專利名稱：高壓元件結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓元件結(jié)構(gòu)，特別是涉及一種避免漏電的高壓金氧半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
高壓金氧半導(dǎo)體(high voltage metal oxide semiconductor，HVMOS)是一種可用于高壓下操作的晶體管元件。目前HVMOS已被廣泛地應(yīng)用在中央處理器電源供應(yīng)(CPU power supply)、電源管理系統(tǒng)(power management system)以及直流/交流轉(zhuǎn)換器(AC/DC converter)等中。
以高壓N型金氧半導(dǎo)體(high voltage N-type metal oxide semiconductor，HV NMOS)為例，請參考圖1，圖1為現(xiàn)有高壓N型金氧半導(dǎo)體(HV NMOS)結(jié)構(gòu)10的上視圖。如圖1所示，HV NMOS 50形成于一P型基底(未顯示)中，其包括一第一N型離子注入?yún)^(qū)12(斜線區(qū)域)、一第二N型離子注入?yún)^(qū)14(斜線區(qū)域)、一連接部分第一N型離子注入?yún)^(qū)區(qū)12與第二N型離子注入?yún)^(qū)14的通道擴(kuò)散區(qū)(channel diffusion)16(如點(diǎn)-橫線所示區(qū)域)、以及一覆蓋于通道擴(kuò)散區(qū)16上方的多晶硅柵極18。
高壓NMOS元件結(jié)構(gòu)10還包括一源極擴(kuò)散區(qū)20位于第一N型離子注入?yún)^(qū)12中、一漏極擴(kuò)散區(qū)22位于第二N型離子注入?yún)^(qū)14中，以及隔離結(jié)構(gòu)24位于P型基底(未顯示)中，用以將HV NMOS 50的源極擴(kuò)散區(qū)20、漏極擴(kuò)散區(qū)22及通道擴(kuò)散區(qū)16作良好的隔離保護(hù)。其中，源極擴(kuò)散區(qū)20、漏極擴(kuò)散區(qū)22及多晶硅柵極18分別通過接觸插塞26、28、30及32連接外部電路(未顯示)。
此外，在HV NMOS 50周圍的隔離結(jié)構(gòu)24的下緣還設(shè)有一防護(hù)圈(guardring)40，用以作為MOS元件間的電性阻絕之用。而此防護(hù)圈40通常通過摻雜與源極擴(kuò)散區(qū)20或漏極擴(kuò)散區(qū)22摻雜物相反的雜質(zhì)以進(jìn)行通道阻絕(channel stop)。例如，于上述HV NMOS元件結(jié)構(gòu)10中，此防護(hù)圈40即為一摻有硼的P型離子注入?yún)^(qū)。然而，在高壓操作下，若此防護(hù)圈40與此HVNMOS 50的源極擴(kuò)散區(qū)20或漏極擴(kuò)散區(qū)22相接觸，則可能造成元件的崩潰(breakdown)。亦即，當(dāng)對此HV NMOS 50的漏極擴(kuò)散區(qū)22提供正電壓時，將在此漏極擴(kuò)散區(qū)22與此防護(hù)圈40的交界面，亦即一PN接合處(PNjunction)，將形成一逆向偏壓，而當(dāng)逆向偏壓超過崩潰電壓時，將可能造成元件的損壞。而由于HVMOS 50的操作電壓較高，因此在崩潰電壓較低的情況下，HVMOS 50即可能在操作中造成元件的損壞。
為了解決上述問題，目前使此源極擴(kuò)散區(qū)20及此漏極擴(kuò)散區(qū)22與此防護(hù)圈40間預(yù)留一段足夠的空間，用以增加HV NMOS 50的接面崩潰電壓(junction breakdown voltage)，避免高壓元件的崩潰。換言之，目前的解決之道為使HV NMOS 50的此通道擴(kuò)散區(qū)16的長度大于此源極擴(kuò)散區(qū)20及此漏極擴(kuò)散區(qū)22的長度，亦即需大于通道寬度(channel width)。