TW201445738A - 橫向擴散金氧半電晶體元件及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種橫向擴散金氧半電晶體元件，其包括：基板、深井區、汲極區、基體區、源極區、閘極結構、隔離結構及第一摻雜區。其中，閘極結構位於深井區上方，且於源極區與汲極區之間；隔離結構位於源極區與汲極區間之深井區中；第一摻雜區配置於閘極結構下方，且於源極區與隔離結構間之深井區中，並與源極區間具有距離，第一摻雜區具有第一型摻質，其中，第一摻雜區之摻質濃度低於汲極區之摻質濃度，且高於深井區之摻質濃度。本發明另提供一種橫向擴散金氧半電晶體元件之製造方法。

Description

橫向擴散金氧半電晶體元件及其製造方法

一種金氧半電晶體元件及其製造方法，尤指一種橫向擴散金氧半電晶體元件及其製造方法。

為提高橫向擴散金屬-氧化物-半導體電晶體元件(lateral diffused MOS，簡稱LDMOS)之耐壓程度，可利用調整源極區與汲極區之間的漂移區(drift region)的濃度或長度，或改變基體區(body)中通道的摻質濃度等。不過，目前的擴散金氧半電晶體元件仍然存在導通電阻(turn on resistance,R_on)過高與熱載子的效應問題。有鑑於此，如何維持崩潰電壓，同時又能改善橫向擴散金氧半電晶體元件的導通電阻過高與熱載子的效應問題，為本案發展目的。

本發明的一目的在於改善橫向擴散金氧半電晶體元件的導通電阻過高與熱載子的效應問題，為達前述目的，本發明提供一種橫向擴散金氧半電晶體元件，其包括基板、深井區、汲極區、基體區、源極區、閘極結構、隔離結構及第一摻雜區。其中，深井區位於基板中，具有第一型摻質；汲極區位於深井區中，具有第一型摻質；基體區位於深井區中， 具有不同於第一型摻質之第二型摻質；源極區位於基體區中，具有第一型摻質；閘極結構位於深井區上方，且於源極區與汲極區之間；隔離結構位於源極區與汲極區間之深井區中；第一摻雜區配置於閘極結構下方，且於源極區與隔離結構間之深井區中，並與源極區間具有距離，第一摻雜區具有第一型摻質，其中，第一摻雜區之摻質濃度低於汲極區之摻質濃度，且高於深井區之摻質濃度。

在本發明之一實施例中，上述之閘極結構具有開口結構，開口結構位於第一摻雜區上方。

在本發明之一實施例中，上述之開口結構為長條形之開口。

在本發明之一實施例中，上述之開口結構為複數個間隔排列之開口。

在本發明之一實施例中，上述之開口結構暴露出第一摻雜區。

在本發明之一實施例中，上述之閘極結構包括複數個間隙壁，配置於開口結構之複數個側壁上，其中，部分該些間隙壁覆蓋第一摻雜區。

在本發明之一實施例中，上述之開口結構鄰近汲極區，並與閘極結構之外側壁具有距離。

在本發明之一實施例中，上述之閘極結構僅覆蓋部分之第一摻雜區。

在本發明之一實施例中，上述之閘極結構完全覆蓋第一摻雜區。

在本發明之一實施例中，上述之隔離結構鄰近汲極區，且第一摻雜區鄰近隔離結構。

在本發明之一實施例中，上述之深井區包含漂移區，汲極區位於漂移區中，其中漂移區具有第一型摻質，其摻質濃度介於第一摻雜區 與深井區之摻質濃度之間。

在本發明之一實施例中，上述之第一摻雜區與基體區間具有距離。

本發明的另一目的在於提出一種形成橫向擴散金氧半電晶體元件之方法，其步驟包括：提供基板；於基板中形成深井區，深井區具有第一型摻質；於深井區中形成隔離結構；於深井區上方形成閘極結構，閘極結構具有開口結構，用以暴露出部分之深井區；進行第一摻雜程序，利用開口結構於深井區中形成第一摻雜區，其中，第一摻雜區具有第一型摻質；以及進行第二摻雜程序，於閘極結構之相對兩側下方分別形成具有第一型摻質之汲極區與源極區，其中，隔離結構位於汲極區與源極區之間，且第一摻雜區位於隔離結構與源極區之間並與源極區間具有距離，第一摻雜區之摻質濃度低於汲極區之摻質濃度，且高於深井區之摻質濃度。

