TWI747328B - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本發明實施例是關於半導體裝置,特別是關於一種包含場板的半導體裝置。The embodiment of the present invention relates to a semiconductor device, in particular to a semiconductor device including a field plate.
半導體裝置可應用於各種領域,例如:顯示器驅動IC、電源管理IC(或高功率電源管理IC)、分離式功率元件、感測元件、指紋辨識IC、以及記憶體等等。半導體裝置通常由以下方式製造:依序在半導體基底上沉積絕緣或介電層、導電層、以及半導體材料層,並使用微影技術圖案化各種材料層,在其上形成電路組件和元件。Semiconductor devices can be applied to various fields, such as display driver ICs, power management ICs (or high-power power management ICs), discrete power devices, sensing devices, fingerprint recognition ICs, and memory, etc. Semiconductor devices are usually manufactured by sequentially depositing insulating or dielectric layers, conductive layers, and semiconductor material layers on a semiconductor substrate, and patterning various material layers using lithography technology to form circuit components and components thereon.
為了改善半導體裝置的崩潰電壓(breakdown voltage), 除了最佳化位於源極與汲極之間的井區和漂移區之外,一般而言,還會延伸閘極(例如延伸至漂移區或隔離結構上方)以作為場板(field plate)。雖然現有的閘極場板已大致上合乎需求,但並非在各方面皆令人滿意。In order to improve the breakdown voltage of the semiconductor device, in addition to optimizing the well region and the drift region between the source and drain, generally speaking, the gate is also extended (for example, extended to the drift region or isolation The upper part of the structure is used as a field plate. Although the existing gate field plates generally meet the requirements, they are not satisfactory in all respects.
本發明實施例提供一種半導體裝置,包括:基底;第一井區及一第二井區,設置於基底中且彼此鄰接;隔離結構,設置於第一井區上;第一場板,設置於隔離結構上;閘極結構,橫跨第一井區及第二井區,且第一場板與閘極結構之間具有開口,此開口露出隔離結構靠近閘極結構的一邊緣;汲極結構,設置於第一井區中;以及源極結構,設置於第二井區中。An embodiment of the present invention provides a semiconductor device, including: a substrate; a first well region and a second well region, which are arranged in the substrate and adjacent to each other; an isolation structure, which is arranged on the first well region; and a first field plate is arranged on the On the isolation structure; the gate structure spans the first well region and the second well region, and there is an opening between the first field plate and the gate structure, and this opening exposes an edge of the isolation structure close to the gate structure; the drain structure , Set in the first well region; and source structure, set in the second well region.
以下揭露提供了許多的實施例或範例,用於實施所提供的標的物之不同元件。各元件和其配置的具體範例描述如下,以簡化本發明實施例之說明。當然,這些僅僅是範例,並非用以限定本發明實施例。舉例而言,敘述中若提及第一元件形成在第二元件之上,可能包含第一和第二元件直接接觸的實施例,也可能包含額外的元件形成在第一和第二元件之間,使得它們不直接接觸的實施例。此外,本發明實施例可能在各種範例中重複參考數值以及/或字母。如此重複是為了簡明和清楚之目的,而非用以表示所討論的不同實施例及/或配置之間的關係。The following disclosure provides many embodiments or examples for implementing different elements of the provided subject matter. Specific examples of each element and its configuration are described below to simplify the description of the embodiments of the present invention. Of course, these are only examples and are not intended to limit the embodiments of the present invention. For example, if the description mentions that the first element is formed on the second element, it may include an embodiment in which the first and second elements are in direct contact, or may include additional elements formed between the first and second elements. , So that they do not directly touch the embodiment. In addition, the embodiment of the present invention may repeat reference numerals and/or letters in various examples. Such repetition is for the purpose of conciseness and clarity, and is not used to indicate the relationship between the different embodiments and/or configurations discussed.
此外,在本發明的一些實施例中,關於接合、連接之用語例如「連接」、「互連」等,除非特別定義,否則可指兩個結構係直接接觸,或者亦可指兩個結構並非直接接觸,其中有其它結構設於此兩個結構之間。且此關於接合、連接之用語亦可包括兩個結構都可移動,或者兩個結構都固定之情況。In addition, in some embodiments of the present invention, terms such as "connected", "interconnected", etc. regarding joining and connecting, unless specifically defined, can mean that two structures are in direct contact, or that two structures are not Direct contact, where there are other structures located between the two structures. Moreover, the terms of joining and connecting can also include the case where both structures are movable or both structures are fixed.
再者,其中可能用到與空間相對用詞,例如「在……之下」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」等類似用詞,是為了便於描述圖式中一個(些)部件或特徵與另一個(些)部件或特徵之間的關係。空間相對用詞用以包括使用中或操作中的裝置之不同方位,以及圖式中所描述的方位。當裝置被轉向不同方位時(旋轉90度或其他方位),其中所使用的空間相對形容詞也將依轉向後的方位來解釋。Furthermore, words that are relative to space may be used, such as "below", "below", "lower", "above", "higher" and other similar words for ease of description The relationship between one part(s) or feature and another part(s) or feature in the diagram. Spatial relative terms are used to include the different orientations of the device in use or operation, as well as the orientation described in the diagram. When the device is turned to different directions (rotated by 90 degrees or other directions), the spatially relative adjectives used therein will also be interpreted according to the turned position.
