TW201318149A - 高電壓裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種形成裝置的方法。該方法包含提供具有裝置區域的基板。該裝置區域包含定義於該基板上的源極區域、閘極區域、及汲極區域。該基板製備有在該基板上的閘極層。圖案化該閘極層以形成在該閘極區域中的閘極及形成圍繞該汲極區域的場結構。形成分別在該源極區域及汲極區域中的源極及汲極。該汲極在該閘極的第二側上與該閘極分開且該源極相鄰於該閘極的第一側。形成互連至該場結構。該互連耦合至電位，該電位在該閘極的第二側及該汲極間將該電場分佈橫越該基板。

Description

高電壓裝置
本發明係關於具有快速切換速度及高崩潰電壓的電晶體。
橫向雙擴散(LD)電晶體已廣泛地使用在高電壓應用中。LD電晶體的效能依據汲極至源極電阻(Rdson)以及崩潰電壓。舉例而言，低Rdson導致高切換速度而高崩潰電壓增加電壓能力。
傳統達成高崩潰電壓的技術導致汲極及閘極間的距離增加。然而，此伴隨著Rdson的增加，從而不希望地降低切換速度。
呈現一種形成裝置的方法。該方法包含提供具有裝置區域的基板。該裝置區域包括定義於該基板上的源極區域、閘極區域、及汲極區域。該基板製備有在該基板上的閘極層。圖案化該閘極層以形成在該閘極區域中的閘極及形成圍繞該汲極區域的場結構。分別形成在該源極區域及汲極區域中的源極及汲極。該汲極在該閘極的第二側上與該閘極分開且該源極相鄰於該閘極的第一側。形成互連至該場結構。該互連耦合至電位，該電位在該閘極的第二側及該汲極間將該電場分佈橫越該基板。
揭露一種形成裝置的方法。該方法包含提供具有裝置區域的基板。該裝置區域包括定義於該基板上的源極區域、閘極區域、及汲極區域。形成在該閘極及汲極區域間於該基板中的漂移井。沉積在該基板上的閘極層且圖案化該閘極層以形成在該閘極區域中的閘極及形成圍繞該汲極區域的場結構。分別形成在該源極區域及汲極區域中的源極及汲極。該汲極在該閘極的第二側上與該閘極分開且該源極相鄰於該閘極的第一側。形成互連至該場結構。該互連耦合至電位，該電位在該閘極的第二側及該汲極間將該電場分佈橫越該基板。
呈現一種裝置。該裝置包含具有裝置區域的基板。該裝置區域包括定義於該基板上的源極區域、閘極區域、及汲極區域。該裝置另包含圍繞該汲極區域的場結構。分別在該源極區域及汲極區域中的源極及汲極。該汲極在該閘極的第二側上與該閘極分開且該源極相鄰於該閘極的第一側。該裝置另包含至該場結構的互連。該互連耦合至電位，該電位在該閘極的第二側及該汲極間將該電場分佈橫越該基板。
透過參考隨後的實施方式及附加圖式，揭露於此的本發明的此些及其他目的和優點及特徵將變得顯而易見。再者，應理解到，揭露於此的各種實施例的特徵並非彼此互斥而能夠存在於各種組合及變更中。
一般而言，實施例係關於半導體裝置或積體電路(IC)。尤其，一些實施例係關於高功率裝置。舉例而言，高功率裝置包含橫向雙擴散(LD)電晶體，例如金屬氧化物電晶體(MOS)。高功率裝置能用作用於電源管理應用的切換電壓調節器。LD電晶體能輕易被整合至裝置或IC中。舉例而言，裝置或IC能被併入至消費性電子產品中，尤其係可攜式消費性產品，例如手機、筆記型電腦及個人數位助理(PDA)，或與其一起使用。
第1a圖顯示裝置的實施例的部分100的截面視圖，且第1b圖顯示於閘極高度處的對應頂面視圖。舉例而言，裝置為IC。亦可使用其他類型的裝置。如圖所示，裝置包含基板105。舉例而言，基板為矽基板。亦可使用其他類型的基板，例如矽鍺、鍺、砷化鎵、或絕緣體上晶體(COI)，例如絕緣體上矽(SOI)。基板可為經摻雜的基板。舉例而言，基板能低度摻雜有p型摻質。亦可提供具有其他類型摻質或不包含摻質的濃度的基板。
裝置可包含具有不同摻質濃度的摻雜區域。舉例而言，裝置可包含高度摻雜(x+)、中度摻雜(x)及低度摻雜(x-)區域，其中，x為極性類型，其可為p或n。低度摻雜區域可具有大約1E11至1E13/cm2的摻質濃度，中度摻雜區域可具有大約1E13至1E14/cm2的摻質濃度，而高度摻雜區域可具有大約1E15至1E17/cm2的摻質濃度。亦可對不同的摻雜區域提供其他摻質濃度。p型摻質可包含硼、鋁、銦或其組合，而n型摻值可包含磷、砷、銻或其組合。
基板包含裝置區域。舉例而言，裝置區域為高電壓裝置的高電壓(HV)裝置區域，高電壓裝置例如為高電壓電晶體。於一個實施例中，裝置區域包含LD電晶體120。亦可在裝置區域中設置其他類型的裝置。依照裝置或IC的類型，基板亦可包含其他電路類型的區域。舉例而言，裝置亦可包含中電壓(IV)及低電壓(LV)裝置和記憶體裝置的陣列區域。可設置隔離區域來隔離或分離基板的不同區域。在一個實施例中，藉由裝置隔離區域180將裝置區域與其他區域隔離。舉例而言，裝置隔離區域圍繞裝置區域。舉例而言，隔離區域為淺溝隔離(STI)區域。亦可使用其他類型的隔離區域。舉例而言，隔離區域可為深溝隔離(DTI)區域，深度可大約為1至10μm。亦可提供延伸至其他深度的隔離區域。
電晶體包含在基板的表面上的閘極140。舉例而言，閘極沿著電晶體的通道長度方向的寬度大約為0.5至10μm。舉例而言，閘極包含在閘極介電142上方的閘極電極144。舉例而言，閘極介電可為矽氧化物而閘極電極可為多晶矽。舉例而言，閘極介電可為具有大約30至1000厚度的高電壓閘極介電，而閘極電極可大約為500至5000厚。在一些實施例中，閘極電極可為經摻雜的電極。舉例而言，閘極電極可為摻雜有第一極性類型摻質的多晶矽。亦可使用其他類型和厚度的閘極介電及閘極電極。舉例而言，閘極介電可為高k(介電常數)閘極介電且/或者閘極電極可金屬閘極電極。亦可使用閘極的閘極層的其他配置。