本發明的另一目的在於提出一種形成橫向擴散金氧半電晶體元件之方法，其步驟包括：提供基板；於基板中形成深井區，深井區具有第一型摻質；於深井區中形成隔離結構；進行第一摻雜程序，於深井區中形成具有第一型摻質之第一摻雜區；於隔離結構及第一摻雜區上方形成閘極結構；以及進行第二摻雜程序，於閘極結構之相對兩側下方分別形成具有第一型摻質之汲極區與源極區，其中，隔離結構位於汲極區與源極區之間，且第一摻雜區位於隔離結構與源極區之間並與源極區間具有距離，第一摻雜區之摻質濃度低於汲極區之摻質濃度，且高於深井區之摻質濃度。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

10‧‧‧基板

100、200‧‧‧橫向擴散金氧半電晶體元件

11‧‧‧深井區

12‧‧‧漂移區

121‧‧‧汲極區

13‧‧‧基體區

131‧‧‧源極區

14‧‧‧閘極結構

141‧‧‧開口結構

141a~141e‧‧‧開口

142a、142b、143a、143b‧‧‧間隙壁

14w‧‧‧閘極結構外側壁

15‧‧‧隔離結構

16‧‧‧第一摻雜區

17‧‧‧第二摻雜區

30‧‧‧對稱軸

41、42‧‧‧導體接觸結構

AA’‧‧‧剖面線

圖1係本發明之第一實施例之橫向擴散金氧半電晶體元件之上視示意圖。

圖2及圖3係沿圖1中AA’剖面線之剖面示意圖。

圖4係本發明之第二實施例之橫向擴散金氧半電晶體元件之上視示意圖。

圖5係沿圖4中AA’剖面線之剖面示意圖。

圖6係本發明之第二實施例之橫向擴散金氧半電晶體元件之上視示意圖。

圖7係沿圖4中AA’剖面線之剖面示意圖。

請參見圖1及圖2，圖1係本發明之第一實施例之橫向擴散金氧半電晶體元件之上視示意圖；圖2係沿圖1中AA’剖面線之剖面示意圖。於本實施例之橫向擴散金氧半電晶體元件100包括基板10、深井區11、汲極區121、源極區131、基體區13、閘極結構14、隔離結構15及第一摻雜區16。其中，深井區11位於基板10中，而汲極區121與基體區13位於深井區11中，源極區131位於基體區13中。閘極結構14位於深井區11上方，且位於汲極區121與源極區131之間，而隔離結構15位於源極區131與汲極區121間之深井區11中。

於本實施例中，閘極結構14可包含閘極介電層、多晶半導體層及金屬半導體層(圖未示)。隔離結構15可為溝渠隔離結構或場效氧化層，具有絕緣作用。深井區11、汲極區121與源極區131可具有第一型摻質，而基板10與基體區13可為第二型摻質。第一型摻質與第二型摻質之導電性不同，前者可為N型摻質，後者則為P型摻質，而兩者電性可互換。

值得注意的是，第一摻雜區16配置於閘極結構14下方之深井區11中，且位於源極區131與該隔離結構15之間，並與源極區131或基體區13之間保留一段距離。其中，第一摻雜區16可具有第一型摻質，其摻質濃度介於汲極區121與深井區11之摻質濃度之間，濃度由低到高為深井區11、第一摻雜區16、汲極區121。此外，汲極區121與源極區131之摻質濃度可相同，而源極區131之摻質濃度高於基體區13之摻質濃度。據此，本實施例之橫向擴散金氧半電晶體元件100既可維持高崩潰電壓(breakdown voltage)，又可改善習知橫向擴散金氧半電晶體關於導通電阻過高及熱載子效應之缺失。

