專利名稱：高壓金氧半導(dǎo)體組件及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓金氧半導(dǎo)體組件及其制作方法，尤其涉及一種溝渠式高壓金
氧半導(dǎo)體組件及其制作方法。
背景技術(shù)：
在功率半導(dǎo)體組件中，金氧半場(chǎng)效晶體管(M0SFET)具有高切換速度、低開關(guān)損 耗、低驅(qū)動(dòng)損耗的特性，廣泛被應(yīng)用于高頻功率轉(zhuǎn)換。不過，隨著功率半導(dǎo)體組件所需承受 的電壓值提高，導(dǎo)通電阻會(huì)隨之迅速增長(zhǎng)，而導(dǎo)致導(dǎo)通損耗的比例大幅提高，使其應(yīng)用受到 極大的限制。 如圖1與圖1A所示，傳統(tǒng)的高壓金氧半場(chǎng)效晶體管的導(dǎo)通電阻(RDS(on))主要是 由漂移區(qū)(drift zone)的電阻值(包括Rch、Ra、與R印i)決定。又，此金氧半場(chǎng)效晶體管 的電壓阻斷(voltage blocking)能力主要是由漂移區(qū)的距離與摻雜濃度決定。為了提高 電壓阻斷的能力，必須提高外延層的厚度并降低其摻雜濃度，然而，卻會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)通電阻值不 成比例的提高。 不同耐壓的金氧半場(chǎng)效晶體管，其導(dǎo)通電阻中各部分所占的比例也各有不同。如 圖中所示，對(duì)耐壓30V的金氧半場(chǎng)效晶體管而言，其外延層電阻(R印i)僅為總導(dǎo)通電阻的 29% ;不過，對(duì)耐壓600V的金氧半場(chǎng)效晶體管而言，外延層電阻(R印i)則是占據(jù)總導(dǎo)通電 阻的96. 5%。 為了降低高壓金氧半場(chǎng)效晶體管的導(dǎo)通電阻。 一個(gè)方法是增加晶體管的截面積以
降低導(dǎo)通電阻。不過，此方法會(huì)導(dǎo)致晶體管組件的積極度降低，而造成成本的提高。另一個(gè)
方法是引入少數(shù)載流子(minority carrier)導(dǎo)電以降低導(dǎo)通電阻。不過，此方法除了會(huì)導(dǎo)
致開關(guān)速度降低，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生拖尾電流(tailcurrent)，而導(dǎo)致開關(guān)損耗增加。 由于前述二種方法都有其應(yīng)用上的缺陷，因此，如何設(shè)計(jì)出一種高壓金氧半導(dǎo)體
組件，不僅具有低導(dǎo)通電阻，同時(shí)具有高電壓阻斷能力，是本領(lǐng)域亟待處理的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高壓金氧半導(dǎo)體組件及其制作方法，可以有效降低導(dǎo) 通電阻以降低耗損，同時(shí)具有高電壓阻斷能力。 本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)可以從本發(fā)明所揭露的技術(shù)特征中得到進(jìn)一步的了解。
本發(fā)明的一實(shí)施例提供一種高壓金氧半導(dǎo)體組件。此高壓金氧半導(dǎo)體組件包括一 第一導(dǎo)電型的本體、一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)、一第二導(dǎo)電型的第一井區(qū)、一第一導(dǎo)電型的源極摻雜區(qū)與 一第二導(dǎo)電型的第二井區(qū)。其中，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)具有一第一延伸部與一第二延伸部。第一延伸 部由本體的上表面朝向本體的內(nèi)部延伸。第二延伸部沿著本體的上表面延伸。第一井區(qū)位 于本體內(nèi)，位于第二延伸部的下方，并且，第一井區(qū)與第一延伸部間隔一預(yù)設(shè)距離。源極摻
雜區(qū)位于第一井區(qū)內(nèi)。第二井區(qū)位于本體內(nèi)，由第一延伸部的底部延伸至一漏極摻雜區(qū)附 近。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，第一延伸部連接至第二延伸部，并且，第二延伸部連接至 一柵極。 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，第一延伸部與第二延伸部間具有一介電層，第一延伸部
連接至一柵極，第二延伸部電性連接至源極摻雜區(qū)。 本發(fā)明亦提供一種高壓金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，包括下列步驟(a)提供一 第一導(dǎo)電型的基材；(b)于基材上制作一第一導(dǎo)電型的第一外延層；(C)利用一掩膜于第一 外延層中定義一摻雜范圍，并植入第二導(dǎo)電型的離子于第一外延層內(nèi)，以構(gòu)成一第一摻雜 區(qū)；(d)重復(fù)前述步驟(b)與(C)至少一個(gè)循環(huán)；(e)制作一第二外延層于這些第一外延層 上；(f)制作一溝渠暴露最上方的第一摻雜區(qū)；(g)制作一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)于第二外延層上，此導(dǎo) 電結(jié)構(gòu)具有一第一延伸部與一第二延伸部，第一延伸部位于溝渠內(nèi)，第二延伸部沿著第二 外延層的上表面延伸；(h)以此導(dǎo)電結(jié)構(gòu)為屏蔽，植入第二導(dǎo)電型的離子于第二外延層內(nèi)， 以構(gòu)成多個(gè)第一井區(qū)，并且，此第一井區(qū)與第一延伸部間隔一預(yù)設(shè)距離；(i)利用一掩膜定 義源極的位置，并植入第一導(dǎo)電型的離子于第一井區(qū)內(nèi)，以構(gòu)成多個(gè)源極摻雜區(qū)；(j)沉積 一介電層，并于介電層中制作多個(gè)接觸窗，暴露位于介電層下方的源極摻雜區(qū)與第一井區(qū)； (k)通過介電層植入第二導(dǎo)電型的離子于第一井區(qū)內(nèi)，以構(gòu)成多個(gè)第二導(dǎo)電型的重?fù)诫s區(qū) 位于這些接觸窗的下方。 