TWI884751B

TWI884751B - 高壓裝置及其形成方法

Info

Publication number: TWI884751B
Application number: TW113111721A
Authority: TW
Inventors: 陳弘修; 潘欽寒
Original assignee: 新唐科技股份有限公司
Priority date: 2024-03-28
Filing date: 2024-03-28
Publication date: 2025-05-21
Also published as: TW202539391A; CN120730805A

Abstract

一種高壓裝置，包括：基底，具有第一導電類型；磊晶層，設置於基底上，其中磊晶層具有與第一導電類型不同的第二導電類型；埋層，設置於基底內；第一深井區，設置於磊晶層中且具有第二導電類型，其中第一深井區直接接觸埋層；第一井區，設置於第一深井區中且具有第二導電類型；以及第一摻雜區和第二摻雜區，設置於第一井區中且具皆有第二導電類型。第一摻雜區與第二摻雜區在垂直方向上直接接觸。

Description

高壓裝置及其形成方法

本發明是關於高壓裝置及其形成方法，特別是關於改善漏電流的設計。

在多數切換應用中，切換效率取決於切換損耗和切換速度。用於供應電源至閘極驅動器的高壓電路的其中一個方式為使用自舉式電路(bootstrap circuit)，其展現簡化且低成本的優勢。自舉式電路包括自舉式二極體(bootstrap diode, BSD)、自舉式電容(bootstrap capacitor, BSC)、以及自舉式電阻(bootstrap resistor, BSR)，可提供高壓電路的電壓位準。

雖然在現有的高壓裝置已大致滿足它們原有的用途，但它們並非在各方面皆令人滿意。舉例來說，基底漏電流(substrate leakage)需要進一步的改善。因此，關於高壓裝置和製造技術仍有一些問題需要克服。

一種高壓裝置的形成方法，包括：提供基底；在基底上形成磊晶層；在磊晶層中形成第一深井區；在第一深井區中形成第一井區；在第一井區中形成第一摻雜區；以及在第一井區中形成第二摻雜區。第二摻雜區由第一摻雜區的頂面延伸至第一井區的頂面。

以下揭露提供了許多不同的實施例或範例，用於實施本發明實施例的不同部件。組件和配置的具體範例描述如下，以簡化本發明實施例。當然，這些僅僅是範例，並非用以限定本發明實施例。舉例來說，敘述中提及第一部件形成於第二部件之上，可包括形成第一和第二部件直接接觸的實施例，也可包括額外的部件形成於第一和第二部件之間，使得第一和第二部件不直接接觸的實施例。另外，本發明可在各種範例中重複元件符號及∕或字母。這樣重複是為了簡化和清楚的目的，其本身並非主導所討論各種實施例及∕或配置之間的關係。

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。

再者，此處可使用空間上相關的用語，如「在…之下」、「下方的」、「低於」、「在…上方」、「上方的」、和類似用語可用於此，以便描述如圖所示一元件或部件和其他元件或部件之間的關係。這些空間用語企圖包括使用或操作中的裝置的不同方位，以及圖式所述的方位。當裝置被轉至其他方位(旋轉90°或其他方位)，則在此所使用的空間相對描述可同樣依旋轉後的方位來解讀。

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。

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、期間及∕或之後，可提供額外的步驟。高壓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省略。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。

除非另外定義，在此使用的全部用語(包括技術及科學用語)具有與本發明所屬技術領域中具有通常知識者所通常理解的相同涵義。能理解的是，這些用語，例如在通用字典中定義的用語，應被解讀成具有與相關技術及本發明的背景或上下文一致的意思，而不應以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在本發明實施例有特別定義。

為了提升切換效率，可在高壓裝置中納入自舉式電路(bootstrap circuit)，其包括自舉式二極體(bootstrap diode, BSD)、自舉式電容(bootstrap capacitor, BSC)、以及自舉式電阻(bootstrap resistor, BSR)。自舉式電路的自舉式二極體的關鍵參數分別為逆向恢復時間、順向導通壓降、以及逆向阻擋電壓。在傳統的設計中，自舉式二極體一般為分離配置的。分離配置的自舉式二極體與高壓裝置的其他部件分開設置。為了滿足截止耐壓的需求，自舉式二極體必須透過放寬設計規則的方式來達成，進而造成元件尺寸偏大。由於分離配置的自舉式二極體並未與高壓裝置的其他部件整合，可能佔據過大的空間，增加額外的物料清單(bills of materials, BOM)的成本。因此，可改用埋入配置的自舉式二極體(也就是與其他部件整合的配置)來解決上述問題。然而，相較於分離配置的自舉式二極體，埋入配置的自舉式二極體在操作中可能會產生由陽極端至基底(垂直雙極性接面或水平雙極性接面)的正向漏電流，而陰極端未有雙極性接面而並無顯著的逆向漏電流。

