專(zhuān)利名稱(chēng)：橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一 種半導(dǎo)體高壓元件，特別是涉及一種具有低導(dǎo)通電阻(RJ的橫向 擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(lateral-diffusion metal-oxide-semiconductor, LDM0S)元件結(jié) 構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前的半導(dǎo)體技術(shù)水準(zhǔn)已能將控制電路、存儲(chǔ)器、低壓操作電路以及高壓操作電 路及元件整合制作在單一芯片上，以降低成本，提高操作效能，其中如垂直擴(kuò)散金屬氧化物 半導(dǎo)體(vertical double-diffusionmetal-oxide-semiconductor, VDM0S)、絕緣柵極雙載 流子晶體管(insulated gatebipolar transistor, IGBT)以及橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體 (lateral-diffusionmetal-oxide-semiconductor, LDM0S)等制作在芯片內(nèi)的高壓元件，由 于具有優(yōu)選的切換效率(power switching efficiency)，因此又較常被應(yīng)用。前述的高壓 元件往往被要求能夠承受較高的崩潰電壓，并且能在較低的阻值下操作。為了能夠承受較高的崩潰電壓，業(yè)界已發(fā)展出如雙擴(kuò)散漏極(doublediffused drain, DDD)結(jié)構(gòu)，其可以抑制由于短通道造成的熱載流子效應(yīng)，因此可以避免在高漏極 /源極電壓操作時(shí)發(fā)生電崩潰現(xiàn)象。另一種常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)則是橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體 (LDMOS)，其優(yōu)點(diǎn)是具有較高的操作效率，且較平坦的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也使得橫向擴(kuò)散金屬氧化物 半導(dǎo)體元件較容易與其它電路整合。圖1為已知LDMOS晶體管元件的剖面示意圖。如圖1所示，已知LDMOS晶體管元 件10設(shè)置于半導(dǎo)體基底12上，具有源極14、柵極16與漏極18。源極14包含有高濃度的P 型摻雜區(qū)21，其設(shè)置于P型阱20中，且P型摻雜區(qū)21緊鄰于同樣設(shè)置于P型阱20中的高 濃度N型摻雜區(qū)22。漏極18亦為高濃度的N型摻雜區(qū)31，設(shè)置于N型阱30中，位于LDMOS 晶體管元件10對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的中間位置，做為共用漏極(common drain)。LDMOS晶體管元件10的柵極16設(shè)置于柵極介電層40上，且延伸至場(chǎng)氧化層42 上方；而場(chǎng)氧化層42 —般是通過(guò)局部硅氧化(local oxidation ofsilicon，以下簡(jiǎn)稱(chēng)為 L0C0S)方法形成。在場(chǎng)氧化層42下方的N型阱30中，另有一 N型漂移摻雜區(qū)36。已知 LDMOS晶體管元件10的外圍是高濃度的P型環(huán)狀摻雜區(qū)50，其通常形成在P型阱52中。此 P型環(huán)狀摻雜區(qū)50與N型摻雜區(qū)31之間為另一場(chǎng)氧化層44。然而，上述已知LDMOS晶體管元件10的缺點(diǎn)在于其導(dǎo)通電阻(R。n)仍高，而該領(lǐng)域 仍需要一種改良的LDMOS晶體管元件，其具有較低的導(dǎo)通電阻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在提供一種橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(lateral-diffusion metal-oxide-semiconductor, LDM0S)元件結(jié)構(gòu)，使其具有更低的導(dǎo)通電阻(Rj以及更加 的電性表現(xiàn)。為達(dá)前述目的，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例提供一種橫向擴(kuò)散N型金屬氧化物半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)，包含有源極，形成在操場(chǎng)跑道狀布局的有源區(qū)域內(nèi)，其中該源極包含有P+摻雜區(qū)，其 設(shè)置于P型阱中，以及N+摻雜區(qū)；第一場(chǎng)氧化層，圍繞著該操場(chǎng)跑道狀布局的有源區(qū)域；操 場(chǎng)跑道狀布局的柵極，圍繞著該源極；及漏極，位于該柵極的外側(cè)。為讓本發(fā)明的上述目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實(shí)施方式，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。然而如下的優(yōu)選實(shí)施方式與附圖僅供參考與說(shuō)明用，并非用來(lái) 對(duì)本發(fā)明加以限制。