另外，第一實施例之深井區11可包含漂移區12，而該汲極區121可位於漂移區12中，且漂移區12與汲極區121皆具有第一型摻質，不過，漂移區12摻質濃度可介於第一摻雜區16與深井區11之間。如圖2所示，該隔離結構15可鄰近汲極區121，且第一摻雜區16可鄰近隔離結構15或是直接接觸隔離結構15，而閘極結構14可完全覆蓋第一摻雜區16。此外，橫向擴散金氧半電晶體元件100可包括第二摻雜區17，位於基體區13中，及位於第一摻雜區16與源極區131之間，且與源極區131相鄰近，第二摻雜區17與第一摻雜區16可具有相同濃度之第一型摻質。請參見圖3，於橫向擴散金氧半電晶體元件100中，閘極結構14亦可包含間隙壁142a、142b，分別位於鄰近汲極區121與源極區131之閘極結構14之側壁上，其中，間隙壁142a可位於隔離結構15上方，而間隙壁142b可位於第二摻雜區17上方。此外，汲極區121與源極區131上方可分別具有導體接觸結構41及42。

請參見圖4及圖5，圖4係本發明之第二實施例之橫向擴散金氧半電晶體元件之上視示意圖；圖5係沿圖4中AA’之剖面示意圖。本實施例與第一實施例的差別，在於本實施例之橫向擴散金氧半電晶體元件200之閘極結構14中具有開口結構141，開口結構141配置於第一摻雜區 16上方，可暴露出第一摻雜區16，可暴露部分之第一摻雜區16(如圖5所示)或暴露整個第一摻雜區16(圖未示)。另外，開口結構141可鄰近汲極區121，並與閘極結構14之外側壁14w隔有距離。開口結構141可為長條形的開口(如圖4所示)，或為複數個間隔排列的開口141a~141e(如圖6所示)，其中，該些開口141a~141e面積大小可一致或不一致，開口形狀也無限制。

請參照圖7，於本發明第二實施例中，閘極結構14可包括複數個間隙壁，位於開口結構141之複數個側壁上，其中，部分間隙壁，如間隙壁143b可覆蓋第一摻雜區16，而間隙壁143a可覆蓋隔離結構15。另外，請參照圖1、圖2，本發明之橫向擴散金氧半電晶體元件可以對稱軸30為中心，向兩側呈現對稱的兩個橫向擴散金氧半電晶體元件100，其中，對稱軸30經過汲極區121之中心，換言之，兩個橫向擴散金氧半電晶體元件100可共用汲極區121及漂移區12。圖3至圖7之實施例皆如同第一實施例呈對稱結構，不再贅述。據此，本發明第二實施例亦可改善習知橫向擴散金氧半電晶體關於導通電阻過高及熱載子效應之缺失，並維持高崩潰電壓(breakdown voltage)。

本發明提供一實施例關於橫向擴散金氧半電晶體元件100之製造方法。請參考圖2，首先，提供基板10，對基板10進行摻雜程序，於基板10中形成具有第一型摻質之深井區11。於深井區11中形成隔離結構15，接著，可利用預先設計之光罩圖案進行摻雜程序，以於深井區11中形成漂移區12與基體區13，其中，漂移區12可與隔離結構15相鄰。然後，再進行摻雜程序，可於隔離結構15與基體區13間的深井區11中形成第一摻雜區16。接著，於隔離結構15及該第一摻雜區16上方形成閘極結構14，形成方法可利用化學或物理沈積製程，將閘極介電層、多晶半導體層及金屬半導體層(圖未示)依序沈積於基板10上方，再利用光罩進行圖案轉移製程，以形成閘極結構14，而閘極結構14可覆蓋整個第一摻雜區16。另 外，第二摻雜區17可與第一摻雜區16於同一道製程中完成，或是於閘極結構14完成後再形成第二摻雜區17。

