TWI885679B

TWI885679B - 高壓裝置

Info

Publication number: TWI885679B
Application number: TW113100326A
Authority: TW
Inventors: 維克韋; 潘欽寒; 陳弘修
Original assignee: 新唐科技股份有限公司
Priority date: 2024-01-04
Filing date: 2024-01-04
Publication date: 2025-06-01
Also published as: CN120264812A; TW202529569A

Abstract

一種高壓裝置，包括：高壓接面邊界(high voltage junction termination, HVJT)元件、以及沿著高壓接面邊界元件的環狀延伸的電晶體。從上視圖來看，電晶體具有一或多個第一U形段。每個第一U形段包括：第一線性部、設置對應第一線性部的第二線性部、以及連接第一線性部與第二線性部的第一弧形部。

Description

高壓裝置

本發明是關於高壓裝置，特別是關於優化電晶體的走線設計。

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，正向電流(forward current)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，包括：高壓接面邊界元件、以及沿著高壓接面邊界元件的環狀延伸的電晶體。從上視圖來看，電晶體具有一或多個第一U形段。每個第一U形段包括：第一線性部、設置對應第一線性部的第二線性部、以及連接第一線性部與第二線性部的第一弧形部。

10:高壓裝置

20:高壓裝置

30:高壓裝置

40:高壓裝置

50:正向電流-尺寸曲線圖

100:高壓接面邊界元件

100A:高壓區

100B:低壓區

200:隔離二極體

300:電晶體

300A:凹角

300B:凸角

300U:U形段

300U’:U形段

300U-1:線性部

300U-2:線性部

300U-3:弧形部

320:源極區

340:汲極區

360:閘極結構

400:位準移位器

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圖是根據比較範例，高壓裝置的上視圖。

第2和3圖是根據本發明的一些實施例，高壓裝置的上視圖。

第4和5圖是根據本發明的其他實施例，具有各種設計的高壓裝置的上視圖。

第6圖是根據本發明的一些實施例，高壓裝置的正向電流-尺寸曲線圖。

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放置於高壓裝置之外，並個別連接至高壓裝置的高壓(high side)區和低壓(low side)區。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非整合於高壓裝置中，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，可改用整合於高壓裝置中的埋入配置的自舉式二極體來解決上述問題。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)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。因此，可進一步在埋入配置的自舉式二極體中加入隔離部件(例如埋層)來減少正向漏電流的產生。

當高壓裝置同時將埋入配置的自舉式二極體和高壓接面邊界(high voltage junction termination,HVJT)元件整合在一起時，自舉式二極體中的電晶體可利用高壓接面邊界元件的環狀輪廓，進而沿著環狀延伸以節省多餘的空間。應理解的是，當電晶體的延伸尺寸(例如走線寬度)越大時，電晶體的正向電流也可增加，以驅動自舉式二極體。為了因應電晶體的延伸尺寸，高壓接面邊界元件的環狀也必須佔據更大的晶片面積。然而，一般來說，高壓區所需的組件並不會佔據太大的空間，使得過大的環狀中有很高比例的空間不會被使用，導致晶片面積的浪費。發明人發現，可將高壓接面邊界元件、以及對應的電晶體的輪廓設計成具有U形段(例如像是髮夾彎的形狀)來節省高壓區的空間，卻可維持電晶體所需的延伸尺寸。

第1圖是根據比較範例，高壓裝置10的上視圖。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圖，高壓裝置10可包括高壓接面邊界元件100、隔離二極體(isolation diode)200、電晶體300、以及多個位準移位器(level shifter)400。在一些實施例中，高壓接面邊界元件100可被設計成環狀。可在高壓接面邊界元件100的環狀之內定義高壓區100A，而可在高壓接面邊界元件100的環狀之外定義低壓區100B。再者，隔離二極體200與電晶體300可構成埋入配置的自舉式二極體。電晶體300和多個位準移位器400皆可被整合於高壓接面邊界元件100的環狀中，因而可有效地節省高壓裝置10的整體面積。此外，整合的配置使得高壓接面邊界元件100、隔離二極體200、電晶體300、以及多個位準移位器400相互電性耦合，因而省略打線接合、以及開口形成，導致可靠度提升。

