TWI624031B - 高耐壓半導體裝置 - Google Patents

Abstract

一種高耐壓半導體裝置，包括一金屬氧化半導體(MOS)裝置，以及一電阻裝置。該MOS裝置包括一源極和一汲極、一汲極絕緣區，毗鄰該汲極、一閘極，毗鄰該源極。該電阻裝置形成在該汲極絕緣區上且電性連接該汲極。該電阻裝置係由複數個電阻區段連接而成，且每一該等電阻區段的形狀包括一弧形。

Description

高耐壓半導體裝置

本揭露係有關於一種半導體，特別是有關於具有弧形電阻的高耐壓(high-voltage)半導體裝置。

在一交流(AC)或一直流(DC)的半導體電路中，常使用由電阻所構成的分壓器。一般採用一高電阻係數之多晶矽(HR poly)電阻，設置在一場氧化層(FOX)上。但該HR poly電阻的缺點是高壓端受限於FOX的厚度，若要提升該高壓端的耐壓性，可採用一螺旋狀HR poly電阻與一超高電壓(UHV)二極體形成並聯，讓該UHV二極體來承受高壓。

為了節省面積的目的，可將一HR ploy電阻與一UHV MOS整併。但是隨著電流需求的增加，前述架構已不敷使用。為因應電流增加，有加大UHV MOS尺寸的設計出現，但是會遭遇電阻值過大的問題。若嘗試降低電阻值，由於受限於UHV MOS的形狀，則會破壞該HR poly電阻下方的該UHV MOS的電場分布，導致整體的耐壓性不足。

本揭露的一實施例揭露了一種高耐壓半導體裝置，包括一金屬氧化半導體(MOS)裝置，以及一電阻裝置。該MOS裝置包括一源極和一汲極、一汲極絕緣區，毗鄰該汲極、以及一閘極，毗鄰該源極。該電阻裝置形成在該汲極絕緣區上 且電性連接該汲極。該電阻裝置係由複數個電阻區段連接而成，且每一該等電阻區段的形狀包括弧形。

本揭露又一實施例揭露了一種高耐壓半導體裝置，包括一指狀汲極區，具有複數個汲極指狀部、一源極區，包圍該指狀汲極區，具有對應於該等汲極指狀部的複數個源極袋狀部、一絕緣區，形成於該指狀汲極區及該源極區之間，且毗鄰該指狀汲極區、一閘極區，形成於該絕緣區和該源極區之間、以及一電阻裝置，形成於該絕緣區上，且和該指狀汲極區的該等指狀部其中之一電性連接；其中，該電阻裝置由複數個電阻區段連接而成，每一該等電阻區段是弧形、半月形或C形。

1、2、3、4‧‧‧高耐壓半導體裝置

10、20、30、40‧‧‧電阻裝置

11‧‧‧圓形MOS裝置

20a‧‧‧電阻裝置20的直線部分HR poly電阻

21‧‧‧跑道型MOS裝置

31‧‧‧MOS裝置

41‧‧‧指狀MOS裝置

110、210、310‧‧‧源極

112、212、312‧‧‧汲極

114、214、314‧‧‧閘極

116、216、316、416‧‧‧汲極絕緣區

300‧‧‧p型基板

302‧‧‧p型井區

304‧‧‧n型井區

340‧‧‧內連線

410‧‧‧源極區

410a‧‧‧源極袋狀部

412‧‧‧指狀汲極區

412a‧‧‧汲極指狀部

414‧‧‧閘極區

從閱讀以下的詳細說明並搭配所附圖式，能對本揭露有最佳的理解。必須強調的是，根據工業上的標準作業，各種特徵並沒有按比例畫出，僅做說明用途。事實上，為了更清晰的討論，各種特徵的尺寸可能隨意增加或減小。

第1圖顯示一高耐壓半導體裝置的頂視圖，其中該高耐壓半導體裝置的形狀為一圓形。

第2圖顯示一高耐壓半導體裝置的頂視圖，其中該高耐壓半導體裝置的形狀為一跑道型。

第3圖顯示一高耐壓半導體裝置的剖面圖。

第4圖顯示一高耐壓半導體裝置的頂視圖。

以下揭露提供許多不同的實施例或者範例，用來實施所提供之標的之不同特徵。為了簡化本揭露，以下所述為 元件和佈局的特定例。這些當然僅僅是範例，而且沒有被限制的打算。舉例來說，上面所述的第一特徵或第二特徵的構造遵循可包括在直接接觸中形成的第一和第二特徵之實施例，也可包括額外的特徵可被形成在第一和第二特徵之間，使得第一和第二特徵可沒有直接接觸之實施例。此外，本揭露可在各種範例上重複參考數字和/或字母。重複的目的是為了簡化和明晰，並未要讓它主宰先前討論的各種實施例和/或組態之間的關係。