圖1為已知LDMOS晶體管元件的剖面示意圖。圖2為依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所繪示具有操場(chǎng)跑道狀布局的橫向擴(kuò)散N型金屬氧 化物半導(dǎo)體(LDNMOS)元件的俯視示意圖。圖3為沿著圖2中的切線(xiàn)1-1’所繪示的剖面示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明10 =LDMOS晶體管元件12:半導(dǎo)體基底14:源極16:柵極18:漏極20:P 型阱21 =P型摻雜區(qū)22 :N型摻雜區(qū)30 :N 型阱31 :N型摻雜區(qū)36 =N型漂移摻雜區(qū)40:柵極介電層42 場(chǎng)氧化層44 場(chǎng)氧化層50 =P型環(huán)狀摻雜區(qū)52 =P 型阱100 =LDNMOS 晶體管元件112:半導(dǎo)體基底114:源極116:柵極116a:曲線(xiàn)段116b:直線(xiàn)段118 漏極120 :P 型阱120a:彎曲部位121 :P型摻雜區(qū)
121a 頭錘部分122 :N型摻雜區(qū)123 輕摻雜漏極130 :N 型阱131 :N型摻雜區(qū)136 N型漂移摻雜區(qū)140:柵極介電層142 場(chǎng)氧化層144 場(chǎng)氧化層150 =P型環(huán)狀摻雜區(qū)152 =P 型阱
具體實(shí)施例方式以下將配合附圖，并列舉優(yōu)選實(shí)施例，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的各個(gè)技術(shù)特征。然而，附 圖僅供參考與輔助說(shuō)明用，并非用來(lái)對(duì)本發(fā)明加以限制。在不脫離本發(fā)明精神的原則下，本 領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能理解說(shuō)明書(shū)中的各個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)可能還可以做些許的變化與修改。本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例提供一種具有低導(dǎo)通電阻(R。n)的橫向擴(kuò)散N型金屬氧化物半 導(dǎo)體(lateral-diffusion N-type metal-oxide-semiconductor, LDNM0S)元件結(jié)構(gòu)及布 局，其特別適合應(yīng)用在電源管理IC芯片(PMIC)中。請(qǐng)參閱圖2及圖3，其中圖2為依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所繪示具有操場(chǎng)跑道狀布局 的橫向擴(kuò)散N型金屬氧化物半導(dǎo)體(LDNMOS)元件結(jié)構(gòu)的俯視示意圖，圖3為沿著圖2中的 切線(xiàn)1-1’所繪示的剖面示意圖。如圖2及圖3所示，本發(fā)明LDNMOS晶體管元件100設(shè)置 于半導(dǎo)體基底112上，具有源極114、柵極116與漏極118。源極114包含有高濃度的P型 (P+)摻雜區(qū)121，其設(shè)置于P型阱120中，且高濃度的P型摻雜區(qū)121被同樣設(shè)置于P型阱 120中的高濃度的N型(N+)摻雜區(qū)122從兩側(cè)夾住。在高濃度的N型摻雜區(qū)122 —側(cè)，源 極114可以另包含有輕摻雜漏極(LDD) 123。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，源極114位于LDNMOS晶體管元件100的操場(chǎng)跑道狀布 局的中間，做為共用源極(common source)。其中，源極114、高濃度的P型(P+)摻雜區(qū)121、 高濃度的N型摻雜區(qū)122以及P型阱120均形成在操場(chǎng)跑道狀布局的有源區(qū)域110內(nèi)。本 發(fā)明LDNMOS晶體管元件100的技術(shù)特征之一在于源極114的P型摻雜區(qū)121的布局形狀 類(lèi)似狗骨頭(dogbone shaped)，其兩端頭錘部分121a的范圍覆蓋住P型阱120的相對(duì)應(yīng)兩 端的彎曲部位120a，如圖2所示。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明LDNMOS晶體管元件100的漏極118為高濃度的 N型(N+)摻雜區(qū)131，設(shè)置于N型阱130中。本發(fā)明LDNMOS晶體管元件100的另一技術(shù)特 征之一在于N型摻雜區(qū)131為環(huán)狀摻雜區(qū)，位于LDNMOS晶體管元件100對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的外圍， 環(huán)繞著具有操場(chǎng)跑道狀布局的有源區(qū)域110以及形成在有源區(qū)域110內(nèi)的源極114。 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，LDNMOS晶體管元件100的柵極116設(shè)置于柵極介電 層140上，且延伸至場(chǎng)氧化層142上方；而場(chǎng)氧化層142 —般是通過(guò)L0C0S方法形成，介 于有源區(qū)域110與環(huán)狀N型摻雜區(qū)131之間。柵極116可以包含多晶硅、金屬或硅化金屬。本發(fā)明LDNMOS晶體管元件100的另一技術(shù)特征之一在于柵極116同樣為封閉式環(huán) 狀的操場(chǎng)跑道狀布局，其圍繞著源極114。特別如圖2所示柵極116包含有兩端的曲線(xiàn)段 (curvedregion) 116a 以及兩條平行的直線(xiàn)段(rectilinear region) 116b。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在場(chǎng)氧化層142下方的N型阱130中，另有一 N型(N—) 漂移摻雜區(qū)136。