本發(fā)明關(guān)于一種半導(dǎo)體技術(shù),且特別是關(guān)于一種可降低或消除基體效應(yīng)(bodyeffect)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,例如橫向擴散金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(lateraldiffusedmosfet,ldmosfet),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ic元件、電源供應(yīng)器、電力管理、通信、車用電子或工業(yè)控制等領(lǐng)域中。
圖1繪示出已知的n型水平式擴散金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(ldmosfet)剖面示意圖。n型水平式擴散金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)效晶體管10包括:一p型半導(dǎo)體基底100及位于其上的一p型外延層102。p型外延層102上具有柵極結(jié)構(gòu)116及場絕緣層114。再者,柵極結(jié)構(gòu)116兩側(cè)的p型外延層102內(nèi)分別為一p型基體(body)區(qū)106及一n型漂移區(qū)104,其中漂移區(qū)104進一步延伸于下方的p型半導(dǎo)體基底100內(nèi)。基體區(qū)106內(nèi)具有p型接觸區(qū)108及相鄰的n型接觸區(qū)110(二者或稱為源極區(qū)),而漂移區(qū)104內(nèi)具有n型接觸區(qū)112(或稱為漏極區(qū))。再者,一源極電極117電連接于p型接觸區(qū)108及n型接觸區(qū)110;一漏極電極119電連接于n型接觸區(qū)112;及一柵極電極121電連接于柵極結(jié)構(gòu)116。
然而,在上述n型水平式擴散金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)效晶體管10中,源極區(qū)經(jīng)由基體區(qū)106與下方的p型半導(dǎo)體基底100電連接。因此,當(dāng)源極區(qū)耦接至一內(nèi)部電路或電阻時,會引發(fā)基體效應(yīng)而改變晶體管10的閾值電壓(thresholdvoltage)。如此一來,晶體管10的驅(qū)動電流會隨著施加于源極區(qū)的電壓的增加而下降,因而降低晶體管10的性能。
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)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明一實施例提供一種高壓半導(dǎo)體裝置,包括:具有一第一導(dǎo)電型的一半導(dǎo)體基底;具有一第二導(dǎo)電型的一第一摻雜區(qū),位于半導(dǎo)體基底內(nèi);一外延層,形成于半導(dǎo)體基底上;具有第一導(dǎo)電型的一基體區(qū),位于第一摻雜區(qū)上的外延層內(nèi);具有第二導(dǎo)電型及相同摻雜濃度的一第二摻雜區(qū)及一第三摻雜區(qū),分別位于基體區(qū)兩相對側(cè)的外延層內(nèi)而鄰接基體區(qū);一源極區(qū)及一漏極區(qū),分別位于基體區(qū)及第二摻雜區(qū)內(nèi);一場絕緣層位于源極區(qū)及漏極區(qū)之間的第二摻雜區(qū)內(nèi);以及一柵極結(jié)構(gòu),位于外延層上,且覆蓋一部分的場絕緣層。