更進一步的，空間相關的術語，像是”在…下面”、”在…之下”、”向下”、”上”、”向上”諸如此類，當要說明圖式時，這些可被使用作為描述一個元件或特徵和另一個元件或特徵的關係。除了描述圖式的方向外，空間相關的術語旨在包含裝置使用或操作上的不同方向。儀器可被另外定位(旋轉90度或者是其他方向)，於是在此處被使用的空間相關的術語可同樣被闡釋。

請參考第1圖，第1圖顯示一高耐壓半導體裝置的頂視圖(佈局圖)，該高耐壓半導體裝置1包括一圓形MOS裝置11以及一電阻裝置10。該圓形MOS裝置11有一重度摻雜n+源極110、一重度摻雜n+汲極112、一汲極絕緣區116、以及一閘極114。。該汲極絕緣區116，包圍該重度摻雜n+汲極112。該閘極114，包圍該汲極絕緣區116。該重度摻雜n+源極110包圍該該閘極114。其中該電阻裝置10形成在該汲極絕緣區116上，並且電性連接該重度摻雜n+汲極112。在第1圖中，為簡潔起見並未圖示該電阻裝置10與該汲極112的連接。此外，該汲極絕緣 區116可以是一場氧化層區，該場氧化層區包括氧化矽。

隨著電流需求增加，該圓形MOS裝置11並聯該電阻裝置10的架構可能不敷使用。此時，可採用一跑道型或是手指型UHV MOS並聯一HR poly電阻的架構。

請參照第2圖，第2圖顯示一高耐壓半導體裝置的頂視圖，該高耐壓半導體裝置2包括一跑道型MOS裝置21以及一電阻裝置20。其中該跑道型MOS裝置21有一重度摻雜n+源極210、一重度摻雜n+汲極212、一汲極絕緣區216、以及一閘極214。該汲極絕緣區216，包圍該重度摻雜n+汲極212。該閘極214，包圍該汲極絕緣區216。該重度摻雜n+源極210包圍該閘極214。其中該電阻裝置20形成在該汲極絕緣區216上，並且電性連接(未圖示)該重度摻雜n+汲極212。在第2圖中，為簡潔起見並未圖示該電阻裝置20與該汲極212的連接。此外，該汲極絕緣區216可以是一場氧化層區，該場氧化層區包括氧化矽。

第2圖的該電阻裝置20圍繞在該跑道型MOS裝置21的該汲極絕緣區216上方，電阻裝置20完全由HR poly電阻構成，隨著該跑道型MOS裝置21的跑道長度變長，則會遭遇到電阻值過大的問題。如果將電阻裝置20採用較大的間距來設置以降低該電阻值，則會破壞該電阻裝置20下方的該跑道型MOS裝置21的電場分布，導致整體的耐壓性不足。

為了解決該跑道型MOS裝置21並聯該電阻裝置20的架構導致該電阻值過大的問題，可將第2圖所示的電阻裝置20的直線部分的HR poly電阻(20a)改用金屬取代。

但上述方法無法使用在手指型UHV MOS上，因為 當金屬長度過長時，會形成一壓降，造成同一電力線上看到不同電壓的金屬，進而影響崩潰電壓；此外，也增加製程上的複雜度及成本。因此，本揭露更進一步提供具有弧型電阻裝置的高耐壓半導體裝置，來進行改善，以降低所需面積、減少電阻值、及避免影響崩潰電壓。

第3圖顯示依據本揭露之一實施例的一高耐壓半導體裝置的剖面圖。參照第3圖，該高耐壓半導體裝置3包括一MOS裝置31以及一電阻裝置30。該MOS裝置31包括一源極310和一汲極312；一汲極絕緣區316，設於該汲極312和該源極310之間、且毗鄰該汲極312；一閘極314，設於該汲極絕緣區316和該源極310之間。該電阻裝置30形成在該汲極絕緣區316上、且透過內連線340而電性連接該汲極312。該電阻裝置30係由複數個電阻區段連接而成，且每一該等電阻區段的形狀包括弧形。

在此實施例中，該MOS裝置30係形成於一半導體p型基板300(p-sub)上。該半導體p型基板300中，形成有一p型井區302(p-well)，和一n型井區304(n-well)。該p型井區302上，形成有該源極310及該閘極314；該n型井區304上，形成有該汲極絕緣區316及該汲極312。該p型井區302與該n型井區304之間形成一p-n接面。該汲極絕緣區316，例如是場化層。

