專利名稱：高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種半導(dǎo)體元件，尤其涉及一種高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件。
背景技術(shù)：
當(dāng)金屬氧化物半導(dǎo)體元件尺寸日益縮小時，隨之縮短的溝道長度(channel length)會使得晶體管的操作速度變快，但因溝道縮短而衍生的問題也會日益嚴(yán)重，即所謂的短溝道效應(yīng)(short channel effect)。若施加的電壓不變，而晶體管的溝道長度縮短，根據(jù)電場＝電壓/長度的公式可以得知，溝道內(nèi)的電子的能量將會藉由電場加速而提升，進(jìn)而增加電擊穿(electricalbreakdown)的情形；反之電場的強度增加，也會使得溝道內(nèi)的電子能量提高，同樣會產(chǎn)生電擊穿的現(xiàn)象。
對于處理高電壓能力的功率元件應(yīng)用上，雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(Double-diffused MOS，DMOS)是相當(dāng)受到重視的。DMOS元件常見的有橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管元件(Lateral Double-diffused MOS，LDMOS)及垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管元件(VerticalDouble-diffused MOS，VDMOS)。
圖1所繪示為現(xiàn)有一種LDMOS元件的剖面圖。
請參照圖1，LDMOS元件包括襯底100、場氧化層102、柵介電層104、柵極106、N型漂移區(qū)108、N型漏極區(qū)110、P型井區(qū)112及N型源極區(qū)114。襯底100為N型襯底(P-substrate)，場氧化層102設(shè)置于襯底100中。柵介電層104，設(shè)置于襯底100上且與場氧化層102相鄰。柵極106設(shè)置于柵介電層104與部分場氧化層102上。N型漂移區(qū)108設(shè)置于場氧化層102下方的襯底100中。N型漏極區(qū)110設(shè)置于柵極106靠近場氧化層102的一側(cè)的襯底100中。P型井區(qū)112設(shè)置于柵極106另一側(cè)的襯底100中。N型源極區(qū)114設(shè)置于P型井區(qū)112中。
LDMOS元件為了達(dá)到高電壓的需求，將N型漂移區(qū)108濃度變淡，但此種方法提高電壓有限，并且會降低驅(qū)動電流。
圖2所繪示為現(xiàn)有一種VDMOS元件的剖面圖。
請參照圖2，VDMOS元件包括襯底200、N型外延層202、柵介電層204、柵極206、N型源極區(qū)208、P型井區(qū)210、絕緣層212。襯底200為N型襯底，N型外延層202設(shè)置于襯底200上。柵介電層204設(shè)置于N型外延層202上。柵極206設(shè)置于柵介電層204上。N型源極區(qū)208設(shè)置于柵極206兩側(cè)的P型井區(qū)210中。絕緣層212覆蓋柵極206。
VDMOS元件在P型井區(qū)210之間的等電位變動很大，因此使現(xiàn)有的VDMOS元件的擊穿電壓降低，最高僅能操作在60～100V之間，故對于需要更高電壓操作的功率應(yīng)用上將是一大限制。
傳統(tǒng)的DMOS元件，不論是LDMOS元件或是VDMOS對于提高擊穿(breakdown)電壓的能力有限。此外，傳統(tǒng)的DMOS元件具有高的導(dǎo)通電阻(ON-resistance，RON)也是另外一個亟待解決的問題。
實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的目的是提供一種高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件，其具有較低的導(dǎo)通電阻。
本實用新型提出一種高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件，包括襯底、N型外延層、隔離結(jié)構(gòu)、柵介電層、柵極、N型漏極區(qū)、P型井區(qū)、N型源極區(qū)、第一N型井區(qū)及埋入式N型摻雜區(qū)。N型外延層設(shè)置于襯底上。隔離結(jié)構(gòu)設(shè)置于N型外延層中。柵介電層設(shè)置于N型外延層上且與隔離結(jié)構(gòu)相鄰。柵極設(shè)置于柵介電層與部分隔離結(jié)構(gòu)上。N型漏極區(qū)設(shè)置于柵極靠近隔離結(jié)構(gòu)的一側(cè)的N型外延層中。P型井區(qū)設(shè)置于柵極另一側(cè)的N型外延層中。N型源極區(qū)設(shè)置于P型井區(qū)中。第一N型井區(qū)設(shè)置于隔離結(jié)構(gòu)下方及柵極一側(cè)的N型外延層中，且第一N型井區(qū)與N型漏極區(qū)有重疊區(qū)域。埋入式N型摻雜區(qū)設(shè)置于N型外延層下方的襯底中且與第一N型井區(qū)相連接。
依照本實用新型的一優(yōu)選實施例所述，在上述的高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件中，還包括N型漂移區(qū)，設(shè)置于隔離結(jié)構(gòu)下方的N型外延層中。
