TWI422036B - 高壓元件及其製造方法 - Google Patents

Description

高壓元件及其製造方法

本發明係有關一種高壓元件及其製造方法，特別是指一種利用源極與汲極間之深溝絕緣結構以提高崩潰電壓之高壓元件及其製造方法。

第1圖顯示一種高壓元件剖視圖，其結構如下。於P型基板11中形成絕緣結構12以定義第一元件區100與第二元件區200，絕緣結構12例如為區域氧化(local oxidation of silicon,LOCOS)結構。於P型基板11上，形成閘極13；於第一元件區100中，形成N型源極14、P型本體極16、與P型本體區17；於第二元件區200中，形成N型汲極15；在源極14與汲極15之間，形成N型井區18。當元件於操作時，往往會耦接至數十至數百伏特的高壓，為提高高壓元件所能承受之高電壓，以增加高壓元件之應用範圍，需要在高壓元件中，降低高電壓所產生的高電場，以提高元件的崩潰電壓。

有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出一種高壓元件及其製造方法，可降低高電壓在元件內部所造成的高電場；或是提高元件操作之崩潰電壓，以增加高壓元件的應用範圍。

本發明目的在提供一種種高壓元件及其製造方法。

為達上述之目的，本發明提供了一種高壓元件，包含：一第一導電型基板，其具有絕緣結構以定義元件區；一閘極，形成於該第一導電型基板上；一源極與一汲極，形成於該元件區中，具有第二導電型雜質摻雜，分別形成於該閘極兩側；一第二導電型井區，形成於該第一導電型基板中，由上視圖視之，該汲極位於該第二導電型井區中；以及至少一第一深溝絕緣結構，形成於該第一導電型基板中，由上視圖視之，該第一深溝絕緣結構位於該第二導電型井區中，且位於該汲極與源極之間，由剖視圖視之，其深度大於該第二導電型井區。

就另一觀點，本發明也提供了一種高壓元件製造方法，包含：於一第一導電型基板，形成一絕緣結構以定義元件區；形成一閘極於該第一導電型基板上；分別形成一源極與一汲極於該元件區中並設置於該閘極兩側，該源極與汲極具有第二導電型雜質摻雜；形成一第二導電型井區於該第一導電型基板中，由上視圖視之，該汲極位於該第二導電型井區中；以及形成至少一第一深溝絕緣結構於該第一導電型基板中，由上視圖視之，該第一深溝絕緣結構位於該第二導電型井區中，且位於該汲極與源極之間，由剖視圖視之，其深度大於該第二導電型井區。

上述高壓元件可更包含一第一外圍區，具有第一導電型雜質摻雜，由上視圖視之，該第一外圍區完全或部分包圍該第一深溝絕緣結構，由剖視圖視之，其深度小於該第二導電型井區。

上述高壓元件可更包含一本體區，由上視圖與剖視圖視之，該本體區包覆該源極。

上述高壓元件由剖視圖視之，其中該絕緣結構與該閘極可部分重疊，且部分該絕緣結構位於該閘極下方。

上述高壓元件可更包含一第二深溝絕緣結構，形成於該元件區外圍，與該絕緣結構共同定義該元件區。

上述高壓元件可更包含一第二外圍區，具有第二導電型雜質摻雜，由上視圖視之，該第二外圍區完全或部分包圍該第一外圍區，由剖視圖視之，其深度小於該第二導電型井區。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示製程步驟以及各層之間之上下次序關係，至於形狀、厚度與寬度則並未依照比例繪製。

請參閱第2A與2B圖，顯示本發明的第一個實施例。第2A圖顯示本實施例之上視圖；請同時參閱第2B圖，顯示在第2A圖中，AA’剖線的剖視示意圖。首先，提供第一導電型基板11，其具有絕緣結構12以定義元件區100與200。接著，於第一導電型基板11上，形成閘極13。然後，於第一元件區100中，形成第二導電型源極14、第一導電型本體極16、與第一導電型本體區17。於第二元件區200中，形成第二導電型汲極15。在源極14與汲極15之間，形成第二導電型井區18。於基板11中，形成第一深溝絕緣結構19，由上視圖第2A圖視之，第一深溝絕緣結構19位於第二導電型井區18中，且位於汲極14與源極15之間，由剖視圖第2B圖視之，第一深溝絕緣結構19深度大於第二導電型井區18。其中，由剖視圖第2B圖視之，絕緣結構12與閘極13部分重疊，且部分絕緣結構12位於13閘極下方。由上視圖第2A圖與剖視圖第2B圖視之，本體區17包覆源極14。