然而，在元件尺寸縮小以增加積極度的情況下，此源極擴(kuò)散區(qū)20與漏極擴(kuò)散區(qū)22的距離較為接近，從而在通道擴(kuò)散區(qū)16突出于源極擴(kuò)散區(qū)20及漏極擴(kuò)散區(qū)22的突出區(qū)域36及38處，亦即具有高柵極電壓的地方，將可能產(chǎn)生寄生電流等漏電現(xiàn)象，并因?yàn)榕饠U(kuò)散(diffusion)隔離結(jié)構(gòu)24結(jié)以及硼低濃度(low Boronconcentration)等現(xiàn)象，造成諸如扭結(jié)效應(yīng)(kink effect)等不可預(yù)測的輸出電流電壓特性(I-V characteristic)曲線，或產(chǎn)生反彈崩潰(snapback)造成元件的損害。
因此，亟需一種改良的HVMOS元件，以解決高壓元件中的漏電問題，避免高壓元件有不良的電性表現(xiàn)或在操作中受到損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種可避免漏電流產(chǎn)生的高壓元件結(jié)構(gòu)，以解上述現(xiàn)有高壓元件中的問題。
根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求，揭露一種高壓元件結(jié)構(gòu)。該高壓元件結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體元件設(shè)于一具有有源區(qū)域與隔離區(qū)域的半導(dǎo)體基底中且位于該有源區(qū)域內(nèi)。于該有源區(qū)域中，設(shè)有一第一導(dǎo)電類型的第一離子注入?yún)^(qū)及一具有第一導(dǎo)電類型的第二離子注入?yún)^(qū)，在該等離子注入?yún)^(qū)中分別設(shè)有一源極擴(kuò)散區(qū)及一漏極擴(kuò)散區(qū)，且于該等離子注入?yún)^(qū)中間設(shè)有一連接該兩離子注入?yún)^(qū)的通道擴(kuò)散區(qū)。此外，該有源區(qū)域中還具有一設(shè)于該基底表面的導(dǎo)體柵極，且該導(dǎo)體柵極位于該通道擴(kuò)散區(qū)上方。其中該導(dǎo)體柵極較該源極擴(kuò)散區(qū)以及該漏極擴(kuò)散區(qū)長，因此于該導(dǎo)體柵極層兩側(cè)形成二突出區(qū)域。該隔離區(qū)域中則設(shè)有第二導(dǎo)電類型的隔離離子注入?yún)^(qū)，以及設(shè)于該等突出區(qū)域下方的第二導(dǎo)電類型的延長離子注入?yún)^(qū)，以防止該漏極擴(kuò)散區(qū)與該源極擴(kuò)散區(qū)間產(chǎn)生寄生電流。
為了進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明與附圖。然而附圖僅供參考與輔助說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。


圖1為一現(xiàn)有高壓N型金氧半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的上視圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例的高壓元件結(jié)構(gòu)的上視圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例的雙擴(kuò)散漏極高壓元件結(jié)構(gòu)的上視圖。
簡單符號說明10 HV NMOS結(jié)構(gòu) 12 第一N型離子注入?yún)^(qū)14 第二N型離子注入?yún)^(qū) 16 通道擴(kuò)散區(qū)18 多晶硅柵極20 源極擴(kuò)散區(qū)22 漏極擴(kuò)散區(qū)24 隔離結(jié)構(gòu)26 接觸插塞 28 接觸插塞30 接觸插塞 32 接觸插塞36 突出區(qū)域 38 突出區(qū)域50 HV NMOS 200高壓元件210高壓元件結(jié)構(gòu) 212第一導(dǎo)電類型的第一離子注入?yún)^(qū)214第一導(dǎo)電類型的第二離子216通道擴(kuò)散區(qū)注入?yún)^(qū)218導(dǎo)體柵極 220源極擴(kuò)散區(qū)222漏極擴(kuò)散區(qū)224隔離結(jié)構(gòu)226接觸插塞 228接觸插塞230接觸插塞 232接觸插塞240防護(hù)圈242突出區(qū)域
