TW200816323A - High-voltage semiconductor device structure - Google Patents

Description

200816323 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種高料導體元件結構，特別係有關於 橫向擴散金魏化辨導體（LDMQS)之元件結構。 種 【先前技術】 橫向紐金魏化解雜LDMQS)元件f翻於 作環境下，例如高功率與高頻段的功率放大器，或是基 功率元件。L_的特徵是編崎雜，可抗 ^百伏特，主要原因是_S在汲極延伸結構中具有低 的4延伸區，可用以緩和汲極端與源極端之間的崩潰作用1 而⑽愤有較高的崩潰電壓（breakd〇wn讀勢為使_仍 獲仔更南的崩潰電M，因此必須針對元件的結構進行改良。 ，參閱「第U圖」及「第1Β圖」，分別為先前技術橫向擴 政孟屬乳化物半導體(LDM〇s)元件結構之配置圖及剖面圖。如「第 1A圖」所不’傳統的橫向擴散金屬氧化物半導體⑴結構包含— 原極、。構η、—汲極結構12、—祕延伸結構η及—閘極 14。 源極結構11具有由其下側部位朝中央部位延伸的突出部 =’，，而如部η，則被源極結構η之上側、左侧及右側部位所圍 &且刀顺上側、左侧及右側部位分隔—般距離。汲極結構 12配置於上述預設距離所形成之區域，形成圍繞在突出部11，左 200816323 側、上側及右側之馬蹄形區域，且其外圍則被突出部u，以外之 極結構11賴繞。汲極延伸結構η圍繞於汲極結構^外圍，爽 與源極結構η她-蚊轉。同時，祕轉u與祕延= 結構u間具有-閘極結構M，賴極結構M下方即為場效通道 區。在此高壓元件低導通電阻(Rdson)的要求下，此突出部n，的佈 局特徵不容易避免。 如「第1B圖」所示，係為沿「第1A圖」Η線之剖面圖。源 極結構U包含形成於基板如ρ型基板15表面上之源極電極Μ ; 形成於Ρ型基板15中並位於源極電極16底下之ρ型井區17，其 中按π隹有Ρ型導電離子，形成於ρ型井區17中之η+型摻雜區Μ， 係為具有高摻雜濃度Ν型導電離子之一 _ ;形成於ρ型井區17 中並與η型摻雜區18相鄰之ρ+型摻雜區19，係為具有高摻雜濃 度Ρ型導電離子之一區域。其中，奸型摻雜區18與垆型摻雜區 19皆與源極電極16相連接。 汲極結構12包含形成於ρ型基板15表面上之汲極電極20 ; 位於没極電極20下方且形成於Ρ型基板15中之η型井區21 ;形 成於η型井區中之η+型摻雜區22,係為具有高摻雜濃度Ν型導電 離子之一區域，並與汲極電極2〇相連接。 汲極延伸結構13中包含具有低摻雜濃度ν塑導電離子之η 型漂移延伸區23，及形成於η型漂移延伸區23中之Ρ型摻雜區 24。其中，汲極延伸結構13之η型漂移延伸區23與源極結構u 200816323 之n+型摻雜區18間具有-預設距離，用以形成場效通道區27。 閑極結構14 &含形成於基板表面上之閘極絕緣^ 25與形成 於閘極絕緣層25上之_電極26。閘極結構14配設於n奶票移 延伸區23與p型井區17之上方，透過控制閘極電壓的大小以開 關場效通道區27。 上述之LDMOS結構巾，祕突出部n，具有—個小曲率半徑 φ 的111 ’易產生包荷積聚的現象使得通過此部位的電場強度較 為強烈’造錢效通道關電場分佈不均，#_於高壓條件下 時，將因電場局部積聚的效應而形成崩潰作用，降低ldm〇s之 崩潰電壓。