電晶體亦包含設置於基板中且在閘極的第一及第二側上的第一及第二摻雜區域132及134。舉例而言，第一摻雜區域係設置在閘極的第一側上，而第二摻雜區域係設置在閘極的第二側上。在一個實施例中，對於第一類型電晶體，摻雜區域高度摻雜有第一極性類型摻質。對於p型電晶體，亦可提供高度摻雜p型(p+)區域。舉例而言，高度摻雜區域具有大約1E15至1E16/cm2的摻質濃度。摻雜區域的深度可大約為0.1至0.4μm。亦可提供具有其他深度的摻雜區域。此外，第一及第二摻雜區域不必具有相同的深度。
在一個實施例中，第一摻雜區域作為電晶體的源極區域。源極區域相鄰於第一側及從閘極的下面露出。從下面露出的部分應足夠讓源極區域與閘極下方的通道連通。舉例而言，從下面露出的部分可大約為0.1至0.5μm。從下面露出的部分藉由其他總量而從閘極的下面露出亦係可行的。在一個實施例中，源極區域的從下面露出的部分為低度摻雜源極(LDS)區域。
可在閘極的側壁設置介電間隔件148。舉例而言，介電間隔件可為矽氧化物間隔件。亦可使用其他類型的介電材料，例如矽氮化物或介電材料或層的組合。舉例而言，間隔件可為複合間隔件。間隔件可包含偏移間隔件及主要間隔件。偏移間隔件可促進形成LDS區域，而主要間隔件促進形成高度摻雜源極及汲極區域。亦可使用其他配置的間隔件。舉例而言，間隔件可為單一間隔件。在形成間隔件之前形成LDS區域而間隔件促進形成高度摻雜源極及汲極區域。在一些例子中，電晶體亦可包含環狀區域。環狀區域為第二極性摻雜區域鄰接S/D區域且靠近閘極。
在一些實施例中，在電晶體上方形成介電蝕刻停止層(未顯示)。舉例而言，蝕刻停止層為矽氮化物蝕刻停止層。亦可使用其他類型的蝕刻停止層。蝕刻停止層應具有能選擇性地從介電層190上方被移除的材料。蝕刻停止層促進將接觸栓塞形成至電晶體的接觸區域，例如閘極電極及摻雜區域。在一些實施例中，蝕刻停止層亦可作為應力層，將應力施加在電晶體的通道上以改善效能。
在一些實施例中，於裝置區域內設置內部隔離區域185。內部隔離區域可為STI區域。亦可使用其他類型的隔離區域。較佳地，內部隔離區域與裝置隔離區域為相同類型的隔離區域。亦可提供與裝置隔離區域不同的內部隔離區域。舉例而言，內部隔離區域係在閘極及汲極間沿著電晶體的通道寬度方向而設置於裝置隔離區域中。舉例而言，內部隔離沿通道寬度方向而從裝置區域的一側延伸至另一側。亦可使用其他配置的裝置及內部隔離區域。如圖所示，內部隔離區域從閘極的下面露出。舉例而言，內部隔離區域在閘極的第二側下面延伸大約0.1至0.3μm。亦可提供在閘極的第二側下面延伸其他寬度的內部隔離區域。舉例而言，內部隔離區域的寬度可大約為0.2至5μm。依照汲極電壓，亦可使用其他寬度。內部隔離區域的寬度及深度可決定電晶體的漂移長度。
漂移井150係設置在基板中。在一個實施例中，漂移井係設置在裝置區域中。舉例而言，漂移井係設置在閘極及汲極區域間且從部分閘極的下面露出。如圖所示，漂移井包括汲極及內部裝置隔離區域。在一個實施例中，漂移井的底部的深度係在汲極區域以下。在一個實施例中，漂移井的底部的深度係在裝置隔離及內部裝置隔離區域以下。在一個實施例中，漂移井係連續的且包括汲極區域且至少與主動區域在閘極底下的部分重疊。從汲極且圍繞內部隔離區域至閘極下方的通道的距離為電晶體的漂移距離。
漂移井包含第一極性類型摻質。在一個實施例中，漂移井的摻質濃度低於汲極的摻質濃度。在一個實施例中，漂移井可低度(x-)或中度(x)摻雜有第一極性類型摻質。舉例而言，漂移井的摻質濃度大約為1E12至1E14/cm2。其他摻質濃度亦為可行的。舉例而言，摻質濃度可依存於裝置的最大或崩潰電壓需求。依照裝置的設計電壓，漂移井的深度可大約為0.1至5μm。
裝置井170係設置在基板中。在一個實施例中，裝置井係設置在裝置隔離區域內。舉例而言，裝置井係設置在包括源極、汲極、漂移井及內部裝置隔離區域的裝置隔離區域內。在一個實施例中，裝置井的底部的深度低於源極、汲極及漂移井。在一個實施例中，裝置井的底部的深度低於裝置隔離區域及內部裝置隔離區域。亦可提供比漂移井淺或相同深度的裝置井。在一個實施例中，如第1c圖所示，裝置井與漂移井的深度大約相同。舉例而言，裝置井可在漂移井的兩側。亦可使用其他配置的裝置及漂移井。舉例而言，漂移井可僅在漂移井的包括裝置的源極區域及通道的一側。
對於第一極性類型裝置，裝置井包含第二極性摻質。舉例而言，對於n型裝置，裝置井包括p型摻質，對於p型裝置則包括n型摻質。摻質濃度可依存於裝置的電壓需求。裝置井可低度(x-)或中度(x)摻雜有第一極性類型摻質。亦可使用其他摻質濃度的裝置井，舉例而言，高於低度摻雜基板的摻質濃度。
可在閘極的閘極電極和源極及汲極區域上形成矽化物接觸128。舉例而言，矽化物接觸可為鎳基接觸。亦可使用其類型的金屬矽化物接觸。舉例而言，矽化物接觸可為鈷矽化物(CoSi)。矽化物接觸的厚度可大約為100至500。亦可使用其他厚度的矽化物接觸。可使用矽化物接觸來減少接觸電阻以及促進接觸至後端製程金屬互連。