一般的高壓裝置可包括高壓接面邊界(high voltage junction termination, HVJT)元件、至少一對位準移位器(level shifter)、以及至少一對高壓金屬氧化物半導體電晶體。高壓接面邊界元件可具有環狀輪廓，其物理上和電性上隔開高壓(high side)區和低壓(low side)區。高壓區可容納在高壓水平操作的組件，而低壓區可容納在低壓水平操作的組件。一般來說，「高壓」泛指電壓於300V以上，例如300V和1200V之間、300V和750V之間、或750V和1200V之間。「低壓」泛指電壓於20V以下，例如1V和20V之間、1V和10V之間、或10V和20V之間。一對高壓金屬氧化物半導體電晶體可分別耦合至高壓區和低壓區。再者，一對位準移位器可被整合於高壓接面邊界元件的環狀中。位準移位器可在高壓區與低壓區之間轉換訊號。舉例來說，位準移位器可接收來自低壓區的控制邏輯訊號，轉換成高壓區的輸入訊號。

當高壓裝置納入自舉式電路時，可供應電源進行升壓，而抬升的電壓值即為充電電壓。可透過自舉式電容抬高高壓區的電位，使得電路導通。首先，在充電的期間，讓耦合至低壓區的高壓金屬氧化物半導體電晶體開啟。自舉式二極體需要提供足夠的充電電流以增加充電效率。接著，在放電期間，耦合至高壓區的高壓金屬氧化物半導體電晶體開啟，使得高壓區端點的電壓達到600V以上。為了提高充電效率和承受600V以上的電壓，自舉式二極體需具有高導通電流和低基底漏電流。

當自舉式二極體透過二極體(PN)接面路徑導通所欲的電流時，不想要的寄生的雙載子(PNP)接面路徑也可能會導通而產生漏電流。透過寄生的雙載子(PNP)接面路徑，漏電流可在水平方向上由陽極端的井區流至基底端的井區，也可在垂直方向上由陽極端的井區流至下方的基底。發明人發現，可在陽極端與基底端之間配置額外的摻雜結構來限制水平方向的漏電流，且可在陽極端的正下方配置埋層來限制垂直方向的漏電流。這樣一來，可使得自舉式二極體達到1A的導通電流，並將漏電流抑制在10%以下(客戶所要求的標準)。

第1圖是根據本發明的一些實施例，高壓裝置10的上視圖。第2圖是根據本發明的一些實施例，高壓裝置10的剖面示意圖。應注意的是，第2圖為第1圖的線段A-A’所獲得的剖面示意圖。在一些實施例中，高壓裝置一般可包括任何數量的主動組件和被動組件。主動組件包括金屬氧化物半導體(metal-oxide semiconductor, MOS)電晶體、互補式金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide semiconductor, CMOS)電晶體、橫向擴散金屬氧化物半導體(laterally diffused metal-oxide semiconductor, LDMOS)電晶體、雙載子-互補式金屬氧化物半導體-雙擴散式金屬氧化物半導體(bipolar complementary metal oxide semiconductor - double diffused metal oxide semiconductor, BCD)電晶體、雙極性接面電晶體(bipolar junction transistor, BJT)、平坦(planar)電晶體、鰭式場效電晶體(fin field-effect transistor, FinFET)、全繞式閘極場效電晶體(gate-all-around field-effect transistor, GAA FET)、其他類似裝置、或其組合。被動組件包括金屬走線、電容、電感、電阻、二極體、接合墊、或其他類似結構。

參照第1和2圖，高壓裝置10包括創新的自舉式二極體。為了簡化起見，第1圖僅繪示自舉式二極體中所有主動區(例如摻雜區)的佈局。在未與高壓接面邊界元件整合的情況下，自舉式二極體可具有圓形設計，例如具有陰極端的中心圓、以及依序圍繞陰極端的導電結構的環狀、陽極端的環狀、以及基底端的環狀(餘下詳述)。這樣的設計可避免銳邊效應(sharp edge effect)，其可造成元件失效。此外，圓形設計也可使得電場分佈更加均勻。

繼續參照第1和2圖，高壓裝置10的結構可包括基底100、埋層200、磊晶層300、隔離結構500a、隔離結構500b、隔離結構500c、隔離結構500d、隔離結構500e、隔離結構500f、導電結構600、層間介電(interlayer dielectric, ILD)層700、導孔710、導孔740、導孔750、導孔760、導孔780、金屬層820、金屬層840、金屬層860、以及金屬層880。

在一些實施例中，磊晶層300可包括高壓井區320、深井區340、以及深井區360。高壓井區320可包括井區322。深井區340可包括井區342和井區344。深井區360可包括井區362。井區322可包括摻雜區410。井區342可包括摻雜區420和摻雜區430。井區344可包括摻雜區440和摻雜區450。井區362可包括摻雜區460。值得注意的是，埋層200的邊緣橫向地超出摻雜區450的邊緣至間距D。

在一些實施例中，基底100可為例如晶圓或晶粒，但本發明實施例並不以此為限。在一些實施例中，基底100可為半導體基底，例如矽(silicon, Si)基底。此外，在一些實施例中，半導體基底亦可為：元素半導體(elemental semiconductor)，包括鍺(germanium, Ge)；化合物半導體(compound semiconductor)，包含氮化鎵(gallium nitride, GaN)、碳化矽(silicon carbide, SiC)、砷化鎵(gallium arsenide, GaAs)、磷化鎵(gallium phosphide, GaP)、磷化銦(indium phosphide, InP)、砷化銦(indium arsenide, InAs)、及∕或銻化銦(indium antimonide, InSb)；合金半導體(alloy semiconductor)，包含矽鍺(silicon germanium, SiGe)合金、磷砷鎵(gallium arsenide phosphide, GaAsP)合金、砷鋁銦(aluminum indium arsenide, AlInAs)合金、砷鋁鎵(aluminum gallium arsenide, AlGaAs)合金、砷鎵銦(gallium indium arsenide, GaInAs)合金、磷鎵銦(gallium indium phosphide, GaInP)合金、及∕或砷磷鎵銦(gallium indium arsenide phosphide, GaInAsP)合金、或其組合。