本發(fā)明LDNMOS晶體管元件100的外圍是高濃度的P型(P+)環(huán)狀摻雜區(qū) 150，其通常形成在P型阱152中，作為保護(hù)封環(huán)(guard ring)結(jié)構(gòu)。此P型環(huán)狀摻雜區(qū) 150與N型摻雜區(qū)131之間為另一場(chǎng)氧化層144。本發(fā)明LDNMOS晶體管元件100在相同的元件間距(cell pitch)及工藝條件下，能 夠提供更低的導(dǎo)通電阻，例如，將導(dǎo)通電阻(R。n)從90mQ*mm2降低至78mQ*mm2。此外，本發(fā) 明LDNMOS晶體管元件100另一優(yōu)點(diǎn)在于能夠提供較穩(wěn)固的安全操作區(qū)域(safe operating area，S0A)，故可以進(jìn)一步縮小元件間距(cell pitch)，由此獲得更低導(dǎo)通電阻。本發(fā)明 LDNMOS晶體管元件100另一優(yōu)點(diǎn)在于具備較高的漏源極崩潰電壓(BVdss)。本發(fā)明LDNMOS 晶體管元件100又另一優(yōu)點(diǎn)在于高壓側(cè)耐受度(high side endurance)可以大幅增加，例 如，從30V增加至約41V左右。 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)利要求所做的等同變化與修 飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)，包含有源極，形成在操場(chǎng)跑道狀布局的有源區(qū)域內(nèi)，其中該源極包含有P+摻雜區(qū)，其設(shè)置于P 型阱中，以及N+摻雜區(qū)；第一場(chǎng)氧化層，圍繞著該操場(chǎng)跑道狀布局的有源區(qū)域； 操場(chǎng)跑道狀布局的柵極，圍繞著該源極；及 漏極，位于該柵極的外側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)，其中該源極為共用源極。
3.如權(quán)利要求1所述的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)，其中該P(yáng)+摻雜區(qū)被同樣 設(shè)置于該P(yáng)型阱中的該N+摻雜區(qū)從兩側(cè)夾住。
4.如權(quán)利要求1所述的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)，其中該源極的該P(yáng)+摻雜 區(qū)的布局形狀類(lèi)似狗骨頭。
5.如權(quán)利要求4所述的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)，其中該P(yáng)+摻雜區(qū)的兩端 頭錘部分的覆蓋住該P(yáng)型阱相對(duì)應(yīng)兩端的彎曲部位。
6.如權(quán)利要求1所述的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)，其中該柵極延伸至該第 一場(chǎng)氧化層上。
7.如權(quán)利要求1所述的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)，其中該柵極包含有兩端 的曲線(xiàn)段以及兩條平行的直線(xiàn)段。
8.如權(quán)利要求1所述的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)，其中該漏極為環(huán)狀摻雜區(qū)。
9.如權(quán)利要求8所述的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)，其中該第一場(chǎng)氧化層介 于該環(huán)狀摻雜區(qū)與該有源區(qū)域之間。
10.如權(quán)利要求1所述的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)，其中該P(yáng)型阱、該第一 場(chǎng)氧化層以及該漏極均形成在N型阱中。
11.如權(quán)利要求10所述的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)，其中在該第一場(chǎng)氧化 層下方的該N型阱中，另有一 N型漂移摻雜區(qū)。
12.如權(quán)利要求1所述的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)，其中另包含有P+環(huán)狀 摻雜區(qū)，作為保護(hù)封環(huán)結(jié)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求12所述的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)，其中該P(yáng)+環(huán)狀摻雜區(qū) 與該漏極之間為第二場(chǎng)氧化層。
全文摘要
一種橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)，包含有源極，形成在操場(chǎng)跑道狀布局的有源區(qū)域內(nèi)，其中該源極包含有P+摻雜區(qū)，其設(shè)置于P型阱中，以及N+摻雜區(qū)；第一場(chǎng)氧化層，圍繞著該操場(chǎng)跑道狀布局的有源區(qū)域；操場(chǎng)跑道狀布局的柵極，圍繞著該源極；及漏極，位于該柵極的外側(cè)。
文檔編號(hào)H01L29/78GK102044564SQ200910207748
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月22日
發(fā)明者林宏澤, 林家康, 顏挺洲, 黃柏睿 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司