此處所使用的「約」、「大約」、「大抵」之用語通常表示在一給定值的±20%之內,較佳是±10%之內,且更佳是±5%之內,或±3%之內,或±2%之內,或±1%之內,或0.5%之內。在此給定的數值為大約的數值,亦即在沒有特定說明「約」、「大約」、「大抵」的情況下,此給定的數值仍可隱含「約」、「大約」、「大抵」之含義。The terms "about", "approximately" and "approximately" used here usually mean within ±20% of a given value, preferably within ±10%, and more preferably within ±5%, Or within ±3%, or within ±2%, or within ±1%, or within 0.5%. The value given here is an approximate value, that is, if there is no specific description of "about", "approximately", and "approximately", the given value can still imply "about", "approximately", and "approximately". The meaning of "probably".
以下敘述一些本發明實施例,在這些實施例中所述的多個階段之前、期間以及/或之後,可提供額外的步驟。一些所述階段在不同實施例中可被替換或刪去。半導體裝置結構可增加額外部件。一些所述部件在不同實施例中可被替換或刪去。儘管所討論的一些實施例以特定順序的步驟執行,這些步驟仍可以另一合乎邏輯的順序執行。Some embodiments of the present invention are described below, and additional steps may be provided before, during, and/or after the multiple stages described in these embodiments. Some of these stages can be replaced or omitted in different embodiments. The semiconductor device structure can add additional components. Some of the described components may be replaced or deleted in different embodiments. Although some of the discussed embodiments are performed in a specific order of steps, these steps may be performed in another logical order.
以下的詳細敘述配合所附圖式,可最好地理解本發明實施例。應注意的是,依據在業界的標準做法,各種特徵並未按照比例繪製。事實上,可任意地放大或縮小各種元件的尺寸,以清楚地表現出本發明實施例之特徵。The following detailed description cooperates with the accompanying drawings to best understand the embodiments of the present invention. It should be noted that according to standard practices in the industry, the various features are not drawn to scale. In fact, the size of various components can be arbitrarily enlarged or reduced to clearly show the characteristics of the embodiments of the present invention.
半導體裝置的撞擊游離點(impact ionization point,ii point)通常出現在源極結構旁的隔離結構(例如STI(淺溝槽隔離)結構或矽局部氧化(LOCOS)結構),半導體裝置中的電場使撞擊游離點所產生的電子-電洞對(electron-hole pair)注入到鄰近的部件,產生熱載子注入(hot carrier injection,HCI)而影響到半導體裝置的可靠度。The impact ionization point (ii point) of a semiconductor device usually appears in the isolation structure next to the source structure (such as STI (shallow trench isolation) structure or local oxidation of silicon (LOCOS) structure). The electric field in the semiconductor device causes Electron-hole pairs generated by impacting free points are injected into adjacent components, resulting in hot carrier injection (HCI), which affects the reliability of the semiconductor device.
本發明實施例提供半導體裝置,其隔離結構上的場板不會延伸到隔離區的邊緣,且閘極結構也不會延伸至隔離區。易言之,隔離結構上的場板與閘極結構之間具有露出隔離結構邊緣的開口,以降低隔離結構附近的撞擊游離點的電場強度,進一步減少或防止熱載子效應。The embodiment of the present invention provides a semiconductor device in which the field plate on the isolation structure does not extend to the edge of the isolation region, and the gate structure does not extend to the isolation region. In other words, there is an opening that exposes the edge of the isolation structure between the field plate on the isolation structure and the gate structure, so as to reduce the electric field intensity that strikes the free point near the isolation structure, and further reduce or prevent the hot carrier effect.
為方便說明,下文將以具有絕緣體上覆半導體橫向擴散金屬氧化物半導體(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor,LDMOS)裝置描述本發明實施例,並敘述將本發明實施例應用於其他裝置(例如橫向絕緣閘極雙極性電晶體(Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor,LIGBT))的示例,但本發明的實施例不限於此。本發明的一些實施例也可應用於其他類型的金屬氧化物半導體裝置,例如垂直擴散金屬氧化物半導體(Vertically Diffused Metal Oxide Semiconductor,VDMOS)裝置、增強型擴散金屬氧化物半導體(Extended-Drain Metal Oxide Semiconductor,EDMOS)裝置或類似的金屬氧化物半導體裝置。此外,本發明也可應用於其他類型的半導體裝置,例如二極體(diode)、絕緣閘極雙極性電晶體(IGBT)、雙極性接面型電晶體(Bipolar Junction Transistor,BJT)、或類似的半導體裝置。For the convenience of description, the following will describe the embodiment of the present invention with a Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor (LDMOS) device with a semiconductor-on-insulator, and describe the application of the embodiment of the present invention to other devices (such as laterally insulated gates). An example of a LIGBT (Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor), but the embodiment of the present invention is not limited thereto. Some embodiments of the present invention can also be applied to other types of metal oxide semiconductor devices, such as vertical diffused metal oxide semiconductor (VDMOS) devices, and enhanced diffused metal oxide semiconductor (Extended-Drain Metal Oxide Semiconductor) devices. Semiconductor, EDMOS) device or similar metal oxide semiconductor device. In addition, the present invention can also be applied to other types of semiconductor devices, such as diodes, insulated gate bipolar transistors (IGBT), bipolar junction transistors (Bipolar Junction Transistor, BJT), or the like Of semiconductor devices.