於操作電晶體期間，第一摻雜區域會具有第一電位而第二摻雜區域會具有第二相對電位。舉例而言，第二電位係相關於第一電位。舉例而言，第一電位可為低電位，而第二電位可為高電位。亦可將第一電位設置為高電位，而將第二電位設置為低電位。舉例而言，在操作期間，於n型電晶體的例子中，源極係位於低電位，例如接地或0V，而汲極位於高電位，例如6至30V。依照電晶體的操作參數，亦可使用其他數值的高及低電位。由於汲極具有比閘極高的電位，因此，閘極的汲極側會因高電場而具有高衝擊離子化。對於p型電晶體而言，汲極係位在低電位，例如接地或0V，而源極及閘極係位在高電位，例如6至30V。依照電晶體的操作參數，亦可使用其他數值的高及低電位。在源極或汲極處的高電壓能引起介電層的崩潰而讓電晶體無法操作。
在一個實施例中，提供場結構160。在一個實施例中，場結構為設置在基板上的導電環結構並圍繞電晶體的汲極。舉例而言，環結構係設置在內部隔離區域及環繞汲極的裝置隔離區域上。場結構係用來將電場於汲極及閘極間分布橫跨基板。此於閘極邊緣處減少衝擊離子化而改善閘極介電崩潰電壓。
場結構於操作期間係耦合至與汲極對應的電位。舉例而言，若汲極相對於源極係位在高電位，則場結構係耦合至低電位。於汲極位在低電位的例子中，場結構係耦合至高電位。在一個實施例中，場結構係耦合至源極。舉例而言，場結構係耦合至第一電位。在另一個實施例中，場結構係耦合至基板或裝置井。在其他實施例中，場結構係耦合至基板或源極，視基板或源極導致較大電壓差而定。而在其他實施例中，於源極及基板係位在相同電位的例子中，場結構可耦合至源極及基板兩者。將場結構耦合至與源極及/或基板分開的相對電位亦係可行的。提供與汲極相對的電位給場結構的其他配置亦係可行的。
在一個實施例中，於n型電晶體的例子中，場結構係耦合至低電位，例如接地或0V。將場結構耦合至低於汲極電位的其他電位亦係可行的。於p型電晶體的例子中，場結構係耦合至高電位，例如接地或6至30V。於n及p型電晶體兩者中，於場結構及汲極處的電位間的差愈大，閘極及汲極間的電場的分布愈佳。此於閘極邊緣處減少衝擊離子化而改善或提升介電崩潰電壓。
在一個實施例中，場結構係由導電材料形成。舉例而言，導電材料可多晶矽。亦可使用其他類型的材料，例如金屬。於較佳的實施例中，場結構具有與電晶體的閘極相同的組成。舉例而言，場結構可包含在其上方具有閘極電極的閘極介電。亦可將矽化物接觸如閘極般設置在場結構上方。提供與閘極為相同配置的場結構將製程簡化。舉例而言，可同時形成閘極及場結構。在其他實施例中，場結構具有與閘極不相同的組成。
藉由接觸栓塞194及195，設置在介電層190中的導線198可用來耦合源極及場結構。舉例而言，介電層為矽氧化物層。在一個實施例中，介電層為高深寬比製程(HARP)介電材料。亦可使用其他類型的介電材料。舉例而言，介電層可由例如為含氟矽氧化物(FSG)之摻雜矽氧化物、例如為磷酸硼矽酸鹽玻璃(BPSG)及磷酸鹽矽酸鹽玻璃(PSG)之未摻雜或摻雜矽酸鹽玻璃、未摻雜或摻雜熱生長矽氧化物、未摻雜或摻雜TEOS沉積矽氧化物、和例如為有機矽酸鹽玻璃(OSG)及摻氟矽酸鹽玻璃(FSG)之低k或超低k介電材料形成。介電層應能關於蝕刻停止層而被選擇性地蝕刻或圖案化。
介電層包含上及下部。上部係作為在其中形成有導線的內部金屬介電(IMD)層。下部係作為在其中形成有接觸栓塞的層間介電(ILD)層。在一個實施例中，ILD層為前金屬介電(PMD)層，在其中接觸栓塞係形成至基板上的接觸區域，例如至電晶體的接觸區域，包含源極、汲極和閘極。
在一個實施例中，上及下部係為分開的部分。舉例而言，使用分離的製程來形成導線及栓塞，例如單一鑲嵌製程。亦可使用其他技術來形成導線及栓塞。舉例而言，可使用相對離子蝕刻(RIE)技術或RIE及鑲嵌技術的組合。
對於使用分離的製程來形成接觸栓塞及導線的例子，栓塞及導線的導電材料可為不相同的。在一個實施例中，接觸栓塞為鎢(W)，而導線為銅線。亦可使用其他類型材料的栓塞及導線。舉例而言，導線可為鋁線。在其他實施例中，可使用雙鑲嵌製程來形成導電栓塞及導線。於此種例子中，導電栓塞及導線的材料為相同。
場結構的出現於汲極及閘極間將電場散佈橫跨基板，以在閘極邊緣處減少衝擊離子化。此無須增加會提升Rdson之閘極及汲極間的距離便能改善閘極介電崩潰電壓。
第2a圖顯示裝置的另一個實施例的部分100的截面視圖，且第2b圖顯示於閘極高度處的對應頂面視圖。裝置與第1a至1b圖所顯示者類似。據此，可能不描述或不詳細地描述類似的特徵。在一個實施例中，裝置係形成在基板105上。舉例而言，基板為矽基板。亦可使用其他類型的半導體基板。在一個實施例中，基板為p型基板。提供具有其他類型摻質或摻質濃度的基板，包含未經摻雜的基板，亦係可行的。
基板包含第一極性類型漂移井150及第二極性類型裝置井170。漂移井包括汲極134且從閘極遠離第二側的部分的下面露出。裝置井包括源極132及電晶體的通道。舉例而言，井可低度或中度摻雜有各自極性類型摻質。在一個實施例中，漂移井係設置在裝置井內。舉例而言，裝置井的深度比漂移井還深。在一個實施例中，裝置及漂移井為大約相同的深度。舉例而言，裝置井可在漂移井的兩側。裝置及漂移井的其他配置亦係可行的。舉例而言，漂移井可僅在漂移井包括裝置的源極區域及通道的一側上。
在一個實施例中，設置井接觸135。井接觸係設置在裝置井中並遠離基板的表面部分。在一個實施例中，井接觸高度摻雜有第二極性類型摻質。舉例而言，對於n型電晶體，井接觸區域為p+接觸。對於p型電晶體，亦可設置n+接觸。其他摻質濃度的井接觸亦係可行的。舉例而言，井接觸的深度可與源極或汲極大約相同。亦可設置具有其他深度的接觸。舉例而言，井接觸提供至裝置井的接觸以偏移裝置井。
在一個實施例中，井接觸藉由內部隔離區域185而與源極隔離。在一些實施例中，並無設置用來分開井接觸及源極的內部隔離區域。源極及井接觸的其他配置亦係可行的。