繼續參照第1圖，儘管繪示高壓接面邊界元件100為矩形環狀，但本發明實施例並不以此為限。舉例來說，高壓接面邊界元件100可為圓形環狀、橢圓形環狀、正方形環狀、三角形環狀、或任何合適的封閉幾何環狀。環狀的配置使得高壓接面邊界元件100與隔離二極體200、電晶體300、以及多個位準移位器400的整合變得更有效率，且不會佔據額外的晶片面積。高壓接面邊界元件100物理上和電性上隔開高壓區100A和低壓區100B。高壓區100A可容納在高壓水平操作的組件，而低壓區100B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。在本發明的一特定實施例中，高壓區100A和低壓區100B分別在600V和15V的電壓下操作。

參照第1圖，可於低壓區100B中設置隔離二極體200。在一些實施例中，隔離二極體200可電性連接至電晶體300。如先前所提及，為了避免由陽極端至基底(垂直雙極性接面)所產生的正向漏電流，可加入例如埋層以將基底的漏電流抑制於1%之下。結果是，隔離二極體200與電晶體300所耦合的元件架構可承受650V的逆向阻擋電壓(reverse blocking voltage)和17mA的正向電流。此外，隔離二極體200由導通狀態至關閉狀態所需的恢復時間可介於10nsec和50nsec之間。

繼續參照第1圖，電晶體300可沿著高壓接面邊界元件100的環狀延伸。應理解的是，電晶體300和多個位準移位器400兩者皆與高壓接面邊界元件100的環狀整合。因此，多個位準移位器400佔據高壓接面邊界元件100的環狀的一區段，而電晶體300橫越高壓接面邊界元件100的環狀的剩餘區段。電晶體300可被設計成空乏模式(在0V的閘極電壓下為常開和導通狀態)，或可被設計成增強模式(在0V的閘極電壓下為常關狀態)。在本發明的特定實施例中，電晶體300可為橫向擴散金屬氧化物半導體電晶體。舉例來說，當閘極電壓為20V時，電晶體300為正向模式，使得電流可流通。相對來說，當閘極電壓為0V時，電晶體300為反向模式，使得電流不會流通。應理解的是，當使用橫向擴散金屬氧化物半導體電晶體時，自舉式二極體的正向電流將會受限於橫向擴散金屬氧化物半導體電晶體的內電阻。

在一些實施例中，電晶體300可包括源極區320、汲極區340、以及閘極結構360。可設置源極區320靠近低壓區100B，可設置汲極區340靠近高壓區100A，而可於源極區320與汲極區340之間設置閘極結構360。此外，隔離二極體200可位於電晶體300 的源極區320與基底接地端的主體區(未繪示)之間。在電晶體300的操作期間，電流可由隔離二極體200流經源極區320和閘極結構360下方的區域至汲極區340，且可藉由閘極結構360控制其流量。在未與高壓接面邊界元件100整合的情況下，電晶體300可具有圓形設計，例如具有汲極區340的中心圓、以及依序圍繞汲極區340的閘極結構360的環狀、源極區320的環狀、以及主體區的環狀(如果有的話)。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。

參照第1圖，多個位準移位器400可被整合於高壓接面邊界元件100的環狀中。從另一個觀點來看，多個位準移位器400可位於高壓接面邊界元件100的環狀上。如先前所提及，多個位準移位器400佔據高壓接面邊界元件100的環狀的一區段，而電晶體300橫越高壓接面邊界元件100的環狀的剩餘區段。值得注意的是，多個位準移位器400彼此間隔開，且多個位準移位器400與電晶體300隔開。儘管第1圖繪示兩個位準移位器400，但本發明實施例並不以此為限。舉例來說，可配置任何數量的位準移位器400，取決於應用和設計需求。根據本發明的一些實施例，位準移位器400可在高壓區100A與低壓區100B之間轉換訊號。舉例來說，位準移位器400可接收來自控制邏輯(未繪示)的訊號，以進行高壓區100A至低壓區100B、或低壓區100B至高壓區100A的電壓切換。

根據本發明的一些實施例，電晶體300與位準移位器400可具有相同的導電類型，例如皆可為N型。根據本發明的替代實施例，電晶體300與位準移位器400皆可具有另一個導電類型，例如皆可為P型。在一些實施例中，P型和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)。