在實施例裡，該電阻裝置30係由多晶矽或金屬形成。

在實施例裡，該電阻裝置30的每一該等電阻區段可以是一弧形線段。而該弧形線段之弧形包括半月形或C形。

第4圖顯示根據本揭露的各個特徵所構成的半導體裝置之又一實施例。

參考第4圖，第4圖顯示一高耐壓半導體裝置4的頂視圖。該高耐壓半導體裝置4主要由一指狀MOS裝置41和一電阻裝置40所構成。該指狀MOS裝置41包括一指狀汲極區412、一源極區410、一汲極絕緣區416、以及一閘極區414。其中該指狀汲極區412具有複數個汲極指狀部412a。該源極區410包圍該指狀汲極區412，具有對應於該等汲極指狀部412a的複數個源極袋狀部410a。在此實施例中，指狀MOS裝置41有三個指狀汲極區412a及三個源極袋狀區410a。該汲極絕緣區416，形成於該指狀汲極區412及該源極區410之間，包圍且毗鄰該指狀汲極區412。該閘極區414包圍該絕緣區416，且形成於該汲極絕緣區416和該源極區410之間。

該電阻裝置40形成於該汲極絕緣區416上，且和該指狀汲極區412的該等指狀部412a其中之一電性連接。此外，該汲極絕緣區416可以是一場氧化層區，該場氧化層區包括氧化矽。

在實施例裡，該電阻裝置40係由多晶矽或金屬形成。該電阻裝置40由複數個電阻區段連接而成，每一該等電阻區段是可以是具有既定寬度的一弧形線段。而該弧形線段之弧形可以是半月形或C形。

在實施例裡，該電阻裝置40的弧形區段，如第4圖所示，該等弧形區段係由與該指狀汲極區412的該等指狀部其中之一電性連接處向該源極區410之對應的源極袋狀部410a延 伸，而且愈靠近該對應的源極袋狀部410a的底部者，其弧長愈大。

在第4圖所述的實施例中，僅只一個電阻裝置40電性連接指狀部412a；但是本發明並非限定於此，亦可以依應用所需而使用複數個(例如2個或3個)電阻裝置40，分別電性該等連接指狀部412a。

此外，沿第4圖的A-A方向所示的剖面，係與第3圖所示者相同。又，如第4圖所示，任兩個該等電阻區段的連接部，係交錯地位於該A-A剖面線的兩側。

以第4圖所示的高耐壓半導體裝置而言，無需使用如第2圖所示的跑道型MOS裝置，故能降低所需面積。又使用具有弧形、半月形或C型電阻區段的電阻裝置，能達到電阻連續及減少電阻值的效果，且該等弧形電阻區段的延伸方式能形成場板(field plate)效果進而提升崩潰電壓。

前面概述一些實施例的特徵以便對那些在相關領域有專業普通技能的人可更好的理解本揭露的特徵。那些在相關領域有專業普通技能的人可領會，他們可容易使用本揭露作為對為了執行相同的目的和/或達到與在此處介紹之實施例相同的益處而設計或修改其它製程和結構的基礎。那些在相關領域有專業普通技能的人應該也了解那些同等品構造不背離本揭露的精神和範圍，而且他們可在沒有背離本揭露的精神和範圍下，於此處做各種改變、替代和改造。

Claims (6)

1. 一種高耐壓半導體裝置，包括：一金屬氧化半導體(MOS)裝置，包括：一源極和一汲極；一汲極絕緣區，毗鄰該汲極；及一閘極，毗鄰該源極；以及一電阻裝置，形成在該汲極絕緣區上且電性連接該汲極；該電阻裝置係由複數個電阻區段連接而成，且每一該等電阻區段的形狀包括弧形。
2. 如專利申請範圍第1項所述的高耐壓半導體裝置，其中該電阻裝置係由多晶矽或金屬形成。
3. 如專利申請範圍第1項所述的高耐壓半導體裝置，其中該等電阻裝置的該等電阻區段之弧形包括半月形或C形。
4. 一種高耐壓半導體裝置，包括：一指狀汲極區，具有複數個汲極指狀部；一源極區，包圍該指狀汲極區，具有對應於該等汲極指狀部的複數個源極袋狀部；一絕緣區，形成於該指狀汲極區及該源極區之間，且毗鄰該指狀汲極區；一閘極區，形成於該絕緣區和該源極區之間；以及一電阻裝置，形成於該絕緣區上，且和該指狀汲極區的該等指狀部其中之一電性連接；其中，該電阻裝置由複數個電阻區段連接而成，每一該等電阻區段是弧形、半月形或C形。
5. 如專利申請範圍第4項所述的高耐壓半導體裝置，其中該電阻裝置係由多晶矽或金屬形成。
6. 如專利申請範圍第4項所述的高耐壓半導體裝置，其中該電阻裝置的該等電阻區段，係從該指狀汲極區的該等指狀部其中之一向其所對應的一源極袋狀部的底部延伸，且愈靠近該底部者的該電阻區段長度愈長。