如欲不使此突出部U，影響其元件崩潰電壓，則必須將 此曲率半徑變大，然而此舉卻使整體树面積變大，相對的使得 導通電阻(Rdson)變高，並降低晶片上元件的積集度。 【發明内容】 • 自於先前技射具有小鱗半㈣電鱗端㈣成電荷積 承，造成場效通道’場強度分布不均，_導致崩潰電壓降低 的情形產生。因此’本發明提供一種具有高崩潰電壓之高壓半導 體結構’孩具有低導通雜並可同時提高⑼上半導體元件的 積集度，以滿足微型化電子元件之要求。 本發明之高壓轉赌構包含—基板、-祕結構、-汲極 延伸結構、一源極結構及一閘極結構。 及極結構職於基板±且具有彼此絕緣性地緊鄰交錯相嵌之 200816323

兩開口形結構，此兩個開口形結構於相嵌處間定義出三種不同的 區域，以配設不同功能之結構，其分別有兩第一區域、兩第二區 域及-第三區域，其中第-區域與開口形結構相鄰，第二區域則 緊鄰第-區域，而第三區域則介於上述兩第二區域之間。此外， 各開口形結構皆包含-第-井區、—第—摻雜區及—汲極電極。 汲極電極形成於基板表面上；第—摻雜_形成於汲極電極下方 的基板中，係為自基板表面向下延伸之—摻雜有導電離子之區 域，並與汲極電姉連形成於基板巾並醜第一 接雜區’且帛-井區舶雜導f軒之區域卿成。 汲極延伸結構形成於基板中且位於第一區域，其包含一具有 導電離子之漂移延輕，轉移延伸區係與第—井區相鄰/、 源極結構形成於基板中且位於第三區域。雜結構包含一第 上 至v L顧及—源極電極。源極電極形成於基板 ，並與形成於其下方基板中之第二摻祕 則圍繞於第二摻雜區之外圍。第 ^一井£ 、曾 开&及弟一抬雜區中皆摻雜有 導電離子。 效、形成於基板上且位於第二_，且其下方形成一場 極社構:人過閑極結構可用以控制場效通道區之開關狀態。閘 ==_陶及一閘極電極，其中，閘極絕緣層形成 層上。Κ上方之基板表面上，而難電極職蓋於閘極絕緣 200816323 猎由本㈣之减轉體結構，可避免雜結構歧極结 間產生尖端電場積聚的現象，有效提高抖體元件之崩潰電壓， 並透過具有彼此相嵌開口形結構之祕結構配置，以降低導通恭 阻’尚且充分展現空間细效率，提昇“上半導體元件之積^ 度，以付合微型化電子元件之要求。 、 【實施方式】 。月參閱# 2A圖」’係為本發明之高壓半導體元件結構之配 置圖。高壓半導體30元件結構包含一及極結構％、—汲極延伸結 構33、一源極結構31及一閘極結構34。 汲極結構32係練互分離之開口形結構(如馬蹄戦口形結 構但非用以限定本發明之應用範旬彼此絕緣性地緊鄰交錯嵌合 而形成配置，且關口形結構於緊鄰交錯後合處之間定義出三種 不同之區域：兩第-區域、兩第二區域及一第三區域，其相關排 ^位置’自開口形結構向外延伸依序為第—區域，與第一區域相 ，的第二區域’緊鄰第二區域之第三區域，而第三區域係位於兩 第二區域之間。 卜請參閱「第2Β圖」，係為沿「第2Α圖」腿線之剖面圖。如 ^第2B圖」所示，各開口形結構包含一沒極電極％、一 n+型摻 雜區37及一 n型井區38。汲極電極36形成於一基板上如P型基 板35’η型摻雜區37係由汲極電極允與？型基板％接觸表面向 下延伸-預舰離卿成之區域，射摻财高濃度的Ν型導電 200816323 =子；η型井區38則是形成於p型基板％中朗繞在γ型推雜 區37之外圍。