最後，進行摻雜程序，於閘極結構14之相對兩側下方分別形成具有第一型摻質之汲極區121與源極區131，例如，如圖2所示，於漂移區12中形成汲極區121，於基體區13中形成源極區131，因此，隔離結構15也位於汲極區121與源極區131之間，而第一摻雜區16也位於隔離結構15與源極區131之間並與源極區131或基體區13之間具有距離。各個區域的摻質種類或濃度皆如同前述，不再贅述。

此外，汲極區121與源極區131之形成過程中，可利用光罩圖案(圖未示)定義出汲極區121與源極區131之位置，或是如圖3所示，先於閘極結構14周圍形成間隙壁，於進行摻雜製程時，間隙壁142b及隔離結構15可作為罩幕，間隙壁142b可遮蔽第二摻雜區17，而未被間隙壁142b及隔離結構15遮蔽的區域可分別形成源極區131與汲極區121。最後，如圖3所示，分別於汲極區121與源極區131上方形成導體接觸結構41及42。

本發明提供另一實施例關於橫向擴散金氧半電晶體元件200之製造方法。請參考圖5，閘極結構14具有開口結構141，因此，在進行圖案化製程時，可利用一道圖案轉移製程，利用修改後的光罩圖案，形成具有開口結構141之閘極結構14。值得注意的是，與前述實施例相比較，並不因形成開口結構141而增加製程。接下來，對開口結構141所暴露之深井區11進行摻雜程序，用以形成第一摻雜區16，將第一型摻質透過開口結構141植入深井區11中，植入角度可與基板10的法向量交叉，使閘極結構14可遮蔽部分之第一摻雜區16；植入角度若與基板10的法向量平行，則閘極結構14遮蔽第一摻雜區16之部分會比較少或是未遮蔽到第一摻雜區16。另外，第二摻雜區17可與第一摻雜區16於同一道製程中完成。

接下來，於汲極區121與源極區131之形成過程中，為避免 第一摻雜區16或第二摻雜區17再受到摻質植入而加重濃度，可利用光罩圖案(圖未示)定義出汲極區121與源極區131之位置，或是如圖7所示，形成複數個間隙壁作為罩幕，如於開口結構141中形成間隙壁143a與143b，利用間隙壁143b及閘極結構14遮蔽住第一摻雜區16以進行摻雜程序；以及，利用間隙壁142b遮蔽住第二摻雜區17。

綜上，本發明利用於隔離結構與源極區之間設置第一摻雜區來改善習知橫向擴散金氧半電晶體元件之效能，既可維持高崩潰電壓(breakdown voltage)，又可改善習知橫向擴散金氧半電晶體關於導通電阻過高及熱載子效應之缺失。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

200‧‧‧橫向擴散金氧半電晶體元件

11‧‧‧深井區

12‧‧‧漂移區

121‧‧‧汲極區

13‧‧‧基體區

131‧‧‧源極區

14‧‧‧閘極結構

141‧‧‧開口結構

14w‧‧‧閘極結構外側壁

15‧‧‧隔離結構

16‧‧‧第一摻雜區

17‧‧‧第二摻雜區

Claims (14)

