半導體元件、其制造方法與其操作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明是有關于一種半導體元件，且特別是有關于一種高壓半導體元件、其制造方法及其操作方法。
【背景技術】
[0002]高壓元件工藝廣泛地使用在電源管理集成電路(Power Management IC,PMIC)、切換式電源供應(switching mode power supply, SMPS)以及發(fā)光二極管(light emittingd1de, LED)驅動器。近年來，隨著環(huán)保意識抬頭，高轉換效率以及低待機功率耗損的綠色能源需求逐漸受到重視，使得LED廣泛地使用在照明上。一般而言，LED驅動器可分成線性LED 驅動器(Linear LED driver)以及切換式 LED 驅動器(Switch mode LED driver)。
[0003]高壓線性LED電路使用高壓空乏型金屬氧化物半導體(High Voltage Deplet1nMOS, HV-DM0S)兀件或高壓結場效晶體管(High Voltage Junct1n Field EffectTransistor, HV-JFET)當作電流來源。然而，HV-JFET需要較大的漂移區(qū)(drift reg1n)面積來形成減少表面電場(Reduced Surface Field, RESURF),而且HV-JFET的夾止(pinchoff)特性也較不敏銳。反觀，HV-DMOS則可利用柵極到源極間的壓差使得漏極電流增加，其中HV-DMOS的漏極電流大于HV-JFET的漏極電流。因此，高壓元件通常使用HV-DMOS以達到減少元件面積且增加漏極電流的功效。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明提供一種半導體元件可以在僅增加少許的面積的況下，增大漏極電流。
[0005]本發(fā)明的半導體元件的制造方法可以與現(xiàn)有的高壓半導體工藝兼容，不需要額外增加掩模與工藝。
[0006]本發(fā)明提出一種半導體元件，包括金屬氧化物半導體晶體管、增納二極管以及高阻值導體結構。金屬氧化物半導體晶體管位于基底上，其包括具有一第一導電型的一高壓阱區(qū)、隔離結構、具有所述第一導電型的源極區(qū)與漏極區(qū)以與柵極結構。高壓阱區(qū)位于所述基底中。隔離結構位于所述高壓阱區(qū)上。源極區(qū)位于所述隔離結構的第一側的所述高壓阱區(qū)中。漏極區(qū)位于所述隔離結構的第二側的所述高壓阱區(qū)中。柵極結構位于所述高壓阱區(qū)上，并延伸覆蓋部分所述隔離結構。所述柵極結構下方的所述高壓阱區(qū)的摻雜深度小于位于所述源極區(qū)與所述漏極區(qū)下方的所述高壓阱區(qū)的摻雜深度。增納二極管位于所述基底上，其包括與基底柵極電性連接的陽極；以及與所述柵極結構電性連接的陰極。高阻值導體結構位于所述隔離結構的上方，其為連續(xù)的結構，其第一端與所述漏極區(qū)電性連接，且其第二端與所述增納二極管的所述陰極以及所述柵極結構電性連接。
[0007]依照本發(fā)明實施例所述，上述增納二極管包括具有所述第一導電型的第一阱區(qū)、具有所述第二導電型的第一摻雜區(qū)、具有所述第一導電型的基體區(qū)、具有所述第一導電型的一第二摻雜區(qū)、具有所述第一導電型的一第三摻雜區(qū)、具有所述第二導電型的一第二阱區(qū)以及具有所述第二導電型的一第四摻雜區(qū)。第一阱區(qū)位于所述基底中。第一摻雜區(qū)位于所述第一阱區(qū)中。基體區(qū)位于所述第一阱區(qū)中，其中所述基體區(qū)位于所述第一摻雜區(qū)的下方。第二摻雜區(qū)位于所述第一摻雜區(qū)的第一側的所述第一阱區(qū)中。第三摻雜區(qū)位于所述第一摻雜區(qū)的第二側的所述第一阱區(qū)中。第二阱區(qū)位于所述基底中，與所述第一阱區(qū)相鄰。第四摻雜區(qū)，位于所述第二阱區(qū)中。
[0008]本發(fā)明還提出一種半導體元件，包括金屬氧化物半導體晶體管、增納二極管以及高阻值導體結構。金屬氧化物半導體晶體管位于基底上，其包括具有一第一導電型的一高壓阱區(qū)、隔離結構、具有所述第一導電型的源極區(qū)與漏極區(qū)、柵極結構、具有一第二導電型的第一阱區(qū)、具有所述第二導電型的第一場區(qū)以及具有所述第二導電型的一第一摻雜區(qū)。高壓阱區(qū)位于所述基底中。隔離結構位于所述高壓阱區(qū)上。源極區(qū)位于所述隔離結構的第一側的所述高壓阱區(qū)中。漏極區(qū)位于所述隔離結構的第二側的所述高壓阱區(qū)中。柵極結構位于所述高壓阱區(qū)上，其中所述柵極結構部分覆蓋所述隔離結構。第一阱區(qū)位于所述隔離結構與所述源極區(qū)之間的所述高壓阱區(qū)之內(nèi)。第一場區(qū)位于所述第一阱區(qū)中。第一摻雜區(qū)位于所述第一場區(qū)中，其中所述第一摻雜區(qū)與一基底柵極電性連接且與所述柵極結構相鄰。增納二極管位于所述基底上，其包括與基底柵極電性連接的陽極；以及與所述柵極結構電性連接的陰極。高阻值導體結構位于所述隔離結構的上方，其為連續(xù)的結構，其第一端與所述漏極區(qū)電性連接，且其第二端與所述增納二極管的所述陰極以及所述柵極結構電性連接。