此外，雖然兩開口形結構係為相互分離之獨立結構， 但其汲極電極36 f柯躺外抑線㈣e bQnding)設計喊此相 連。 没極延伸結構33位於第-區域巾，其包含—n型漂移延伸區 39及一 P型摻雜區40。η型漂移延伸區39係與n型井區％相鄰 φ 之一區域，其中摻雜有低濃度的N型導電離子；p型摻雜區4〇則 形成於n型漂移延伸區39所圍繞之區域中且係自p型基板35表 面向下延伸之一區域，此外，Ρ型摻雜區40中摻雜有Ρ型導電離 子。 ' 源極結構31形成於ρ型基板35中且位於第三區域。此外， 源極結構31包含一源極電極42、一 ρ型井區43、兩η+型摻雜區 44及一 Ρ+型摻雜區45。源極電極42形成於Ρ型基板35上；ρ型 馨 井區43形成於源極電極42下方之Ρ型基板35中，其摻雜有ρ型 導電離子；兩η+型摻雜區44及ρ+型摻雜區45形成於Ρ型基板35 中並被ρ型井區43所圍繞，其中Ρ+型摻雜區45位於兩η+型摻雜 區44之間’且η+型摻雜區44與ρ+型掺雜區45皆與源極電極42 相連接。此外，η+型摻雜區44中摻雜有高濃度的Ν型導電離子， 而Ρ+型摻雜區45中則摻雜高濃度的Ρ型導電離子。 閘極結構34形成於Ρ型基板35表面上且位於前述之第二區 域，此外，閘極結構34下方，即η型漂移延伸區39與n+型摻雜 200816323 區44之間’碱—場效娜41 1極結構34包含-閘極電極 47及- _絕緣層46。_絕緣層46形成於場效通道㈣上方 之P型基板35表面上，而閘極電極π則覆蓋於閑極絕緣層杯上。 透過閘極結構34可進行場效通道區41之開關控制。 此外，麵構32、祕結構31及_輯％彼此間形成 ^緣層48如氧化終用以確保電性絕緣效果，以免各結構間 產生短路現象。 ^「第3目」柄，她嶋概件之延伸結構 不思圖.結構52係由s形之開口形結構形成彼此相嵌之配置 型悲，且此歧極結構52巾尚包含圍繞在祕結構Μ周圍之沒 極延伸結構，㈣聽構5_成於減處的輯 S形配置型態。閘極結構（圄去_Λ Bt 兄 構（圖未不）則配置於汲極結構52與源極 培構51間。 如「第4圖」.所示，係為本發明高壓半導體元件之另一延伸 ^丁』疏、’。構62係由兩扁梳狀之開口形結構彼此相歲而 ^且纖構62尚包含圍繞在汲極結構62周圍之汲極延伸 遠* ς ^雜61 1 杨成於相嵌處的區域間，呈現首尾相接之 ^形配置動、。閘極結構（圖未示）則配置於沒極結構以與 源極結構61間。 ㈣tr緒半導體結觀置，在_口_嵌之汲極 有源極結構’使得源極電極不再具有小曲率半徑之邊 200816323 緣’進而排除產生先前技術中由於雜突出部之尖端電場局部積 聚的現象，因此，源、極結構與汲極延伸賴所形成的場效通道區 具有均勻的電場分佈，有效提辭導體之崩潰電[同時，透過 没極結構特殊的開口形械配置，可使元件具有較低導通電阻， 更可達成”有效運用的效果，提升晶片上半導體元件之積集 度，以因應高儲存容量之電子元件製作技術。 雖然本發明赠述之較佳實酬揭露如上，然其並非用以限 定本發明，任够有财知識者，在不雌本㈣之精神和範圍 ^，當可作些狀更__，耻本發日狀專娜職圍須視 本_書_之㈣翻細所界定者解。 