TW200828591A - High-voltage semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

Description

200828591 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種用於製造高壓半導體裝置的技術，尤其涉及 一種能夠防止高壓導致的基板電流的高壓半導體裝置及其製造方 法。 【先前技術】 通常，在高壓半導體裝置中，破壞電壓隨著閘極電壓增高而 降低。因此，為了向閘極加載高壓，需要具有高破壞電壓的半導 體裝置。 通常，可使用雙擴散金氧半導體(DMOS)結構，這種結構中漂 移區域透過延伸於汲極和源極擴散區域之間的加長橫向路徑形 成。漂移區域降低閘極控制的通道區域的高壓至約2〇v，2〇v的 電壓可加載於汲極和源極之間。理想情況下，漂移區域應屬於低 ’以最大化電晶體的電壓能力。然而，使用漂移區域的一個 難點在於當電晶體開啟時，漂移區域使元件具有相對高的電阻。 此外，使用漂㈣域在降低每個單元寬度的電朗時也增加裝置 的尺寸。 「第1圖」所示為習知技術高壓電晶體結構的剖面圖，「第2 圖」所示為習純術高壓電晶體的問題的示意圖。如「第ι圖 所示’習知技術的N型金氧半導體裝置包含半導體基板ι〇 ^壓 p型井區域(卿叫12、_ 16、N型漂移_4和源極^及 極區域18。本實施例中，半導體基板10為P型或N型基板’高 5 200828591 壓P型井區域12形成在半導體基板1〇内。 間極16形成在半導體基板10上，包含閘極氧化層16a、閘極 層16b和間隔層16“Ν型漂移區域M形成在半導體基板的主動 區域的間隔層16e下方。源極/汲極區域18包含形成在n型漂移 區域14内的N+源極區域版和㈣及極區域脱。習知技術的n 型金氧半導财置被設計使多晶㈣極和漂移結不重疊。 白知技術的半導體裝置被設計使驅動賴的極限高至7V，這 是由於當啦半導财置的錄電㈣赫線(v倾崎)時，^ 體裝置可抵擔兩至10V的電壓。 3相反，f知技術的缝電晶體具錢作性耐壓，操作性耐壓 是當電晶體開啟時祕不得不抵抗的電壓值，這種電壓較低。在 閘極-源極電壓Vgs低且汲極—源極電壓vds高的情況下，電場 匯聚在錄邊緣的基板的表面上。接著，當電晶體的通道電流路 觸电场匯來的部份時，產生稱為碰撞電離的現象。由於碰撞 ，見象產生由Isub代表的較高的基板電流，因此裝置的 性耐壓降低。 μ 【發明内容】 〜—餐於上述問題，本發明的主要目的在於提供一種減少習知技 術個=多個問題、侷限或缺陷的高壓半導體裝置及其製造方法。 处备本^明另—目的在於提供—種結構變化的高壓電晶體農置， 改善基板電流雜。本發明又—目的在於提供—種能夠降低 200828591 基板電流以提高操作性耐壓的高壓半導體裝置。 關於本發明之其它特徵及優點將於接下來_容中提出，有 些於内容敘述中即可明顯得知，而有些可於本發明之實施例中得 柄月之目的以及其匕優點，可藉由揭露之結構以及方法而 實現，也可從揭露之圖式而得知。 因此’為達上述目的，本發明所揭露之一種高壓半導體裝置， 包含有形成於半導體基板之表面的井；一系列漂移區域，透過佈 植和擴散離子至井形成於半導體基板之表面下方；源極區域和沒 極區域’透過佈植離子於漂移區域内形成於半導體基板之表面下 方；以賴極’戦料導縣板之絲上續至少—個 域的部份重疊。 、本發明所揭露之-種高壓半導體裝置的製造方法，包含 成井於半導縣㈣’·形絲緣胁部分铸縣板内.开: 成一系列漂移區域於半導體基板之表面下方；形成閘極於半導體 基板之表面上，以與至少—個漂域的部分重疊；以及形成源 極區域和錄區域於_姉_的漂移區鋼 表面下方。 卞等體基板之 有關本發明的特徵與實作，茲配合 明如下。 、下取S施例詳細說 【實施方式】 以下將接合附圖描述高壓半導體裝置及其製造方法 200828591 關於本發明之其它特徵及優點將於接下來的詳細描述和附圖 中提出本务明實施例的結構和操作將結合附圖描述。