依照本實用新型的一優(yōu)選實施例所述，在上述的高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件中，N型漂移區(qū)的摻雜濃度大于第一N型井區(qū)的摻雜濃度。
依照本實用新型的一優(yōu)選實施例所述，在上述的高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件中，還包括第二N型井區(qū)，設(shè)置于柵極靠近隔離結(jié)構(gòu)的一側(cè)的N型外延層中并與埋入式N型摻雜區(qū)相連接，且第二N型井區(qū)與N型漏極區(qū)有重疊區(qū)域。
依照本實用新型的一優(yōu)選實施例所述，在上述的高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件中，第二N型井區(qū)的摻雜濃度大于N型漂移區(qū)的摻雜濃度，且N型漂移區(qū)的摻雜濃度大于第一N型井區(qū)的摻雜濃度。
依照本實用新型的一優(yōu)選實施例所述，在上述的高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件中，還包括第二N型井區(qū)，設(shè)置于柵極靠近隔離結(jié)構(gòu)的一側(cè)的N型外延層中并與埋入式N型摻雜區(qū)相連接，且第二N型井區(qū)與N型漏極區(qū)有重疊區(qū)域。
依照本實用新型的一優(yōu)選實施例所述，在上述的高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件中，第二N型井區(qū)的摻雜濃度大于第一N型井區(qū)的摻雜濃度。
依照本實用新型的一優(yōu)選實施例所述，在上述的高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件中，隔離結(jié)構(gòu)包括場氧化層。
由于本實用新型所提出的高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件具有埋入式N型摻雜區(qū)及各種不同摻雜濃度的N型區(qū)域，可以提高擊穿電壓。
另一方面，高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件的埋入式N型摻雜區(qū)及各種不同摻雜濃度的N型區(qū)域提供電荷更多的流動路徑，因此可以降低導(dǎo)通電阻。
為讓本實用新型的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。


圖1所繪示為現(xiàn)有一種LDMOS元件的剖面圖；圖2所繪示為現(xiàn)有一種VDMOS元件的剖面圖；圖3A～圖3D所繪示為本實用新型一實施例的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管元件的制造流程剖面圖；圖4所繪示為本實用新型一實施例的高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件的剖面圖。
主要元件符號說明100、200、300襯底102場氧化層
104、204、314柵介電層106、206、316柵極108、310N型漂移區(qū)110、324N型漏極區(qū)112、210、322P型井區(qū)114、208、326N型源極區(qū)202、304N型外延層212絕緣層302埋入式N型摻雜區(qū)306、312N型井區(qū)308隔離結(jié)構(gòu)318N型源極延伸區(qū)320間隙壁具體實施方式
圖3A～圖3D所繪示為本實用新型一實施例的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管元件的制造流程剖面圖。
請參照圖3A，首先提供一襯底300。襯底300例如是N型硅襯底。
接著，于襯底300中形成埋入式N型摻雜區(qū)302。埋入式N型摻雜區(qū)302的形成方法例如是以磷為摻雜劑進(jìn)行一離子注入工藝而形成的。
然后，于襯底上形成N型外延層304。N型外延層304的形成方法例如是以磷為摻雜劑利用原位摻雜方式進(jìn)行一化學(xué)氣相沉積工藝形成一層非晶硅材料層(未繪示)，再對此非晶硅材料層進(jìn)行一固相外延步驟而形成的。
接下來，請參照圖3B，于N型外延層304中形成N型井區(qū)306，且N型井區(qū)306與埋入式N型摻雜區(qū)302相連接。N型井區(qū)306的形成方法例如是以磷為摻雜劑進(jìn)行一離子注入工藝而形成的。
之后，于N型井區(qū)306中形成隔離結(jié)構(gòu)308。隔離結(jié)構(gòu)308的材質(zhì)例如是氧化硅。隔離結(jié)構(gòu)308例如是利用熱氧化法所形成的場氧化層。本領(lǐng)域技術(shù)人員可輕易得知，只要是可用以隔離的結(jié)構(gòu)及材料均可應(yīng)用于本實用新型的隔離結(jié)構(gòu)308。舉例來說，隔離結(jié)構(gòu)308可為淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)。
值得一提的是，本實用新型的高壓金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可選擇性地于隔離結(jié)構(gòu)308下方的N型外延層304中形成N型漂移區(qū)310。N型漂移區(qū)310的形成方法例如是以磷為摻雜劑進(jìn)行一離子注入工藝而形成的。N型漂移區(qū)310與N型井區(qū)306可藉由調(diào)整離子注入能量及摻雜濃度在同一個離子注入工藝中一起形成。其中，N型漂移區(qū)310的摻雜濃度大于N型井區(qū)306的摻雜濃度。