本發(fā)明另一實施例提供一種高壓半導(dǎo)體裝置的制造方法,包括:提供具有一第一導(dǎo)電型的一半導(dǎo)體基底;于半導(dǎo)體基底內(nèi)形成具有一第二導(dǎo)電型的一第一摻雜區(qū);于半導(dǎo)體基底上形成一外延層;于外延層內(nèi)形成具有第一導(dǎo)電型的一基體區(qū)及具有第二導(dǎo)電型及相同摻雜濃度的一第二摻雜區(qū)及一第三摻雜區(qū),其中基體區(qū)位于第一摻雜區(qū)上,且第二摻雜區(qū)及第三摻雜區(qū)分別位于基體區(qū)兩相對側(cè)并鄰接基體區(qū);于該第二摻雜區(qū)內(nèi)形成一場絕緣層;于外延層上形成一柵極結(jié)構(gòu),其中柵極結(jié)構(gòu)覆蓋一部分的場絕緣層;以及于基體區(qū)內(nèi)形成一源極區(qū),且于第二摻雜區(qū)內(nèi)形成一漏極區(qū)。
本發(fā)明實施例的高壓半導(dǎo)體裝置及其制造方法,基體區(qū)的兩相對側(cè)及底部形成了具有不同于基體區(qū)的導(dǎo)電型的摻雜區(qū),這些摻雜區(qū)構(gòu)成連續(xù)的隔離結(jié)構(gòu),以隔離高壓半導(dǎo)體裝置中具有相同導(dǎo)電型的基體區(qū)與基底。因此,當(dāng)源極區(qū)耦接至一內(nèi)部電路或電阻時,可降低或消除基體效應(yīng)而避免驅(qū)動電流隨著施加于源極區(qū)的電壓的增加而下降,進而提升或維持高壓半導(dǎo)體裝置的性能。再者,這些摻雜區(qū)可具有相同的的摻雜濃度,因此可使高壓半導(dǎo)體裝置具有穩(wěn)定的峰值電場(peakelectricfield)。另外,由于可采用高壓半導(dǎo)體裝置中的高壓井區(qū)形成連續(xù)的隔離結(jié)構(gòu),因此不需額外的制造成本。
附圖說明
圖1繪示出已知的n型水平式擴散金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)效晶體管剖面示意 圖。
圖2a至圖2f繪示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的高壓半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖面示意圖。
圖3a至圖3d分別繪示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的高壓半導(dǎo)體裝置的剖面示意圖。
附圖標號:
10晶體管;
20、30、40、50、60高壓半導(dǎo)體裝置;
100p型半導(dǎo)體基底;
102p型外延層;
104n型漂移區(qū);
106基體區(qū);
108p型接觸區(qū);
110、112n型接觸區(qū);
114、220場絕緣層;
116、233柵極結(jié)構(gòu);
117源極電極;
119漏極電極;
121柵極電極;
200半導(dǎo)體基底;
202第一摻雜區(qū);
204埋入層;
210外延層;
212高壓井區(qū);
212a第二摻雜區(qū);
212b第三摻雜區(qū);
216場降區(qū);
222基體區(qū);
224、226摻雜區(qū);
227源極區(qū);
228漏極區(qū);
230柵極介電層;
232柵極層;
240、242、244內(nèi)連結(jié)構(gòu);
250內(nèi)層介電層;
e1、e2外側(cè)邊緣;
w寬度。
具體實施方式
以下說明本發(fā)明實施例的高壓半導(dǎo)體裝置及其制造方法。然而,可輕易了解本發(fā)明所提供的實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。
本發(fā)明的實施例提供一種高壓半導(dǎo)體裝置,例如橫向擴散金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)效晶體管,其利用不同于基體區(qū)的導(dǎo)電型的摻雜區(qū)來隔離高壓半導(dǎo)體裝置中具有相同導(dǎo)電型的基體區(qū)與基底,進而降低或消除基體效應(yīng)。