本發(fā)明的另一實(shí)施例提供一種高壓金氧半導(dǎo)體組件。此高壓金氧半導(dǎo)體組件包括 一第一導(dǎo)電型的本體、一柵極導(dǎo)電層、二個(gè)第二導(dǎo)電型的第一井區(qū)、二個(gè)第一導(dǎo)電型的源極 摻雜區(qū)與一第二導(dǎo)電型的第二井區(qū)。其中，柵極導(dǎo)電層沿著本體的上表面延伸。二個(gè)第二 導(dǎo)電型的第一井區(qū)位于本體內(nèi)，且對(duì)應(yīng)于柵極導(dǎo)電層的相對(duì)兩側(cè)邊。二個(gè)第一導(dǎo)電型的源 極摻雜區(qū)分別位于二個(gè)第一井區(qū)內(nèi)，且對(duì)應(yīng)于柵極導(dǎo)電層的相對(duì)兩側(cè)邊的下方。第二導(dǎo)電 型的第二井區(qū)位于本體內(nèi)，并由柵極導(dǎo)電層的下方向下延伸至一基材附近。此第二井區(qū)電 性連接至一柵極或一源極。第二井區(qū)與二個(gè)第一井區(qū)間分別間隔一預(yù)設(shè)距離。并且，第二 井區(qū)與柵極導(dǎo)電層的間隔距離大于第一井區(qū)的深度。 本發(fā)明的另一實(shí)施例提供一種高壓金氧半導(dǎo)體組件的制作方法。此制作方法包括 下列步驟(a)提供一基材；(b)于此基材上制作一第一導(dǎo)電型的第一外延層；(c)利用一 掩膜于此第一外延層中定義一摻雜范圍，并植入第二導(dǎo)電型的離子于第一外延層內(nèi)，以構(gòu) 成一第一摻雜區(qū)；(d)重復(fù)前述步驟(b)與(c)至少一個(gè)循環(huán)；(e)制作一第二外延層于這 些第一外延層上，這些第一摻雜區(qū)受熱擴(kuò)張，互相連接形成一垂直井區(qū)；(f)制作一第二導(dǎo) 電型的保護(hù)環(huán)于第二外延層內(nèi)，定義一主動(dòng)區(qū)域，并且，此保護(hù)環(huán)的位置與垂直井區(qū)的位置 重疊；(g)制作一柵極導(dǎo)電層于第二外延層的上表面，且對(duì)準(zhǔn)垂直井區(qū)；(h)以柵極導(dǎo)電層 為屏蔽，植入第二導(dǎo)電型的離子于第二外延層內(nèi)，并驅(qū)入這些第二導(dǎo)電型的離子以構(gòu)成多 個(gè)第一井區(qū)，這些第一井區(qū)與垂直井區(qū)分別間隔一預(yù)設(shè)距離，同時(shí)，在趨入步驟中，保護(hù)環(huán) 的范圍向下擴(kuò)張與垂直井區(qū)相連接；(i)利用一掩膜定義源極的位置，并植入第一導(dǎo)電型 的離子于第一井區(qū)內(nèi)，以構(gòu)成多個(gè)源極摻雜區(qū)；(j)沉積一介電層，并于介電層中制作多個(gè) 接觸窗，暴露位于介電層下方的這些源極摻雜區(qū)與第一井區(qū)；(k)通過介電層植入第二導(dǎo) 電型的離子于第一井區(qū)內(nèi)，以構(gòu)成多個(gè)第二導(dǎo)電型的重?fù)诫s區(qū)于第一井區(qū)內(nèi)。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。


圖1與圖1A顯示不同耐壓的金氧半場(chǎng)效晶體管，其整體導(dǎo)通電阻中各部分所占的 比例的差異； 圖2A與圖2B為本發(fā)明高壓金氧半導(dǎo)體組件一較佳實(shí)施例的剖面示意圖； 圖3為本發(fā)明高壓金氧半半導(dǎo)體組件另一較佳實(shí)施例的剖面示意圖； 圖4A至圖4H為本發(fā)明高壓金氧半導(dǎo)體組件的制作方法的一較佳實(shí)施例； 圖5為本發(fā)明高壓金氧半導(dǎo)體組件又一較佳實(shí)施例的剖面示意圖；以及 圖6A至圖6E為本發(fā)明高壓金氧半導(dǎo)體組件的制作方法的另一較佳實(shí)施例； 圖7為圖6E中的第一延伸部電性連接至源極摻雜區(qū)一較佳實(shí)施例的示意圖； 圖8為本發(fā)明高壓金氧半導(dǎo)體組件又一較佳實(shí)施例的剖面示意圖； 圖9A為圖8中的第二井區(qū)電性連接至源極一較佳實(shí)施例的剖面示意圖； 圖9B為圖8中的第二井區(qū)電性連接至柵極一較佳實(shí)施例的剖面示意圖；以及 圖10A至圖10C為圖8的高壓金氧半導(dǎo)體組件及其保護(hù)環(huán)的制作方法的一較佳實(shí) 施例。其中，附圖標(biāo)記110基板120N型外延層130P型第二井區(qū)140氧化層150,150' 導(dǎo)電結(jié)構(gòu)152,152' 第一延伸部
154,154' 第二延伸部156介電層450,450' 柵極導(dǎo)電層160P型第一井區(qū)170N型源極摻雜區(qū)180介電層186開口190重?fù)诫s區(qū)195源極金屬層D漏極G柵極S源極460保護(hù)環(huán)A主動(dòng)區(qū)域210基材220N型外延層220aN型第一外延層220bN型第二外延層PR光阻圖案層230a，330aP型第一摻雜區(qū)230P型垂直井區(qū)248溝渠240氧化層241第一氧化層242第二氧化層250,350 導(dǎo)電結(jié)構(gòu)252,352第一延伸部254,354 第二延伸部260 P型第一井區(qū)