在其他實施例中，基底100也可以是絕緣層上半導體(semiconductor on insulator, SOI)基底。絕緣層上半導體基底可包含底板、設置於底板上之埋入式氧化物(buried oxide, BOX)層、以及設置於埋入式氧化物層上之半導體層。此外，基底100可為第一導電類型或與第一導電類型不同的第二導電類型。在下述實施例中，第一導電類型和第二導電類型可分別代表P型和N型。第一導電類型(P型)和第二導電類型(N型)可個別以合適的摻質(或雜質)摻雜。P型摻質可包括硼(boron, B)、銦(indium, In)、鋁(aluminum, Al)、或鎵(gallium, Ga)，而N型摻質可包括磷(phosphorus, P)或砷(arsenic, As)。在本發明的特定實施例中，基底100可為第一導電類型(P型)，其摻雜濃度介於1×10 ¹⁹cm ^-3和3×10 ¹⁹cm ^-3之間。

在其他實施例中，基底100可包括隔離結構(未繪示)以定義主動區並電性隔離基底100之內或之上的主動區部件，但本發明實施例並不以此為限。隔離結構可包括深溝槽隔離(deep trench isolation, DTI)結構、淺溝槽隔離(shallow trench isolation, STI)結構、或局部矽氧化(local oxidation of silicon, LOCOS)結構。在一些實施例中，形成隔離結構可包括例如在基底100上形成絕緣層，選擇性地蝕刻絕緣層和基底100以形成由基底100頂面延伸至基底100內一位置的溝槽，其中溝槽位於相鄰的主動區之間。接著，形成隔離結構可包括沿著溝槽成長富含氮(如氧氮化矽(silicon oxynitride, SiON)或其他類似材料)的襯層，再以沉積製程將絕緣材料(如二氧化矽(silicon dioxide, SiO ₂)、氮化矽(silicon nitride, SiN)、氧氮化矽、或其他類似材料)填入溝槽中。之後，對溝槽中的絕緣材料進行退火製程，並對基底100進行平坦化製程(如化學機械研磨(chemical mechanical polish, CMP))以移除多餘的絕緣材料，使溝槽中的絕緣材料與基底100的頂面齊平。

參照第1和2圖，在基底100上形成磊晶層300。根據本發明的一些實施例，磊晶層300可具有第二導電類型(N型)，其摻雜濃度介於1.13×10 ¹⁵cm ^-3和 2.30×10 ¹⁵cm ^-3之間。在本發明的一特定實施例中，基底100與磊晶層300可具有不同的導電類型。磊晶層300的材料可包括矽、矽鍺、碳化矽、其他類似材料、或其組合。磊晶層300的厚度可介於3μm和7μm之間。可藉由磊晶製程形成磊晶層300，其磊晶製程可包括金屬有機化學氣相沉積(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)、氫化物氣相磊晶(hydride vapor phase epitaxy, HVPE)、分子束磊晶(molecular beam epitaxy, MBE)、其他合適的方法、或其組合。

繼續參照第1和2圖，在基底100內形成埋層200。埋層200可直接接觸磊晶層300的深井區340。根據本發明的一些實施例，埋層200可限制垂直方向的漏電流。埋層200具有第二導電類型(N型)。埋層200的摻雜濃度可介於6.4×10 ¹⁶cm ^-3和9.6×10 ¹⁶cm ^-3之間。埋層200的垂直尺寸可介於1μm和2μm之間。埋層200的橫向尺寸可小於深井區340的橫向尺寸。

埋層200的形成方法可包括在形成磊晶層300之前，在基底100中離子佈植N型摻質(例如磷或砷)，進行熱處理將佈植的離子驅入(drive in)基底100內，然後才在基底100上形成磊晶層300。在一些實施例中，由於磊晶層300係在高溫的條件下形成，故被植入的離子會擴散進入磊晶層300內。如第2圖所示，埋層200位於基底100與磊晶層300之間的界面附近，且具有一部分在基底100內、以及另一部分在磊晶層300內。換言之，埋層200可由基底100與磊晶層300之間的界面往上延伸。

參照第1和2圖，可在磊晶層300中形成高壓井區320、深井區340、以及深井區360。在一些實施例中，高壓井區320、深井區340、以及深井區360橫向地彼此隔開，且深井區340可位於高壓井區320與深井區360之間。應理解的是，從上視圖來看，深井區340環繞深井區360，且高壓井區320環繞深井區340。高壓井區320和深井區360可由磊晶層300的上表面垂直地延伸至磊晶層300與基底100之間的界面。深井區340可由磊晶層300的上表面垂直地延伸至磊晶層300與基底100之間的界面、或磊晶層300與埋層200之間的界面。根據本發明的一些實施例，高壓井區320可為第一導電類型(P型)，而深井區340和深井區360可為第二導電類型(N型)。