第1圖是根據本發明的一些實施例,繪示出半導體裝置100的剖面示意圖。半導體結構100包括:基底110、第一井區112、第二井區114、隔離結構116、場板118、閘極結構120、開口OP、汲極結構122、源極結構124、場板126、層間介電層140、汲極接觸件142、場板接觸件144、源極接觸件146。基底110可為摻雜的(例如以p型或n型摻質摻雜)或未摻雜的半導體基底。舉例而言,基底110可包括:元素半導體,包括矽或鍺;化合物半導體,包括砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、磷化銦(InP)、砷化銦(InAs)及/或銻化銦(InSb);合金半導體,包括矽鍺合金、磷砷鎵合金、砷鋁銦合金、砷鋁鎵合金、砷銦鎵合金、磷銦鎵合金及/或磷砷銦鎵合金、或前述材料之組合。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a
一些實施例中,基底110也可以是絕緣體上覆半導體(semiconductor on insulator)基底,例如:絕緣體上覆矽或絕緣體上覆矽鍺(silicon germanium on insulator,SGOI)。其他實施例中,基底110可為陶瓷基底,例如氮化鋁(AlN)基底、碳化矽(SiC)基底、氧化鋁(Al
2O
3)基底 (或稱為藍寶石(sapphire)基底)、或其他類似的基底。其他實施例中,基底110可包含陶瓷基材以及分別設於陶瓷基材的上下表面的一對阻隔層,其中陶瓷基材可包含陶瓷材料,而陶瓷材料包含金屬無機材料。舉例而言,陶瓷基材可包含:碳化矽、氮化鋁、藍寶石基材、或其他適合的材料。前述藍寶石基材可以是氧化鋁。
In some embodiments, the
第一井區112設置於基底110中。第一井區112的形成方法包括但不限於:使用微影製程及蝕刻製程形成圖案化遮罩層(未繪示)於基底110上,此圖案化遮罩層露出基底110中預定形成第一井區112的區域並覆蓋基底110的其他區域,然後將摻質佈植至預定形成第一井區112的區域,接著移除圖案化遮罩層。前述圖案化遮罩層可為硬遮罩或光阻。在預定形成N型第一井區112的實施例中,前述摻質可為N型摻質,例如:磷、砷、或銻離子。在預定形成P型第一井區112的實施例中,前述摻質可為P型摻質,例如硼、銦、或BF
2 +離子。
The
第二井區114設置於基底110中且鄰接第一井區112。第二井區114的形成方法與上述第一井區112的形成方法類似。本發明實施例中,第二井區114與第一井區112具有相反的導電類型。舉例而言,在第一井區112是N型的實施例中,用於佈植第二井區114的摻質為P型摻質(例如硼、銦、或BF
2 +離子),以形成P型第二井區114;在第一井區112是P型的實施例中,用於佈植第二井區114的摻質為N型摻質(例如磷、砷、或銻離子),以形成N型第二井區114。
The
在一些實施例中,第一井區112具有第一導電類型,且第二井區114具有與第一導電類型相反的第二導電類型。或者,第一井區106具有第二導電類型且第二井區108具有第一導電類型。具體而言,在一些實施例中,第一井區106可為p型井,而第二井區108可為n型井,以作為n型的金屬-氧化物-半導體場效電晶體(NMOS)。在一些實施例中,第一井區112可為n型井,而第二井區114可為p型井,以作為p型的金屬-氧化物-半導體場效電晶體(PMOS)。在一些實施例中,第一井區112的摻雜濃度介於約1×10
10cm
-3至1×10
20cm
-3。第二井區114的摻雜濃度介於約1×10
10cm
-3至1×10
20cm
-3。
In some embodiments, the
隔離結構116設置於第一井區112上。隔離結構116的可包括:淺溝槽隔離(STI)、矽局部氧化(LOCOS)、或前述之組合。一些實施例中,形成淺溝槽隔離的製程可包括:形成遮罩層(未繪示)於第一井區112上並將其圖案化、使用此圖案化遮罩層作為蝕刻遮罩以在第一井區112中蝕刻出溝槽、執行沉積製程將隔離材料填入溝槽中、執行平坦化製程,例如化學機械研磨(CMP)製程或機械研磨製程(mechanical grinding process),以移除隔離材料的多餘部分、移除圖案化遮罩層。前述隔離材料可包括氧化物、氮化物、或氮氧化物,例如:氧化矽、摻碳氧化矽(SiO
xC)、氮氧化矽(SiON)、氮氧化碳矽(SiOCN)、碳化矽(SiC)、氮化碳矽(SiCN),氮化矽(Si
xN
y或SiN)、碳氧化矽(silicon-oxycarbide,SiCO)氧化矽、碳氧化矽(silicon oxycarbide)、氮氧化矽(silicon oxynitride)、氮化碳矽(silicon carbonitride)、氮氧化碳矽(silicon oxy-carbonitride)、任何其他合適材料或前述之組合。一些實施例中,形成隔離結構116的矽局部氧化製程可包括:沉積遮罩層(例如氮化矽層)於第一井區112上、使用微影製程及蝕刻製程將遮罩層圖案化,以露出部份第一井區112、熱氧化露出的部份第一井區112以形成氧化矽層、移除圖案化遮罩層。
The
場板118設置於隔離結構116上。一些實施例中,場板118具有降低表面電場(REduced SURface Field,RESURF)的效果且可降低隔離結構116的撞擊游離點及其附近的電場強度。場板118的材料可包括導電材料,例如:金屬、金屬氮化物或摻雜半導體,舉例而言,金屬可為:Au、Ni、Pt、Pd、Ir、Ti、Cr、W、Al、Cu、類似材料、前述之組合、或前述之多層結構;金屬氮化物可為: MoN、WN、TiN、TaN、或類似材料;摻雜半導體為:摻雜的多晶矽(polycrystalline silicon)或摻雜的多晶鍺。可透過沉積製程來形成前述導電材料,例如:化學氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、或物理氣相沉積(PVD)(如濺鍍或蒸鍍),然後將導電材料圖案化,以形成場板118。The