270源極摻雜區(qū)280介電層282接觸窗284開口290P型重?fù)诫s區(qū)295源極金屬層
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述
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圖2A與圖2B為本發(fā)明的高壓金氧半導(dǎo)體組件一較佳實(shí)施例的示意圖。以下以一 N型金氧半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(M0SFET)為例。如圖中所示，此高壓金氧半導(dǎo)體組件具有一N 型外延層120、一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)150、一P型第一井區(qū)(well)160、一N型源極摻雜區(qū)170與一 P 型第二井區(qū)130。 N型外延層120位于一 N型基板110上，作為此高壓金氧半導(dǎo)體組件的本 體。N型基板110電性連接至一漏極D，可視為此N型金氧半導(dǎo)體組件的漏極摻雜區(qū)。導(dǎo)電 結(jié)構(gòu)150位于N型外延層120上。此導(dǎo)電結(jié)構(gòu)150呈T型，具有一第一延伸部152與一第 二延伸部154。第一延伸部152由N型外延層120的上表面朝向N型外延層120的內(nèi)部延 伸。第二延伸部154沿著N型外延層120的上表面延伸。此導(dǎo)電結(jié)構(gòu)150電性連接至一柵 極G。 P型第一井區(qū)160位于N型外延層120內(nèi)，且位于導(dǎo)電結(jié)構(gòu)150的第二延伸部154 的下方。并且，P型第一井區(qū)160與導(dǎo)電結(jié)構(gòu)150的第一延伸部152間隔一預(yù)設(shè)距離。也 就是說，在P型第一井區(qū)160與第一延伸部152之間具有N型外延層120。 N型源極摻雜區(qū) 170位于P型第一井區(qū)160內(nèi)，且對(duì)應(yīng)于導(dǎo)電結(jié)構(gòu)150的第二延伸部154的下方處。此N型 源極摻雜區(qū)170電性連接至一源極S。并且，在N型源極摻雜區(qū)170與N型外延層120之間 具有P型第一井區(qū)160。 P型第二井區(qū)130位于N型外延層120內(nèi)，并且是由第一延伸部152的底部向下延 伸至N型基板110附近。值得注意的是，此P型第二井區(qū)130的底部與位于其下方的N型 基板IIO之間間隔有一定厚度的N型外延層120，并且，此P型第二井區(qū)130并未直接與第 一延伸部152相接觸。就一較佳實(shí)施例而言，P型第二井區(qū)130與第一延伸部152之間至 少間隔一氧化層140。惟，此P型第二井區(qū)130緊鄰于第一延伸部152，確保P型第二井區(qū) 130的電位會(huì)受到第一延伸部152的電位影響。此外，此P型第二井區(qū)130與P型第一井區(qū) 160間必須留有足夠?qū)挾鹊腘型外延層120，作為此金氧半導(dǎo)體組件導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)電通道。
如圖2A所示，當(dāng)此金氧半導(dǎo)體組件的柵極G與源極S的壓差(VGS)小于一臨界電 壓(VTH)時(shí)，在N型源極摻雜區(qū)170與N型外延層120間的P型第一井區(qū)160內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生 通道(channel)。此時(shí)，若在漏極D (對(duì)應(yīng)于N型基板110)與源極S (對(duì)應(yīng)于N型源極摻雜 區(qū)170)間施以順向偏壓，在P型第一井區(qū)160 (電性連接至源極S)與N型外延層120 (電 性連接至漏極D)間的空乏區(qū)(d印letion region)的范圍會(huì)加大(如圖中虛線所示)。
同時(shí)，當(dāng)金氧半導(dǎo)體組件關(guān)斷時(shí)，柵極G(對(duì)應(yīng)于導(dǎo)電結(jié)構(gòu)150)的電位與源極 S(對(duì)應(yīng)于N型源極摻雜區(qū)170)的電位大致相等。因此，當(dāng)漏極D與源極S間的順向偏壓提 高，在P型第二井區(qū)130 (通過導(dǎo)電結(jié)構(gòu)150電性連接至柵極G)與N型外延層120 (電性連 接至漏極D)之間的空乏區(qū)的范圍亦會(huì)加大(如圖中虛線所示)。前述形成于P型第一井 區(qū)160與N型外延層120之間以及P型第二井區(qū)130與N型外延層120之間的空乏區(qū)，會(huì) 夾斷N型源極摻雜區(qū)170至N型基板110間的導(dǎo)電通道。由于空乏區(qū)具有優(yōu)異的電壓阻斷 能力，因而可以大幅提高金氧半導(dǎo)體組件的耐壓。 如圖2B所示，當(dāng)柵極G與源極S的壓差(VGS)大于一臨界電壓(VTH)，在N型源 極摻雜區(qū)170與N型外延層120間的P型第一井區(qū)160內(nèi)(即對(duì)應(yīng)于第二延伸部154下方 處)會(huì)產(chǎn)生一通道。此時(shí)，N型源極摻雜區(qū)170的電子可通過前述信道進(jìn)入空乏區(qū)中，恢復(fù) N型外延層120的電性，進(jìn)而形成一導(dǎo)電路徑。如圖中箭頭所示，此導(dǎo)電通道由N型源極摻 雜區(qū)170沿著第二延伸部154的下方，再轉(zhuǎn)而沿著第一延伸部152與P型第二井區(qū)130的側(cè)邊垂直向下至N型基板110。 就一較佳實(shí)施例而言，如圖中所示，P型第二井區(qū)130的寬度大于第一延伸部152 的寬度，避免因?yàn)镻型第二井區(qū)130與P型第一井區(qū)160間的N型外延層120的厚度過大， 進(jìn)而影響組件導(dǎo)通時(shí)，N型外延層120恢復(fù)導(dǎo)電性所需的時(shí)間。又，P型第二井區(qū)130的上 緣包覆第一延伸部152的底部。此外，本發(fā)明的金氧半導(dǎo)體組件著眼于其高耐壓的特性，并 且，此金氧半導(dǎo)體組件的耐壓值與P型第二井區(qū)130的延伸距離具有正相關(guān)。因此，就實(shí)際 應(yīng)用上而言，P型第二井區(qū)130的延伸距離遠(yuǎn)大于第一延伸部152的長(zhǎng)度。
