TWI357156B - A semiconductor structure - Google Patents
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Description
1357156 九、發明說明： : 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於半導體裝置，且特別是有關於金氧 . 半導體（MOS)裝置、以及特別有關於高壓金氧半導體 . (HVMOS)裝置之結構及製造方法。 » 【先前技術】 高壓金氧半導體（HVMOS)裝置，廣泛地使用於許多 • 電子裝置中，例如：中央處理單元之電源供應器、電源 管理系統、交流/直流變流器等等。 高壓金氧半導體裝置有許多類型。一對稱高壓金氧 半導體裝置於源極及汲極具有對稱之結構。可將高壓施 用於源極和汲極兩端。一非對稱高壓金氧半導體裝置於 源極及没極具有非對稱之結構。例如：僅源極和汲·極兩 者其中之一，通常為汲極，設計用以支撐高壓。 當將一高壓施於閘極，以使該高壓金氧半導體裝置 • 於一高溫期間，該裝置必須承受一熱偏壓應力 (biased-temperature stress，BTS)測試。一對稱高壓金氧 半導體裝置，於高閘極電壓下進行應力測試時，汲極和 源極間之漏電流，相較於熱偏壓應力測試前之漏電流， 會顯著地增加。關閉狀態之漏電流可高於熱偏壓應力測 試前三至五個等級。之後，即使移除熱偏壓應力測試所 施加之電壓後，仍維持高漏電流。 因此，需要一用以消除熱偏壓應力測試影響之方法。 0503-A32728TWF/rita 5 【發明内容】 勹括有t於此，本發明揭露一種高壓金氧半導體裝置， :區係=係形成於一基底上;-第二高壓 區相反導一具有與該第-及第二高壓井 之弟三高壓井區’係形成於該基底上，並 二3口型井區具有至少—部份位於該第一高壓Ν Μ ,Λ弟—向壓N型井區之間；一絕緣區於該第一 并區中|井區、該第二高壓Ν型井區、以及該高壓ρ型 並:袖Ρ閘極介電層，係覆蓋該第—高壓Ν型井區， 極介電声：第Ν型井區；—閑極’係形成於該閑 蓋該料區。，〜該閉極電性絕緣之遮蔽圖案，係覆 本發明亦揭露，該閘極與該遮蔽圖案之間，係具 小於0.4微米之間距。 八 轉接it另揭露’耦接該遮蔽圖案之-電壓，係小於 耦接该閘極之—應力電壓。 本發明揭路另—種高壓金氧半導體裝置，包括：一 j -第m型井_VNW)及—第二高遷 底中，其中，該第-—型井區係 方向，一尚壓P型井區（HVPW)於該基底中， 型^具有至少一部份位於該第一高㈣型井 兮第：S 井區之間；一閉極介電層，係覆蓋 人 同孓1井區，並延伸至該第二高壓N型井區， 0503-A32728TWF/rita 6 ^7156 一中該閘極介電層具有一沿著爷 閘極，係报士认^ 0B 考这弟一方向之邊緣，·— 係形成於该閘極介電層上；一纟 _型井區、該第二高壓N型井區、==弟-高 區中’其巾，該絕緣區之—部份 :LP型井 伸’係沿著與該第一方向垂直之電層邊緣延 拡固虫. 心弟一方向；以及一谛 敝圖案，係覆蓋該絕緣區，1 遮 性维鏠 Μ 止 八Τ 4遮敝圖案與該閘極電 步地，該閉極與該遮蔽圖案之間，且有： 小於0.4微米之間距。 ，、有 本發明另外更揭露—種形成—高驗 之方法，句妊.捍Ait甘― 丁予IS裝置 井區为一古 於基底中形成-第， 品 弟一南厪井區，其中，該第一；？