一摻雜濃度為9.0×10¹⁵ions/cm³。

隔離結(jié)構(gòu)104可為場(chǎng)氧化物，例如溝槽隔離(trench isolation)結(jié)構(gòu)。在一范例中，溝槽隔離結(jié)構(gòu)的深度大于4000埃，且不超過8000埃。

請(qǐng)參照?qǐng)D1B，利用一注入掩膜10進(jìn)行一第一離子注入20，以在鄰近隔離結(jié)構(gòu)104底部下方的井區(qū)102內(nèi)形成具有第一導(dǎo)電型的一反注入?yún)^(qū)106，其具有一摻雜濃度大于井區(qū)102的摻雜濃度。在一范例中，反注入?yún)^(qū)106為P型，且摻雜濃度為5.0×10¹⁶ions/cm³。在另一范例中，反注入?yún)^(qū)106為N型，且摻雜濃度為6.0×10¹⁶ions/cm³。在本實(shí)施例中，由于注入掩膜10具有一開口，露出隔離結(jié)構(gòu)104及鄰近隔離結(jié)構(gòu)104的一部分的第一區(qū)102a及一部分的第二區(qū)102b，因此形成的反注入?yún)^(qū)106橫向延伸于第一區(qū)102a及第二區(qū)102b內(nèi)。

請(qǐng)參照?qǐng)D1C，利用同一注入掩膜10進(jìn)行一第二離子注入30，以在分別于第一區(qū)102a及第二區(qū)102b內(nèi)形成鄰近于隔離結(jié)構(gòu)104的一第一注入?yún)^(qū)108及一第二注入?yún)^(qū)110。在本實(shí)施例中，第一注入?yún)^(qū)108及第二注入?yún)^(qū)110的深度小于隔離結(jié)構(gòu)104的深度且分別位于延伸于第一區(qū)102a及第二區(qū)102b的反注入?yún)^(qū)106上。再者，第一注入?yún)^(qū)108及第二注入?yún)^(qū)110具有不同于第一導(dǎo)電型的一第二導(dǎo)電型。在一范例中，第一導(dǎo)電型可為P型，而第二導(dǎo)電型則為N型。在另一范例中，第一導(dǎo)電型可為N型，而第二導(dǎo)電型則為P型。在本實(shí)施例中，由于第一注入?yún)^(qū)108及第二注入?yún)^(qū)110與形成反注入?yún)^(qū)106 利用同一注入掩膜制作，因此反注入?yún)^(qū)106的二個(gè)相對(duì)的邊緣106a及106b分別大體上對(duì)準(zhǔn)于第一注入?yún)^(qū)108的一邊緣108a與第二注入?yún)^(qū)110的一邊緣110a。

請(qǐng)參照?qǐng)D1D，利用現(xiàn)有MOS工藝，分別于第一區(qū)102a及第二區(qū)102b上形成一第一柵極結(jié)構(gòu)112及一第二柵極結(jié)構(gòu)114。再者，分別于第一注入?yún)^(qū)108及第二注入?yún)^(qū)110內(nèi)形成具有第二導(dǎo)電型的一第三注入?yún)^(qū)116及一第四注入?yún)^(qū)118。第三注入?yún)^(qū)116及第四注入?yún)^(qū)118作為源極/漏極注入?yún)^(qū)，其摻雜濃度大于作為雙擴(kuò)散漏極區(qū)的第一注入?yún)^(qū)108及第二注入?yún)^(qū)110。

請(qǐng)參照?qǐng)D1E，利用現(xiàn)有金屬化工藝，于半導(dǎo)體基底100上形成一金屬化層，并覆蓋第一柵極結(jié)構(gòu)112及第二柵極結(jié)構(gòu)114。如此一來，便形成高壓半導(dǎo)體裝置200。在一實(shí)施例中，金屬化層可包括一內(nèi)層介電(ILD)層115及一內(nèi)連接結(jié)構(gòu)。在一實(shí)施例中，內(nèi)連接結(jié)構(gòu)至少包括分別耦接至第三注入?yún)^(qū)116及第四注入?yún)^(qū)118的源極/漏極電極117及119，及位于隔離結(jié)構(gòu)104上方的ILD層115上的內(nèi)連導(dǎo)線層121。