可藉由例如離子佈植(ion implantation)及∕或擴散製程(diffusion process)形成高壓井區320、深井區340、以及深井區360。在替代實施例中，不使用離子佈植及∕或擴散製程，而是可在磊晶層300的成長期間原位(in situ)摻雜高壓井區320、深井區340、以及深井區360。在其他實施例中，可一起使用原位和佈植摻雜。

在一些實施例中，高壓井區320可橫向地環繞深井區340。高壓井區320的摻雜濃度可介於1.6×10 ¹⁶cm ^-3和2.4×10 ¹⁶cm ^-3之間。如先前所提及，高壓井區320可包括井區322。

在一些實施例中，深井區340可橫向地環繞深井區360，且可位於埋層200上方。更具體而言，深井區340可在垂直方向上與埋層200直接接觸。深井區340的摻雜濃度可介於1.6×10 ¹⁶cm ^-3和2.4×10 ¹⁶cm ^-3之間。如先前所提及，深井區340可包括井區342和井區344。應理解的是，從上視圖來看，井區342環繞井區344。

在一些實施例中，深井區360可位於自舉式二極體的中心圓。深井區360的摻雜濃度可介於1.6×10 ¹⁶cm ^-3和2.4×10 ¹⁶cm ^-3之間。如先前所提及，深井區360可包括井區362。

繼續參照第1和2圖，可在高壓井區320中設置井區322。在一些實施例中，井區322可由磊晶層300的上表面垂直地延伸至磊晶層300中。井區322可為第一導電類型(P型)。根據本發明的一些實施例，井區322可降低接地端串聯電阻。井區322的摻雜濃度可介於3.6×10 ¹⁶cm ^-3和5.4×10 ¹⁶cm ^-3之間。井區322的厚度可介於0.2μm和0.6μm之間。井區322的橫向尺寸可介於1μm和2μm之間。井區322的形成方法可與高壓井區320、深井區340、以及深井區360的形成方法類似，其細節將不於此重複贅述。

參照第1和2圖，可在深井區340中設置井區342和井區344。在一些實施例中，井區342和井區344可由磊晶層300的上表面垂直地延伸至磊晶層300中。井區342可橫向地位於井區322與井區344之間。根據本發明的一些實施例，井區342可為第二導電類型(N型)，而井區344可為第一導電類型(P型)。井區342和井區344的形成方法可與高壓井區320、深井區340、以及深井區360的形成方法類似，其細節將不於此重複贅述。

在一些實施例中，井區342可與埋層200重疊。根據本發明的一些實施例，井區342的功能可抑制水平方向的漏電流。井區342的摻雜濃度可介於4.5×10 ¹⁶cm ^-3和6.8×10 ¹⁶cm ^-3之間。井區342的厚度可介於0.2μm和0.6μm之間。井區342的橫向尺寸可介於1μm和2μm之間。

在一些實施例中，井區344可與埋層200部分地重疊。根據本發明的一些實施例，井區344可用來形成二極體的P型半導體結構。井區344的摻雜濃度可介於3.6×10 ¹⁶cm ^-3和5.4×10 ¹⁶cm ^-3之間。井區344的厚度可介於0.2μm和0.6μm之間。井區344的橫向尺寸可介於1μm和2μm之間。

繼續參照第1和2圖，可在深井區360中設置井區362。井區362可由磊晶層300的上表面垂直地延伸至磊晶層300中。井區362可為第二導電類型(N型)。根據本發明的一些實施例，井區362可降低陰極端的串聯電阻。井區362的摻雜濃度可介於4.5×10 ¹⁶cm ^-3和6.8×10 ¹⁶cm ^-3之間。井區362的厚度可介於0.2μm和0.6μm之間。井區362的橫向尺寸可介於1μm和2μm之間。井區362的形成方法可與高壓井區320、深井區340、以及深井區360的形成方法類似，其細節將不於此重複贅述。

參照第1和2圖，可在井區322中設置摻雜區410。摻雜區410可由磊晶層300的上表面垂直地延伸至磊晶層300中。摻雜區410可橫向地環繞摻雜區420(以及摻雜區430)。摻雜區410可為第一導電類型(P型)。根據本發明的一些實施例，由於基底100、高壓井區320、井區322、以及摻雜區410皆為第一導電類型(P型)，後續形成的金屬層820可允許高壓裝置10由頂部或由底部電性接地。摻雜區410的摻雜濃度可介於4.0×10 ²⁰cm ^-3和6.0×10 ²⁰cm ^-3之間。摻雜區410的厚度可介於0.09μm和0.11μm之間。摻雜區410的形成方法可與高壓井區320、深井區340、以及深井區360的形成方法類似，其細節將不於此重複贅述。

繼續參照第1和2圖，可在井區342中設置摻雜區420和摻雜區430。在一些實施例中，摻雜區420可由磊晶層300的上表面垂直地延伸至磊晶層300中，而摻雜區430可由摻雜區420的下表面繼續垂直地延伸至磊晶層300中。從另一個觀點來看，摻雜區420與摻雜區430在垂直方向上直接接觸，且摻雜區420的底面鄰接摻雜區430的頂面。換言之，摻雜區420可由摻雜區430的頂面延伸至井區342的頂面。根據本發明的一些實施例，摻雜區420與摻雜區430皆可為第二導電類型(N型)。摻雜區420與摻雜區430的形成方法可與高壓井區320、深井區340、以及深井區360的形成方法類似，其細節將不於此重複贅述。