244突出區(qū)域 246延長離子注入?yún)^(qū)248接觸插塞 310高壓元件結(jié)構(gòu)318導(dǎo)體柵極 320第一導(dǎo)電類型的第一離子注入?yún)^(qū)322第一導(dǎo)電類型的第二離子340防護(hù)圈注入?yún)^(qū)346延長離子注入?yún)^(qū)356第一導(dǎo)電類型的第三離子注入?yún)^(qū)358第一導(dǎo)電類型的第四離子I 有源區(qū)域注入?yún)^(qū)II 隔離區(qū)域具體實(shí)施方式
請參考圖2，圖2為本發(fā)明的高壓元件結(jié)構(gòu)21 0的上視圖。如圖2所示，本發(fā)明的高壓元件200設(shè)于一具有有源區(qū)域I與隔離區(qū)域II的半導(dǎo)體基底(未顯示)中并位于此有源區(qū)域I內(nèi)，而且此隔離區(qū)域II位于此有源區(qū)域I外圍，并包圍此有源區(qū)域I。此外，于本實(shí)施例中，此高壓元件200為一高壓金氧半導(dǎo)體元件(HV MOS)。
于此有源區(qū)域I內(nèi)，此高壓元件結(jié)構(gòu)210包括一第一導(dǎo)電類型的第一離子注入?yún)^(qū)212(斜線區(qū)域)、一第一導(dǎo)電類型的第二離子注入?yún)^(qū)214(斜線區(qū)域)、以及一連接部分此第一導(dǎo)電類型第一離子注入?yún)^(qū)212與此第一導(dǎo)電類型第二型離子注入?yún)^(qū)214的通道擴(kuò)散區(qū)216(如點(diǎn)-橫線所示范圍)。此高壓元件結(jié)構(gòu)210還包括一設(shè)于此第一導(dǎo)電類型第一離子注入?yún)^(qū)212中的源極擴(kuò)散區(qū)220，以及一設(shè)于此第一導(dǎo)電類型第二離子注入?yún)^(qū)214中的漏極擴(kuò)散區(qū)222。其中，此源極擴(kuò)散區(qū)220與此漏極擴(kuò)散區(qū)222分別通過接觸插塞226、228、230及232連接外部電路(未顯示)。
而且，此高壓元件結(jié)構(gòu)210更包括一覆蓋于通道擴(kuò)散區(qū)216上方的導(dǎo)體柵極218。此導(dǎo)體柵極218可由金屬、多晶硅(poly-silicon)、多晶硅與氮硅化合物、或多晶硅與金屬多晶硅化合物所結(jié)合的雙層結(jié)構(gòu)等所構(gòu)成。且該導(dǎo)體柵極218與基底間可還包括一柵極氧化層(圖中未示)。此外，此導(dǎo)體柵極218較此源極擴(kuò)散區(qū)220與此漏極擴(kuò)散區(qū)222為長，因此于此源極擴(kuò)散區(qū)220與此漏極擴(kuò)散區(qū)22兩側(cè)分別形成兩突出區(qū)域242、244。
而于此隔離區(qū)域II中設(shè)有一隔離結(jié)構(gòu)224，用以將高壓元件結(jié)構(gòu)210的源極擴(kuò)散區(qū)220、漏極擴(kuò)散區(qū)222及通道擴(kuò)散區(qū)216作良好的隔離保護(hù)。于此隔離結(jié)構(gòu)224的外側(cè)有一防護(hù)圈240，作為各高壓元件間的電性阻絕之用。其中，此防護(hù)圈240為一第二導(dǎo)電類型的離子注入?yún)^(qū)(亦即形成一隔離離子注入?yún)^(qū))，其具有通道阻絕的功能，而且此防護(hù)圈240與此有源區(qū)域I中的此源極擴(kuò)散區(qū)220以及漏極擴(kuò)散區(qū)222間有隔離結(jié)構(gòu)224的阻隔，從而不易發(fā)生電性崩潰。