雖然前揭實(shí)施例以高壓金氧半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管為例進(jìn)行說明，不過，本發(fā)明的適 用范圍不限于金氧半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管。本發(fā)明只需要將前揭實(shí)施例所使用的N型基板110， 改為P型基板，即構(gòu)成一絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)。 圖3為本發(fā)明高壓金氧半導(dǎo)體組件另一較佳實(shí)施例的示意圖。不同于圖2的實(shí)施 例，本實(shí)施例的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)150'的第一延伸部152'與第二延伸部154'之間具有一介電層 156，例如一氧化層，以使第一延伸部152'與第二延伸部154'的電性互相分離。并且，此導(dǎo) 電結(jié)構(gòu)150'的第二延伸部154'電性連接至柵極G，第一延伸部152'則是電性連接至源極 S。 圖2的高壓金氧半導(dǎo)體組件中，P型第二井區(qū)130的電位是受到柵極G的影響。相 較之下，本實(shí)施例的P型第二井區(qū)130的電位則是受到源極S影響。不過，當(dāng)柵極G與源極 S的壓差(VGS)小于臨界電壓(VTH)時(shí)，如同圖2的實(shí)施例，本實(shí)施例在P型第一井區(qū)160 與N型外延層120間以及P型第二井區(qū)130與N型外延層120間亦會(huì)產(chǎn)生空乏區(qū)夾斷N型 源極摻雜區(qū)170至N型基板110間的導(dǎo)電信道，提供優(yōu)異的電壓阻斷能力。
圖4A至圖4H為本發(fā)明高壓金氧半導(dǎo)體組件的制作方法的一較佳實(shí)施例。以下以 一N型金氧半導(dǎo)體組件的制作流程為例。如圖4A所示，首先，提供一N型基材210。然后， 如圖4B所示，于此基材210上制作一N型第一外延層220a，利用一掩膜(未圖示)于此N 型第一外延層220a上方制作一光阻圖案層PR，以定義一摻雜范圍，并植入P型離子于此N 型第一外延層220a內(nèi)，以構(gòu)成一 P型第一摻雜區(qū)230a。 接下來，如圖4C所示，重復(fù)圖4B的制作步驟至少一個(gè)循環(huán)，重復(fù)的次數(shù)的多少與 所欲制作的高壓金氧半導(dǎo)體組件的耐壓值的高低呈正相關(guān)。在本實(shí)施例中所制作的金氧半 導(dǎo)體組件的耐壓值為600V，因此，重復(fù)六次圖4B的制作步驟，而在基材210上堆棧六層N型 第一外延層220a，并且對(duì)應(yīng)于六層N型第一外延層220a，在此N型第一外延層220a的堆棧 中，亦具有六個(gè)P型第一摻雜區(qū)230a。 值得注意的是，圖4B的制作步驟必須使用掩膜以定義摻雜范圍。在本實(shí)施例中， 在各個(gè)N型第一外延層中220a形成P型第一摻雜區(qū)230a所使用的是同一個(gè)掩膜，并且，各 個(gè)N型第一外延層220a中所形成的第一摻雜區(qū)是沿著垂直方向?qū)R。此外，由于在外延層 的制作步驟中涉及高溫工藝，因此，P型第一摻雜區(qū)230a的范圍會(huì)因?yàn)楹罄m(xù)的外延層制作 步驟而擴(kuò)大。如圖4C所示，在本實(shí)施例中，通過適當(dāng)控制P型第一摻雜區(qū)230a的摻雜物的 植入深度、植入濃度、以及相對(duì)應(yīng)的N型第一外延層層220a的厚度，可以使各個(gè)N型第一外 延層220a內(nèi)的P型第一摻雜區(qū)230a互相重疊，而形成單一個(gè)P型垂直井區(qū)230 (此P型垂 直井區(qū)230即對(duì)應(yīng)于圖2A與圖2B的P型第二井區(qū)130)。不過，此P型垂直井區(qū)230與其 下方的基材210仍然保持一定距離。
隨后，如圖4D所示，制作一 N型第二外延層220b于這些N型第一外延層220a上， 此N型第二外延層220b與這些N型第一外延層220a整體構(gòu)成一 N型第二外延層220作為 此金氧半導(dǎo)體組件的本體。然后，制作一溝渠248暴露最上方的P型第一摻雜區(qū)230a，也就 是暴露這些P型第一摻雜區(qū)230a所構(gòu)成的P型垂直井區(qū)230的上緣。接下來，同時(shí)請(qǐng)參照 圖4E所示，制作一氧化層240，覆蓋該N型第二外延層220b的裸露表面。然后，全面沉積一 多晶硅層(未圖示)，并填滿溝渠248。接下來，利用一掩膜定義出導(dǎo)電結(jié)構(gòu)250的位置，并 蝕刻去除多余的多晶硅層，以形成多晶硅導(dǎo)電結(jié)構(gòu)250于N型第二外延層220b上。此導(dǎo)電 結(jié)構(gòu)具有一第一延伸部252與一第二延伸部254，第一延伸部252位于溝渠248內(nèi)，第二延 伸部254沿著N型第二外延層220b的上表面延伸。 接下來，如圖4F所示，直接利用此導(dǎo)電結(jié)構(gòu)250為屏蔽，植入P型離子于N型第二 外延層220b內(nèi)，以構(gòu)成多個(gè)P型第一井區(qū)260。此P型第一井區(qū)260與第一延伸部252間 隔一預(yù)設(shè)距離。也就是說，在P型第一井區(qū)260與第一延伸部252間夾有N型第二外延層 220b。值得注意的是，此P型第一井區(qū)260與位于第一延伸部252下方的P型垂直井區(qū)230 間夾有足夠?qū)挾鹊腘型外延層，作為金氧半導(dǎo)體組件導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)電通道。