參照第1圖,閘極結構120橫跨第一井區112及第二井區114,且場板118與閘極結構120之間具有開口OP,開口OP露出隔離結構116靠近閘極結構120的邊緣116E。一些實施例中,閘極結構120可包含位於第一井區112及/或第二井區114上的閘極介電層120a以及位於閘極介電層120a上的閘極電極120b。在習知的半導體裝置中的垂直電場會使出現在隔離結構之邊緣處的撞擊游離點所產生的電子-電洞對(electron-hole pair)獲取足夠的動能,使其得以克服位能障壁(potential barrier)而注入到上方的部件(例如閘極結構),產生嚴重的熱載子注入,導致元件的可靠度或壽命降低。本發明實施例藉由場板118與閘極結構120之間的開口OP,使靠近閘極結構120的隔離結構116之邊緣116E露出,可有效地減少熱載子注入(hot carrier injection)所導致的半導體結構的損傷,而改善半導體結構的可靠度。1, the
一些實施例中,閘極結構120的形成方法包括:依序毯覆性沉積介電材料層(用以形成閘極介電層120a)及位於其上的導電材料層(用以形成閘極電極120b),然後藉由微影及蝕刻製程分別圖案化介電材料層及導電材料層,以形成橫跨第一井區112及第二井區114的閘極介電層120a及閘極電極120b。在一些實施例中,如第1圖所示,在從源極結構124往隔離結構116的方向上,閘極結構120的長度L大於源極結構124與第一井區112之間的距離D,以確保裝置能夠正常運作,若長度L小於距離D,則通道可能無法打開。閘極介電層120a可包含一或多種單層或多層介電材料,例如:氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、或前述之組合。其他實施例中,閘極介電層120a可包括:金屬氧化物、金屬氮化物、金屬矽化物、金屬鋁酸鹽、鋯矽酸鹽、鋯鋁酸鹽、或前述之組合,但不限於此。舉例而言,可使用旋轉塗佈 (spin coating)、化學氣相沉積、原子層沉積、高密度電漿化學氣相沉積、其他合適的方法或前述之組合來形成閘極介電層120a。閘極電極120b的材料與形成方法與上述場板118相同或類似,且可由同一道沉積與微影製程來形成,或是由不同的製程來形成。In some embodiments, the method for forming the
在閘極電極120b與場板118是由同一道製程形成的實施例中,可透過沉積製程形成導電材料,例如化學氣相沉積、原子層沉積、或物理氣相沉積(如濺鍍或蒸鍍),然後將導電材料圖案化,以形成隔離結構116上的場板118、橫跨第一井區112及第二井區114的閘極電極120b、以及露出隔離結構116靠近閘極電極120b的邊緣116E的開口OP,如第1圖所示。一些實施例中,開口OP同時露出隔離結構116之邊緣116E以及部分第一井區112,進一步降低電子-電洞受到電場影響而注入到上方的閘極結構120或場板118的可能性,以確保改善熱載子效應。In the embodiment where the
汲極結構122設置於第一井區112中且源極結構124設置於第二井區114中。汲極結構122包含與第一井區112具有相同導電類型的摻雜區。源極結構124包含彼此鄰接且具有相反導電類型的摻雜區124a及摻雜區124b。汲極結構122和源極結構124之摻雜區的形成方式與上述第一井區112的摻雜方式類似。一些實施例中,半導體裝置100更包括摻雜區134,設置於源極結構124下方,其中摻雜區124b的摻雜濃度大於摻雜區134的摻雜濃度。於一實施例中,源極結構124及摻雜區124a、 124b的摻雜濃度介於約10
13cm
-3至10
21cm
-3,摻雜區134的摻雜濃度介於10
12cm
-3至10
13cm
-3,摻雜區134可降低導通電阻(R
on)。
The
繼續參照第1圖,層間介電層140位於基底110上。層間介電層140可包含一或多種單層或多層介電材料,例如:氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、四乙氧基矽烷(tetraethoxysilane,TEOS)、磷矽玻璃(phosphosilicate glass,PSG)、硼磷矽酸鹽玻璃(borophosphosilicate glass,BPSG)、低介電常數介電材料、及/或其他適合的介電材料。低介電常數介電材料可包含(但不限於):氟化矽玻璃(fluorinated silica glass,FSG)、氫倍半矽氧烷(hydrogen silsesquioxane,HSQ)、摻雜碳的氧化矽、非晶質氟化碳(fluorinated carbon)、聚對二甲苯(parylene)、苯並環丁烯(bis-benzocyclobutenes,BCB)、或聚醯亞胺(polyimide)。舉例而言,可使用旋轉塗佈、化學氣相沉積、原子層沉積、高密度電漿化學氣相沉積、其他合適的方法或前述之組合來形成層間介電層140。Continuing to refer to FIG. 1, the
