[發(fā)明專利]半導(dǎo)體裝置及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010125521.1
• 申請(qǐng)日: 2010-02-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101834204A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭志昌;柳瑞興;姚智文;段孝勤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/78
• 分類號(hào): H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 隆天國(guó)際知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 姜燕;邢雪紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種集成電路，特別涉及一種金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)裝置，更特別有關(guān)于一種MOS結(jié)構(gòu)用于高電壓操作。

背景技術(shù)

許多用于高電壓應(yīng)用(具有高崩潰電壓)的金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)包括一垂直構(gòu)造。通過(guò)使用垂直構(gòu)造，使該晶體管可能維持該阻隔電壓和高電流。在NMOS例子中，該晶體管的電壓規(guī)格為n型外延層(又稱n-epi層)的摻雜和厚度的函數(shù)，而電壓規(guī)格為通道寬度的函數(shù)(亦即通道愈寬，則電流愈大)。于一平面構(gòu)造中，電流和崩潰電壓規(guī)格二者皆為通道維度(通道各自的寬度和長(zhǎng)度)的函數(shù)，導(dǎo)致“硅資產(chǎn)(silicon?estate)”未被充分地利用。通過(guò)使用垂直構(gòu)造，元件區(qū)域大致上正比于其所維持的電流，且該元件的厚度(實(shí)際上為該n-epi層的厚度)為正比于崩潰電壓。垂直式MOSFET通常設(shè)計(jì)用于開(kāi)關(guān)的應(yīng)用。一般而言，于許多應(yīng)用上使用NMOS，而非PMOS，基于在相同的尺度下具較佳的效能(因?yàn)殡娮颖瓤昭ň哂休^高的移動(dòng)性)。

于一傳統(tǒng)的垂直式NMOS中，一般使用n+沉區(qū)(n+sinker)于垂直漏極電流收集。圖1顯示傳統(tǒng)的垂直式NMOS具有一p型基底的剖面示意圖。該垂直式NMOS具有一p型基底102、一n+埋藏層(NBL)104以及一n型沉區(qū)108用于垂直漏極電流收集、一n型外延層106、一p型基體110、源極n+區(qū)112和p+區(qū)114二者皆連接至源極接觸116、一柵極118、以及一漏極接觸120。該n型沉區(qū)108需要一個(gè)大的橫向空間122，以將源極116和漏極120隔離。然而，用于隔離的所需的空間122會(huì)增加元件的面積并且導(dǎo)致于開(kāi)啟狀態(tài)下漏極至源極的電阻(drain?to?source?resistance?in?on-state，簡(jiǎn)稱RDson)增加。再者，因?yàn)椴煌臒犷A(yù)算，很難控制該n型沉區(qū)108的輪廓。該n型沉區(qū)108系用于該NBL?104和漏極接觸120之間的一垂直連接。由于高能量注入步驟有注入深度的限制，因此需要較大的熱驅(qū)入(thermal?drive-in)將注入的原子更深地推進(jìn)。在此熱工藝中，該n型沉區(qū)108受到大的熱預(yù)算(溫度×?xí)r間)并且導(dǎo)致一等方向性擴(kuò)散。因此，該n型沉區(qū)108的輪廓變的較廣且較深，此導(dǎo)致NBL?104與n型沉區(qū)108的連接具有不想要的元件區(qū)域。更又甚者，需要一多重注入步驟用于形成一深n型沉區(qū)108。因此，該n型沉區(qū)108的基體將變得較預(yù)期的更廣，并且該n型沉區(qū)108的基體占據(jù)額外的元件面積。

圖2顯示另一傳統(tǒng)的具有一絕緣層上有硅(SOI)基底的垂直式NMOS的剖面示意圖。該NMOS具有一p型基底102、一埋藏氧化物(BOX)層202、一n+區(qū)域204連接至一漏極接觸120、一n型外延層106、p型阱210、源極n+區(qū)112和p+區(qū)114二者皆連接至源極接觸116、一柵極118、以及一絕緣氧化物層206和208。該氧化物層206和208提供pn結(jié)隔離和較高的崩潰電壓。該BOX層202亦為高電壓操作所需。此結(jié)構(gòu)仍然需要大的橫向空間122，以將源極116和漏極120之間隔離。

有鑒于此，業(yè)界急需新的方法與結(jié)構(gòu)以降低所需的元件空間和高崩潰電壓用于高邊(high-side)操作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的實(shí)施例在此描述一金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)裝置結(jié)構(gòu)用于高崩潰電壓(BV)和低開(kāi)啟電阻R_DSon高電壓應(yīng)用。可實(shí)現(xiàn)兩一般的目的：其一為降低元件面積，且另一為實(shí)現(xiàn)具高邊能力的元件。為了降低元件面積，漏極電流于一垂直方向流動(dòng)，且由一n+埋藏層(NBL)收集。被一絕緣體環(huán)繞的一深電極(例如金屬或多晶硅)連接至NBL用于漏極電流提取。由于已選定一高介電強(qiáng)度的絕緣體(例如氧化物)，可達(dá)成在源極和漏極之間具一小的橫向空間。由該深電極、絕緣體、及NBL的形成可允許降低源極面積及高邊操作。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，一種半導(dǎo)體裝置包括：一基底；一埋藏n+層設(shè)置于該基底中；一n型外延層設(shè)置于該埋藏n+層之上；一p型阱設(shè)置于該n型外延層中；一源極n+區(qū)域設(shè)置于該p型阱中且一端連接至一源極接觸；一第一絕緣層設(shè)置于該p型阱和該n型外延層的頂部；一柵極設(shè)置于該第一絕緣層的頂部；以及一金屬電極自該埋藏n+層延伸至一漏極接觸，其中該金屬電極通過(guò)一第二絕緣層而與該n型外延層和該p型阱絕緣。該埋藏n+層接觸該金屬電極的部分可進(jìn)一步地以n+摻雜。該p型阱鄰接該源極n+區(qū)域的部分可進(jìn)一步地以p+摻雜，且連接至該源極接觸。該第一絕緣層可以為一高電壓氧化層。該第二絕緣層具有一環(huán)形，環(huán)繞該金屬電極。該第二絕緣層為一介電層，例如氧化物。于另一實(shí)施例中，可使用一多晶硅電極而非金屬電極。