隨后，如圖4G所示，利用一掩膜(未圖示)于P型第一井區(qū)260上制作一光阻圖 案層PR，以定義源極摻雜區(qū)270的位置，并植入N型離子于P型第一井區(qū)260內(nèi)，以構(gòu)成多 個(gè)源極摻雜區(qū)270于P型第一井區(qū)260內(nèi)。接下來，如圖4H所示，沉積一介電層280，并于 介電層280中制作多個(gè)接觸窗282，暴露位于介電層280下方的源極摻雜區(qū)270與P型第一 井區(qū)260。然后，通過介電層280植入P型離子于P型第一井區(qū)260內(nèi)，以構(gòu)成多個(gè)P型重 摻雜區(qū)290于P型第一井區(qū)260內(nèi)。 如圖4H所示，在前揭實(shí)施例中，形成于N型第二外延層220的各個(gè)P型第一摻雜 區(qū)230a是互相重疊以構(gòu)成一垂直井區(qū)230。不過，本發(fā)明并不限于此。如圖5所示，制作于 N型第二外延層220各個(gè)第一摻雜區(qū)330a亦可以互相分離。不過，各個(gè)第一摻雜區(qū)330a的 間隔距離不得太大，以確保各個(gè)第一摻雜區(qū)330a的電位可以互相感應(yīng)。
圖6A至圖6E本發(fā)明高壓金氧半導(dǎo)體組件另一較佳實(shí)施例的制作流程。承接圖4D 的步驟，如圖6A所示，制作一第一氧化層241 ，覆蓋該N型第二外延層220b的裸露表面。然 后，全面沉積一第一多晶硅層，并且填滿溝渠248。接下來，回蝕(etch back)去除多余的 第一多晶硅層，僅留下位于溝渠248內(nèi)由多晶硅材料所構(gòu)成的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)350的第一延伸部 352。 接下來，如圖6B所示，制作一第二氧化層242，覆蓋第一延伸部352的裸露表面。 然后，全面沉積一第二多晶硅層，覆蓋第二氧化層242。接下來，利用一掩膜(未圖示)定義 第二延伸部354的位置，并蝕刻去除多余的第二多晶硅層，以形成由多晶硅材料所構(gòu)成的 導(dǎo)電結(jié)構(gòu)350的第二延伸部354。 接下來，如圖6C所示，直接利用第二延伸部354為屏蔽，植入P型離子于N型第二 外延層220b內(nèi)，以構(gòu)成多個(gè)P型第一井區(qū)260。隨后，如圖6D所示，利用一掩膜(未圖示) 制作一光阻圖案層PR于P型第一井區(qū)260上，以定義源極摻雜區(qū)270的位置，并植入N型 離子于P型第一井區(qū)260內(nèi)，以構(gòu)成多個(gè)源極摻雜區(qū)270于P型第一井區(qū)260內(nèi)。接下來， 如圖6E所示，沉積一介電層280，并于介電層280中制作多個(gè)接觸窗282，暴露位于介電層 280下方的源極摻雜區(qū)270與P型第一井區(qū)260。然后，通過介電層280植入P型的離子于P型第一井區(qū)260內(nèi)，以構(gòu)成多個(gè)P型重?fù)诫s區(qū)290于P型第一井區(qū)260內(nèi)。
值得注意的是，通過前述圖6A與圖6B的步驟所制作的第一延伸部352與第二延 伸部354是彼此分離。就一較佳實(shí)施例而言，第二延伸部354可電性連接至柵極G，以控制 此金氧半導(dǎo)體組件的運(yùn)作。第一延伸部352則可電性連接至源極S。為了將此第一延伸部 352電性連接至源極S，就一較佳實(shí)施例而言，如圖7所示，可在介電層280鄰近于此高壓金 氧半導(dǎo)體組件的邊緣處的制作一開口 284，暴露此第一延伸部352，然后再利用一源極金屬 層295同時(shí)連接至第一延伸部352與源極摻雜區(qū)270，即可使第一延伸部352電性連接至源 極S。 圖8為本發(fā)明高壓金氧半導(dǎo)體組件又一較佳實(shí)施例的示意圖。圖中以一高壓金 氧半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管為例。如圖中所示，此高壓金氧半導(dǎo)體組件具有一N型外延層120、一 柵極導(dǎo)電層450、二個(gè)P型第一井區(qū)160、二個(gè)N型源極摻雜區(qū)170與一P型第二井區(qū)130。 其中，N型外延層120位于一N型基板110上，作為此高壓金氧半導(dǎo)體組件的本體。柵極導(dǎo) 電層450沿著N型外延層120的上表面延伸。二個(gè)P型第一井區(qū)160位于N型外延層120 內(nèi)，且對(duì)應(yīng)于柵極導(dǎo)電層450的相對(duì)兩側(cè)邊。此二個(gè)P型第一井區(qū)160是間隔一定距離。