[0009]依照本發(fā)明實施例所述，上述增納二極管包括:具有所述第一導電型的第二阱區(qū)、具有所述第二導電型的第二摻雜區(qū)、具有所述第一導電型的基體區(qū)、具有所述第一導電型的第三摻雜區(qū)、具有所述第一導電型的第四摻雜區(qū)、具有所述第二導電型的第三阱區(qū)、具有所述第二導電型的第二場區(qū)以及具有所述第二導電型的第五摻雜區(qū)。第二阱區(qū)位于所述基底中。第二摻雜區(qū)位于所述第二阱區(qū)中?；w區(qū)位于所述第二阱區(qū)中，其中所述基體區(qū)位于所述第二摻雜區(qū)的下方。第三摻雜區(qū)位于所述第二摻雜區(qū)的第一側的所述第二阱區(qū)中。第四摻雜區(qū)位于所述第二摻雜區(qū)的第二側的所述第二阱區(qū)中。第三阱區(qū)，位于所述基底中，與所述第一阱區(qū)相鄰。第二場區(qū)位于所述第三阱區(qū)中。第五摻雜區(qū)電性連接所述基體柵極，位于所述第二場區(qū)中。
[0010]本發(fā)明又提出一種半導體元件的制造方法，包括于基底上形成金屬氧化物半導體晶體管。于所述金屬氧化物半導體晶體管的第一側的所述基底上形成增納二極管。所述增納二極管包括陽極與陰極，其中陽極與基底柵極電性連接，陰極與金屬氧化物半導體晶體管電性連接。所述增納二極管的形成步驟包括于所述基底中形成具有第一導電型的第一阱區(qū)，于所述第一阱區(qū)中形成具有一第二導電型的第一摻雜區(qū)，于所述第一阱區(qū)中形成具有所述第一導電型的基體區(qū)，其中所述基體區(qū)位于所述第一摻雜區(qū)的下方。于所述第一摻雜區(qū)的第一側的所述第一阱區(qū)中形成具有所述第一導電型的第二摻雜區(qū)。于所述第一摻雜區(qū)的第二側的所述第一阱區(qū)中形成具有所述第一導電型的第三摻雜區(qū)。于所述基底中形成具有所述第二導電型的第二阱區(qū)，所述第二阱區(qū)與所述第一阱區(qū)相鄰。于所述第二阱區(qū)中形成具有所述第二導電型的第四摻雜區(qū)。于所述隔離結構的上方形成高阻值導體結構，其中所述高阻值導體結構為連續(xù)的結構。所述第一摻雜區(qū)與所述第四摻雜區(qū)做為所述增納二極管的陽極。所述第二摻雜區(qū)與所述第三摻雜區(qū)做為所述增納二極管的所述陰極。所述高阻值導體結構的第一端與所述漏極區(qū)電性連接，所述高阻值導體結構的第二端與所述增納二極管的所述陰極以及所述金屬氧化物半導體晶體管的柵極電性連接。
[0011]依照本發(fā)明實施例所述，上述金屬氧化物半導體晶體管的形成步驟包括于所述基底中形成具有所述第一導電型的高壓阱區(qū)。于所述高壓阱區(qū)上形成隔離結構。于所述隔離結構的第一側的所述高壓阱區(qū)中形成具有所述第一導電型的源極區(qū)。于所述隔離結構的第二側的所述高壓阱區(qū)中形成具有所述第一導電型的漏極區(qū)。于所述高壓阱區(qū)上形成所述柵極結構，其中所述柵極結構部分覆蓋所述隔離結構，且所述柵極結構下方的所述高壓阱區(qū)的摻雜深度小于所述源極區(qū)與所述漏極區(qū)下方的所述高壓阱區(qū)的摻雜深度。
[0012]依照本發(fā)明實施例所述，上述所述金屬氧化物半導體晶體管的形成步驟包括于所述基底中形成具有所述第一導電型的高壓阱區(qū)。于所述高壓阱區(qū)上形成隔離結構。于所述隔離結構的第一側的所述高壓阱區(qū)中形成具有所述第一導電型的源極區(qū)。于所述隔離結構的第二側的所述高壓阱區(qū)中形成具有所述第一導電型的漏極區(qū)。于所述高壓阱區(qū)上形成柵極結構，其中所述柵極結構部分覆蓋所述隔離結構。于所述隔離結構與所述源極區(qū)之間的所述高壓阱區(qū)中形成具有所述第二導電型的第三阱區(qū)。于所述第三阱區(qū)中形成具有所述第二導電型的第一場區(qū)。于所述第一場區(qū)中形成具有所述第二導電型的第五摻雜區(qū)，其中所述第五摻雜區(qū)與基底柵極電性連接且與所述柵極結構相鄰。所述增納二極管的形成步驟包括在所述第二阱區(qū)中形成第二場區(qū)，其中所述第四摻雜區(qū)形成于所述第二場區(qū)中。
[0013]本發(fā)明還提供一種半導體元件，包括金屬氧化物半導體晶體管、增納二極管以及電阻。金屬氧化物半導體晶體管包括柵極、源極與漏極。電阻，其一端與漏極電性連接，其中電阻具有高電阻值，足以使大部分電流均流過金屬氧化物半導體晶體管。增納二極管包括陰極與陽極，陰極與柵極以及電阻的另一端電性連接，陽極與基底柵極電性連接。
[0014]本發(fā)明還提供一種上述半導體元件的操作方法，包括在漏極施加OV至600V的漏極電壓，并在基底柵極OV或負電壓。
[0015]本發(fā)明還提供一種上述半導體元件的操作方法，包括漏極施加OV至600V的漏極電壓，并在源極