在傳統的製程中，可增加電晶體300(包括源極區320、汲極區340、以及閘極結構360)的延伸尺寸(例如走線寬度)，以增加電晶體300的正向電流並較佳地避免漏電流。依據高壓裝置10的性能需求，可決定電晶體300所需的走線寬度。在確定電晶體300的走線寬度時，高壓接面邊界元件100的環狀也需順應性地調整來容納電晶體300。更精確來說，高壓接面邊界元件100的延伸尺寸(例如走線寬度)可為電晶體300的走線寬度與多個位準移位器400的尺寸的總和，如第1圖所示。高壓接面邊界元件100所得的環狀可能佔據相對大的晶片面積，而高壓區100A的組件則可能佔據相對小的晶片面積(例如靠近多個位準移位器400的局部空間)。結果是，高壓接面邊界元件100的環狀之內會有很大比例的空間不會被使用到，造成晶片面積的浪費。

為簡化起見，僅繪示高壓裝置10的主要組件，例如高壓接面邊界元件100、隔離二極體200、電晶體300(包括源極區320、汲極區340、以及閘極結構360)、以及多個位準移位器400。舉例來說，高壓裝置10的結構可進一步包括基底、埋層、磊晶層、以及層間介電(interlayer dielectric,ILD)層。基底、磊晶層、以及層間介電層可橫越整個電路面積，而埋層可被設置於一或多個主要組件之中。換言之，高壓接面邊界元件100、隔離二極體200、電晶體300、以及位準移位器400的每一個皆可包括基底、磊晶層、以及層間介電層(及/或埋層)。

在一些實施例中，基底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。舉例來說，基底可為P型，其摻雜濃度可介於1×10¹⁴cm^-3和3×10¹⁴cm^-3之間。

在其他實施例中，基底可包括隔離結構(未繪示)以定義主動區並電性隔離基底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上形成絕緣層，選擇性地蝕刻絕緣層和基底以形成由基底頂面延伸至基底內一位置的溝槽，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,SiO₂)、氮化矽(silicon nitride,SiN)、氮氧化矽、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的頂面齊平。

在一些實施例中，在基底上形成磊晶層。舉例來說，磊晶層可為N型，其摻雜濃度可介於1.13×10¹⁵cm^-3和2.30×10¹⁵cm^-3之間。換言之，基底與磊晶層可具有不同的導電類型，而基底的摻雜濃度小於磊晶層的摻雜濃度。磊晶層的材料可包括矽、矽鍺、碳化矽、其他類似材料、或其組合。磊晶層的厚度可介於3μm和7μm之間。可藉由磊晶製程形成磊晶層，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。

在一些實施例中，可在基底內設置埋層。埋層可直接接觸磊晶層。根據本發明的一些實施例，埋層有助於降低磊晶層上表面至基底的漏電流、增加通道空間以承受更高的電流、以及形成高壓區100A的襯底。舉例來說，埋層可為N型，其摻雜濃度可介於6.4×10¹⁶cm^-3和9.6×10¹⁶cm^-3之間。埋層的垂直尺寸可介於1μm和2μm之間。埋層的形成方法可包括在形成磊晶層之前，在基底中離子佈植N型摻質(例如磷或砷)，進行熱處理將佈植的離子驅入(drive in)基底內，然後才在基底上形成磊晶層。在一些實施例中，由於磊晶層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內。埋層位於基底與磊晶層之間的界面附近，且具有一部分在基底內、以及另一部分在磊晶層內。換言之，埋層可由基底與磊晶層之間的界面往上延伸。

在一些實施例中，可在磊晶層中形成各種導電類型(例如P型或N型)的高壓井區、深井區、井區、以及摻雜區。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、深井區、井區、以及摻雜區。在替代實施例中，不使用離子佈植及/或擴散製程，而是可在磊晶層的成長期間原位(in situ)摻雜高壓井區、深井區、井區、以及摻雜區。在其他實施例中，可一起使用原位和佈植摻雜。