二個(gè)N型源極摻雜區(qū)170分別位于二個(gè)P型第一井區(qū)160內(nèi)，且位于柵極導(dǎo)電層 450的相對(duì)兩側(cè)邊的下方處。P型第二井區(qū)130且位于N型外延層120內(nèi)，由柵極導(dǎo)電層 450的下方，向下延伸至N型基板llO附近。此N型基板IIO可視為一N型的漏極摻雜區(qū)。 P型第二井區(qū)130與二個(gè)P型第一井區(qū)160間分別間隔一預(yù)設(shè)距離。此P型第二井區(qū)130 電性連接至一柵極G或一源極S。并且，就一較佳實(shí)施例而言，P型第二井區(qū)130與柵極導(dǎo) 電層450的間隔距離大于P型第一井區(qū)160的深度。 同時(shí)請(qǐng)參照?qǐng)D9A與圖9B，為了將P型第二井區(qū)130電性連接至此高壓金氧半導(dǎo)體 組件的柵極G或源極S，就一較佳實(shí)施例而言，可利用此高壓金氧半導(dǎo)體組件的邊緣處的保 護(hù)環(huán)(guard ring)460作為媒介以進(jìn)行電性連接。如圖中所示，P型保護(hù)環(huán)460位于N型 本體內(nèi)，且環(huán)繞位于主動(dòng)區(qū)域A內(nèi)的P型第一井區(qū)160。此保護(hù)環(huán)460的深度大于P型第一 井區(qū)160的深度。P型第二井區(qū)130由此高壓金氧半導(dǎo)體組件的主動(dòng)區(qū)域A延伸至保護(hù)環(huán) 460的下方，而與保護(hù)環(huán)460相接。 如圖9A所示，為了使連接至保護(hù)環(huán)460的P型第二井區(qū)130電性連接至源極S，本 實(shí)施例在介電層180中制作有開口 186以暴露保護(hù)環(huán)460。并且，在介電層180上沉積有源 極金屬層195，同時(shí)連接至N型源極摻雜區(qū)170與保護(hù)環(huán)460，以使保護(hù)環(huán)460電性連接至 源極S。如圖9B所示，為了使連接至保護(hù)環(huán)460的P型第二井區(qū)130電性連接至柵極G，本 實(shí)施例直接利用主動(dòng)區(qū)域A邊緣的柵極導(dǎo)電層450'。將此柵極導(dǎo)電層450'延伸至保護(hù)環(huán) 460的上表面而與保護(hù)環(huán)460相連接，以使保護(hù)環(huán)460電性連接至柵極G。
圖10A至圖10C顯示圖8的金氧半導(dǎo)體組件連同其保護(hù)環(huán)460的制作方法的一較 佳實(shí)施例。承接圖4C的步驟，如圖10A所示，在制作N型第二外延層220b之后，制作一 P 型的保護(hù)環(huán)460于N型第二外延層220b內(nèi)，定義出一主動(dòng)區(qū)域A。由N型第二外延層220b 的上方觀之，此保護(hù)環(huán)460的位置與位于外延層220內(nèi)的P型垂直井區(qū)230(即對(duì)應(yīng)于圖8 的P型第二井區(qū)130)的位置重疊。隨后，制作一柵極導(dǎo)電層450于N型第二外延層220b 的上表面，且對(duì)準(zhǔn)垂直井區(qū)230。 接下來，如圖10B所示，以此柵極導(dǎo)電層450為屏蔽，植入P型離子于N型第二外
11延層220b內(nèi)，并驅(qū)入這些P型離子，以構(gòu)成多個(gè)P型第一井區(qū)260。這些P型第一井區(qū)260 與P型垂直井區(qū)230分別間隔一預(yù)設(shè)距離。值得注意的是，在驅(qū)入P型離子的步驟中，保護(hù) 環(huán)460內(nèi)的P型離子也會(huì)向下擴(kuò)散，而使保護(hù)環(huán)460的范圍向下擴(kuò)張與P型垂直井區(qū)230 相連接。 隨后，如圖10C所示，利用一掩膜定義源極的位置，并植入N型離子于P型第一井 區(qū)260內(nèi)，以構(gòu)成多個(gè)源極摻雜區(qū)270。然后，沉積一介電層280，并于介電層280中制作多 個(gè)接觸窗282，暴露位于介電層280下方的源極摻雜區(qū)270與P型第一井區(qū)260。接下來， 通過介電層280植入P型離子于第一井區(qū)260內(nèi)，以構(gòu)成P型重?fù)诫s區(qū)290于P型第一井 區(qū)260內(nèi)。 本發(fā)明的高壓金氧半導(dǎo)體組件具有下列優(yōu)點(diǎn) 首先，如圖2A與圖2B所示，當(dāng)柵極G與源極S的壓差(VGS)小于一臨界電壓(VTH) 時(shí)，若在漏極D與源極S間施以順向偏壓，在P型第一井區(qū)160與P型第二井區(qū)130間會(huì)產(chǎn) 生空乏區(qū)完全阻斷其間的N型外延層120。此空乏區(qū)具有優(yōu)異的電壓阻斷能力，因而可以大 幅提高金氧半導(dǎo)體組件的耐壓。另一方面，當(dāng)柵極G與源極S的壓差(VGS)大于一臨界電 壓(VTH)時(shí)，在N型源極摻雜區(qū)170與N型外延層120間的P型第一井區(qū)160內(nèi)會(huì)產(chǎn)生通 道。此時(shí)，N型源極摻雜區(qū)170的電子可通過前述信道進(jìn)入空乏區(qū)中，恢復(fù)N型外延層120 的電性，進(jìn)而形成一導(dǎo)電路徑?；旧希ㄟ^適度提高N型外延層120的摻雜濃度，可以獲 致優(yōu)異的導(dǎo)通電阻，達(dá)到降低導(dǎo)通損耗的目的。 其次，如圖2A所示，本發(fā)明的高壓金氧半導(dǎo)體組件在關(guān)斷時(shí)所形成的空乏區(qū)是位 于P型第一井區(qū)160與P型第二井區(qū)130之間。P型第一井區(qū)160與P型第二井區(qū)130的 間隔距離通常是小于相鄰二金氧半導(dǎo)體組件的柵極的間隔距離。因此，本發(fā)明的高壓金氧 半導(dǎo)體組件關(guān)斷后，填充電子至空乏區(qū)以回復(fù)至導(dǎo)通狀態(tài)的速度會(huì)優(yōu)于傳統(tǒng)的具有橫向PN 接面的高壓金氧半導(dǎo)體組件，例如CoolmosTM與Super junction半導(dǎo)體組件。