請參照圖2e,其繪示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的高壓半導(dǎo)體裝置20的剖面示意圖。在本實施例中,半導(dǎo)體裝置20可為一水平式擴散金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)效晶體管。高壓半導(dǎo)體裝置20包括一半導(dǎo)體基底200,例如為硅基底、鍺化硅(sige)基底、塊體半導(dǎo)體(bulksemiconductor)基底、化合物半導(dǎo)體(compoundsemiconductor)基底、絕緣層上覆硅(silicononinsulator,soi)基底或其他常用的半導(dǎo)體基底,其具有一第一導(dǎo)電型。
再者,半導(dǎo)體基底200內(nèi)具有一第一摻雜區(qū)202,例如一高壓井區(qū),其鄰近于半導(dǎo)體基底200的上表面。第一摻雜區(qū)202具有不同于第一導(dǎo)電型的一第二導(dǎo)電型。舉例來說,第一導(dǎo)電型為p型,而第二導(dǎo)電型為n型。在其他實施例中,第一導(dǎo)電型可為n型,而第二導(dǎo)電型為p型。
在本實施例中,高壓半導(dǎo)體裝置20更包括一外延層210,其形成于半導(dǎo)體基底200上,且具有第一導(dǎo)電型。外延層210內(nèi)具有多個作為隔離結(jié)構(gòu)的場絕緣層220。在一實施例中,場絕緣層220可為場氧化物(fieldoxide)。在一范例中,場絕緣層220為局部硅氧化層(localoxidationofsilicon,locos)。在其他實施例中,場絕緣層220 可為淺溝槽隔離(shallowtrenchisolation,sti)結(jié)構(gòu)。
在本實施例中,高壓半導(dǎo)體裝置20更包括具有第一導(dǎo)電型的一基體區(qū)222及具有第二導(dǎo)電型及相同摻雜濃度的一第二摻雜區(qū)212a及一第三摻雜區(qū)212b?;w區(qū)222位于第一摻雜區(qū)202上的外延層210內(nèi),且基體區(qū)222由外延層210的上表面延伸至其下表面,使基體區(qū)222的底部可鄰接于第一摻雜區(qū)202。再者,第二摻雜區(qū)212a及第三摻雜區(qū)212b分別位于基體區(qū)222兩相對側(cè)的外延層210內(nèi)而鄰接基體區(qū)222。在本實施例中,第二摻雜區(qū)212a及第三摻雜區(qū)212b位于第一摻雜區(qū)202上方,且由外延層210的上表面延伸至其下表面,使第二摻雜區(qū)212a及第三摻雜區(qū)212b的底部可鄰接于第一摻雜區(qū)202。在一實施例中,第三摻雜區(qū)212b的一外側(cè)邊緣e2對準于第一摻雜區(qū)202的一對應(yīng)的外側(cè)邊緣e1。再者,第三摻雜區(qū)212b具有一寬度w在1至8微米的范圍。
在一實施例中,第一摻雜區(qū)202與第二摻雜區(qū)212a及第三摻雜區(qū)212b具有相同的摻雜濃度。在此情形中,第一摻雜區(qū)202與第二摻雜區(qū)212a及第三摻雜區(qū)212b為高壓井區(qū)。再者,第二摻雜區(qū)212a及第三摻雜區(qū)212b為基體區(qū)222所隔開的同一高壓井區(qū)212或各自形成于外延層210內(nèi)的高壓井區(qū)。在一范例中,高壓井區(qū)的摻雜濃度約在1.0×1015至1.0×1016ions/cm3的范圍。在其他實施例中,第一摻雜區(qū)202的摻雜濃度不同于第二摻雜區(qū)212a及第三摻雜區(qū)212b。在此情形中,第一摻雜區(qū)202為高壓井區(qū),而第二摻雜區(qū)212a及第三摻雜區(qū)212b為井區(qū),且井區(qū)(即,第二摻雜區(qū)212a及第三摻雜區(qū)212b)的摻雜濃度高于高壓井區(qū)(即,第一摻雜區(qū)202)。再者,第二摻雜區(qū)212a及第三摻雜區(qū)212b為基體區(qū)222所隔開的同一井區(qū)或各自形成于外延層210內(nèi)的井區(qū)。在一范例中,高壓井區(qū)的摻雜濃度約在1.0×1015至1.0×1016ions/cm3的范圍,而井區(qū)的摻雜濃度約在1.0×1016至1.0×1017ions/cm3的范圍。在本實施例中,第一摻雜區(qū)202、第二摻雜區(qū)212a及第三摻雜區(qū)212b作為水平式擴散金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)效晶體管的一漂移區(qū)。