請參閱第2C與2D圖，解釋第一個實施例如何降低元件內部電場。如第2C圖所示，於PN接面中，例如於N型區域內，形成第一深溝絕緣結構19，且第一深溝絕緣結構19深度較N型區域深。較佳的實施方式，為複數個第一深溝絕緣結構19以垂直於電場方向並相隔適當距離排列，但此僅為較佳而非絕對必要，亦即第一深溝絕緣結構19不必須對齊成為一列，且其間距離不必須為等距關係。請參考第2D圖，顯示PN接面中，電場與位置之關係曲線。如圖所示，未設置第一深溝絕緣結構19之電場與位置關係曲線如圖中之虛線所示，於PN接面附近有電場的相對極大值。圖中的實線顯示具有第一深溝絕緣結構19之電場與位置關係曲線。相對於未設置第一深溝絕緣結構19之電場與位置關係曲線，具有第一深溝絕緣結構19之電場與位置關係曲線明顯將PN接面附近的電場降低。

第3A-3D圖顯示顯示本發明的第二個實施例。第3A圖顯示本實施例之上視圖；而第3B-3D圖顯示本實施例在第3A圖中，BB’剖線的製造流程剖視示意圖。請參閱第3A圖，顯示本實施例與第一個實施例不同之處在於：在第一深溝絕緣結構19的外圍，形成了具有第一導電型雜質摻雜之第一外圍區20。由上視圖第3A圖視之，第一外圍區20可完全包圍第一深溝絕緣結構19(如圖)，或僅部分包圍第一深溝絕緣結構19(後者情況下，例如，第一外圍區20可僅包圍第一深溝絕緣結構19的上側、下側、或上下兩側)；由剖視圖第3D圖視之視之，第一外圍區20深度小於第二導電型井區18。

請參閱第3B-3D圖之製造流程示意圖。首先提供具有第一導電型基板11，基板11例如但不限於P型基板，並於其中形成第一外圍區20與第一深溝絕緣結構19。接下來，如第3C圖所示，形成絕緣結構12以定義第一元件區100與第二元件區200，以及第二導電型井區18；其中，絕緣結構12例如可為如第3B圖所示之LOCOS結構，亦可為淺溝槽絕緣(shallow trench isolation,STI)結構。

接下來請繼續參閱第3D圖，於基板11上，形成閘極13。接著，藉由微影技術與閘極13的遮罩，並以離子植入技術，將第一導電型雜質，例如但不限於為P型雜質，以加速離子的形式，植入定義的區域內，以形成本體區17與本體極16。

再接下來，藉由微影技術與閘極13的遮罩，並以離子植入技術，將第二導電型雜質，例如但不限於為N型雜質，以加速離子的形式，植入定義的區域內，以形成源極14與汲極16。

第4圖顯示本發明的第三個實施例，與第一個實施例不同的是，本實施例應用本發明於另一種高壓元件中，如第4圖所示之橫向雙擴散金屬氧化物半導體(lateral double diffused metal oxide semiconductor,LDMOS)元件。與第一個實施例不同的是，本實施例顯示本發明可以應用於不具有本體區17之LDMOS元件。

第5圖顯示本發明的第四個實施例，本實施例與第三個實施例相似，但應用本發明於另一種高壓元件，也就是雙擴散汲極金屬氧化物半導體(double diffused drain metal oxide semiconductor,DDDMOS)之剖視示意圖。與第三個實施例不同的是，本實施例顯示本發明可以應用於閘極13與絕緣結構不相互重疊之DDDMOS元件。其中，絕緣結構12例如可為如第5圖所示之LOCOS結構，亦可為STI結構。

第6A與第6B圖顯示本發明的第五個實施例，第6A圖顯示本實施例之上視圖；而第6B圖顯示本實施例在第6A圖中，CC’剖線的剖視示意圖。與第一個實施例不同的是，此高壓元件中，由上視圖第6A圖視之，第一外圍區20僅位於第一深溝絕緣結構19的上下兩側邊，而非完全包圍第一深溝絕緣結構19。由此可知，第一外圍區20亦可以為各種形狀之設計，而不限定於各實施例所示之矩形。

接下來請參閱第7A與7B圖，顯示本發明的第六個實施例，第7A圖顯示本實施例之上視圖；而第7B圖顯示本實施例在第7A圖中，DD’剖線的剖視示意圖。與第二個實施例不同的是，此高壓元件之閘極13係環狀結構。另外，本實施例意在說明，某些高壓元件具有第二深溝絕緣結構21，形成於元件區100與200外圍，與絕緣結構12共同定義元件區100與200，而本發明可應用於此種具有第二深溝絕緣結構21之高壓元件中。在製程上，第一深溝絕緣結構19可與第二深溝絕緣結構21利用相同的製程步驟形成，而不需要增加步驟。

第8A與8B圖顯示本發明的第七個實施例，與第二個實施例不同的是，此高壓元件更包含第二外圍區21，具有第二導電型雜質摻雜，由上視圖第8A圖視之，第二外圍區21可完全包圍第一外圍區20(如圖)，或僅部分包圍第一外圍區20(例如包圍其上側、下側、或上下兩側)。由剖視圖第8B圖視之，第二外圍區21深度小於第二導電型井區18。