如第1圖所示，可在磊晶層中(未繪示)設置源極區320和汲極區340。源極區320和汲極區340可由磊晶層的上表面垂直地延伸至磊晶層中。根據本發明的一些實施例，源極區320和汲極區340可分別作為電晶體300的源極端和汲極端。源極區320和汲極區340可為N型，其摻雜濃度可介於4.0×10²⁰cm^-3和6.0×10²⁰cm^-3之間。由於源極區320和汲極區340為N型，電晶體300因而可為N型。源極區320和汲極區340的厚度可介於0.09μm和0.11μm之間。源極區320和汲極區340的形成方法可與上述高壓井區、深井區、井區、以及摻雜區的形成方法類似，其細節將不於此重複贅述。

如第1圖所示，可在磊晶層上設置閘極結構360。如先前所提及，閘極結構360可在水平方向上位於源極區320與汲極區340之間。根據本發明的一些實施例，閘極結構360可作為電晶體300的閘極端，且可調變下方通道區的電場。應理解的是，在高壓的操作中，汲極區340可能聚集過高的電場。為了調節電場的分佈，在水平方向上，閘極結構360並非設置於源極區320與汲極區340之間的中心點。閘極結構360可較靠近源極區320，且可較遠離汲極區340。閘極結構360的厚度可介於3.5μm和4.0μm之間。

閘極結構360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(aluminum,Al)、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、或其組合形成閘極結構360。

在一些實施例中，可在磊晶層上形成層間介電層。層間介電層可覆蓋磊晶層和閘極結構360。層間介電層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。層間介電層的材料可包括氧化矽(silicon oxide,SiO)、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。接著，可對層間介電層進行平坦化製程(如化學機械研磨)，使層間介電層具有平坦的頂面。

第2和3圖是根據本發明的一些實施例，高壓裝置20的上視圖。相較於第1圖的高壓裝置10，第2圖的高壓裝置20的電晶體300包括一或多個U形段300U。第3圖為高壓裝置20的其中一種排列方式。為簡化起見，高壓接面邊界元件100、隔離二極體200、電晶體300(包括源極區320、汲極區340、以及閘極結構360)、以及多個位準移位器400的特徵與第1圖所示的特徵類似，其細節將不於此重複贅述。

參照第2圖，每個U形段300U可包括線性部300U-1、線性部300U-2、以及弧形部300U-3。在一些實施例中，弧形部300U-3靠近低壓區100B。值得注意的是，高壓接面邊界元件100的環狀順應性地沿著一或多個U形段300U的輪廓延伸。每個U形段300U的線性部300U-1和線性部300U-2可對應設置，而弧形部300U-3可連接線性部300U-1與線性部300U-2。舉例來說，弧形部300U-3可由線性部300U-1的端點延伸至線性部300U-2的端點，進而構成U形輪廓。U形段300U的特徵在於，具有細長的輪廓，因而可節省整體環狀所佔據的空間。電晶體300(包括源極區320、汲極區340、以及閘極結構360)可沿著線性部300U-1延伸朝向弧形部300U-3、經過弧形部300U-3、再沿著線性部300U-2延伸遠離弧形部300U-3，即完成一個U形段300U的迴圈。值得注意的是，當每個U形段300U整體具有一定的長度時，卻可貢獻電晶體300的延伸尺寸(例如走線寬度)達到至少該長度的兩倍以上。

應理解的是，由於一或多個U形段300U貢獻電晶體300相當程度的延伸尺寸(例如走線寬度)，可壓縮原有環狀的矩形部分的尺寸，從而節省整體環狀所佔據的空間。每個U形段300U可由矩形部分相對於多個位準移位器400所在的相對邊向外延伸。舉例來說，多個位準移位器400位於矩形部分的上邊，而一或多個U形段300U可由矩形部分的下邊向下延伸。儘管第2圖繪示三個U形段300U(分別位於矩形部分的下邊的左端、中間點、以及右端)，但本發明實施例並不以此為限。舉例來說，可配置任何數量的U形段300U，取決於應用和設計需求。線性部300U-1與線性部300U-2之間的空間很有限，因而更加限縮整體環狀所佔據的空間。根據本發明的特定實施例，線性部300U-1可直接鄰接線性部300U-2，使得線性部300U-1與線性部300U-2之間不具有任何空間(讓U形段300U呈現類似髮夾彎的形狀)。當線性部300U-1直接鄰接線性部300U-2時，線性部300U-1的汲極區340與線性部300U-2的汲極區340彼此面對並合併成單一部件。換言之，線性部300U-1與線性部300U-2可共享單一汲極區340。