在本實施例中,高壓半導(dǎo)體裝置20更包括一源極區(qū)227、一漏極區(qū)228及一柵極結(jié)構(gòu)233。源極區(qū)227及漏極區(qū)228分別位于基體區(qū)222及第二摻雜區(qū)212a內(nèi)。源極區(qū)227由具有第二導(dǎo)電型的摻雜區(qū)226及具有第一導(dǎo)電型的摻雜區(qū)224(其作為一基體接觸區(qū))所構(gòu)成。再者,漏極區(qū)228僅由具有第二導(dǎo)電型的摻雜區(qū)所構(gòu)成。再者,柵極結(jié)構(gòu)233位于外延層210上,且覆蓋一部分的場絕緣層220,其中此場絕緣層220 形成于源極區(qū)227及漏極區(qū)228之間的第二摻雜區(qū)212a內(nèi)。柵極結(jié)構(gòu)233通常包括一柵極介電層230及位于柵極介電層230上方的柵極層232。
在本實施例中,高壓半導(dǎo)體裝置20可包括具有第一導(dǎo)電型的一場降區(qū)(fieldreductionregion)216,其位于第二摻雜區(qū)212a內(nèi)且對應(yīng)于柵極結(jié)構(gòu)233下方的場絕緣層220下方,用以降低表面電場。在一實施例中,場降區(qū)216的摻雜濃度約為1.0×1017ions/cm3。
在本實施例中,高壓半導(dǎo)體裝置20更包括一內(nèi)層介電(interlayerdielectric,ild)層250及位于其中的多個內(nèi)連結(jié)構(gòu)240、242及244。在本實施例中,內(nèi)連結(jié)構(gòu)240電連接于源極區(qū)227,以作為一源極電極;內(nèi)連結(jié)構(gòu)242電連接于漏極區(qū)216,以作為一漏極電極;以及內(nèi)連結(jié)構(gòu)244電連接于柵極結(jié)構(gòu)233,以作為一柵極電極。
請參照圖3a及圖3b,其分別繪示出根據(jù)本發(fā)明其他實施例的高壓半導(dǎo)體裝置30及40剖面示意圖,其中相同于圖2f的部件使用相同的標號并省略其說明。在圖3a中,高壓半導(dǎo)體裝置30具有相似于高壓半導(dǎo)體裝置20(如圖2f所示)的結(jié)構(gòu)。不同之處在于高壓半導(dǎo)體裝置30中第三摻雜區(qū)212b的外側(cè)邊緣e2未對準于第一摻雜區(qū)212a的對應(yīng)的外側(cè)邊緣e1。舉例來說,外側(cè)邊緣e2橫向延伸而超越外側(cè)邊緣e1。
在圖3b中,高壓半導(dǎo)體裝置40具有相似于高壓半導(dǎo)體裝置20(如圖2f所示)的結(jié)構(gòu)。不同之處在于高壓半導(dǎo)體裝置40中第三摻雜區(qū)212b的外側(cè)邊緣e2未對準于第一摻雜區(qū)212a的對應(yīng)的外側(cè)邊緣e1。舉例來說,外側(cè)邊緣e1橫向延伸而超越外側(cè)邊緣e2。
請參照圖3c,其繪示出根據(jù)本發(fā)明其他實施例的高壓半導(dǎo)體裝置50剖面示意圖,其中相同于圖2f的部件使用相同的標號并省略其說明。在本實施例中,高壓半導(dǎo)體裝置50具有相似于高壓半導(dǎo)體裝置20(如圖2f所示)的結(jié)構(gòu)。不同之處在于高壓半導(dǎo)體裝置50中更包括具有第二導(dǎo)電型的一埋入層(buriedlayer)204,位于基體區(qū)222下方的第一摻雜區(qū)202內(nèi),使基體區(qū)222的底部鄰接埋入層204的上表面。再者,埋入層204的摻雜濃度約在1.0×1018ions/cm3。在本實施例中,第二摻雜區(qū)212a及第三摻雜區(qū)212b可為井區(qū)或高壓井區(qū)。在一范例中,第二導(dǎo)電型為n型,而埋入層204為n型埋入層(n+buriedlayer,nbl)。