然而，為了避免在兩突出區(qū)域242、244處，可能會產(chǎn)生的自漏極擴(kuò)散區(qū)222流向源極擴(kuò)散區(qū)220的漏電流的問題，因此本發(fā)明特別形成一自此防護(hù)圈240延伸而出的延長離子注入?yún)^(qū)246。此延長離子注入?yún)^(qū)246通過在部分的突出區(qū)域242與244下方進(jìn)行摻雜，以形成一第二導(dǎo)電類型的離子注入?yún)^(qū)，且此處的摻雜步驟可與此防護(hù)圈240的摻雜步驟于同一離子注入工藝中進(jìn)行。此延長離子注入?yún)^(qū)可有效避免兩突出區(qū)域242、244產(chǎn)生漏電流的現(xiàn)象，從而提升高壓元件結(jié)構(gòu)210的效能。而于防護(hù)圈240還包括一接觸插塞248以與外部電路連接(圖中未示)。此外，此延長離子注入?yún)^(qū)246可覆蓋了部分的此通道擴(kuò)散區(qū)216(0＜X)，亦可能僅與此通道擴(kuò)散區(qū)216切齊(X＝0)，或者與的相距一段距離(X＜0)。
必須說明的是，由于本發(fā)明可適用于HV NMOS元件以及HV PMOS元件，其可大幅抑制HVNMOS元件與HV PMOS發(fā)生寄生電流等漏電現(xiàn)象，并能有效解決HV NMOS元件因硼擴(kuò)散(diffusion)隔離結(jié)構(gòu)結(jié)以及硼低濃度(low Boron concentration)等現(xiàn)象所造成的扭結(jié)效應(yīng)(kink effect)或反彈崩潰(snapback)等問題。因此當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電類型為N型，而第二導(dǎo)電類型為P型時，則此高壓元件200即為一N型高壓元件，此時隔離區(qū)域II中的防護(hù)圈240與此延長離子注入?yún)^(qū)246為N型的離子注入?yún)^(qū)。反之，當(dāng)此第一導(dǎo)電類型為P型，而第二導(dǎo)電類型為N型時，則此高壓元件200即為一P型高壓元件，此時隔離區(qū)域II中的防護(hù)圈240與延長離子注入?yún)^(qū)246為P型的離子注入?yún)^(qū)。此外，半導(dǎo)體基底可為第一導(dǎo)電類型基底，其亦可為第二導(dǎo)電類型基底，而且高壓元件結(jié)構(gòu)210與半導(dǎo)體基底之間還可另設(shè)一相對應(yīng)的導(dǎo)電類型井(well)。
此外，本發(fā)明除可具有圖2所示的高壓元件結(jié)構(gòu)210外，亦可能具有其它結(jié)構(gòu)。例如，本發(fā)明可能具有圖3所示的具有雙擴(kuò)散漏極(double diffuseddrain，DDD)的高壓元件結(jié)構(gòu)310。此高壓元件結(jié)構(gòu)310具有第一導(dǎo)電類型的第一離子注入?yún)^(qū)320、第一導(dǎo)電類型的第二離子注入?yún)^(qū)322、第一導(dǎo)電類型的第三離子注入?yún)^(qū)356、以及第一導(dǎo)電類型的第四離子注入?yún)^(qū)358。此四個離子注入?yún)^(qū)320、322、356、358分別于導(dǎo)體柵極318的兩側(cè)形成雙漏極結(jié)構(gòu)。而離子注入?yún)^(qū)320、356可作為源極，且離子注入?yún)^(qū)322、358則可作為漏極。同樣地，可于該結(jié)構(gòu)310現(xiàn)有的防護(hù)圈340外，形成兩具有第二導(dǎo)電類型的延離子注入?yún)^(qū)346，以作為源極與漏極間的通道阻絕。
相較于現(xiàn)有的高壓元件結(jié)構(gòu)，本發(fā)明特有的延長離子注入?yún)^(qū)可在源極與漏極間形成一通道阻絕，從而有效減少源極與漏極間產(chǎn)生的漏電流。因此，現(xiàn)有因源極與漏極間漏電流而造成的扭結(jié)效應(yīng)或反彈崩潰等現(xiàn)象亦可獲得改善。