筮·>·^γ· Α—贫 忑弟及第二南壓井區 二结二型；於基底中形成—第三高㈣區，其中， Q弟二高壓井區為與該第一導電型相反之一第二 型，且其中該第三高壓井區具有至少一部份位於該第： :f井區及該第二高壓井區之間；形成-絕緣區於該第 /壓井區、該第二高料區、以及該第三高壓井區中； 形，-閘極介電層覆蓋於該第—高壓井區上，並延伸至 ^第二高廢井區，該閘極介電層具有—連接該絕緣區之 邊緣；於該閘極介電層上形成—閘極；形成—遮蔽圖案 覆盖於該絕緣區上’其中，該遮蔽圖案與該閘極電性絕 緣，且其中，該閘極與該遮蔽圖案之間，具有一小於〇 4 微米之間距。 本發明之實施例，係無因為熱偏壓應力測試所造成 之漏電流增加之慮。 °5〇3-A32728TWF/rita 7 1357156 =使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易 文特舉實施例’並配合所附圖示，詳細說明如下。 【實施方式】 參考第1A圖至帛1C_，係說明本發明之較佳 :實接：說明產生本發明較佳實施例之過程。心 ί 說明及各種觀點中，係利用相似參考編號以 曰^之70件。每—圖示之編號係依字母A、B、或c 排列第^顯示各自之圖形為一相同結構之不同觀點。 第二=1?示本發明之-較佳實施例。 口丨尔崎上視圖。弟圖係第 面圖。第固口你弟1Α圖沿Χ_Χ，線之截 圆弟⑴圖係弟1Α圖沿_線以& w。 參考第1A圖’係顯示—半導體基體ι〇〇 …™於高心 係顯示該高= 區_)28。第1^圖 係形成於該半導體基體】。。之頂二及井區28 底20上方。1緣區3〇::成於一基 區，在本士认山 k J此為一淺溝槽隔離（STI) 型井區24及26'、以及高 ) =僅：緣區30儘可能地覆蓋上述裝置區域之重 要邛伤，僅留下穿過絕緣區3〇 %和36(同樣地參考第}二二:動區 絕緣區3 0為-單—區域 例中’ 於第1Β圖及第1CH之哉⑽所有子^域相連接，雖然 圖之截面圖巾，顯示絕緣區30包含數. 〇503，A32728TWF/rita 8 ^.57156 個隔離區。於其它實施例中，絕緣區3〇可包括複數之隔 區〇 麥考第1B圖，於該淺溝槽隔離區3〇及主動區％上 方’形成一閘極堆疊，包括一閘極介電層4〇和—閘極3心 該間極堆疊儘可能地覆蓋主動區34，並且延伸至絕緣區 3〇之環繞部分。摻雜主動區32及36,以形成源極/汲 極區」係各自地表示為區域3 2及3 6。當將源極/沒極區 32及36分別隔離於該閘極38之兩邊，所產生之 半導體裝置便足以承受高壓。 ^ 〃 往回參考第1A目’於絕緣㊣3〇上方形成兩遮蔽圖 案42,且極接近於閘極38。遮蔽圖案42可以廣為使用 之導體材料形成’例如··多晶石夕、金屬、金屬石夕化物、 金屬氮化物等等。遮蔽圖案42之寬度w可為設計法則 允許之任意值，以及儘可能地少於8微米，並且儘量等 =設計法則所允許之最小值。例如，於〇丨8微米製程中， 見度W約為〇.25微米。於65奈米製程中，寬度w約為 〇.2微米。於更小規模中，寬度W甚至小於0.12微米。 ^蔽圖木42及閘極38之間，儘可能地具有—提供電性 、'、邑、’彖之j間距D °關於遮蔽圖案42之長度及間隔〇 之較佳值，將於隨後之段落討論細節。 遮蔽圖案42儘可能地連接下方之高區 考第1B圖），例如：透過觸點和^屬：^未— 或者’當執行一熱偏壓應力測試及將一應力電麗^施於 閘極38時，遮蔽圖案〇連接於另一特徵，係具有一較 〇503-A32728TWF/rita 9 1357156
該應力電壓vg低之電壓。於此情況下，遮蔽圖案42與 下方之尚壓p型井區28(以及/或者基底2〇)之電壓差儘 ，小於該應力電壓Vg之百分之5〇，且儘可能地小於; 分之25。更儘可能地，假使高壓P型井區28(及基底20) 接地遮蔽圖案42為接地。於一示範實施例中，若使用