在高壓半導(dǎo)體裝置200中，內(nèi)連導(dǎo)線層121、ILD層115、隔離結(jié)構(gòu)104及井區(qū)102構(gòu)成一寄生金屬氧化物半晶體管。當(dāng)高壓半導(dǎo)體裝置200進(jìn)行操作時(shí)，可通過反注入?yún)^(qū)106阻止施加于內(nèi)連導(dǎo)線層121的高電壓導(dǎo)通寄生MOS晶體管，進(jìn)而幫助隔離結(jié)構(gòu)104維持其隔離作用。再者，由于第一注入?yún)^(qū)108及第二注入?yún)^(qū)110下方具有反注入?yún)^(qū)106，因此可改善降低表面電場(chǎng)效應(yīng)(reduced surface electric field,RESURF)。

請(qǐng)參照表1，其顯示不具反注入?yún)^(qū)的N型高壓MOS晶體管中的寄生MOS晶體管與具反注入?yún)^(qū)的N型高壓MOS晶體管(如圖1E所示)的寄生MOS晶體管在工作電壓為40伏特(V)時(shí)，不同的隔離結(jié)構(gòu)的表面寬度(μm)所對(duì)應(yīng)的漏極電流(A)。

表1

如表1所示，當(dāng)隔離結(jié)構(gòu)的表面寬度(μm)由2.0μm縮減至1.2μm，不具有反注入?yún)^(qū)的N型高壓MOS晶體管中的寄生MOS晶體管的漏極電流(A)由4.2×10^-6A快速增加至2.2×10^-3A。然而，當(dāng)隔離結(jié)構(gòu)的表面寬度(μm)由2.0μm縮減至1.0μm，具有反注入?yún)^(qū)的N型高壓MOS晶體管中的寄生MOS晶體管的漏極電流(A)則維持在2.7×10^-12至2.8×10^-12的范圍且遠(yuǎn)小于4.2×10^-6A。亦即，即使隔離結(jié)構(gòu)的表面寬度(μm)由2.0μm縮減至1.0μm，N型高壓MOS晶體管中的反注入?yún)^(qū)仍可有效防止寄生MOS晶體管導(dǎo)通。

請(qǐng)參照表2，其顯示不具有反注入?yún)^(qū)的P型高壓MOS晶體管中的寄生MOS晶體管與具有反注入?yún)^(qū)的P型高壓MOS晶體管(如圖1E所示)的寄生MOS晶體管在工作電壓為-40伏特(V)時(shí)，不同的隔離結(jié)構(gòu)的表面寬度(μm)所對(duì)應(yīng)的漏極電流(A)。

表2

如表2所示，當(dāng)隔離結(jié)構(gòu)的表面寬度(μm)由2.0μm縮減至1.0μm，不具有反注入?yún)^(qū)的P型高壓MOS晶體管中的寄生MOS晶體管的漏極電流(A)由-3.7×10^-8A快速增加至-4.1×10^-4A。然而，當(dāng)隔離結(jié)構(gòu)的表面寬度(μm)由2.0μm縮減至1.0μm，具有反注入?yún)^(qū)的P型高壓MOS晶體管中的寄生MOS晶體管的漏極電流(A)則維持在-7.4×10^-13至 -1.3×10^-12的范圍且遠(yuǎn)小于-3.7×10^-8A。亦即，即使隔離結(jié)構(gòu)的表面寬度(μm)由2.0μm縮減至1.0μm，P型高壓MOS晶體管中的反注入?yún)^(qū)同樣可有效防止寄生MOS晶體管導(dǎo)通。

根據(jù)上述實(shí)施例，由于高壓半導(dǎo)體裝置200內(nèi)具有反注入?yún)^(qū)106，因此相較于不具有反注入?yún)^(qū)的P型或N型高壓半導(dǎo)體裝置，隔離結(jié)構(gòu)104的表面寬度W可至少縮減50％以上。如此一來，可通過降低隔離結(jié)構(gòu)104的平面尺寸而有效縮小晶片面積，進(jìn)而增加每一晶圓中的晶片數(shù)量。再者，相較于使用深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的高壓半導(dǎo)體裝置，具有反注入?yún)^(qū)106的高壓半導(dǎo)體裝置200中深度大于4000埃且不超過8000埃的溝槽隔離結(jié)構(gòu)可相對(duì)降低工藝的困難度及制造成本。另外，由于反注入?yún)^(qū)106與第一及第二注入?yún)^(qū)108及110是利用同一注入掩膜而形成，因此無需使用額外的注入掩膜。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例申請(qǐng)如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求范圍所界定的為準(zhǔn)。