請參照圖3d,其繪示出根據(jù)本發(fā)明其他實施例的高壓半導(dǎo)體裝置60剖面示意圖,其中相同于圖2f的部件使用相同的標號并省略其說明。在本實施例中,高壓半導(dǎo)體 裝置60具有相似于高壓半導(dǎo)體裝置20(如圖2f所示)的結(jié)構(gòu)。不同之處在于高壓半導(dǎo)體裝置60中使用具有第二導(dǎo)電型的一埋入層204取代高壓半導(dǎo)體裝置20中的第一摻雜區(qū)202設(shè)置于基體區(qū)222下方,使基體區(qū)222的底部鄰接埋入層204的上表面。在本實施例中,第二摻雜區(qū)212a及第三摻雜區(qū)212b可為井區(qū)或高壓井區(qū)。
接著,請參照圖2a至圖2f,其繪示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的高壓半導(dǎo)體裝置20制造方法的剖面示意圖。請參照圖2a,提供一半導(dǎo)體基底200,其具有一第一導(dǎo)電型。在本實施例中,半導(dǎo)體基底200可為硅基底、鍺化硅基底、塊體半導(dǎo)體基底、化合物半導(dǎo)體基底、絕緣層上覆硅基底或其他常用的半導(dǎo)體基底。
接著,可通過離子注入工藝及熱工藝,于半導(dǎo)體基底200內(nèi)形成一第一摻雜區(qū)202,例如一高壓井區(qū),其鄰近于半導(dǎo)體基底200的上表面。第一摻雜區(qū)202具有不同于第一導(dǎo)電型的一第二導(dǎo)電型。舉例來說,第一導(dǎo)電型為p型,而第二導(dǎo)電型為n型。在其他實施例中,第一導(dǎo)電型可為n型,而第二導(dǎo)電型為p型。
接著,請參照圖2b,可通過外延生長于半導(dǎo)體基底200上形成具有第一導(dǎo)電型的一外延層210。接著,可通過離子注入工藝及熱工藝,于外延層210內(nèi)形成具有第二導(dǎo)電型的一摻雜區(qū),例如高壓井區(qū)212。在本實施例中,高壓井區(qū)212的摻雜濃度可相同于第一摻雜區(qū)202。舉例來說,高壓井區(qū)212及第一摻雜區(qū)202的摻雜濃度約在1.0×1015至1.0×1016ions/cm3的范圍。在其他實施例中,具有第二導(dǎo)電型的摻雜區(qū)可為一井區(qū),其摻雜濃度不同于第一摻雜區(qū)202。舉例來說,井區(qū)的摻雜濃度約在1.0×1016至1.0×1017ions/cm3的范圍,而第一摻雜區(qū)202的摻雜濃度約在1.0×1015至1.0×1016ions/cm3的范圍。亦即,井區(qū)的摻雜濃度高于第一摻雜區(qū)202的摻雜濃度。
接著,請參照圖2c,于外延層210內(nèi)形成多個作為隔離結(jié)構(gòu)的場絕緣層220,其中至少一場絕緣層形成于高壓井區(qū)212內(nèi)。在一實施例中,場絕緣層220可為場氧化物。在一范例中,場絕緣層220為局部硅氧化層(locos)。在其他實施例中,場絕緣層220可為淺溝槽隔離(sti)結(jié)構(gòu)。需注意的是在其他實施例中,可于形成場絕緣層220后,于外延層210內(nèi)形成具有第二導(dǎo)電型的高壓井區(qū)212或井區(qū)。
接著,請參照圖2d,可通過離子注入工藝及熱工藝,于外延層210的高壓井區(qū)212或井區(qū)內(nèi)形成具有第一導(dǎo)電型的一基體區(qū)222,以將高壓井區(qū)212或井區(qū)分隔成具有第二導(dǎo)電型及相同摻雜濃度的一第二摻雜區(qū)212a及一第三摻雜區(qū)212b。如圖2d所示,基體區(qū)222位于第一摻雜區(qū)202上的外延層210內(nèi),且基體區(qū)222由外延層 210的上表面延伸至其下表面,使基體區(qū)222的底部可鄰接于第一摻雜區(qū)202。再者,第二摻雜區(qū)212a及第三摻雜區(qū)212b分別位于基體區(qū)222兩相對側(cè)的外延層210內(nèi)而鄰接基體區(qū)222。