在一些實施例中，摻雜區420可與埋層200重疊。根據本發明的一些實施例，摻雜區420可加強抑制水平方向的表面漏電流。摻雜區420的摻雜濃度可介於4.0×10 ²⁰cm ^-3和6.0×10 ²⁰cm ^-3之間。摻雜區420的厚度可介於0.09μm和0.11μm之間。

在一些實施例中，摻雜區430可與埋層200重疊。摻雜區420和摻雜區430可橫向地環繞摻雜區440。根據本發明的一些實施例，摻雜區430可加強抑制水平方向的表面漏電流。摻雜區430的摻雜濃度可介於2.0×10 ¹⁸cm ^-3和7.0×10 ¹⁸cm ^-3之間。摻雜區420的摻雜濃度大於摻雜區430的摻雜濃度。摻雜區430的厚度可介於0.09μm和0.11μm之間。

如先前所提及，在傳統的自舉式二極體結構中，漏電流可在水平方向上由陽極端流至基底端的井區。換言之，傳統結構的井區344(P型)、深井區340(N型)、以及高壓井區320(P型)可構成寄生的雙載子(PNP)接面，使得漏電流可由井區344流至高壓井區320。根據本發明的一些實施例，可在深井區340中額外設置井區342(其包括摻雜區420與摻雜區430)。由於埋層200、深井區340、井區342、摻雜區420、以及摻雜區430皆為第二導電類型(N型)，因此未有雙極性接面，使得漏電流無法輕易通過。換言之，埋層200、深井區340、井區342、摻雜區420、以及摻雜區430的摻雜結構可有效地阻擋不想要的漏電流觸及高壓井區320。在高壓裝置10的操作期間，摻雜區420和摻雜區430可為電性浮接。此外，由於高壓井區320與深井區340彼此隔開，因此並未構成導通的接面路徑，從而進一步抑制水平方向的漏電流。

參照第1和2圖，可在井區344中設置摻雜區440和摻雜區450。在一些實施例中，摻雜區440和摻雜區450可由磊晶層300的上表面垂直地延伸至磊晶層300中。根據本發明的一些實施例，摻雜區440可為第一導電類型(P型)，而摻雜區450可為第二導電類型(N型)。摻雜區440和摻雜區450的形成方法可與高壓井區320、深井區340、以及深井區360的形成方法類似，其細節將不於此重複贅述。

在一些實施例中，摻雜區440可與埋層200重疊。摻雜區440可橫向地環繞摻雜區450。根據本發明的一些實施例，摻雜區440可作為二極體的P型半導體結構的接觸接點。摻雜區440的摻雜濃度可介於4.0×10 ²⁰cm ^-3和6.0×10 ²⁰cm ^-3之間。摻雜區440的厚度可介於0.09μm和0.11μm之間。

在一些實施例中，摻雜區450可與埋層200重疊。摻雜區450可橫向地環繞摻雜區460。摻雜區440可橫向地位於摻雜區420與摻雜區450之間。根據本發明的一些實施例，摻雜區450的功能與440相同，其細節將不於此重複贅述。摻雜區450的摻雜濃度可介於4.0×10 ²⁰cm ^-3和6.0×10 ²⁰cm ^-3之間。摻雜區450的厚度可介於0.09μm和0.11μm之間。

如先前所提及，埋層200的邊緣橫向地超出摻雜區450的邊緣至間距D。根據本發明的一些實施例，間距D可介於10μm和15μm之間，例如13μm。儘管埋層200可有效地限制垂直方向的漏電流，然而埋層200的橫向尺寸過大會影響崩潰電壓的性能。因此，必須在抑制漏電流與維持可接受的崩潰電壓之間做出權衡。發明人發現，透過優化，可將埋層200的邊緣與摻雜區450的邊緣維持在13μm的差距。

繼續參照第1和2圖，可在井區362中設置摻雜區460。摻雜區460可由磊晶層300的上表面垂直地延伸至磊晶層300中。摻雜區460可位於自舉式二極體的中心圓。摻雜區460可為第二導電類型(N型)。根據本發明的一些實施例，摻雜區460可作為二極體的N型半導體結構的接觸接點。摻雜區460的摻雜濃度可介於4.0×10 ²⁰cm ^-3和6.0×10 ²⁰cm ^-3之間。摻雜區460的厚度可介於0.09μm和0.11μm之間。摻雜區460的形成方法可與高壓井區320、深井區340、以及深井區360的形成方法類似，其細節將不於此重複贅述。

參照第1和2圖，可在磊晶層300上形成隔離結構500a、隔離結構500b、隔離結構500c、隔離結構500d、隔離結構500e、以及隔離結構500f。具體而言，由於其製作過程涉及高溫處理，隔離結構500a、隔離結構500b、隔離結構500c、隔離結構500d、隔離結構500e、以及隔離結構500f部分嵌入於磊晶層300內。根據本發明的一些實施例，隔離結構500a、隔離結構500b、隔離結構500c、隔離結構500d、隔離結構500e、以及隔離結構500f可為漂移氧化物(drift oxide, DOX)，用來將各種具有導電性的部件隔絕開，以避免高壓裝置10在操作時發生電性短路。