附圖中所 不的本發明的結構和操作至少為本發明的—個實關，但並不限 制本發明的精神和範圍。 …本發_高壓半導體結構及其製造方法將以高壓電晶體為例 描述，但本發明並不限於電晶體。 「第3A圖」、「第3B圖」、「第3C圖」、「第犯圖」、「第犯 圖」和f 3F圖」所示為本發明實施例高壓電晶體製造方法的剖 :並且第SF圖」所不為本發明另一方面高壓電晶體結構 的^面圖’「第4圖」所示為本發明實施例高壓電晶體結構的剖面 圖〇 、如第3F圖」和「第4圖」所示，本發明的高壓電晶體包含 透過向半導體基板2G的表面佈植低濃度p型雜質形成的p型井 22:其付導體基板2〇包含緒電晶體形成區域和低壓電晶體形 成區域。高Μ電晶體更包含透過裝置絕緣製程形成魏置絕緣層 ，以將喊在半導縣板上的元件如電晶體元件絕緣。本實施 例中，低㈣晶體形成區糊未示並且其贿也被省略。 魏將Ν型雜質擴散入Ρ型井22可在ρ型井22内形成_ :夕£域30。依照後形成關極如何形成，本實施财ν型 ，域30舆鄰近半導體基板2G的源極或沒極的部份通道區域Γ ‘ 且因此’ N型漂移區域％未與部份閉極重疊的結構如「第邛 8 200828591 圖」所不，N型漂移區域3〇與部份閘極重疊的結構如「第4圖」 所示。 閘極32透過在半導體基板20上依次層壓閘極氧化層32a和 間極層32b形成。閘極32包含間隔層32c。接著透過將高濃度n 型雜質佈植入暴露的半導體基板2〇的表面形成源極和汲極區域 36 ° 以下將描述具有上述結構的本發明半導體電晶體的製程。首 先，如「第3A圖」所示，低濃度的p型雜質被離子佈植入半導體 基板20的表面和高壓電晶體形成區域以及低壓電晶體形成區域 内，以形成P型井22。 接著，進行普通的裝置絕緣製程，以形成裝置絕緣層24，用 於、巴緣依_人形成在半導體基板2G上的電晶體的元件。此處，裝置 、、严、、彖層24最好利用、淺溝槽隔離(STI)製程形成。本實施例中低壓電 晶體形成區域圖未示。 接著，如「第3B圖」所示，離子佈植光罩圖案26形成在裝 置絕緣層24上，域生高破壞。離子佈植光糊案26也形 成在通道區域A的紐電晶體區域關極形成的區域。 ":、、遷利用形成在暴露的半導體基板20的表面上的離子佈植 光罩圖案26，N型雜質被選擇性離子佈植人暴露的半導縣板2〇 、表面在_子佈植製程中，利用離子佈植光罩圖案％做為光罩， N型#雜層28形成在暴露的半導體基板2〇下方。接著如「第％ 200828591 圖」所示，離子佈植光罩圖案26被移除，具有N型摻雜層28的 半導體基板20在1〇00 %和12〇〇 〇c之間的溫度下被退火。因此， N型雜質被擴散入半導體基板2〇以形成N型漂移區域。

. 本發明的離子佈植光罩圖案26形成用於遮擋全部通道區域A •或形成胁暴露部份通道區域A。在—實施财，離子佈植光罩 圖案26形成用於暴露與源極區域相鄰的部份通道區域a，在另一 實施例中’離子佈植光罩圖案形成胁暴露與汲極區域相鄰的通 道區域A。因此，當接下來形成閘極時，N型漂移區域％可與部 份通道區域A重疊。 如第3D圖」所示，閘極氧化層和多晶石夕層形成在半導體美 板包含N型漂籠域3G騎有表面上。酿氧化層和多晶^ 層均具有適於加載至高壓裝置閘極的電壓的厚度。 然後，進行標準光刻製程和侧製程，以從非閑極形成區域 的表面選擇性移除多轉層和雜氧化層。因此，_ %透過連 續的層壓閘極氧化層32a形成，以形成閉極層娜。 或著，用於形成閘極的光罩圖案可形成符合通道區域A的尺 寸’ ^形成用於覆蓋通道區域A至少一側的部份n型漂移區域 3〇。每種情況下，N型漂移區域％均可覆蓋部份通道區域a。 本發财’用於形成的光罩_的寬度可被調整。因此， N型漂襲域3G與雜重㈣程射透测整離子雜光罩圖宰 26的寬度而調整。 ^ 200828591 一在1極32也成後，如「第3E圖」所示，透過沉積氧化層於 半導體基板20的整個表面上，間隔層32c形成在間極^的兩壁，' 以覆孤間極32。接著，間隔層说透過钱刻製程形成以暴露 層 32b。 ’、、、:隻开v成光阻圖案34用於覆蓋間極32和間隔層32c。本實 施例中，用於做為離子佈植光罩的光關案34被用於形成源極和 錄1域36。接著，高濃度N型雜質被離子佈植入透過光阻圖案 34暴露的基板的表面。透過這種製程，源極和絲區域％可形: 在N型漂移區域3〇内。 然後，如「弟3F圖」所示，進行灰化^/剝離製程以 離子佈植光罩的光阻圖案34。 馮 本U中❿要低接雜結以形成能夠在高壓下操作的電晶 體。因此’用於在高溫下擴散摻雜離子的製程於離子佈植製程 後進行。 如上所述，本發明實施例中，N型漂移區域30形成在閘極32 下方以與部份通道區域A重#。因此，N型漂移區域％與問極 32下方的閘極氧化層32a和閘極層划至少—側重疊。此外，n 型漂移區域30與至少-個位於_ 32的_处下方的區域 因此，N型漂移區域30可形成在轉體基板2〇的表面的下 方，以與通道區域重疊。因此，#大於閘極—源極電壓、的沒 200828591 極-源極電壓Vds加載於電晶體時，部份没極區域的表面被耗 盡’可防止流人電晶_通道電流_電場料的部似極邊緣 的表面。祕通道電流紅低濃度祕層，基板糕滅降低， 操作!·生耐加’其巾m及極層透過離子佈植低濃度雜質於 消耗層下方的汲極層内形成。 立「第5圖」所示為測試本發明高壓電晶體特性的實驗結果示 意圖。如「第5圖」所示’當N型(漂移區域)與閘極下方的部 份通道區域重疊時，祕—祕電壓Vds可承受U.5 V。因此， 通道電流流人雜半導體基板表面的雜層的下方，這意味著通 道電流載子的表面散射降低。因此提高了電晶_驅動特性。 本發明的高壓半導體裝置及其製造方法已經依照說明書和附 圖所示的雛實施舰行贿。錄朗了做賴，但這些用 詞用於簡化本發_技術方面的解釋，並用於幫助以普通方式理 解本發明。 、=上所述’由於部份N型漂频域朗極下方的部份通道區 域重疊，因此基板電流祕降低，並且操作㈣壓增加。因而改 善了電晶體的性能。 然本發明贿述之實_如上，料並翻崎定本發 明。在不麟本發明之精神和範_，所為之更動朗飾，均屬 本發明之專娜魏圍。關於本發騎界定之賴範圍請 附之申請專利範圍。 ^ 12 200828591 【圖式簡單說明】 第1圖為習知技術南壓電晶體結構的剖面圖， 第2圖為習知技術高壓電晶體問題的示意圖； 第3A圖至第3F圖為示意本發明實施例高壓電晶體製造方法 的剖面圖； 第4圖為本發明另一實施例高壓電晶體結構的剖面圖；以及 第5圖為本發明高壓電晶體優點的示意圖。 【主要元件符號說明】 10、20 半導體基板 12 高壓P型井區域 14、30 N型漂移區域 16、32 閘極 16a、32a 閘極氧化層 16b、32b 閘極層 16c 、 32c 間隔層 18 源極/>及極區域 18a N+源極區域 18b N >及極區域 22 P型井 24 裝置絕緣層 26 離子佈植光罩圖案 13 200828591 28 N型摻雜層 34 光阻圖案 36 源極和汲極區域 14

Claims (1)

1. 200828591 十、申請專利範圍·· 1· 一種高壓半導體裝置，包含有： 一井，形成於一半導體基板之一表面； ,、一系列漂移區域’該漂移區域透過佈植和擴散離子至該井 形成於該半導體基板之該表面下方； 原極區域和；及極區域，該源極區域和該沒極區域透過 佈植離子於該漂移區域_成於料導體基板之該表 方，·以及 一難，形成在該轉縣板找表面上哺—個該漂移 區域的一部份重疊。 2.如申請專利細第丨項所述之緒半導置，其中該井為p ，井’透過離子佈植-低濃度p型雜質於該半導體之該表面形 3.=請專利翻第1彻叙高財導體裝置，其巾該漂移區 =為N型漂移區域，透過離子佈植—N型雜質於該井透過一 ^圖案暴露之表面之—上部形成，以於該井之上部形成一推 雜層，並擴散該摻雜層。 ^請專利範圍第丨項所述之祕半物裝置，其t該閉極包 L依展大層胁辭導體基板之該表面上之1極氧化層和一 :5極層’以及形成在料關極氧化層㈣極層兩側的間隔 5· 如申請專利範圍第4項所述之高 覆半導體装置，其中至少一層 15 200828591 “門隔層與一個該漂移區域的一部分重疊。 