此外，還可以選擇性地在靠近隔離結(jié)構(gòu)308的一側(cè)的N型外延層304中形成N型井區(qū)312，而N型井區(qū)312與埋入式N型摻雜區(qū)302相連接。N型井區(qū)312的形成方法例如是以磷為摻雜劑進(jìn)行一離子注入工藝而形成的。N型井區(qū)312的摻雜濃度大于N型漂移區(qū)310的摻雜濃度。
然后，請參照3C，于N型外延層304上形成柵介電層314。柵介電層314的材質(zhì)例如是氧化硅。柵介電層的形成方法例如是熱氧化法。
隨后，于柵介電層314及部分隔離結(jié)構(gòu)308上形成柵極316。柵極316的材質(zhì)例如是摻雜多晶硅。柵極316的形成方法例如是以原位摻雜的方式進(jìn)行一化學(xué)氣相沉積工藝，再進(jìn)行光刻及蝕刻工藝而形成的。
此外，可以在柵極316遠(yuǎn)離隔離結(jié)構(gòu)308的一側(cè)的N型外延層304中形成一N型源極延伸區(qū)318。N型源極延伸區(qū)318的形成方法例如是以磷為摻雜劑進(jìn)行一離子注入工藝而形成的。
然后，于柵極316的側(cè)壁上形成間隙壁320。間隙壁320的材質(zhì)例如是氮化硅。間隙壁320的形成方法例如是先于襯底300上形成一間隙壁材料層(未繪示)，再進(jìn)行一回蝕刻工藝而形成的。
再者，請參照圖3D，于部分柵極316下方及柵極316遠(yuǎn)離隔離結(jié)構(gòu)308的一側(cè)的N型外延層304中形成P型井區(qū)322。P型井區(qū)322的形成方法例如是以硼為摻雜劑進(jìn)行一離子注入工藝而形成的。上述P型井區(qū)322雖然是在柵極316形成之后形成，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可輕易推知，P型井區(qū)322也可在形成柵極316之前形成。
接著，于柵極316靠近隔離結(jié)構(gòu)308的一側(cè)的N型外延層304中形成N型漏極區(qū)324，并于P型井區(qū)322中形成N型源極區(qū)326。其中，N型井區(qū)312與N型漏極區(qū)324有重疊區(qū)域。N型漏極區(qū)324與N型源極區(qū)326的形成方法例如是以磷為摻雜劑進(jìn)行一離子注入工藝而形成的。
上述高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件的制造方法可與現(xiàn)行的BCD工藝進(jìn)行整合，無須增加光掩模即可制造出本實用新型的高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件。
圖4所繪示為本實用新型一實施例的高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件的剖面圖。
請參照圖4，本實用新型的高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件包括襯底300、埋入式N型摻雜區(qū)302、N型外延層304、N型井區(qū)306、隔離結(jié)構(gòu)308、柵介電層314、柵極316、P型井區(qū)322、N型漏極區(qū)324及N型源極區(qū)326。N型外延層304設(shè)置于襯底300上。隔離結(jié)構(gòu)308設(shè)置于N型外延層304中。柵介電層314設(shè)置于N型外延層304上且與隔離結(jié)構(gòu)308相鄰。柵極316設(shè)置于柵介電層314與部分隔離結(jié)構(gòu)308上。N型漏極區(qū)324設(shè)置于柵極316靠近隔離結(jié)構(gòu)308的一側(cè)的N型外延層304中。P型井區(qū)322設(shè)置于柵極316另一側(cè)的N型外延層304中。N型源極區(qū)326設(shè)置于P型井區(qū)322中。N型井區(qū)306設(shè)置于隔離結(jié)構(gòu)308下方及柵極316一側(cè)的N型外延層304中，且N型井區(qū)306與N型漏極區(qū)324有重疊區(qū)域。埋入式N型摻雜區(qū)302設(shè)置于N型外延層304下方的襯底300中且與N型井區(qū)306相連接。
值得一提的是，可于隔離結(jié)構(gòu)308下方的N型外延層304中設(shè)置N型漂移區(qū)310。N型漂移區(qū)310的摻雜濃度大于N型井區(qū)306的摻雜濃度。
此外，可于柵極316靠近隔離結(jié)構(gòu)308的一側(cè)的N型外延層304中設(shè)置N型井區(qū)312，且N型井區(qū)312與埋入式N型摻雜區(qū)302相連接。N型井區(qū)312與N型漏極區(qū)324有重疊區(qū)域。N型井區(qū)312的摻雜濃度大于N型漂移區(qū)310的摻雜濃度。
在此優(yōu)選實施例中，可于柵極316遠(yuǎn)離隔離結(jié)構(gòu)308的一側(cè)的N型外延層304中設(shè)置N型源極延伸區(qū)318，于柵極316的側(cè)壁上設(shè)置間隙壁320。
高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件中各膜層的材質(zhì)與形成方法，以及各摻雜區(qū)的形成方法已于前述高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件的制造方法中詳細(xì)介紹，于此不再贅述。