在一個實施例中，井接觸、源極及場結構160為共同地耦合。舉例而言，藉由接觸栓塞194、195及196，設置在介電層190中的導線198可用來共同地耦合源極、場結構及井分接區域。舉例而言，裝置井、源極及場結構可耦合至第二相對電位。在其他實施例中，場結構可耦合至裝置井接觸或源極。亦可使用其他耦合接觸井、源極及場結構的配置。
第3a至3b圖顯示裝置100的其他實施例的截面視圖。裝置與第1a至1b圖及第2a至2b圖所顯示者類似。據此，可不描述或不詳細地描述類似的特徵。
參閱第3a圖，裝置係形成在基底基板105上。舉例而言，基板為矽基底基板。亦可使用其他類型的基底基板。在一個實施例中，基底基板為p+基板。提供具有其他類型摻質或摻質濃度的基底基板，包含未經摻雜的基底基板，亦係可行的。
在一個實施例中，表面基板110係設置在基底基板上方。舉例而言，表面基板為矽表面基板。表面基板可為矽外延(epi)表面基板。亦可使用其他類型的表面基板。在一個實施例中，表面基板為p-表面基板。提供具有其他類型摻質或摻質濃度的表面基板，包含未經摻雜的基底基板，亦係可行的。
表面基板包含第一極性類型漂移井150及第二極性類型裝置井170。在一個實施例中，表面基板應足夠厚以容納漂移及裝置井。漂移井包括汲極134且從閘極遠離第二側的部分的下面露出。裝置井包括源極132及電晶體的通道。舉例而言，井可低度或中度摻雜有各自極性類型摻質。在一個實施例中，漂移井係設置在裝置井內。舉例而言，裝置井的深度比漂移井還深。在一個實施例中，裝置及漂移井為大約相同的深度。舉例而言，裝置井可在漂移井的兩側。裝置及漂移井的其他配置亦係可行的。舉例而言，漂移井可僅在漂移井包括裝置的源極區域及通道的一側上。
在一個實施例中，設置井接觸135。井接觸係設置在裝置井中並遠離基板的表面部分。在一個實施例中，井接觸高度摻雜有第二極性類型摻質。舉例而言，對於n型電晶體，井接觸區域為p+接觸。對於p型電晶體，亦可設置n+接觸。其他摻質濃度的井接觸亦係可行的。舉例而言，井接觸的深度可與源極或汲極大約相同。亦可設置具有其他深度的接觸。舉例而言，井接觸提供至裝置井的接觸以偏移裝置井。
在一個實施例中，井接觸藉由內部隔離區域185而與源極隔離。在一些實施例中，並無設置用來分開井接觸及源極的內部隔離區域。源極及井接觸的其他配置亦係可行的。
在一個實施例中，井接觸、源極及場結構160為共同地耦合。舉例而言，藉由接觸栓塞194、195及196，設置在介電層190中的導線198可用來共同地耦合源極、場結構及井分接區域。舉例而言，裝置井、源極及場結構可耦合至第二相對電位。在其他實施例中，場結構可耦合至裝置井接觸或源極。亦可使用其他耦合接觸井、源極及場結構的配置。
參閱第3b圖，裝置係形成在基底基板105上。舉例而言，基板為矽基底基板。亦可使用其他類型的基底基板。在一個實施例中，基底基板為p-基板。提供具有其他類型摻質或摻質濃度的基底基板，包含未經摻雜的基底基板，亦係可行的。
在一個實施例中，表面基板110係設置在基底基板上方。舉例而言，表面基板為矽表面基板。表面基板可為矽外延(epi)表面基板。亦可使用其他類型的表面基板。在一個實施例中，表面基板為p-表面基板。提供具有其他類型摻質或摻質濃度的表面基板，包含未經摻雜的基底基板，亦係可行的。
在一個實施例中，於基板上設有與基底及表面基板為相反極性類型的埋入井115。舉例而言，相反極性類型埋入井為高度摻雜的相反極性類型埋入井。舉例而言，對於p型表面及基底基板，相反極性類型埋入井為n+埋入井。舉例而言，表面基板為p-表面基板，埋入井為n+埋入井，基底基板為p-基底基板。埋入井可為基底基板的一部分。舉例而言，可藉由將摻質摻入基底基板中而形成埋入井。亦可使用其他配置的表面基板、埋入井及基底基板。
在一個實施例中，表面基板包含第一極性類型漂移井150及第二極性類型裝置井170。在一個實施例中，表面基板應足夠厚以容納漂移及裝置井。漂移井包括汲極134且從閘極遠離第二側的部分的下面露出。裝置井包括源極132及電晶體的通道。舉例而言，井可低度或中度摻雜有各自極性類型摻質。在一個實施例中，漂移井係設置在裝置井內。舉例而言，裝置井的深度比漂移井還深。在一個實施例中，裝置及漂移井為大約相同的深度。舉例而言，裝置井可在漂移井的兩側。裝置及漂移井的其他配置亦係可行的。舉例而言，漂移井可僅在漂移井包括裝置的源極區域及通道的一側上。
在一個實施例中，設置井接觸135。井接觸係設置在裝置井中並遠離基板的表面部分。在一個實施例中，井接觸高度摻雜有第二極性類型摻質。舉例而言，對於n型電晶體，井接觸區域為p+接觸。對於p型電晶體，亦可設置n+接觸。其他摻質濃度的井接觸亦係可行的。舉例而言，井接觸的深度可與源極或汲極大約相同。亦可設置具有其他深度的接觸。舉例而言，井接觸提供至裝置井的接觸以偏移裝置井。
在一個實施例中，井接觸藉由內部隔離區域185而與源極隔離。在一些實施例中，並無設置用來分開井接觸及源極的內部隔離區域。源極及井接觸的其他配置亦係可行的。
在一個實施例中，井接觸、源極及場結構160為共同地耦合。舉例而言，藉由接觸栓塞194、195及196，設置在介電層190中的導線198可用來共同地耦合源極、場結構及井分接區域。舉例而言，裝置井、源極及場結構可耦合至第二相對電位。在其他實施例中，場結構可耦合至裝置井接觸或源極。亦可使用其他耦合接觸井、源極及場結構的配置。
應理解到，第3a至3b圖的各種基板配置亦可應用至第1a至1c圖的裝置。在其他實施例中，基板可為絕緣體上晶體(COI)類型的基板，例如絕緣體上矽(SOI)基板。COI基板包含由埋入絕緣體層所分開的基底及表面基板。再者，井及其他特徵的各種配置能被應用至裝置的不同實施例。