如第1圖所示,汲極接觸件142、場板接觸件144、以及源極接觸件146穿過層間介電層140並分別與汲極結構122、場板118、以及源極結構124電性連接。前述接觸件可在同一道製程中形成,其形成方法包括:對層間介電層140執行圖案化製程,以形成開口於層間介電層140中,然後將導電材料填入開口並執行平坦化製程(如化學機械研磨)或回蝕刻(etch back)製程,以移除開口外的多餘材料。接觸件的導電材料和形成方法可與上述場板118的導電材料相同或類似。一些實施例中,汲極接觸件142、場板接觸件144、以及源極接觸件146的材料可由多晶矽、金屬或其它合適的導電材料形成。在一些實施例中,汲極接觸件142、場板接觸件144、以及源極接觸件146的材料可包含銅(Cu)、鋁(Al)、鉬(Mo)、鎢(W)、金(Au)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、鈦(Ti)、銥(Ir)、銠(Rh)、銅合金、鋁合金、鉬合金、鎢合金、金合金、鉻合金、鎳合金、鉑合金、鈦合金、銥合金、銠合金、其它具有導電性的合適材料或前述之組合。As shown in Figure 1, the
參照第1圖,場板126設置於場板118上方並透過場板接觸件144和源極接觸件146分別與場板118和源極結構124電性連接。場板126橫跨開口OP露出的隔離結構116及閘極結構120,除降低表面電場外,還可降低開口OP下方的電場強度(例如降低開口OP下方的隔離結構116之撞擊游離點及其附近的電場強度)以及閘極結構120下方的電場強度,可減緩或防止電場使隔離結構116的撞擊游離點所產生的電子-電洞對注入到閘極結構120或場板118,以改善熱載子注入,可在不影響元件崩潰電壓的情況下,提昇元件的可靠度或壽命。在本發明的一些實施例中,可將源極結構124連接至接地端。Referring to FIG. 1, the
本發明目的之一為解決垂直電場與橫向電場造所造成元件的可靠度或壽命降低。舉例而言,垂直電場會導致熱載子注入外,橫向電場使得隔離結構靠近閘極結構120之邊緣116E的撞擊游離點所產生的電子-電洞對產生足夠的動能,得以克服位能障壁而注入到鄰近的部件(例如源極結構),產生嚴重的熱載子注入,導致源極結構或汲極結構損壞或劣化,使元件的可靠度或壽命降低。本發明實施例透過使場板118上方的場板126橫跨開口OP露出的隔離結構116及閘極結構120,並且電性連接場板118和源極結構124,使場板118、場板126、源極結構124同電位,除了具有降低表面電場的效果外,還可降低開口OP下方隔離結構116之撞擊游離點及其附近的橫向電場強度,以及閘極結構120下方的橫向電場強度,可減緩或防止橫向電場使隔離結構116之撞擊游離點所產生的電子-電洞對注入到源極結構124,以改善熱載子注入,可在不影響元件崩潰電壓的情況下,提昇元件的可靠度或壽命。One of the objectives of the present invention is to solve the reduction in reliability or lifetime of components caused by the vertical electric field and the lateral electric field. For example, the vertical electric field will cause the injection of hot carriers, and the lateral electric field will cause the electron-hole pairs generated by the isolation structure near the
第2圖是根據本發明的一些實施例,繪示出半導體裝置200的剖面示意圖,半導體裝置200與第1圖的半導體裝置100類似,不同處在於半導體裝置200的場板118具有彼此分離的第一部分118a及第二部分118b。場板118的第一部分118a及第二部分118b分別透過場板接觸件144a及144b與場板126電性連接,且部分的隔離結構116暴露於第一部分118a與第二部分118b之間。一些實施例中,可透過圖案化製程形成具有彼此分離的第一部分118a及第二部分118b的場板118。為簡化起見,在第2圖中與第1圖相同的部件是使用相同的標號並省略其說明。場板接觸件144a及144b的材料及形成方法與上述場板接觸件144的材料及形成方法相同或類似,此處不重複敘述。Figure 2 is a schematic cross-sectional view of a
半導體結構200與半導體結構100同樣包含場板118與閘極結構120之間的開口OP,使場板118及閘極結構120皆不位於隔離結構116的邊緣116E正上方,因此可減緩或防止垂直電場使撞擊游離點所產生的電子-電洞對注入到上方的部件,以改善熱載子注入。半導體結構200也同樣包含設置於場板118上方的場板126,場板126除降低表面電場外,還可進一步降低隔離結構116與源極結構124之間的電場強度(例如開口OP下方以及閘極結構120下方的電場強度),減緩或防止撞擊游離點所產生的電子-電洞對注入到閘極結構120、場板118、或源極結構124,以改善熱載子注入,提昇元件的可靠度或壽命。The
一些實施例中,半導體裝置200的場板118之分離的第一部分118a及第二部分118b可改善元件的電性均勻性。舉例而言,依元件的設計或需求,可在隔離結構116上設置彼此分離的場板118的第一部分118a及第二部分118b,以改善較高的局部電場,進而改善元件的電性均勻性。若是隔離結構116下方的電場分布不均,可在正上方相應的隔離結構116上設置彼此分離的場板118的第一部分118a及第二部分118b,也可改善較高的局部電場,進而改善元件的電性均勻性。本發明實施例不限制彼此分離的場板118的多個部分之數量,第2圖中的第一部分118a及第二部分118b僅是作為示例,本發明所屬技術領域中具有通常知識者可依實際的狀況來調整分離部分的數量或間距。若單一場板仍有過高的電場時,可以使用分離的場板來協助改善局部電場,進而改善元件的電性均勻性與提昇元件的可靠度。In some embodiments, the separated