繼續參照第2圖，從高壓區100A來看，電晶體300可延伸以具有凹角300A和凸角300B。詳細而言，電晶體300的凹角 300A向外凹陷遠離高壓區100A的中心，而電晶體300的凸角300B向內凸出朝向高壓區100A的中心。應理解的是，當電晶體300沿著矩形的環狀延伸時，電晶體300僅具有凹角。然而，當環狀納入U形段300U時，U形段300U與環狀的其他區段的連結處則具有凸角300B。因此，凹角300A遠離U形段300U，而凸角300B靠近U形段300U。根據本發明的一些實施例，可設計凹角300A和凸角300B的數量和曲率來調整電場分佈，從而改善崩潰電壓(breakdown voltage)。

參照第3圖，繪示高壓裝置20的兩個結構排列在一起。儘管電晶體300的環狀納入U形段300U可節省整體環狀在晶片上的面積，但相鄰U形段300U之間的空間相對狹小，而很難被有效地運用，因此仍造成晶片面積的浪費。根據本發明的一些實施例，可將兩個結構的U形段300U面向彼此，使得其中一個結構的U形段300U可延伸進入另一個結構的U形段300U之間的空間。換言之，其中一個結構的U形段300U與另一個結構的U形段300U交叉排列，進而達到晶片面積被更有效地運用。

第4和5圖是根據本發明的其他實施例，具有各種設計的高壓裝置30和40的上視圖。相較於第2圖的高壓裝置20，高壓裝置30和40的電晶體300可包括連續性地排列的多個U形段300U。為簡化起見，高壓接面邊界元件100、隔離二極體200、電晶體300(包括源極區320、汲極區340、以及閘極結構360)、以及多個位準移位器400的特徵與第2圖所示的特徵類似，其細節將不於此重複贅述。

參照第4圖，繪示高壓裝置30。高壓裝置30的多個U形段300U可沿著環狀的矩形部分相對於多個位準移位器400所在的相對邊連續性地排列。連續性地排列的多個U形段300U可呈現類似蜿蜒的蛇的形狀。根據本發明的一些實施例，連續性地排列多個U形段300U可進一步增加電晶體300的延伸尺寸(例如走線寬度)，卻同時節省整體環狀在晶片上的面積。如先前所提及，每個U形段300U可包括線性部300U-1、線性部300U-2、以及弧形部300U-3(為簡化起見未標示)。由於連續性排列的配置，每個U形段300U的線性部300U-1可直接鄰接左邊的U形段300U的線性部300U-2，而該U形段300U的線性部300U-2可直接鄰接右邊的U形段300U的線性部300U-1。為了使電晶體300的延伸不間斷，每個U形段300U的線性部300U-1需鄰接左邊的U形段300U的線性部300U-2，而該U形段300U的線性部300U-2需鄰接右邊的U形段300U的線性部300U-1。

繼續參照第4圖，當連接相鄰的U形段300U時，可間接地構成倒裝設置的多個U形段300U’。在一些實施例中，每個U形段300U’可包括兩個線性部、以及連接兩個線性部的弧形部。舉例來說，當左邊的U形段300U的線性部300U-2與右邊的U形段300U的線性部300U-1連接時，左邊U形段300U的線性部300U-2 和右邊U形段300U的線性部300U-1可分別被視為U形段300U’的兩個線性部，且透過U形段300U’的弧形部連接U形段300U’的兩個線性部。在一些實施例中，U形段300U’的弧形部靠近高壓區100A。當U形段300U’的兩個線性部直接鄰接時，U形段300U’的兩個線性部的兩個源極區320彼此面對並合併成單一部件。換言之，U形段300U’的兩個線性部可共享單一源極區320。由於多個U形段300U連續性地排列，多個U形段300U’也因而連續性地排列。每個U形段300U’的弧形部構成凸角300B，而凹角300A遠離U形段300U’。