如第2圖所示，摻雜區410可橫向地位於隔離結構500a與隔離結構500b之間。隔離結構500b可將摻雜區410與摻雜區420(以及摻雜區430)橫向地隔絕開。摻雜區420(以及摻雜區430)可橫向地位於隔離結構500b與隔離結構500c之間。隔離結構500c可將摻雜區420(以及摻雜區430)與摻雜區440橫向地隔絕開。摻雜區440可橫向地位於隔離結構500c與隔離結構500d之間。隔離結構500d可將摻雜區440與摻雜區450橫向地隔絕開。摻雜區450可橫向地位於隔離結構500d與隔離結構500e之間。隔離結構500e可將摻雜區450與導電結構600橫向地隔絕開。導電結構600可橫向地位於隔離結構500e與隔離結構500f之間。隔離結構500f可將導電結構600與摻雜區460橫向地隔絕開。

在一些實施例中，可以氧化矽(silicon oxide, SiO)形成隔離結構500a、隔離結構500b、隔離結構500c、隔離結構500d、隔離結構500e、以及隔離結構500f，其可為藉由熱氧化法所形成的矽局部氧化隔離結構。在其他實施例中，隔離結構500a、隔離結構500b、隔離結構500c、隔離結構500d、隔離結構500e、以及隔離結構500f可為藉由蝕刻、氧化、和沉積製程所形成的淺溝槽隔離結構。

繼續參照第1和2圖，在形成隔離結構500a、隔離結構500b、隔離結構500c、隔離結構500d、隔離結構500e、以及隔離結構500f之後，可在磊晶層300上形成導電結構600。在一些實施例中，導電結構600可在水平方向上由井區344上延伸朝向深井區360，且可延伸於隔離結構500e和隔離結構500f的部分表面上。導電結構600可橫向地環繞摻雜區460。導電結構600可橫向地位於摻雜區450與摻雜區460之間。在高壓裝置10的操作期間，導電結構600可為電性接地。根據本發明的一些實施例，導電結構600可降低隔離結構500e至隔離結構500f區間的表面電場。導電結構600的厚度可介於300nm和450nm之間。

導電結構600的材料可包括非晶矽、多晶矽(polysilicon)、多晶矽鍺(poly-SiGe)、金屬氮化物(如氮化鈦(titanium nitride, TiN)、氮化鉭(tantalum nitride, TaN)、氮化鎢(tungsten nitride, WN)、氮化鈦鋁(titanium aluminum nitride, TiAlN)、或其他類似材料)、金屬矽化物(如矽化鎳(nickel silicide, NiSi)、矽化鈷(cobalt silicide, CoSi)、矽氮化鉭(tantalum silicon nitride, TaSiN)、或其他類似材料)、金屬碳化物(如碳化鉭(tantalum carbide, TaC)、碳氮化鉭(tantalum carbonitride, TaCN)、或其他類似材料)、金屬氧化物、和金屬。金屬可包括鈷(cobalt, Co)、釕(ruthenium, Ru)、鋁、鈀(palladium, Pd)、鉑(platinum, Pt)、鎢(tungsten, W)、銅(copper, Cu)、鈦(titanium, Ti)、鉭(tantalum, Ta)、銀(silver, Ag)、金(gold, Au)、鎳(nickel, Ni)、錳(manganese, Mn)、鋯(zirconium, Zr)、其他類似材料、其組合、或其多膜層。可藉由物理氣相沉積(physical vapor deposition, PVD)、原子層沉積(atomic layer deposition, ALD)、電鍍法(plating)、其他合適的製程、或其組合形成導電結構600。

參照第1和2圖，可在磊晶層300上形成層間介電層700。在一些實施例中，層間介電層700可覆蓋磊晶層300、隔離結構500a、隔離結構500b、隔離結構500c、隔離結構500d、隔離結構500e、隔離結構500f、以及導電結構600。層間介電層700除了可對下方的部件提供機械保護和絕緣，也可將不同水平的導電材料隔絕開。層間介電層700的材料可包括氧化矽、氮化矽、碳化矽、氧氮化矽、氧氮碳化矽(silicon oxynitrocarbide, SiO _xN _yC _1-x-y，其中x和y係在0至1的範圍)、四乙氧基矽烷(tetra ethyl ortho silicate, TEOS)、未摻雜矽酸玻璃、摻雜氧化矽(如硼摻雜磷矽酸玻璃(boron-doped phospho-silicate glass, BPSG)、熔矽石玻璃(fused silica glass, FSG)、磷矽酸玻璃(phospho-silicate glass, PSG)、硼摻雜矽酸玻璃(boron-doped silicate glass, BSG)、或其他類似材料)、低介電常數(low-k)介電材料、或其他合適的介電材料。