一 40伏特之熱偏壓應力測試電壓Vg，遮蔽圖案之電 壓儘1能地少於20伏特，以及更儘可能少於10伏特， 甚至最好為〇伏特。遮蔽圖案42之示範連接，係包括， 仁非用以限疋’透過導線、或電阻（未顯示）直接連接遮蔽 圖案=2及下方之高壓p型井區28(以及/或者基底· 第1 C圖，係顯示第JA圖之實施例，沿γ_γ，線之截 面圖。於該較佳實施例中’透過將—高屡％施於閑極 38 ’以及將高壓N型井區24及％(以及/或者基底抑 接地該特徵間之電場具有相異之電壓。箭頭私、^、 ^ 50才不示„亥示範電場。假使遮蔽圖帛a具有一與下方 而歷二型井區28相同之錢，則該電場48被降至〇。 若將遮蔽圖案42從該較佳實施例中移除，並將一相 同電麗Vg施於間極38，對應之電場分佈如第⑼圖所顯 不。各自之上視圖係顯示於第2八圖。當將一高廢％施 於閉，38及基底2〇時，於一淺溝槽隔離％中產生一個 大電％ 52。因此’如電子之被絕緣區30之上表面54所 如電敎正電荷制斥以及/或者接近絕緣區 Λ f 因為絕緣區3G包括介電物質，即使於該 應力後，仍维持此電荷分佈。 0503-A32728TWF/rita 第2C圖係顯示第2A圖實施例沿ζ·ζ，線之截面圖， 亦饭没移除遮蔽圖案42(參考第1Α圖）。值得注意的是， 由於正電荷位於絕緣區3〇之底部，於高壓ρ型井區 ^之負電荷，被一靠近絕緣區30底部56之區域所吸引， 口 成一反轉區58〇該反轉區58於高壓ν型井區24 及=壓Ν型井區26間形成一導電路徑。因此，即使高壓 金氧半導體裝置為關閉狀態，亦存在—漏電流1⑽。 根據先前段落所提供之結論及分析，加人遮蔽圖案 42有利於該較佳實施例，係已於第ια圖及第⑴圖顯 不。再次參考第1C圖，將遮蔽圖案42接地或耦接-低 電壓，將有效遮蔽閘極38與遮蔽圖案42間一區域中之 —大，場。絕緣區30之電4 48 ’至少被顯著崎低(假 使遮蔽圖案42之電壓’係介於接地電壓與應力電塵Vg 間），或被消除，當遮蔽圖案42接地時。如上所述，施加 於遮蔽圖案42之電Μ，至少足以使該電場48(參考第⑴ 圖）低至無電荷移動。 第3A至4C圖，係顯示本發明較佳實施例之一示範 ，成流程。第3A圖係顯示一包括高虔p型井區28、及 南塵N型井區24及26之半導體基體2〇上視圖。高壓p 型井區28微換雜P型雜質，如蝴以及/或者銦，而高壓 N型井區24及26微掺雜N型雜質，如錄以及/或者+ 該較佳雜H度係介於1()Vem3及，一3間，雖然 可使用較向或較低濃度。 第3B圖係顯示f 3A圖實施例沿χ_χ,線之截面圖。 0503-A32728TWF/rita
/ 1 JO \ . v
高麗p型井區28、以及高壓N 蓋於4 Z 係形成覆 料，雖^用ιΛ 能地包括如石夕之一半導體材 二雖然可使用其它半導體材料。基底20儘可能為 攻考，基底可以Ν型雜質摻雜。 ，，-Ν+型埋姉Bl)(未顯示)，儘可能具有一與 ^ - 〇導電型相反之導電型，係形成於基底之頂部 二該N+型埋層儘可能具有一摻雜濃度躲i〇ivw 型井區及井作：：電性隔離區，係隔離該高壓N . 井區，酼後會由基底20形成並覆蓋該 里層。假使該N+型埋層形成，高壓p型井區 半=…井區2…6,儘可能透過-外延成長之 此之冰θ 士成设盍該N+型埋層，並植入適當之雜質。除 型井區28、以及高型井區24及26 沿^t間早植入基底2〇之頂部區形成。第3A圖實施例 線之戴面圖係顯示於第3B圖中，其中僅高壓P i井區顯示於圖中。 