第4a至4h圖顯示用於形成裝置200的製程的實施例的截面視圖。參閱第4a圖，設置基板105。在一個實施例中，基板為矽基板。基板可為經摻雜的基板，例如p-基板。亦可使用其他類型的基板，例如矽鍺、砷化鎵、COI，例如SOI、或藍寶石。基板可摻雜有其他類型的摻質或摻質濃度。
在一些實施例中，基板可包含在其上設有表面基板的基底基板。舉例而言，基底及表面基板可為矽。在一個實施例中，表面基板為epi表面基板。亦可使用其他類型的半導體材料於基底及表面基板。應理解到，基底及表面基板不必為相同材料。
在一個實施例中，基底基板為p+基板且表面基板為p-基板。提供具有其他摻質濃度或不同類型的摻質的基板，包含無摻質，亦係可行的。在一些實施例中，亦可設置與表面基板為相反極性的埋入井。舉例而言，埋入井為與表面基板為相反極性的高度摻雜井。在一個實施例中，n+埋入井係用來將p-表面epi基板從p-基底基板分開。n+埋入井可為基底基板的一部分。亦可使用其他配置的基底基板、表面基板及埋入井。
如圖所示，裝置區域係定義在基板上。雖然顯示一個裝置區域，但應理解到基板可包含各種類型的區域(未顯示)。舉例而言，對於其他類型的裝置，基板可包含其他裝置區域。IC可包含在其中形成有邏輯裝置的邏輯區域。舉例而言，依照所形成的IC的類型，邏輯區域可包含不同電壓裝置的區域。舉例而言，邏輯區域可包含高電壓(HV)裝置、中或中度電壓(IV)裝置及低電壓(LV)裝置的區域。亦可使用其他配置的邏輯區域。此外，可設置其他類型的裝置區域。
在一個實施例中，裝置區域為HV區域。舉例而言，裝置區域作為LD電晶體的裝置區域。將裝置區域提供給其他類型的裝置亦係可行的。藉由裝置隔離區域180將裝置區域從其他區域分開。裝置隔離區域圍繞裝置區域。在一個實施例中，裝置區域另包含內部裝置隔離區域185以將裝置區域分開為第一及第二次區域。舉例而言，內部裝置隔離區域在基板的表面上將裝置區域分開為第一及第二次區域。
在一個實施例中，於裝置區域內設置內部隔離區域185。舉例而言，內部隔離區域係在閘極及汲極間沿著電晶體的通道寬度方向而設置於裝置隔離區域中。舉例而言，內部隔離沿通道寬度方向而從裝置區域的一側延伸至另一側。
舉例而言，隔離區域為STI。可實施各種製程以形成STI區域。舉例而言，可使用蝕刻及遮罩技術來蝕刻基板以形成溝槽，接著在其中填充介電材料，例如矽氧化物。可實施化學機械研磨(CMP)以移除過量的氧化物並提供平的基板頂表面。亦可使用其他製程或材料來形成STI。舉例而言，STI的深度可大約為2000至6000 。亦可使用其他深度的STI。在其他實施例中，隔離可為其他類型的隔離區域。並且，裝置及內部隔離區域可為不同類型的隔離區域。
如第4b圖所示，摻雜井150係形成在裝置區域中。摻雜井作為裝置的漂移井。在一個實施例中，漂移井係設置在裝置區域的部分中。舉例而言，漂移井包括內部隔離區域及在裝置區域的第二側上的裝置隔離區域的一部分。舉例而言，漂移井的深度大約為0.1至5μm。亦可提供其他深度的漂移井。舉例而言，漂移井的深度可依存於裝置操作電壓。對於第一極性類型裝置，漂移井包含第一極性類型摻質。舉例而言，對於n型裝置，提供n型漂移井。舉例而言，n型漂移井可包含磷摻質。對於p型裝置，提供p型漂移井亦係可行的。在一個實施例中，漂移井可低度或中度摻雜有第一極性類型摻質。其他摻質濃度的第一漂移井亦係可行的。
在一些實施例中，如第4c圖所示，裝置摻雜井係形成在裝置區域中。裝置井作為電晶體的主體井。裝置井包含第二極性類型摻質。在一個實施例中，裝置井係低度摻雜的裝置井。舉例而言，裝置井的摻質濃度大約為1E13至1E14/cm2。在一個實施例中，裝置井包括漂移井及內部隔離區域。在一個實施例中，裝置井包括裝置隔離區域的一部分、內部隔離區域及漂移井。舉例而言，裝置井的深度大約為0.5至6μm。亦可使用其他深度的裝置井。在其他實施例中，裝置井及漂移井可具有大約相同的深度。舉例而言，裝置井可在漂移井的兩側。亦可使用其他配置的裝置及漂移井。舉例而言，漂移井可僅在漂移井的包括裝置的源極區域及通道的一側。
為了形成摻雜井，使用曝露裝置區域的植入遮罩。舉例而言，植入遮罩包括由微影遮罩所圖案化的光阻。使用植入遮罩來將摻質植入基板中。以適當的劑量及能量來植入摻質。具有各自植入遮罩的分開植入製程係用來形成不同極性類型的摻雜井。舉例而言，分開製程係用來形成漂移及裝置井。在一個實施例中，在形成漂移井之前形成裝置井。在一些實施例中，舉例而言，可實施不同能量的多植入來形成摻雜井。亦可實施其他配置的植入製程來形成井。
用來形成裝置井的植入製程可與用來形成裝置中其他相似類型的井的製程相容或相同。舉例而言，製程可與現行用來形成相似類型的井的CMOS製程相容。舉例而言，裝置可與低電壓裝置或中電壓裝置同時形成。此讓現行CMOS植入遮罩的相同微影遮罩用來圖案化用於裝置井的植入遮罩。舉例而言，可客製化現行CMOS植入遮罩以包含裝置井開口。在其他實施例中，分開的裝置井遮罩可用來具體分割裝置井的摻雜。於此種例子中，相同的遮罩能用來形成第二裝置井。
實施退火。在一個實施例中，於形成漂移及裝置井之後，實施退火。退火活化摻質。在其他實施例中，可對漂移及裝置井實施分開的退火。舉例而言，於形成摻雜井之後，實施退火。