此外，如圖2A所示，本發(fā)明的高壓金氧半導(dǎo)體組件除了在重?fù)诫s區(qū)190、 P型第一 井區(qū)160與N型外延層120間具有一與生倶來的齊納二極管，在P型第二井區(qū)130與N型 外延層120間亦具有一齊納二極管。當(dāng)雪崩崩潰(avalanche breakdown)產(chǎn)生時(shí)，崩潰電 流不會(huì)完全集中于重?fù)诫s區(qū)190、P型第一井區(qū)160與N型外延層120間的齊納二極管。因 此，本發(fā)明的高壓金氧半導(dǎo)體組件可以減少流經(jīng)第二延伸部154下方的橫向電阻的電流， 進(jìn)而可以防止形成于N型外延層120、P型第一井區(qū)160與N型源極摻雜區(qū)170間的雙極性 接面晶體管因?yàn)檫^大的電流而毀損。 當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟 悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變 形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種高壓金氧半導(dǎo)體組件，其特征在于，包括一第一導(dǎo)電型的本體；一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，具有一第一延伸部與一第二延伸部，該第一延伸部由該本體的上表面朝向該本體的內(nèi)部延伸，該第二延伸部沿著該本體的該上表面延伸；一第二導(dǎo)電型的第一井區(qū)，位于該本體內(nèi)及位于該第二延伸部的下方，該第一井區(qū)與該第一延伸部間隔一預(yù)設(shè)距離；一第一導(dǎo)電型的源極摻雜區(qū)，位于該第一井區(qū)內(nèi)；以及一第二導(dǎo)電型的第二井區(qū)，位于該本體內(nèi)，由該第一延伸部的底部延伸至一漏極摻雜區(qū)附近。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓金氧半導(dǎo)體組件，其特征在于，其中，該第一延伸部連接 至該第二延伸部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓金氧半導(dǎo)體組件，其特征在于，其中，該第一延伸部與該 第二延伸部間具有一介電層，該第一延伸部電性連接至該源極摻雜區(qū)，該第二延伸部電性 連接至一柵極。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓金氧半導(dǎo)體組件，其特征在于，其中，該漏極摻雜區(qū)位于 該本體的底部。
5. —種高壓金氧半導(dǎo)體組件，其特征在于，包括 一第一導(dǎo)電型的本體；一柵極導(dǎo)電層，沿著該本體的上表面延伸；二個(gè)第二導(dǎo)電型的第一井區(qū)，位于該本體內(nèi)，且對(duì)應(yīng)于該柵極導(dǎo)電層的相對(duì)兩側(cè)邊； 二個(gè)第一導(dǎo)電型的源極摻雜區(qū)，分別位于該二個(gè)第一井區(qū)內(nèi)，且位于該柵極導(dǎo)電層的相對(duì)兩側(cè)邊的下方；以及一第二導(dǎo)電型的第二井區(qū)，電性連接至一柵極或一源極，且位于該本體內(nèi)，由該柵極導(dǎo)電層的下方向下延伸至一基材附近，該第二井區(qū)與該二個(gè)第一井區(qū)間分別間隔一預(yù)設(shè)距離，該第二井區(qū)與該柵極導(dǎo)電層的間隔距離大于該第一井區(qū)的深度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高壓金氧半導(dǎo)體組件，其特征在于，其中，該高壓金氧半導(dǎo)體 組件還包括一第二導(dǎo)電型的保護(hù)環(huán)，位于該本體內(nèi)且環(huán)繞該些第一井區(qū)，該保護(hù)環(huán)的深度 大于該第一井區(qū)的深度，該保護(hù)環(huán)的下緣與該第二井區(qū)相接觸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高壓金氧半導(dǎo)體組件，其特征在于，其中，該保護(hù)環(huán)通過一源 極金屬層電性連接至一源極。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高壓金氧半導(dǎo)體組件，其特征在于，其中，該保護(hù)環(huán)通過該柵 極導(dǎo)電層電性連接至一柵極。
9. 一種高壓金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其特征在于，包括(a) 提供一基材；(b) 于該基材上制作一第一導(dǎo)電型的第一外延層；(c) 利用一掩膜于該第一外延層中定義一摻雜范圍，并植入第二導(dǎo)電型的離子于該第 一外延層內(nèi)，以構(gòu)成一第一摻雜區(qū)；(d) 重復(fù)前述步驟(b)與(C)至少一個(gè)循環(huán)；(e) 制作一第二外延層于該些第一外延層上；(f) 制作一溝渠暴露最上方的該第一摻雜區(qū)；(g) 制作一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)于該第二外延層上，該導(dǎo)電結(jié)構(gòu)具有一第一延伸部與一第二延伸 部，該第一延伸部位于該溝渠內(nèi)，該第二延伸部沿著該第二外延層的上表面延伸；(h) 以該導(dǎo)電結(jié)構(gòu)為屏蔽，植入第二導(dǎo)電型的離子于該第二外延層內(nèi)，以構(gòu)成多個(gè)第一 井區(qū)，該第一井區(qū)與該第一延伸部間隔一預(yù)設(shè)距離；(i) 