由于本實用新型的高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件具有埋入式N型摻雜區(qū)302及N型井區(qū)306、N型漂移區(qū)310、N型井區(qū)312等各種不同摻雜濃度的N型區(qū)域，可以提高擊穿電壓。此外，高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件的埋入式N型摻雜區(qū)302及各種不同摻雜濃度的N型區(qū)域提供電荷更多的流動路徑，因此可使得導(dǎo)通電阻降低。
綜上所述，本實用新型至少具有下列優(yōu)點1.在本實用新型所提出的高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件中，因為具有埋入式N型摻雜區(qū)及各種不同摻雜濃度的N型區(qū)域，所以能提高擊穿電壓。
2.本實用新型所提出的高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件具有埋入式N型摻雜區(qū)302及各種不同摻雜濃度的N型區(qū)域，可以提供電荷更多的流動路徑，因此能有效降低導(dǎo)通電阻。
雖然本實用新型已以優(yōu)選實施例揭露如上，然其并非用以限定本實用新型，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的前提下，可作些許的更動與潤飾，因此本實用新型的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件，其特征在于，包括一襯底；一N型外延層，設(shè)置于該襯底上；一隔離結(jié)構(gòu)，設(shè)置于該N型外延層中；一柵介電層，設(shè)置于該N型外延層上且與該隔離結(jié)構(gòu)相鄰；一柵極，設(shè)置于該柵介電層與部分該隔離結(jié)構(gòu)上；一N型漏極區(qū)，設(shè)置于該柵極靠近該隔離結(jié)構(gòu)的一側(cè)的該N型外延層中；一P型井區(qū)，設(shè)置于該柵極另一側(cè)的該N型外延層中；一N型源極區(qū)，設(shè)置于該P型井區(qū)中；一第一N型井區(qū)，設(shè)置于該隔離結(jié)構(gòu)下方及該柵極一側(cè)的該N型外延層中，且該第一N型井區(qū)與該N型漏極區(qū)有重疊區(qū)域；以及一埋入式N型摻雜區(qū)，設(shè)置于該N型外延層下方的該襯底中且與該第一N型井區(qū)相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件，其特征在于，還包括一N型漂移區(qū)，設(shè)置于該隔離結(jié)構(gòu)下方的該N型外延層中。
3.如權(quán)利要求2所述的高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件，其特征在于，該N型漂移區(qū)的摻雜濃度大于該第一N型井區(qū)的摻雜濃度。
4.如權(quán)利要求2所述的高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件，其特征在于，還包括一第二N型井區(qū)，設(shè)置于該柵極靠近該隔離結(jié)構(gòu)的一側(cè)的該N型外延層中并與該埋入式N型摻雜區(qū)相連接，且該第二N型井區(qū)與該N型漏極區(qū)有重疊區(qū)域。
5.如權(quán)利要求4所述的高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件，其特征在于，該第二N型井區(qū)的摻雜濃度大于該N型漂移區(qū)的摻雜濃度，且該N型漂移區(qū)的摻雜濃度大于該第一N型井區(qū)的摻雜濃度。
6.如權(quán)利要求1所述的高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件，其特征在于，還包括一第二N型井區(qū)，設(shè)置于該柵極靠近該隔離結(jié)構(gòu)的一側(cè)的該N型外延層中并與該埋入式N型摻雜區(qū)相連接，且該第二N型井區(qū)與該N型漏極區(qū)有重疊區(qū)域。
7.如權(quán)利要求6所述的高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件，其特征在于，該第二N型井區(qū)的摻雜濃度大于該第一N型井區(qū)的摻雜濃度。
8.如權(quán)利要求6所述的高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件，其特征在于，該隔離結(jié)構(gòu)包括一場氧化層。
專利摘要一種高壓金屬氧化物半導(dǎo)體元件，包括襯底、N型外延層、隔離結(jié)構(gòu)、柵介電層、柵極、N型漏極區(qū)、P型井區(qū)、N型源極區(qū)、第一N型井區(qū)及埋入式N型摻雜區(qū)。第一N型井區(qū)設(shè)置于隔離結(jié)構(gòu)下方及柵極一側(cè)的N型外延層中，且第一N型井區(qū)與N型漏極區(qū)有重疊區(qū)域。埋入式N型摻雜區(qū)設(shè)置于N型外延層下方的襯底中且與第一N型井區(qū)相連接。
文檔編號H01L29/78GK2842739SQ20052012934
公開日2006年11月29日 申請日期2005年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月27日
發(fā)明者李治華, 陳銘逸 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司