6·如申凊專利範圍第4項所述之高壓半導體裝置，其中層壓的該 閘極氧化層和制極層至少其—與至少—健漂移區域的一 部分重疊。 7, ^申請專利範圍第1項所述之高壓半導體裝置，其中至少一個 /不矛夕區域形成於該閘極下方，以延伸入該閘極下方的該基板之 一通道區域的一部分。 8· 一種向壓半導體裝置的製造方法，包含有下述步驟： 形成一井於一半導體基板内； 形成一褒置絕緣層於部分該半導體基板内； 形成一系列漂移區域於該半導體基板之一表面下方； 形成一閘極於該半導體基板之該表面上，以與至少一個漂 移區域的部分重疊；以及 开少成源極區域和一汲極區域於該閘極相對兩侧的該漂 移區域内的該半導體基板之該表面下方。 9·如申料鄕®第8項所述之高壓半導體裝置的製造方法，其 中至少:票移區域形於在該雜的該源極區域形成 的一側延伸至部分該基板，該基板位於該閘極形成位置下方。 10·如申請專利範圍第8項所述之高料導體裝置的製造方法，其 中至J/ 一個漂移區域形成用於在該閘極的該汲極區域形成的 側延伸至部分該基板，該基板位於該閘極形成位置下方。 16 200828591 11.如申請專利範圍第8項所述之高壓半導體裝置的製造方法，其 中兩個漂移區域形成用於在該閘極的該源極和紐極區域形 成的相對兩舰伸至部分該基板’該基板位於綱極形成位置 下方。 1Z如申請專利細第u項所狀高壓半導體裝置的製造方法， 其中形成在絲板上該源極區域形成位置賴漂移區域更延 伸至部份該基板，該基板位於該閘極形成位置的下方，而非延 伸至部份該漂移區域，該漂移區域形成在該基板上的該没極區 域形成位置。 13.:申請專利範圍第u項所述之高麗半導體裝置的製造方法， 其中形成在縣板上該汲極區域形成位置_漂移區域更延 伸至部份該基板，該基板位於該閘極形成位置的下方，而非延 2至部份該漂健域，該漂龍域形成在絲板上的 域形成位置。 14· 如申％專利範圍第8項所述之賴半導體裝置的製造方法，其 猶子輕_傾度卩雜_辭導縣板之該表 15. ^申清專利範圍第8項所述之高辭導體裝置的製造方法，发 形成該漂移區域的步驟包含·· 〃 成光罩圖案用於佈植離子於該井内； 佈植- N型雜質於透過形成的該光罩圖案暴露的表面 17 200828591 内，以形成一摻雜層；以及 擴散該摻雜層至位於該閘極形成位置下方的部份表面。 16·如申请專利範圍第15項所述之高壓半導體裝置的製造方法， - 其中該半導體基板在1000 °C至1200 °c的溫度之間退火以擴 - 散該摻雜層。 17. -種㊄壓半導體裝置之電晶體的製造方法，包含下述步驟： 形成一井於一半導體基板内； 形成一裝置絕緣層於部份該半導體基板内； 透過形成用於佈植離子於該井的一光罩圖案形成一系列 漂移區域於該半導體之一表面下方，佈植-N型雜質於形成的 該光罩圖案暴露的表面内，以形成摻雜層，並擴散該摻雜層至 位於該閘極形成位置下方的部份表面； 形成一閘極於該半導體基板之該絲，以與働閘極相 對兩侧的兩個部份該漂移區域重疊；以及 • 形成一源極區域和一汲極區域，該源極區域位於於該半導 縣板之該表面下方的該閘極—側上的—個該漂移區域内，該 汲極區域位_半導體基板之面下方賴_相對_ 上的該漂移區域内。 申請專利範圍第17項所述之高壓半導體裝置之電晶體的製 &方法’其巾形成在絲板上_源麵域形成位置的該漂移 區域更延伸至該_形成位置下方的部份該基板，轉延= 18 200828591 形成在該基板賴祕區域形成位置上的部份該漂移區域。 19. 如申請專利範圍第π項所述之高財導體裝置之電晶體的製 造方法’其中形成在該基板上的該汲極區域形成位置的該漂移 區域更延伸至該閘極形成位置下方的部份該基板，而非延伸至 形成在該基板的該源㈣域形成位置上的部份該漂移區域。 20. 如申請專利顧第17顧述之高壓半導體裝置之電晶體的製 &方法’其中該井透過離子佈植—低濃度p型雜質於該半導體 基板之該表面内形成。 19