考第4A、4B、及4C圖’係形成絕緣區3〇。第4a =顯=該產生架構之上視圖。絕緣區30(係第4A圖之 ^ 、軼π是觀看）覆蓋整個圖示區，除主動區32、34、 及36外。於—外 D ^ ° Α-Χ線之截面圖中’係顯示形成於高壓 妒铋《區28 '及高壓Ν型井區24及26中之絕緣區30。 ::區3〇儘可能具有一小於〇5微米之深度。第4c圖 係顯示弟4,圖沿Y-Y，線之截面圖。 於該車父隹實施例中，絕緣區3〇為一淺溝槽隔離區。 〇5〇3-A32728TWF/rita 12 1357156 :所屬f術領域中具有通常知識所知，絕緣區30之形 今、查：处，於基底形成一淺溝槽隔離、將介電材料填入 磨 =例如··高密度電_Hp)氧化物、以械 於其它實施例中，絕緣區3。為一場氧化層。 之形成，最好透過形成一遮罩層，如氮切、 接：=層形成一開孔、以及進行局部氧化(loc 。 接耆移除該遮罩層。 一閘極堆疊’包括：閘極38、下方之閑極介電層仞、 二及遮蔽圖案42,然後形成，所產生之架構已於第1A、 及圖中顯不。該開極堆疊儘可能地覆蓋主動區 4,且儘量延伸至絕緣區3〇之上（參考第4a圖）。暴露 =主，區32和36接著以N型雜質摻雜，濃度約為忉18 或更高’以形成源極/汲極區，亦表示為區域％ 及36 0 ，於該較佳實施例中’遮蔽圖案42與該閘極38同時 形成’且以由—相同材料形成。當崎下方介電層時， 歧圖案42可能具有下方介電層，係與閘極介電層4〇 =成脾f而，若閘極介電層4〇包括熱氧化層，遮蔽 : 將無下方介電層。或者’遮蔽圖案42可從該閘 極38個別形成，因此遮蔽圖案心與⑽之材料可不同， 而遮蔽圖案42可直接形成於絕緣區3〇上。 值得注意的是’遮蔽圖案42不同於已知之測試圖宰 (d:my Patterns)，亦可與閘極38同時形成，以減少圖案 負何之影響。測試圖案之形成儘可能遠離閘極38。.不然 0503-A32728TWF/rita 1357156 將…、法改進圖案禮度之均勻性。例如：於〇 Μ微米製程 中，设計規則要求閘極38及一鄰近測試圖案之間距需大 於0.5微米。不過，遮蔽圖案42則需儘可能地靠近該閘 極。同時測試圖案係浮接。而遮蔽圖案42則需連接至其 它特徵，最好為基底20，以具有遮蔽效應。 該較佳實施例具有複數之變化。例如：第5Α圖係顯 不一咼壓Ν型金氧半導體（HVNM〇s)，具有絕緣區3〇僅 形成於該源極/汲極區32/36與該高壓N型金氧半導體 裝置之通道區間。或者，如第5B圖所示，該源極/汲極 區32/36與該通道區之間，並無絕緣區形成。 第6圖係顯示遮蔽圖案42及閘極38之間距D盥埶 偏壓應力測試常恶漏電流之關係示意圖。可發現遮蔽圖 案42及閘極38之間距D(參考第1A圖）儘可能地少於〇.4 微米’更儘可能少於0.3微米，以及更儘可能少於〇 25 微米。於積體電路形成技術之設計規則允許下，間距D 亦儘可能地小。例如：於〇. 18微米製程中，間距D之最 小值約為0.25微米。於65奈米製程中，間距〇之最小 值約為0.12微米。於更小規模中，間距d甚至小於〇.12 微米。 第7圖係顯示遮蔽圖案42長度L2與閘極3 8長度 Ll(參考第1A圖）比、以及熱偏壓應力測試常態漏電流之 關係示意圖。可發現為有效減少漏電流，長度L2儘可能 大於長度L1之百分20’更儘可能大於百分40，以及更 儘可能等於長度L1。 05〇3-A32728TWF/rita 14 1357156 透過利用該等較佳實施例，實質上消除了由熱偏壓 f力測試所引起之漏電流。第8圖係顯示無遮蔽圖案之 尚壓金氧半導體裝置所得到之實驗結果。曲線7Q係顯示 熱偏屢應力_前之漏電流，而曲線72係顯示熱偏壓應 力測試後之漏電流。可發現漏電流72比曲線7G大超過 千倍（一個等級）。對照第9圖’係顯示具有遮蔽圖案之高 壓金氧半導體裝置所得到之實驗結果。曲線8Q係顯示敎