在本實施例中,第二摻雜區(qū)212a及第三摻雜區(qū)212b位于第一摻雜區(qū)202上方,且由外延層210的上表面延伸至其下表面,使第二摻雜區(qū)212a及第三摻雜區(qū)212b的底部可鄰接于第一摻雜區(qū)202。在一實施例中,第三摻雜區(qū)212b的一外側(cè)邊緣e2對準于第一摻雜區(qū)202的一對應(yīng)的外側(cè)邊緣e1。再者,第三摻雜區(qū)212b具有一寬度w在1至8微米的范圍。在其他實施例中,可在形成基體區(qū)222之前或之后,通過各自的離子注入工藝形成第二摻雜區(qū)212a及第三摻雜區(qū)212b。
接著,請再參照圖2d,可選擇性地于場絕緣層220下方的第二摻雜區(qū)212a內(nèi)形成具有第一導(dǎo)電型的一場降區(qū)216,其用以降低表面電場。在一實施例中,場降區(qū)216的摻雜濃度約為1.0×1017ions/cm3。接著,可利用已知mos工藝于外延層210上形成一柵極結(jié)構(gòu)233,其中柵極結(jié)構(gòu)233局部覆蓋場降區(qū)216上方的場絕緣層220。柵極結(jié)構(gòu)233通常包括一柵極介電層230及位于柵極介電層230上方的柵極層232。
接著,請參照圖2e,可通過離子注入工藝,于基體區(qū)222內(nèi)形成一源極區(qū)227,且于第二摻雜區(qū)212a內(nèi)形成一漏極區(qū)228。源極區(qū)227由具有第二導(dǎo)電型的摻雜區(qū)226及具有第一導(dǎo)電型的摻雜區(qū)224(其作為一基體接觸區(qū))所構(gòu)成。再者,漏極區(qū)228僅由具有第二導(dǎo)電型的摻雜區(qū)所構(gòu)成。
接著,請參照圖2f,可利用已知金屬化工藝,于外延層210上形成一金屬化層,并覆蓋柵極結(jié)構(gòu)233。如此一來,便形成高壓半導(dǎo)體裝置20。在本實施例中,金屬化層可包括一內(nèi)層介電(ild)層250及位于其中的多個內(nèi)連結(jié)構(gòu)240、242及244。在本實施例中,內(nèi)連結(jié)構(gòu)240電連接于源極區(qū)227,以作為一源極電極;內(nèi)連結(jié)構(gòu)242電連接于漏極區(qū)216,以作為一漏極電極;以及內(nèi)連結(jié)構(gòu)244電連接于柵極結(jié)構(gòu)233,以作為一柵極電極。
可以理解的是可采用相同或相似于圖2a至圖2f所示的方法來制作圖3a至圖3d分別所示的高壓半導(dǎo)體裝置30、40、50及60。
根據(jù)上述實施例,基體區(qū)的兩相對側(cè)及底部形成了具有不同于基體區(qū)的導(dǎo)電型的摻雜區(qū),這些摻雜區(qū)構(gòu)成連續(xù)的隔離結(jié)構(gòu),以隔離高壓半導(dǎo)體裝置中具有相同導(dǎo)電型的基體區(qū)與基底。因此,當(dāng)源極區(qū)耦接至一內(nèi)部電路或電阻時,可降低或消除基體效應(yīng)而避免驅(qū)動電流隨著施加于源極區(qū)的電壓的增加而下降,進而提升或維持高壓半導(dǎo) 體裝置的性能。再者,這些摻雜區(qū)可具有相同的的摻雜濃度,因此可使高壓半導(dǎo)體裝置具有穩(wěn)定的峰值電場(peakelectricfield)。另外,由于可采用高壓半導(dǎo)體裝置中的高壓井區(qū)形成連續(xù)的隔離結(jié)構(gòu),因此不需額外的制造成本。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上,然其并非用以限定本發(fā)明,任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中相關(guān)技術(shù)人員,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi),當(dāng)可作更動與潤飾,因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準。