如第4d圖所示，在基板上形成閘極的閘極層。在一個實施例中，閘極層包含在基板上的閘極介電層242及在其上的閘極電極層244。舉例而言，閘極介電層為矽氧化物。閘極介電層的厚度大約為30至1000 。舉例而言，閘極介電層為高電壓閘極介電層。可由熱氧化來形成閘極介電層。舉例而言，由濕式氧化接著於氧化環境中退火基板來形成介電層。舉例而言，濕式氧化的溫度能大約為600至1000℃。舉例而言，能在大約1000℃的溫度實施退火。
至於閘極電極層，其可為多晶矽。閘極電極層的厚度可大約為500至5000 ，其他厚度亦係可行的。舉例而言，可由CVD來形成閘極電極層。亦可使用其他用來形成閘極電極層的技術。閘極電極層可形成為非晶形或晶形層。在一個實施例中，閘極電極層為摻雜有第一類型摻質的多晶矽。閘極電極層中的摻質濃度可為大約1E14至1E15/cm2。可實施各種技術來摻雜閘極電極，例如，同時摻雜或離子植入。
其他類型的閘極介電及閘極電極材料或厚度亦係可行的。舉例而言，閘極介電材料可為高k介電材料而閘極電極材料可為金屬閘極電極材料。其他配置的閘極層亦係可行的。舉例而言，閘極介電及/或閘極電極層可具有多層。可由各種技術來形成層，例如熱氧化、CVD及濺鍍。
參閱第4e圖，在基板上形成遮罩層249。舉例而言，遮罩層係形成在閘極電極層上方。在一個實施例中，遮罩層為軟遮罩層，例如光阻。曝光源可透過包含所需圖案的標線片來選擇性地曝露光阻。於選擇性地曝露光阻之後，接著形成對應於當欲移除閘極層時的位置的開口。為了改善微影解析，可在光阻層下方使用抗反射塗佈(ARC)。
在其他實施例中，遮罩層可為硬遮罩層。舉例而言，硬遮罩層可包括TEOS或矽氮化物。亦可使用其他類型的硬遮罩材料。可使用軟遮罩來圖案化硬遮罩層，例如光阻。
如第4f圖所示，圖案化的遮罩層作為用於後續蝕刻製程的蝕刻遮罩。舉例而言，蝕刻將遮罩的圖案轉移至閘極層。蝕刻藉由曝露基板來移除未被遮罩保護的閘極層。舉例而言，蝕刻可為各向異性蝕刻，例如相對離子蝕刻(RIE)。亦可使用其他類型的蝕刻製程。在一個實施例中，實施RIE來圖案化閘極層以形成閘極140。在一個實施例中，蝕刻將閘極層圖案化以形成閘極及圍繞基板的由內部隔離及裝置隔離區域所定義的汲極區域的場結構160。
如同說明，閘極及場結構係形成於使用閘極層的相同蝕刻製程中。在一個實施例中，使用不同的製程來形成閘極及場結構。這讓閘極及場結構具有不同的材料。舉例而言，在形成閘極之後，導電層係形成在基板上並被圖案化以形成場結構。其他使用不同製程來形成閘極及場結構的技術亦係可行的。
在一個實施例中，低度摻雜區域232及234係形成在基板上且在裝置的源極及汲極區域中。低度摻雜區域具有第一極性類型摻質。為了形成低度摻雜區域，將第一極性類型摻質植入基板中。舉例而言，可關於裝置區域自對準植入。舉例而言，可將植入摻雜至未受閘極、場結構及隔離區域保護的基板中。舉例而言，輕度摻雜區域的深度大約為0.1至0.4μm。植入劑量可為大約5E12至5E13/cm2且植入能量可為10至100KeV。亦可使用其他植入參數。
側壁間隔件148係形成在閘極及場結構的側壁上。為了形成側壁間隔件，將介電層沉積在基板上。舉例而言，介電層可為矽氧化物。亦可使用其他類型的介電材料，例如矽氮化物。可由CVD來形成介電層。亦可使用其他技術來形成介電層。舉例而言，介電層的厚度可為300至1000 。其他厚度的介電層亦係可行的。舉例而言，厚度可依據所需要的間隔件的寬度。各向異性蝕刻(例如RIE)可實施來移除介電層的水平部分，留下閘極的側壁上的間隔件。在一些應用中，可從多介電層形成間隔件。
參閱第4g圖，高度摻雜區域132及134係形成在基板上的源極及汲極區域中。高度摻雜區域具有第一極性類型摻質。形成高度摻雜區域包含將第一類型摻質植入基板中。如同形成低度摻雜區域一般，關於裝置區域來自對準植入。舉例而言，可將植入摻雜至未受閘極、場結構及隔離區域保護的基板中。在這個例子中，側壁間隔件導致高度摻雜源極區域被位移，產生包含低度摻雜源極部分及高度摻雜更深部分的源極。舉例而言，低度摻雜區域的深度可大約為0.1至0.4μm。植入劑量大約為5E12至5E13/cm2且植入能量可為10至100KeV。亦可使用其他植入參數。此形成LD電晶體120。
如第4h圖所示，在一個實施例中，矽化物接觸128係形成在電晶體的接觸區域上。舉例而言，矽化物接觸係形成在電晶體的閘極、源極及汲極上。在一個實施例中，矽化物接觸亦係形成在場結構的上方。矽化物接觸係用以促進主動基板及BEOL金屬線間的低電阻接觸。在一個實施例中，厚度大約為200 。亦可提供其他厚度。
為了形成矽化物接觸，在基板的表面上沉積金屬層。舉例而言，金屬層可為鎳或其合金。亦可使用其他類型的金屬層，例如鈷或其合金，包含鎳。可藉由物理氣相沉積(PVD)來形成金屬層。其他類型的金屬元件及/或由其他類型的製程所形成亦係可行的。
可實施第一退火。第一退火將金屬摻質擴散至主動基板中，形成矽化物層。舉例而言，於大約300至600℃的溫度實施第一退火大約10至60秒。舉例而言，藉由濕式移除製程來移除未於主動基板的矽化中使用的過量的金屬。舉例而言，選擇性對矽化物接觸來移除未反應的金屬材料。可實施第二退火以強化矽化物層的材料特性，例如，低電阻。第一及第二退火製程可為快速熱退火(RTA)。可使用其他退火參數或技術來形成矽化物接觸。
參見第4i圖，介電層190係形成在基板上，覆蓋電晶體。於形成介電層之前，介電蝕刻停止層可形成在電晶體上方。舉例而言，蝕刻停止層為矽氮化物蝕刻停止層。亦可使用其他類型的蝕刻停止層。蝕刻停止層應具有能從在其上方的介電層被選擇性地移除的材料。蝕刻停止層促進將穿孔栓塞形成至電晶體的接觸區域，例如閘極電極及源/汲極(S/D)區域。在一些實施例中，蝕刻停止層亦可作為應力層，以將應力施加在電晶體的通道上，來改善效能。各種技術(例如CVD)可實施來形成蝕刻停止層。