第3圖是根據本發明的一些實施例,繪示出半導體裝置300的剖面示意圖,半導體裝置300與第1圖的半導體裝置100類似,不同處在設置於場板118上方的場板128是透過場板接觸件144和汲極接觸件142分別與場板118和汲極結構122電性連接。為簡化起見,在第3圖中與第1圖相同的部件是使用相同的標號並省略其說明。Figure 3 is a schematic cross-sectional view of a
第4圖是根據本發明的一些實施例,繪示出半導體裝置400的剖面示意圖,半導體裝置400與第3圖的半導體裝置300類似,不同處在於半導體裝置400的場板118具有彼此分離的第一部分118a及第二部分118b。場板118的第一部分118a及第二部分118b分別透過場板接觸件144a及144b與場板128電性連接,且部分的隔離結構116暴露於第一部分118a與第二部分118b之間。一些實施例中,可透過圖案化製程形成具有彼此分離的第一部分118a及第二部分118b的場板118。為簡化起見,在第4圖中與第3圖相同的部件是使用相同的標號並省略其說明。本發明實施例不限制場板118的多個分離部分之數量,本發明所屬技術領域中具有通常知識者可依實際的狀況而調整。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a
第5圖是根據本發明的一些實施例,繪示出半導體裝置500的剖面示意圖。半導體裝置500的場板118具有彼此分離的第一部分118a及第二部分118b,且部分的隔離結構116暴露於第一部分118a與第二部分118b之間。為簡化起見,在第5圖中與前述圖中相同或類似的部件是使用相同的標號並省略其說明。如第5圖所示,場板130設置於場板118上方且透過場板接觸件144a和汲極接觸件142分別與場板118的第一部分118a和汲極結構122電性連接。場板132設置於場板118上方且透過場板接觸件144b和源極接觸件146分別與場板118的第二部分118b和源極結構124電性連接。在一些實施例中,如第5圖所示,在從源極結構124往隔離結構116的方向上,閘極結構120的長度L大於源極結構124與第一井區112之間的距離D,以確保裝置能夠正常運作,若長度L小於距離D,則通道可能無法打開而使裝置無法運作。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a
在如第5圖所示的一些實施例中,場板130橫跨汲極結構122與隔離結構116之間的區域,可降低汲極結構122與隔離結構116之間的電場,減緩或防止電場使隔離結構116的撞擊游離點所產生的電子-電洞對注入到汲極結構122,可改善熱載子注入;場板132橫跨開口OP露出的隔離結構116及閘極結構120,可降低開口OP下方的電場強度(例如降低開口OP下方的隔離結構116之撞擊游離點及其附近的電場強度)以及閘極結構120下方的電場強度,可減緩或防止電場使隔離結構116的撞擊游離點所產生的電子-電洞對注入到閘極結構120、場板118、或源極結構124,以改善熱載子注入。此外,如前所述,彼此分離的場板118的第一部分118a及第二部分118b,可改善元件的電性均勻性。此些實施例可同時改善熱載子注入對汲極結構122、閘極結構120、場板118、以及源極結構124的影響,提昇元件的可靠度、壽命、以及整體性能。一些實施例中,可將汲極結構122或源極結構124電性連接至接地端。In some embodiments as shown in FIG. 5, the
本發明所屬技術領域中具有通常知識者可依實際的需求而調整場板118的配置,如第6圖所示的實施例,其繪示出半導體裝置600的剖面示意圖,半導體裝置600與第5圖的半導體裝置500類似,差別在於半導體裝置600的場板118是由彼此分離的三個部分構成,其包含:第一部分118a、第二部分118b、及第三部分118c,且部分隔離結構116暴露於所述分離的三個部分之間。為簡化起見,在第5圖中與前述圖中相同或類似的部件是使用相同的標號並省略其說明。半導體裝置600的場板130透過場板接觸件144a和汲極接觸件142分別與場板118的第一部分118a和汲極結構122電性連接,且場板132透過場板接觸件144b、場板接觸件144c、和和源極接觸件146分別第二部分118b、第三部分118c、和源極結構124電性連接。一些實施例中,可透過圖案化製程將場板118形成為具有彼此分離的第一部分118a、第二部分118b、以及第三部分118c。如上所述,此實施例可同時改善熱載子注入對汲極結構122、閘極結構120、場板118、以及源極結構124的影響,避免部件損壞或劣化,以提昇元件的整體性能,並且可依裝置的設計和功能需求,透過圖案化製程,調整場板118的分離部分之間距或數量,具有製程上的靈活性。Those skilled in the art to which the present invention pertains can adjust the configuration of the
第7圖是根據本發明的一些實施例,繪示出半導體裝置700的剖面示意圖,半導體裝置700與第4圖的半導體裝置400類似,不同處在於半導體裝置700的汲極結構122包括相反導電類型的摻雜區122a和摻雜區122b,且半導體裝置700更包括摻雜區136和摻雜區138。為簡化起見,在第7圖中與第4圖相同的部件是使用相同的標號並省略其說明。半導體裝置700的摻雜區136位於隔離區116下方,摻雜區138位於摻雜區136下方並與其形成接面,且摻雜區136及摻雜區138具有相反的導電類型。一些實施例中,摻雜區136及摻雜區138是使用離子佈植形成。在此些實施例中,摻雜區136或摻雜區138包括至少兩個次佈植區(sub-implant region),且次佈植區具有不同佈植濃度。一些實施例中,具有較高佈植濃度的次佈植區鄰近上述接面,且具有較低佈植濃度的次佈植區遠離上述接面。在此實施例中,除了改善熱載子注入外,半導體裝置700的摻雜區136及摻雜區138還可用來降低隔離區116的表面電場,均勻化隔離區116的表面電場。第7圖中的摻雜區136及摻雜區138之寬度僅是作為範例,舉例而言,摻雜區136及摻雜區138的寬度可與隔離區112的底部寬度不同,或在另一範例中,摻雜區136的寬度也可與摻雜區138的寬度不同。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a