層間介電層700的厚度可介於1000μm和1200μm之間。可藉由旋轉塗佈(spin-on coating)、化學氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)、高密度電漿化學氣相沉積(high-density plasma chemical vapor deposition, HDP-CVD)、電漿輔助化學氣相沉積(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD)、低壓化學氣相沉積(low-pressure chemical vapor deposition, LPCVD)、流動性化學氣相沉積(flowable chemical vapor deposition, FCVD)、次大氣壓化學氣相沉積(sub-atmospheric chemical vapor deposition, SACVD)、其他類似方法、或其組合形成層間介電層700。接著，可對層間介電層700進行平坦化製程(如化學機械研磨)，使層間介電層700具有平坦的頂面。

繼續參照第1和2圖，可形成導孔710、導孔740、導孔750、導孔760、以及導孔780穿過層間介電層700。導孔710、導孔740、導孔750、導孔760、以及導孔780可分別物理接觸摻雜區410、摻雜區440、摻雜區450、摻雜區460、以及導電結構600。此外，可在層間介電層700上形成金屬層820、金屬層840、金屬層860、以及金屬層880。在一些實施例中，金屬層820可透過導孔710與摻雜區410電性耦合，金屬層840可透過導孔740和導孔750分別與摻雜區440和摻雜區450電性耦合，金屬層860可透過導孔760與摻雜區460電性耦合，而金屬層880可透過導孔780與導電結構600電性耦合。根據本發明的一些實施例，金屬層820和金屬層880可作為高壓裝置10的電性接地，而金屬層840和金屬層860可分別作為高壓裝置10的陽極端和陰極端。導孔710、導孔740、導孔750、導孔760、導孔780、金屬層820、金屬層840、金屬層860、以及金屬層880可為一體成形，因而包括相同的材料，所述材料可與導電結構600的材料類似，其細節將不於此重複贅述。

首先，可在層間介電層700中形成複數個開口，分別對應摻雜區410、摻雜區440、摻雜區450、摻雜區460、以及導電結構600。接著，可透過合適的沉積製程在層間介電層700上毯覆性沈積上述材料。上述材料除了形成於層間介電層700的表面上，也填入所有的開口中，以形成導孔710、導孔740、導孔750、導孔760、以及導孔780。可藉由微影製程，接著進行蝕刻製程來圖案化沉積的膜層，以形成金屬層820、金屬層840、金屬層860、以及金屬層880。微影製程可包括塗佈光阻、軟烤(soft baking)、曝光、曝光後烘烤、顯影、其他類似方法、或其組合。蝕刻製程可包括乾蝕刻、濕蝕刻、其他類似方法、或其組合。基於一體成形的製程，金屬層820、金屬層840、金屬層860、以及金屬層880可具有實質上相同的厚度，其可介於4000Å和5000Å之間。

第3圖是根據本發明的一些實施例，高壓裝置的電流-電壓曲線圖20。根據本發明的一些實施例，電流-電壓曲線圖20在高壓裝置的操作期間比較陽極端、陰極端、以及基底端的電流。在理想的情況下，僅陽極端和陰極端可被量測出電流，而基底端不應被量測出電流。本發明所揭示的高壓裝置10可將基底端的電流(也就是不想要的漏電流)抑制在10%以下，其數值為基底電流對陽極端電流或陰極端電流的比例。舉例來說，在5.5V的電壓下，基底電流對陽極端電流的比例可為約7%。由於高壓裝置10納入額外的埋層和摻雜結構，可顯著地提升導通電流至1A並抑制漏電流低於10%，以符合客戶所要求的標準。

本發明的高壓裝置包括自舉式二極體，其可為分離配置或埋入配置。當自舉式二極體透過二極體(PN)接面路徑導通所欲的電流時，不想要的寄生的雙載子(PNP)接面路徑也可能會導通而產生漏電流。透過寄生的雙載子(PNP)接面路徑，漏電流可在水平方向上由陽極端的井區流至基底端的井區，也可在垂直方向上由陽極端的井區流至下方的基底。可在陽極端與基底端之間配置額外的摻雜結構來限制水平方向的漏電流，且可在陽極端的正下方配置埋層來限制垂直方向的漏電流。這樣一來，可使得自舉式二極體達到1A的導通電流，並將漏電流抑制在10%以下。

以上概述數個實施例之特徵，以使所屬技術領域中具有通常知識者可以更加理解本發明實施例的觀點。所屬技術領域中具有通常知識者應理解，可輕易地以本發明實施例為基礎，設計或修改其他製程和結構，以達到與在此介紹的實施例相同之目的及∕或優勢。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悖離本發明的精神與範圍，且可在不違背本發明之精神和範圍下，做各式各樣的改變、取代和替換。

10:高壓裝置 20:電流-電壓曲線圖 100:基底 200:埋層 300:磊晶層 320:高壓井區 322:井區 340:深井區 342:井區 344:井區 360:深井區 362:井區 410:摻雜區 420:摻雜區 430:摻雜區 440:摻雜區 450:摻雜區 460:摻雜區 500a:隔離結構 500b:隔離結構 500c:隔離結構 500d:隔離結構 500e:隔離結構 500f:隔離結構 600:導電結構 700:層間介電層 710:導孔 740:導孔 750:導孔 760:導孔 780:導孔 820:金屬層 840:金屬層 860:金屬層 880:金屬層 A-A’:線段 D:間距