以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化。例如，在不影響元件主要的特性下，可加入其他製程步驟或結構，如深井區等；又如，微影技術並不限於光罩技術，亦可包含電子束微影技術；再如，本發明亦可以應用於對稱型之高壓元件，只要將相關之其他區，例如第二導電型井區18等作相對設置即可，並可相對設置第一深溝絕緣結構19、第一外圍區20、與第二外圍區21等；再如，各實施例所述之高壓元件製造方法流程，其步驟順序亦可以改變或互換，只要考量相對關係與熱預算等。本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。

11．．．基板

12．．．絕緣結構

13．．．閘極

14．．．源極

15．．．汲極

16．．．本體極

17．．．本體區

18．．．第二導電型井區

19．．．第一深溝絕緣結構

20．．．第一外圍區

21．．．第二深溝絕緣結構

22．．．第二外圍區

100,200．．．元件區

第1圖顯示一種高壓元件剖視圖。

第2A與2B圖顯示本發明的第一個實施例。

第2C與2D圖，解釋第一個實施例如何降低元件內部電場。

第3A-3D圖顯示顯示本發明的第二個實施例。

第4圖顯示本發明的第三個實施例。

第5圖顯示本發明的第四個實施例。

第6A與第6B圖顯示本發明的第五個實施例。

第7A與7B圖，顯示本發明的第六個實施例。

第8A與8B圖顯示本發明的第七個實施例

11．．．基板

12．．．絕緣結構

13．．．閘極

14．．．源極

15．．．汲極

16．．．本體極

17．．．本體區

18．．．第二導電型井區

19．．．第一深溝絕緣結構

Claims (10)

1. 一種高壓元件，包含：一第一導電型基板，其具有絕緣結構以定義元件區；一閘極，形成於該第一導電型基板上；一源極與一汲極，形成於該元件區中，具有第二導電型雜質摻雜，分別形成於該閘極兩側；一第二導電型井區，形成於該第一導電型基板中，由上視圖視之，該汲極位於該第二導電型井區中；至少一第一深溝絕緣結構，形成於該第一導電型基板中，由上視圖視之，該第一深溝絕緣結構位於該第二導電型井區中，且位於該汲極與源極之間，由剖視圖視之，其深度大於該第二導電型井區；以及一第一外圍區，具有第一導電型雜質摻雜，由上視圖視之，該第一外圍區完全包圍該第一深溝絕緣結構，由剖視圖視之，其深度小於該第二導電型井區。
2. 如申請專利範圍第1項所述之高壓元件，更包含一本體區，由上視圖與剖視圖視之，該本體區包覆該源極。
3. 如申請專利範圍第1項所述之高壓元件，由剖視圖視之，其中該絕緣結構與該閘極部分重疊，且部分該絕緣結構位於該閘極下方。
4. 如申請專利範圍第1項所述之高壓元件，更包含一第二深溝絕緣結構，形成於該元件區外圍，與該絕緣結構共同定義該元件區。
5. 如申請專利範圍第1項所述之高壓元件，更包含一第二外圍區，具有第二導電型雜質摻雜，由上視圖視之，該第二外圍區完全或部分包圍該第一外圍區，由剖視圖視之，其深度小於 該第二導電型井區。
6. 一種高壓元件製造方法，包含：於一第一導電型基板，形成一絕緣結構以定義元件區；形成一閘極於該第一導電型基板上；分別形成一源極與一汲極於該元件區中並設置於該閘極兩側，該源極與汲極具有第二導電型雜質摻雜；形成一第二導電型井區於該第一導電型基板中，由上視圖視之，該汲極位於該第二導電型井區中；形成至少一第一深溝絕緣結構於該第一導電型基板中，由上視圖視之，該第一深溝絕緣結構位於該第二導電型井區中，且位於該汲極與源極之間，由剖視圖視之，其深度大於該第二導電型井區；以及形成一第一外圍區，具有第一導電型雜質摻雜，由上視圖視之，該第一外圍區完全包圍該第一深溝絕緣結構，由剖視圖視之，其深度小於該第二導電型井區。
7. 如申請專利範圍第6項所述之高壓元件製造方法，更包含形成一本體區，由上視圖與剖視圖視之，該本體區包覆該源極。
8. 如申請專利範圍第6項所述之高壓元件製造方法，由剖視圖視之，其中該絕緣結構與該閘極部分重疊，且部分該絕緣結構位於該閘極下方。
9. 如申請專利範圍第6項所述之高壓元件製造方法，更包含形成一第二深溝絕緣結構於該元件區外圍，與該絕緣結構共同定義該元件區。
10. 如申請專利範圍第6項所述之高壓元件製造方法，更包含形成一第二外圍區，具有第二導電型雜質摻雜，由上視圖視之，該第二外圍區完全或部分包圍該第一外圍區，由剖視圖視 之，其深度小於該第二導電型井區。