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種高壓元件結(jié)構(gòu)，該高壓元件設(shè)于一具有有源區(qū)域與隔離區(qū)域的半導(dǎo)體基底中且位于該有源區(qū)域內(nèi)，該高壓元件結(jié)構(gòu)包括一第一導(dǎo)電類型的第一離子注入?yún)^(qū)及一第一導(dǎo)電類型的第二離子注入?yún)^(qū)設(shè)于該基底的有源區(qū)域中；一源極擴(kuò)散區(qū)及一漏極擴(kuò)散區(qū)分別設(shè)于該第一離子注入?yún)^(qū)與該第二離子注入?yún)^(qū)中；一通道擴(kuò)散區(qū)，設(shè)于該基底中的該第一離子注入?yún)^(qū)與該第二離子注入?yún)^(qū)之間，并連接該兩離子注入?yún)^(qū)；一導(dǎo)體柵極，設(shè)于該源極擴(kuò)散區(qū)與該漏極擴(kuò)散區(qū)之間并位于該通道擴(kuò)散區(qū)上方，且該導(dǎo)體柵極較該源極擴(kuò)散區(qū)及該漏極擴(kuò)散區(qū)長，以于其兩側(cè)分別形成二突出區(qū)域；一第二導(dǎo)電類型的隔離離子注入?yún)^(qū)，設(shè)于該隔離區(qū)域中；以及一第二導(dǎo)電類型的延長離子注入?yún)^(qū)，設(shè)于該導(dǎo)體柵極的突出區(qū)域下方。
2.如權(quán)利要求1所述的高壓元件結(jié)構(gòu)，其中該延長離子注入?yún)^(qū)與該通道擴(kuò)散區(qū)分離。
3.如權(quán)利要求1所述的高壓元件結(jié)構(gòu)，其中該延長離子注入?yún)^(qū)與該通道擴(kuò)散區(qū)接觸。
4.如權(quán)利要求1所述的高壓元件結(jié)構(gòu)，其中該延長離子注入?yún)^(qū)覆蓋部分的該通道擴(kuò)散區(qū)。
5.如權(quán)利要求1所述的高壓元件結(jié)構(gòu)，其中該隔離區(qū)域位于該有源區(qū)域的外圍，且環(huán)繞該有源區(qū)域。
6.如權(quán)利要求1所述的高壓元件結(jié)構(gòu)，其中該高壓元件為一高壓金氧半導(dǎo)體元件。
7.如權(quán)利要求1所述的高壓元件結(jié)構(gòu)，其中該第一導(dǎo)電類型具有N型摻雜者，該第二導(dǎo)電類型具有P型摻雜。
8.如權(quán)利要求1所述的高壓元件結(jié)構(gòu)，其中該第一導(dǎo)電類型具有P型摻雜者，該第二導(dǎo)電類型具有N型摻雜。
9.如權(quán)利要求1所述的高壓元件結(jié)構(gòu)，其中該高壓元件結(jié)構(gòu)還包括至少一接觸插塞位于該源極擴(kuò)散區(qū)上方，以及至少一接觸插塞位于該漏極擴(kuò)散區(qū)上方。
10.如權(quán)利要求1所述的高壓元件結(jié)構(gòu)，其中該高壓元件結(jié)構(gòu)還包括至少一接觸插塞位于該隔離離子注入?yún)^(qū)上方。
11.如權(quán)利要求1所述的高壓元件結(jié)構(gòu)，其中該隔離離子注入?yún)^(qū)為一防護(hù)圈。
全文摘要
一種高壓元件結(jié)構(gòu)，其包含一高壓元件設(shè)于一具有有源區(qū)域與隔離區(qū)域的半導(dǎo)體基底中且位于該有源區(qū)域內(nèi)。該高壓元件具有一第一導(dǎo)電類型的源極擴(kuò)散區(qū)、一第一導(dǎo)電類型的漏極擴(kuò)散區(qū)、以及一較該源極擴(kuò)散區(qū)與漏極擴(kuò)散區(qū)長的導(dǎo)體柵極，且該導(dǎo)體柵極在源極擴(kuò)散區(qū)與漏極擴(kuò)散區(qū)兩側(cè)形成兩突出區(qū)域。該隔離區(qū)域位于該有源區(qū)域的外圍，且包圍該有源區(qū)域。于該隔離區(qū)域中設(shè)有第二導(dǎo)電類型的隔離離子注入?yún)^(qū)以及一第二導(dǎo)電類型的延長離子注入?yún)^(qū)設(shè)于該突出區(qū)域下方，以防止該漏極擴(kuò)散區(qū)與該源極擴(kuò)散區(qū)間產(chǎn)生寄生電流(parasitical current)。
文檔編號H01L29/66GK1897302SQ20051008334
公開日2007年1月17日 申請日期2005年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月12日
發(fā)明者陳立哲, 林志宏, 陳輝煌, 劉紀(jì)緯, 劉景宏, 董明宗, 林建民, 陳榮慶 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司