利用一掩膜定義源極的位置，植入第一導(dǎo)電型的離子于該第一井區(qū)內(nèi)，以構(gòu)成多個(gè) 源極摻雜區(qū)；(j)沉積一介電層，于該介電層中制作多個(gè)接觸窗，暴露位于該介電層下方的該些源極 摻雜區(qū)與該第一井區(qū)；以及(k)通過該介電層植入第二導(dǎo)電型的離子于該第一井區(qū)內(nèi)，以構(gòu)成多個(gè)第二導(dǎo)電型的 重?fù)诫s區(qū)于該第一井區(qū)內(nèi)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的制作方法，其特征在于，其中，制作該導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的步驟包括 制作一第一氧化層，覆蓋該第二外延層的裸露表面；全面沉積一多晶硅層；以及利用一掩膜定義該導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的位置，并蝕刻去除多余的該多晶硅層。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的制作方法，其特征在于，其中，制作該導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的步驟包括 制作一第一氧化層，覆蓋該第二外延層的裸露表面； 全面沉積一第一多晶硅層；回蝕該第一多晶硅層，以構(gòu)成該第一延伸部； 制作一第二氧化層覆蓋該第一延伸部的裸露表面； 全面沉積一第二多晶硅層；利用一掩膜定義該第二延伸部的位置，且蝕刻去除多余的該第二多晶硅層；以及 將該第一延伸部電性連接至該源極摻雜區(qū)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的制作方法，其特征在于，其中，該第一摻雜區(qū)的寬度大于該 溝渠的寬度。
13. —種高壓金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其特征在于，包括(a) 提供一基材；(b) 于該基材上制作一第一導(dǎo)電型的第一外延層；(c) 利用一掩膜于該第一外延層中定義一摻雜范圍，并植入第二導(dǎo)電型的離子于該第 一外延層內(nèi)，以構(gòu)成一第一摻雜區(qū)；(d) 重復(fù)前述步驟(b)與(C)至少一個(gè)循環(huán)；(e) 制作一第二外延層于該些第一外延層上，該些第一摻雜區(qū)受熱擴(kuò)張，互相連接形成 一垂直井區(qū)，該垂直井區(qū)與該基材間隔一預(yù)定距離；(f) 制作一第二導(dǎo)電型的保護(hù)環(huán)于該第二外延層內(nèi)，定義一主動(dòng)區(qū)域，該保護(hù)環(huán)的位置 與該垂直井區(qū)的位置重疊；(g) 制作一柵極導(dǎo)電層于該第二外延層的上表面，且對(duì)準(zhǔn)該垂直井區(qū)；(h) 以該柵極導(dǎo)電層為屏蔽，植入第二導(dǎo)電型的離子于該第二外延層內(nèi)，并驅(qū)入該些第 二導(dǎo)電型的離子，以構(gòu)成多個(gè)第一井區(qū)，該些第一井區(qū)與該垂直井區(qū)分別間隔一預(yù)設(shè)距離， 同時(shí)，該保護(hù)環(huán)的范圍向下擴(kuò)張而與垂直井區(qū)相連接；(i)利用一掩膜定義源極的位置，并植入第一導(dǎo)電型的離子于該第一井區(qū)內(nèi)，以構(gòu)成多 個(gè)源極摻雜區(qū)；(j)沉積一介電層，并于該介電層中制作多個(gè)接觸窗，暴露位于該介電層下方的該些源 極摻雜區(qū)與該第一井區(qū)；以及(k)通過該介電層植入第二導(dǎo)電型的離子于該第一井區(qū)內(nèi)，以構(gòu)成多個(gè)第二導(dǎo)電型的 重?fù)诫s區(qū)于該第一井區(qū)內(nèi)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的制作方法，其特征在于，其中，制作于該第二外延層上表面 的該柵極導(dǎo)電層延伸連接該保護(hù)環(huán)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的制作方法，其特征在于，還包括制作一源極金屬層于該介 電層上，同時(shí)連接該保護(hù)環(huán)與該源極摻雜區(qū)。
全文摘要
一種高壓金氧半導(dǎo)體組件，包括一第一導(dǎo)電型的本體、一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)、一第二導(dǎo)電型的第一井區(qū)、一第一導(dǎo)電型的源極摻雜區(qū)與一第二導(dǎo)電型的第二井區(qū)。其中，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)具有一第一延伸部與一第二延伸部。第一延伸部由本體的上表面朝向本體的內(nèi)部延伸。第二延伸部沿著本體的上表面延伸。第一井區(qū)位于本體內(nèi)，位于第二延伸部的下方，并且，第一井區(qū)與第一延伸部間隔一預(yù)設(shè)距離。源極摻雜區(qū)位于第一井區(qū)內(nèi)。第二井區(qū)位于本體內(nèi)，由第一延伸部的底部延伸至一漏極摻雜區(qū)附近。
文檔編號(hào)H01L29/06GK101728430SQ20081017053
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2008年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月17日
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