偏塵應力測簡之漏電流，而㈣82係顯示熱偏壓應力 測試後之漏電流，實質上為重疊。 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’任何所屬技術領域中具有通常知識者， 在不脫離本發明之精神和範圍内，當可倣些許更動與潤 飾丄因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所
0503-A32728TWF/rita 1357156
【圖式簡單說明】 第1A至1C圖係顯示本發明之一較佳實施例； 第2A至2C圖係顯示無遮蔽圖案之高壓金氧半導體 裝置之上視圖及截面圖；
第3A至3C及4A至4C圖，係顯示於第ία至1C 圖所f本發明—較佳實施例，製造過程t之階段示意圖； 第5A及5B圖係顯示本發明較佳實施例之變化示音 圖； ~
第6圖係顯示與遮蔽圖案及閘極之間距有關之常態 漏電流之關係示意圖； " =7圖_示與遮蔽圖案及閘極長度比有關之常 漏電流之關係示意圖； 漏電Ϊ I果圖係由—習知高壓金氧半導體裝置所得之 加 果、、中，於熱偏壓應力測試後漏電流顯著增 置所！9圖係顯示由具有遮蔽圖案之高壓金氧半補 置所得之漏電流結果，兑由 乳干等體威 流。 ’、，可么現無實質增加之漏電 3〇〜絕緣區； 34〜主動區； 38〜閘極； 【主要元件符號說明】 100〜半導體基體； 32〜主動區； 36〜主動區 42〜遮蔽圖案； °5〇3-A32728TWF/rita 16 1357156 HVNW 24~高壓N型井區（HVNW); HVNW 26〜高壓N型井區（HVNW); HVNW 28〜高壓N型井區（HVNW); D〜間距； W〜寬度； LI〜長度； L2〜長度； 40〜閘極介電層； 20〜基底； 54〜表面； 56〜底部； 5 8〜反轉區。
0503-A32728TWF/rita 17
Claims (1)
- 十、申請專利範圍： κ 一種半導體結構，包括： 一基底； 一第一導電型之一第一高壓井區（HVW)，係形成於 該基底上； 第型之一第二高壓井區，係形成於該基底 上； β 一第三高壓井區係形成於該基底上，其中該第三高 壓：區為與該第-導電型相反之-第二導電型，而其中 該第三高壓井區具有至少一部份位於該 該第二高壓井區之間； 一絕緣區於該第-高壓井區、該第二高壓井區、以 及δ亥第二南塵井區中； 閘極W電層，係覆蓋該第一高壓井區，並延伸至 该弟二高屢井區； 閘極係形成於该閘極介電層上；以及 二一遮蔽圖案，係覆蓋該絕緣區，其中該遮蔽圖案與 该閘極電性絕緣’而其中該閘極與該遮蔽圖案之間，具 有一小於0.4微米之間距。 、 ^ 2.如申請專利範圍第1項所述之半導體結構，其中 該間距係小於0.25微米。 3.如申請專利範圍$丨項所述之半導體結構，其 中，該間距㈣於設計規則所定義之最小間距。 (如申請專利範圍第i項所述之半導體結構，其 〇503-A32728TWF/rita 18 中’ έ亥遮蔽圖荦叙 該閑極之-應；該電歷係實質上小於耗接 中，节二申°月專利範圍第1項所述之半導體結構，A 中5亥遮敝圖案係與該基底相連接。 構其 中 兮典專利範圍第1項所述之半導體結構，A r遮敝圖案與該閘極之長度比，係大於02。 /、 括：.