第8圖是根據本發明的一些實施例,繪示出半導體裝置800的剖面示意圖,半導體裝置800與第3圖的半導體裝置300類似,不同處在於半導體裝置800的汲極結構122包括彼此分隔且具有相反導電類型的摻雜區122a和摻雜區122b,摻雜區122a和122b透過汲極接觸件142a和142b分別與場板128電性連接。汲極接觸件142a和142b的材料及形成方法與上述汲極接觸件142的材料及形成方法相同或類似,此處不重複敘述。為簡化起見,在第8圖中與第3圖相同的部件是使用相同的標號並省略其說明。此些實施例中,除了改善熱載子注入外,由於半導體裝置800的摻雜區122a和摻雜區122b彼此分隔,可使經由摻雜區122b進入汲極接觸件142b變大,因而增加摻雜區122b與第一井區112之間的電壓差,可使半導體裝置800被快速地觸發。此外,透過改變摻雜區122a及122b之間的距離,可調整半導體裝置800的觸發電壓。其他實施例中,半導體裝置800還可包括一可選的摻雜區,位於隔離區116與摻雜區122b之間,且未與汲極接觸件142a或142b連接,此可選的摻雜區可改善半導體裝置800的崩潰電壓。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a
本發明實施例提供的半導體裝置在隔離結構上的場板與閘極結構之間具有露出部分隔離結構的開口,可減緩或防止電場使隔離結構的撞擊游離點所產生的電子-電洞對注入到上方的閘極結構或場板,以改善熱載子注入,可在不影響元件崩潰電壓的情況下,提昇元件的可靠度或壽命。一些實施例中,隔離結構上的場板包含彼此分離的多個部分,可改善元件的電性均勻性。此外,本發明實施例透過設置額外的場板,與源極結構或汲極結構的至少其中之一以及隔離結構上的場板電性連結,進一步降低開口下方、閘極結構下方、隔離結構與源極結構之間、或隔離結構與汲極結構之間的電場,進一步減緩或防止電場使隔離結構的撞擊游離點所產生的電子-電洞對注入到鄰近的部件中,以改善熱載子注入,避免部件損壞或劣化。The semiconductor device provided by the embodiment of the present invention has an opening exposing a part of the isolation structure between the field plate on the isolation structure and the gate structure, which can slow down or prevent the injection of electron-hole pairs generated by the impact of the isolation structure by the electric field. To the upper gate structure or field plate to improve the injection of hot carriers, it can improve the reliability or life of the device without affecting the breakdown voltage of the device. In some embodiments, the field plate on the isolation structure includes multiple parts separated from each other, which can improve the electrical uniformity of the device. In addition, in the embodiment of the present invention, an additional field plate is provided to electrically connect with at least one of the source structure or the drain structure and the field plate on the isolation structure to further reduce the opening below the gate structure, the isolation structure and the isolation structure. The electric field between the source structure or between the isolation structure and the drain structure further slows down or prevents the electron-hole pairs generated by the electric field from impacting the free point of the isolation structure into the adjacent components to improve the hot carrier Inject to avoid component damage or deterioration.