以下將配合所附圖式詳述本發明實施例之各面向。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的特徵。第1圖是根據本發明的一些實施例，高壓裝置的上視圖。第2圖是根據本發明的一些實施例，高壓裝置的剖面示意圖。第3圖是根據本發明的一些實施例，高壓裝置的電流-電壓曲線圖。

10:高壓裝置

100:基底

200:埋層

300:磊晶層

320:高壓井區

322:井區

340:深井區

342:井區

344:井區

360:深井區

362:井區

410:摻雜區

420:摻雜區

430:摻雜區

440:摻雜區

450:摻雜區

460:摻雜區

500a:隔離結構

500b:隔離結構

500c:隔離結構

500d:隔離結構

500e:隔離結構

500f:隔離結構

600:導電結構

700:層間介電層

710:導孔

740:導孔

750:導孔

760:導孔

780:導孔

820:金屬層

840:金屬層

860:金屬層

880:金屬層

A-A’:線段

D:間距

Claims

一種高壓裝置，包括：一基底，具有一第一導電類型；一磊晶層，設置於該基底上，其中該磊晶層具有與該第一導電類型不同的一第二導電類型；一埋層，設置於該基底內；一第一深井區，設置於該磊晶層中且具有該第二導電類型，其中該第一深井區直接接觸該埋層；一高壓井區，設置於該磊晶層中且具有該第一導電類型，其中該高壓井區與該第一深井區橫向地彼此隔開；一第二深井區，設置於該磊晶層中且具有該第二導電類型，其中該第二深井區與該第一深井區橫向地彼此隔開；一第一井區，設置於該第一深井區中且具有該第二導電類型；以及一第一摻雜區和一第二摻雜區，設置於該第一井區中且皆具有該第二導電類型，其中該第一摻雜區與該第二摻雜區在垂直方向上直接接觸。
如請求項1之高壓裝置，其中該第一摻雜區的底面鄰接該第二摻雜區的頂面，且該第一摻雜區的摻雜濃度大於該第二摻雜區的摻雜濃度。
如請求項1之高壓裝置，更包括一第二井區，設置於該第一深井區中且具有該第一導電類型，其中該第一井區與該第二井區橫向地彼此隔開。
如請求項3之高壓裝置，其中該第一井區和該第二井區與該埋層重疊。
如請求項3之高壓裝置，更包括：一第三摻雜區，設置於該第二井區中且具有該第一導電類型；以及一第四摻雜區，設置於該第二井區中且具有該第二導電類型，其中該第三摻雜區橫向地位於該第一摻雜區與該第四摻雜區之間。
如請求項5之高壓裝置，其中該埋層的邊緣橫向地超出該第四摻雜區的邊緣一間距。
如請求項6之高壓裝置，其中該間距介於10μm和15μm之間。
如請求項1之高壓裝置，其中該第一深井區橫向地位於該高壓井區與該第二深井區之間。
如請求項5之高壓裝置，更包括：一第五摻雜區，設置於該高壓井區中且具有該第一導電類型；以及一第六摻雜區，設置於該第二深井區中且具有該第二導電類型。
如請求項9之高壓裝置，更包括一導電結構，設置於該磊晶層上，並橫向地位於該第四摻雜區與該第六摻雜區之間。
一種高壓裝置的形成方法，包括：提供一基底；在該基底上形成一磊晶層；在該磊晶層中形成一第一深井區；在該磊晶層中形成一高壓井區，其中該高壓井區與該第一深井區橫向地彼此隔開；在該磊晶層中形成一第二深井區，其中該第二深井區與該第一深井區橫向地彼此隔開；在該第一深井區中形成一第一井區；在該第一井區中形成一第一摻雜區；以及在該第一井區中形成一第二摻雜區，其中該第二摻雜區由該第一摻雜區的頂面延伸至該第一井區的頂面。
如請求項11之高壓裝置的形成方法，其中該第二摻雜區的摻雜濃度大於該第一摻雜區的摻雜濃度。
如請求項11之高壓裝置的形成方法，更包括在形成該磊晶層之前，在該基底中形成一埋層。
如請求項13之高壓裝置的形成方法，其中該第一深井區與該埋層重疊。
如請求項13之高壓裝置的形成方法，其中該基底具有一第一導電類型，而該埋層、該磊晶層、該第一深井區、該第一井區、該第一摻雜區、以及該第二摻雜區具有與該第一導電類型不同的一第二導電類型。
如請求項15之高壓裝置的形成方法，更包括在該第一深井區中形成一第二井區，該第二井區具有該第一導電類型，其中該第一井區與該第二井區橫向地彼此隔開。
如請求項16之高壓裝置的形成方法，更包括：在該第二井區中形成一第三摻雜區，該第三摻雜區具有該第一導電類型；以及在該第二井區中形成一第四摻雜區，該第四摻雜區具有該第二導電類型，其中該第三摻雜區橫向地位於該第二摻雜區與該第四摻雜區之間。
如請求項17之高壓裝置的形成方法，其中將該埋層的邊緣橫向地延伸超出該第四摻雜區的邊緣一間距，其中該間距介於10μm和15μm之間。
如請求項15之高壓裝置的形成方法，其中該高壓井區具有該第一導電類型，其中該第二深井區具有該第二導電類型，其中該第一深井區位於該高壓井區與該第二深井區之間。