參照第5圖，繪示高壓裝置40。高壓裝置40的多個U形段300U可沿著多個位準移位器400所在的兩側鄰邊連續性地排列。連續性地排列的多個U形段300U可呈現類似蜿蜒的蛇的形狀。根據本發明的一些實施例，連續性地排列多個U形段300U可進一步增加電晶體300的延伸尺寸(例如走線寬度)，卻同時節省整體環狀在晶片上的面積。在環狀的左邊，每個U形段300U的線性部300U-1可直接鄰接上方U形段300U的線性部300U-2，而該U形段300U的線性部300U-2可直接鄰接下方U形段300U的線性部300U-1。在環狀的右邊，每個U形段300U的線性部300U-1可直接鄰接下方U形段300U的線性部300U-2，而該U形段300U的線性部300U-2可直接鄰接上方U形段300U的線性部300U-1。為了使電晶體300的延伸不間斷，每個U形段300U的線性部300U-1需鄰接相鄰U形段300U的線性部300U-2，而該U形段300U的線性部300U-2需鄰接相鄰U形段300U的線性部300U-1。

繼續參照第5圖，當連接多個U形段300U時，可間接地構成倒裝設置的多個U形段300U’。由於多個U形段300U連續性地排列，多個U形段300U’也因而連續性地排列。如先前所提及，每個U形段300U’可包括兩個線性部、以及連接兩個線性部的弧形部。舉例來說，當下方U形段300U的線性部300U-2與上方U形段300U的線性部300U-1連接時(在環狀的右邊)，下方U形段300U的線性部300U-2和上方U形段300U的線性部300U-1可分別被視為U形段300U’的兩個線性部，且透過U形段300U’的弧形部連接U形段300U’的兩個線性部。如前述，U形段300U的弧形部300U-3靠近低壓區100B，而U形段300U’的弧形部靠近高壓區100A。再者，U形段300U的線性部300U-1與線性部300U-2直接鄰接並共享單一汲極區340，而U形段300U’的兩個線性部直接鄰接並共享單一源極區320。每個U形段300U’的弧形部構成凸角300B。由於多個U形段300U’橫越多個位準移位器400所在的兩側鄰邊，因而高壓裝置40的電晶體300不具有凹角300A。

第6圖是根據本發明的一些實施例，高壓裝置的正向電流-尺寸曲線圖50。根據本發明的一些實施例，正向電流-尺寸曲線圖50繪示電晶體300的延伸尺寸(例如走線寬度)對於電晶體300的正向電流的影響。應理解的是，正向電流-尺寸曲線圖50的最初的三個點(以虛線標示)為實際量測的資料點，接著以線性模型向正橫軸方向外推。如正向電流-尺寸曲線圖50所示，若電晶體300要達到100mA的正向電流，電晶體300需具有約5500μm的延伸尺寸(例如走線寬度)。取決於應用和設計需求，可設計電晶體300的走線寬度來因應所欲的正向電流。此外，藉由第2~5圖任何一者具有U形段300U(及/或U形段300U’)的設計，可增加電晶體300的走線寬度，卻同時節省整體環狀在晶片上的面積。

本發明的高壓裝置將埋入配置的自舉式二極體和高壓接面邊界元件整合在一起。自舉式二極體中的電晶體可沿著高壓接面邊界元件的環狀延伸以具有相對大的延伸尺寸(例如走線寬度)。應理解的是，當電晶體的延伸尺寸(例如走線寬度)越大時，電晶體的正向電流也越高，進而驅動自舉式二極體。為了因應電晶體所需的延伸尺寸，也必須設計高壓接面邊界元件的環狀以佔據更大的晶片面積，造成晶片面積的浪費。發明人發現，可將環狀的輪廓設計成具有一或多個U形段(呈現類似髮夾彎的形狀)、或連續性排列的多個U形段(呈現類似蜿蜒的蛇的形狀)。U形段的特徵在於，具有細長的輪廓，因而可節省整體環狀所佔據的空間。再者，由於U形段有兩個對應設置的線性部，可貢獻電晶體的走線寬度達到U形段的整體長度的至少兩倍以上。這樣一來，可增加沿著環狀設置的電晶體的走線寬度，卻同時節省整體環狀在晶片上的面積。結果是，電晶體的正向電流增加，進而更有效地避免漏電流。

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。