以上概述數個實施例之特點,以便在本發明所屬技術領域中具有通常知識者可更好地了解本發明的各個方面。在本發明所屬技術領域中具有通常知識者,應理解其可輕易地利用本發明實為基礎,設計或修改其他製程及結構,以達到和此中介紹的實施例之相同的目的及/或優點。在本發明所屬技術領域中具有通常知識者,也應理解此類等效的結構並無背離本發明的精神與範圍,且其可於此作各種的改變、取代、和替換而不背離本發明的精神與範圍。The above summarizes the characteristics of several embodiments so that those with ordinary knowledge in the technical field of the present invention can better understand the various aspects of the present invention. Those with ordinary knowledge in the technical field of the present invention should understand that they can easily use the present invention as a basis to design or modify other processes and structures to achieve the same objectives and/or advantages of the embodiments described herein. . Those having ordinary knowledge in the technical field of the present invention should also understand that such equivalent structures do not depart from the spirit and scope of the present invention, and various changes, substitutions, and substitutions can be made here without departing from the present invention Spirit and scope.
100,200,300,400,500,600,700,800:半導體裝置
110:基底
112:第一井區
114:第二井區
116:隔離結構
116E:邊緣
118,126,128,130,132:場板
118a:第一部分
118b:第二部分
118c:第三部分
120:閘極結構
120a:閘極介電層
120b:閘極電極
122:汲極結構
122a,122b,124a,124b,134,136,138:摻雜區
124:源極結構
140:層間介電層
142,142a,142b:汲極接觸件
144,144a,144b,144c:場板接觸件
146:源極接觸件
D:距離
L:長度
OP:開口
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800: semiconductor device
110: Base
112: The first well area
114: The second well area
116:
第1-8圖是根據本發明的一些實施例,繪示出半導體裝置的剖面 示意圖。 Figures 1-8 show cross-sections of semiconductor devices according to some embodiments of the present invention Schematic.
100:半導體裝置 100: Semiconductor device
110:基底 110: Base
112:第一井區 112: The first well area
114:第二井區 114: The second well area
116:隔離結構 116: Isolation structure
116E:邊緣 116E: Edge
118,126:場板 118,126: field board
120:閘極結構 120: Gate structure
120a:閘極介電層 120a: gate dielectric layer
120b:閘極電極 120b: gate electrode
122:汲極結構 122: Drain structure
124:源極結構 124: Source structure
124a,124b,134:摻雜區 124a, 124b, 134: doped area
140:層間介電層 140: Interlayer dielectric layer
142:汲極接觸件 142: Drain contact
144:場板接觸件 144: Field plate contact
146:源極接觸件 146: source contact
OP:開口 OP: opening
D:距離 D: distance
L:長度 L: length
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TW109120018A TWI747328B (en) | 2020-06-15 | 2020-06-15 | Semiconductor device |
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TW201724458A (en) * | 2015-11-12 | 2017-07-01 | Sony Corp | Field effect transistor and semiconductor device |
TW202021104A (en) * | 2018-07-30 | 2020-06-01 | 日商索尼半導體解決方案公司 | Solid-state image capture device and electronic apparatus |
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2020
- 2020-06-15 TW TW109120018A patent/TWI747328B/en active
Patent Citations (2)
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TW201724458A (en) * | 2015-11-12 | 2017-07-01 | Sony Corp | Field effect transistor and semiconductor device |
TW202021104A (en) * | 2018-07-30 | 2020-06-01 | 日商索尼半導體解決方案公司 | Solid-state image capture device and electronic apparatus |
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