介電層作為互連介電層，在該互連介電層中，係形成互連，以耦合至電晶體的各種接觸區域或終端。舉例而言，介電層為矽氧化物層。在一個實施例中，介電層為高深寬比製程(HARP)介電材料。亦可使用其他類型的介電材料。舉例而言，介電層可由例如為含氟矽氧化物(FSG)之摻雜矽氧化物、例如為磷酸硼矽酸鹽玻璃(BPSG)及磷酸鹽矽酸鹽玻璃(PSG)之未摻雜或摻雜矽酸鹽玻璃、未摻雜或摻雜熱生長矽氧化物、未摻雜或摻雜TEOS沉積矽氧化物、和例如為有機矽酸鹽玻璃(OSG)及摻氟矽酸鹽玻璃(FSG)之低k或超低k介電材料形成。介電層應能關於蝕刻停止層而被選擇性地蝕刻或圖案化。
介電層包含上及下部。上部係作為在其中形成有導線的內部金屬介電(IMD)層。下部係作為在其中形成有接觸栓塞的層間介電(ILD)層。在一個實施例中，ILD層為前金屬介電(PMD)層，在其中接觸栓塞係形成至基板上的接觸區域，例如至電晶體的接觸區域，包含源極、汲極和閘極。
在一個實施例中，上及下部為分開的部分。舉例而言，使用分離的製程來形成導線及栓塞，例如單一鑲嵌製程。舉例而言，穿孔開口係形成在PMD層中，使用遮罩及蝕刻製程，例如RIE。以導電材料來填充穿孔開口。舉例而言，藉由CMP來移除過量的導電材料，以形成在穿孔開口中具有曝露的接觸栓塞的平的頂表面。接著，在PMD層上方形成IMD層。使用遮罩及蝕刻製程在IMD層中形成溝槽。溝槽對應於導線且與PMD層中的接觸栓塞連通。以導電材料填充溝槽。舉例而言，藉由CMP來移除過量的導電材料，以提供具有曝露的互連線的平的頂表面。其他用來形成導線及栓塞的技術以及其他類型的導電材料的使用方法亦係可行的。
對於使用分離的製程來形成接觸栓塞及導線的例子，栓塞及導線的導電材料可為不相同的。在一個實施例中，接觸栓塞為鎢(W)栓塞，而導線為銅線。亦可使用其他類型材料的栓塞及導線。舉例而言，導線可為鋁線。在其他實施例中，可使用雙鑲嵌製程來形成導電栓塞及導線。於此種例子中，導電栓塞及導線的材料為相同。
在一個實施例中，接觸栓塞194及195係形成在介電層的下部中。接觸栓塞係耦合至源極及至場結構。接觸栓塞係被介電層的上部中的導線198互連。在一個實施例中，源極及場結構並無互連。於此種例子中，場結構係互連至低於汲極的低電位源極。在一個實施例中，場結構係互連至接地或0V。亦可將場結構耦合至其他低電位源極。
在其他實施例中，設置井接觸。井接觸係設置在裝置井中並遠離基板的表面部分。在一個實施例中，井接觸高度摻雜有第二極性類型摻質。舉例而言，對於n型電晶體，井接觸區域為p+接觸。對於p型電晶體，亦可設置n+接觸。其他摻質濃度的井接觸亦係可行的。舉例而言，井接觸的深度可與源極或汲極大約相同。亦可設置具有其他深度的接觸。舉例而言，井接觸提供至裝置井的接觸以偏移裝置井。
在一個實施例中，井接觸藉由內部隔離區域而與源極隔離。在一些實施例中，並無設置用來分開井接觸及源極的內部隔離區域。源極及井接觸的其他配置亦係可行的。
在一個實施例中，井接觸、源極及場結構160為共同地耦合。舉例而言，藉由接觸栓塞，設置在介電層中的導線可用來共同地耦合源極、場結構及井分接區域。舉例而言，裝置井、源極及場結構可耦合至第二相對電位。在其他實施例中，場結構可耦合至裝置井接觸或源極。亦可使用其他耦合接觸井、源極及場結構的配置。
第5a至5b圖顯示具有及不具有場結構的電晶體的衝擊離子化。參照第3a圖，不具有場結構的電晶體120的衝擊離子化330係集中在閘極的汲極側處。另一方面，第3b圖之具有場結構的電晶體的衝擊離子化340係從汲極至閘極而分佈橫跨於基板。藉由將離子衝擊化橫跨基板，舉例而言，從閘極的汲極側及隔離區域的下方至汲極，能達成介電崩潰電壓的提升。
表1顯示具有及不具有場結構的電晶體的TCAD模擬結果。電晶體的尺寸為相同。可以看見，藉由使用場結構，崩潰電壓從29.3V提升至34.5V。
本發明可以其他特定形式來實施而不背離本發明的精神及實質特性。因此，前述實施例在所有方面係視為說明性的，並非限制在此描述的本發明。因此，本發明的範疇係由附加申請專利範圍所指出，而非由前述的實施方式，且在申請專利範圍的等效的意義及範圍內的所有改變係包括在其中。
100．．．裝置
105．．．基板(基底基板)
110．．．表面基板
115．．．埋入井
120．．．LD電晶體(電晶體)
128．．．矽化物接觸
132．．．第一摻雜區域(高度摻雜區域)
134．．．第二摻雜區域(高度摻雜區域)
135．．．井接觸
140．．．閘極
142．．．閘極介電
144．．．閘極電極
148．．．介電間隔件(側壁間隔件)
150．．．漂移井(摻雜井)
160．．．場結構
170．．．裝置井
180．．．裝置隔離區域
185．．．內部隔離區域(內部裝置隔離區域)
190．．．介電層
194．．．接觸栓塞
195．．．接觸栓塞
196．．．接觸栓塞
198．．．導線
200．．．裝置
232．．．低度摻雜區域
234．．．低度摻雜區域
242．．．閘極介電層
244．．．閘極電極層
249．．．遮罩層
330．．．衝擊離子化
340．．．衝擊離子化
於圖式中，類似的元件符號通常係關於遍佈不同圖式中的相同元件。又，圖示並非必要按照比例，反而通常係強調關於說明本發明的原則。於前述的實施方式中，參考下述的圖示來敘述本發明的各種實施例，其中：
第1a至1b圖顯示裝置的實施例；
第1c圖顯示裝置的另一個實施例；