【圖式簡單說明】 j U圖係為先前技術LDM〇S元件結構之配置圖； 弟iB圖係為先前技術LDM0S元件結構之剖面圖； f圖第M圖係為本發明高壓半導體元件結構之較佳實施例之配 第沈圖係為本發明高壓半導體元件結構之較佳實施例之剖 係為本發明綠半導體元件之延伸結構示意圖：似 【主要元^Γ_體元件之另，結構示意圖。 10 … 南壓橫向擴散金屬氧化物半導體 12 200816323 η、31、51、61 源極結構 11， 突出部 12、32、52、62 >及極結構 13、33 >及極延伸結構 14、34 閘極結構 15、35 P型基板 16、42 源極電極 17、43 P型井區 18、22、37、44 n+型摻雜區 19、45 P+型摻雜區 20、36 汲極電極 21 ^ 38 η型井區 23、39 η型漂移延伸區 24、40 ρ型掺雜區 25、47 閘極絕緣層 26、46 閘極電極 30 高壓半導體 41、27 場效通道區 48 絕緣層 111 尖端 13

Claims (1)

1. 200816323 十、申請專利範圍： 1· 一種高壓半導體元件結構，其包含有： 一基板； 一汲極結構，係由彼此絕緣性地緊鄰交錯相嵌之兩開口形 結構形成於絲板上，且減處之該關口形結構财義出兩 第-區域、兩第二區域及一第三區域，其中該第一區域緊鄰該 開口形結構，該第二區域緊鄰該第—區域，該第三區域介於該 兩第二區域間，各該開口形結構包含一第一井區、一第一摻雜 區及一汲極電極，該汲極電極形成於該基板上，該第一摻雜區 形成於該汲極電極下方之縣板巾且與舰極電極相連接，該 第一井區形成於該基板中並圍繞該第一摻雜區，· 一汲極延伸結構，係形成於該基板中且位於該第一區域， 該汲極延伸結構具有一漂移延伸區，該漂移延伸區係與該第一 井區相鄰； 一源極結構，係形成於該基板中且位於該第三區域，該源 極、、Ό構包含—第二井區、至少―第二摻雜區及—源極電極，其 中該源極電極形成於該基板上，該至少―第二摻雜區形成於該 源極電極下方之該基板中且與該源極電極相連接，該第二井區 形成於該基板中且圍繞該至少一第二摻雜區；以及 一閘極結構，形成於該基板上且位於該第二區域，其包含 -閘極絕緣層及—雛雜，該閘極結構下方形成—場效通道 14 200816323 區。 2·如申請專利範圍第i項所述之高壓半導體元件呈 極結構與相鄰之魏極結構與該源極結二緣中該間 -3‘T梅购親之 -井晴雜打型導電離子，且該第—摻 雜= 度N型導電離子。 有尚浪 4. _料機項所狀縫轉妓件結構，兑 移延伸區中摻雜有低濃度Ν型導電離子。 該沐 5. 如申4專利_第1項所述之縫半導體元件結 移延伸區更包含至少—第三摻龍 ^中該七 雜有！>型導電離子。 ㈣雜區中摻 6. 如中請專利翻第〗項所述之高壓半導體元件結構，立中 一井區中摻雜有ρ型導電離子。 人 齡7，如申請專利範圍第！項所述之高壓半導體元件結構，立中輕 娜區中可摻雜Ν型或ρ型導電離子，且彼此相鄰之 “至少罘一掺雜區係摻雜不同導電離子型能。 8. 如申請細項所述之高料導體树結構，其中該兩 開口形結構之該汲極電極可藉由外部打線(wireb〇 結。 9. 如申請專繼圍第i韻数緒半㈣树結構，其中該開 口形結構可為一馬蹄形或U形結構。 200816323 10. 如申請專利範圍第1項所述之高壓半導體元件結構，其中該開 口形結構可為一S形或扁梳狀結構。 11. 如申請專利範圍第10項所述之高壓半導體元件結構，其中該 源極結構可為一 S形或連續相接之S形結構。 16