1. 一種橫向擴散金氧半電晶體元件，其包括：一基板；一深井區，位於該基板中，具有一第一型摻質；一汲極區，位於該深井區中，具有該第一型摻質；一基體區，位於該深井區中，具有不同於該第一型摻質之一第二型摻質；一源極區，位於該基體區中，具有該第一型摻質；一閘極結構，位於該深井區上方，且於該源極區與該汲極區之間；一隔離結構，位於該源極區與該汲極區間之該深井區中；以及一第一摻雜區，配置於該閘極結構下方，且於該源極區與該隔離結構間之該深井區中，並與該源極區間具有一距離，該第一摻雜區具有該第一型摻質，其中，該第一摻雜區之摻質濃度低於該汲極區之摻質濃度，且高於該深井區之摻質濃度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之橫向擴散金氧半電晶體元件，其中，該閘極結構具有一開口結構，該開口結構位於該第一摻雜區上方。
3. 如申請專利範圍第2項所述之橫向擴散金氧半電晶體元件，其中，該開口結構為一長條形之開口。
4. 如申請專利範圍第2項所述之橫向擴散金氧半電晶體元件，其中，該開口結構為複數個間隔排列之開口。
5. 如申請專利範圍第2項所述之橫向擴散金氧半電晶體元件，其 中，該開口結構暴露出該第一摻雜區。
6. 如申請專利範圍第2項所述之橫向擴散金氧半電晶體元件，該閘極結構包括複數個間隙壁，配置於該開口結構之複數個側壁上，其中，部分該些間隙壁覆蓋該第一摻雜區。
7. 如申請專利範圍第2項所述之橫向擴散金氧半電晶體元件，該開口結構鄰近該汲極區，並與該閘極結構之外側壁具有一距離。
8. 如申請專利範圍第1項所述之橫向擴散金氧半電晶體元件，其中，該閘極結構僅覆蓋部分之該第一摻雜區。
9. 如申請專利範圍第1項所述之橫向擴散金氧半電晶體元件，其中，該閘極結構完全覆蓋該第一摻雜區。
10. 如申請專利範圍第1項所述之橫向擴散金氧半電晶體元件，其中該隔離結構鄰近該汲極區，且該第一摻雜區鄰近該隔離結構。
11. 如申請專利範圍第1項所述之橫向擴散金氧半電晶體元件，其中該深井區包含一漂移區，該汲極區位於該漂移區中，其中該漂移區具有該第一型摻質，其摻質濃度介於該第一摻雜區與該深井區之摻質濃度之間。
12. 如申請專利範圍第1項所述之橫向擴散金氧半電晶體元件，其中該第一摻雜區與該基體區間具有一距離。
13. 一種形成橫向擴散金氧半電晶體元件之方法，其步驟包括：提供一基板；於該基板中形成一深井區，該深井區具有一第一型摻質；於該深井區中形成一隔離結構；於該深井區上方形成一閘極結構，該閘極結構具有一開口結構，用以暴露出部分之該深井區；進行一第一摻雜程序，利用該開口結構於該深井區中形成一第一摻雜區，其中，該第一摻雜區具有該第一型摻質；以及進行一第二摻雜程序，於該閘極結構之相對兩側下方分別形成具有該第一型摻質之一汲極區與一源極區，其中，該隔離結構位於該汲極區與該源極區之間，且該第一摻雜區位於該隔離結構與該源極區之間並與該源極區間具有一距離，該第一摻雜區之摻質濃度低於該汲極區之摻質濃度，且高於該深井區之摻質濃度。
14. 一種形成橫向擴散金氧半電晶體元件之方法，其步驟包括：提供一基板；於該基板中形成一深井區，該深井區具有一第一型摻質；於該深井區中形成一隔離結構；進行一第一摻雜程序，於該深井區中形成具有該第一型摻質之一第一摻雜區；於該隔離結構及該第一摻雜區上方形成一閘極結構；以及進行一第二摻雜程序，於該閘極結構之相對兩側下方分別形成具有該第一型摻質之一汲極區與一源極區，其中，該隔離結構位於該汲極區與該源極區之間，且該第一摻雜區位於該隔離結構與該源極區之間並與該源極區間具有一距離，該第一摻雜區之摻質濃度低於該汲極區之摻質濃度，且高於該深井區之摻質濃度。