第2a至2b圖顯示裝置的又一個實施例；
第3a至3b圖顯示裝置的其他實施例；
第4a至4i圖顯示用以形成裝置的製程的實施例；以及
第5a至5b圖顯示裝置的衝擊離子化。
100．．．裝置
105．．．基板(基底基板)
120．．．LD電晶體(電晶體)
128．．．矽化物接觸
132．．．第一摻雜區域(高度摻雜區域)
134．．．第二摻雜區域(高度摻雜區域)
142．．．閘極介電
144．．．閘極電極
148．．．介電間隔件(側壁間隔件)
150．．．漂移井(摻雜井)
160．．．場結構
170．．．裝置井
180．．．裝置隔離區域
185．．．內部隔離區域(內部裝置隔離區域)
190．．．介電層
194．．．接觸栓塞
195．．．接觸栓塞
198．．．導線

Claims (20)

  1. 一種形成裝置的方法，包括：提供具有裝置區域的基板，其中該裝置區域包括定義於該基板上的源極區域、閘極區域、及汲極區域，該基板製備有在該基板上的閘極層；圖案化該閘極層以形成在該閘極區域中的閘極及形成圍繞該汲極區域的場結構；形成在該源極區域及該汲極區域中的源極及汲極，其中該汲極在該閘極的第二側上與該閘極分開且該源極相鄰於該閘極的第一側；以及形成互連至該場結構，該互連係耦合至電位，其中該電位在該閘極的第二側及該汲極間將電場分佈橫越該基板。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，另包括在該閘極及該汲極間於該基板中沿著通道寬度方向形成內部裝置隔離區域。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的方法，另包括在該閘極及汲極區域間於該基板中形成從部分該閘極的下面露出的漂移井。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中該漂移井圍繞該汲極及該內部裝置隔離區域。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的方法，另包括形成隔離區域，其中該隔離區域將該裝置區域與該裝置的其他區域隔離。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的方法，另包括形成設置在該隔離區域內的裝置井。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的方法，其中該裝置井圍繞該源極、該汲極、該漂移井、及該內部裝置隔離區域。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該裝置為NMOS電晶體。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的方法，其中與該互連耦合的該電位低於該汲極的電位。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該裝置為PMOS電晶體。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的方法，其中與該互連耦合的該電位高於該汲極的電位。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該場結構包括導電材料。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該場結構包括閘極電極。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的方法，其中該場結構包括在該閘極電極上方的閘極介電。
  15. 如申請專利範圍第1項所述的方法，另包括在該源極及汲極區域上形成矽化物接觸。
  16. 一種形成裝置的方法，包括：提供具有裝置區域的基板，其中該裝置區域包括定義於該基板上的源極區域、閘極區域、及汲極區域；形成在該閘極及汲極區域間於該基板中的漂移井；沉積在該基板上的閘極層；圖案化該閘極層以形成在該閘極區域中的閘極及形成圍繞該汲極區域的場結構；形成在該源極區域及該汲極區域中的源極及汲極，其中該汲極在該閘極的第二側上與該閘極分開且該源極相鄰於該閘極的第一側；以及形成互連至該場結構，該互連耦合至電位，其中該電位在該閘極的第二側及該汲極間將電場分佈橫越該基板。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中該漂移井從部分該閘極的下面露出。
  18. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中該裝置為NMOS電晶體，與該互連耦合的該電位低於該汲極的電位。
  19. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中該裝置為PMOS電晶體，與該互連耦合的該電位高於該汲極的電位。
  20. 一種裝置，包括：具有裝置區域的基板，其中該裝置區域包括定義於該基板上的源極區域、閘極區域、及汲極區域；圍繞該汲極區域的場結構；在該源極區域及該汲極區域中的源極及汲極，其中該汲極在該閘極的第二側上與該閘極分開且該源極相鄰於該閘極的第一側；以及至該場結構的互連，該互連耦合至電位，其中該電位在該閘極的第二側及該汲極間將電場分佈橫越該基板。
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