如申請專利範圍第1項所述之半導體結構，更包 、額外絕緣區於該第—高麗井區、該第 區、以及該第：r古颅井 糾缘巴： 且該額外絕緣區，相較於 忑、，·έ、，彖£，於該閘極之另一邊；以及 又巧 額外遮蔽gj案’係覆蓋該額外絕緣區， 額外遮蔽圖幸盥气· „ & + ^ Ύ 5亥 外迻蔽緣’而其巾賴極與該額 外遮敝圖案之間’具有-小於0.4微米之間距。 =Μ請專利範圍第】項所述之半導體結構，1 中’相極與該額外遮蔽圖案係由一相同材料形成。，、 士，1如申請專利範圍第1項所述之半導體結構，其 只弟型係為ν型，而該第二導電型係為ρ型。 10· —種半導體結構，包括： 一基底； 二Ν型井區（HVNW)，係形成於該基底上； 第=尚壓N型井區，係形成於該基底上； • 一高壓P型井區（HVPW)，係形成於該基底上，該高 廢P型井區具有至少—部份位於該第—高麼N型井區及 0503-A32728TWF/rita 19 5亥第二高壓N型井區之間； 井區、以及該高麗P型井區中； —型 閘極介電層’係覆蓋該第—高塵，、， 伸至該第二高壓N型井區； 井 亚延 閛極，係形成於該閘極介電層上；以及 节門搞Ϊ卜,圖案，係覆蓋該絕職，其中該遮蔽圖宰金 ⑽鍵霄質上小於該應力電壓之-遮蔽電壓。 ^如申請專利範圍第1G項所述之半導體結構，盆 中，該遮蔽電壓係小於該應力電壓的百分之50。'、 12.如申請專利範圍第u項所述之半導體結構，立 中，係將該遮蔽圖案接地。 /、 導體結構，包括 13. —種 一基底； 〇 7第一高壓N型井區（HVNW)及一第二高壓N型井 區於β亥基底中，5亥第—及第二高塵N型井區係沿— 一方向； 弟 σ 一咼壓Ρ型井區（HVPW)於該基底中，該高壓ρ型井 區有至夕4伤位於该弟一向壓N型井區及該第二古 壓N型井區之間； ’ q 一閘極介電層，係覆蓋該第一高壓N型井區，並延 伸至該第二高壓N型井區； 一閘極’係形成於該閘極介電層上； 0503-A32728TWF/rita 20 1357156 ，讀區於該第-Μ N型井區、該第二高壓心 r;二該高壓'型井區中’其中該絕緣區之-部份 問極介電層邊緣延伸，係沿著與該第-方向垂直之 弟一方向；以及 1門極ί =圖木，覆盍該絕緣區，其,該遮蔽圖案與 有”电性絕緣’且其中該閘極與該遮蔽圖 ，且 有—小於0.4微米之間距。 ” 令如申明專利跑圍第13項所述之半導體結構，发 該間距係小於0.25微米。 、 明專利靶圍第13項所述之半導體結構，其 “閑極與該額外遮蔽圖案係由—相同材料形成。、 1 2 U利乾㈣13項所述之半導體結構，I 麵敝圖案與該閘極之長度比，係大於仏 、 ^如中請專利範圍第13項所述之半導體結構，发 该遮蔽圖案係直接形成於該絕緣區上。 /、 1:8.如申凊專利範圍第13項所述之半導體結構 中 中 中 中 包括： 更 2外絕緣區㈣第―高㈣型井區、該第二高墨 相較於，：广亥南壓p型井區中’且該額外絕緣區， 相較於3玄、纟巴緣區，於該閘極之另—邊；以及 一額外遮蔽圖案’係、覆蓋該額外絕緣區， 外電性絕緣，而其中該閘極與該韻 外U圖案之間，具有—小於0.4微米之間距。 19.如申請專利範圍第13.項所述之半導體結構，其 0503-A32728TWF/rita 1357156 中，該絕緣區係為一淺溝槽隔離區。 20.如申請專利範圍第13項所述之半導體結構，其 中，該絕緣區之深度係小於0.5微米。0503-A32728TWF/rita 22
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