具有梯度注入区的半导体元件及其制造方法技术

技术编号:15726088 阅读:423 留言:0更新日期:2017-06-29 18:00
本发明专利技术公开了一种具有梯度注入区的半导体元件及其制造方法。该半导体元件包括具有第一导电型的基板、设置于基板中并具有第二导电型的高压阱、设置于高压阱中并具有第一导电型的源极阱、设置于高压阱中并与源极阱分隔的漂移区,以及设置于高压阱中并介于源极阱与漂移区之间且具有第二导电型的梯度注入区。

【技术实现步骤摘要】
具有梯度注入区的半导体元件及其制造方法
本专利技术是有关于一种半导体元件,特别是有关于一种具有梯度注入区(gradientimplantregion)的半导体元件及其制造方法。
技术介绍
超高压半导体元件(ultra-highvoltagesemiconductordevices)被广泛用于显示元件、可携式元件,以及其他各式各样不同种类的应用。超高压半导体元件的设计目标在于,具有高崩溃电压(breakdownvoltage)、低特定导通电阻(specificon-resistance),并且于室温及高温环境两者之下均具有高可靠性。然而,当超高压半导体元件的尺寸开始逐渐缩小化(scaledown)时,要达到这些设计目标,就会变得比较具有挑战性。
技术实现思路
根据本专利技术的一实施例,提供一种半导体元件,包括具有第一导电型的基板、设置于基板中并具有第二导电型的高压阱、设置于高压阱中并具有第一导电型的源极阱、设置于高压阱中并与源极阱分隔的漂移区(driftregion),以及设置于高压阱中并介于源极阱与漂移区之间且具有第二导电型的梯度注入区。根据本专利技术的一实施例,提供一种制造半导体元件的方法,包括提供具有第一导电型的基板、于基板中形成具有第二导电型的高压阱、于高压阱中形成具有第一导电型的源极阱、于高压阱中形成与源极阱分隔的漂移区,以及于高压阱中介于源极阱与漂移区之间形成具有第二导电型的梯度注入区。本专利技术所附图式,是并入且组成本申请的一部份,绘示本专利技术所揭露的多个实施例,并配合说明书一同用于详细说明本专利技术所揭露的多个实施例如下:附图说明图1A根据本专利技术的实施例绘示半导体元件的俯视示意图。图1B绘示图1A所绘示的半导体元件沿着图1A中的线段B-B’的剖面图。图1C绘示图1A所绘示的半导体元件沿着图1A中的线段C-C’的剖面图。图2A至图17B根据本专利技术的实施例绘示图1A至图1C所绘示的半导体元件的制造流程的示意图。图18绘示图1A至图1C所绘示的半导体元件及根据比较例的比较例半导体元件的显示其电流对电压特性(currentvs.voltagecharacteristics)的模拟结果图。图19绘示图1A至图1C所绘示的半导体元件及根据比较例的比较例半导体元件的显示其崩溃特性(breakdowncharacteristics)的模拟结果图。图20A及图20B根据本专利技术的实施例绘示超高压绝缘栅极双极性晶体管(insulatorgatebipolartransistor,IGBT)元件的剖面图。图21A及图21B根据本专利技术的实施例绘示超高压二极管的剖面图。图22A及图22B根据本专利技术的实施例绘示半导体元件的剖面图。【符号说明】10、2200:半导体元件100:基板105:高压n型阱111:源极阱112:第二p型阱120:漂移区120a:第一区段120b:第二区段122:p型顶区124:n型梯度区130、2210:梯度注入区131、2211:第一部分132、2212:第二部分140:场氧化层141:第一场氧化部分142:第二场氧化部分143:第三场氧化部分144:第四场氧化部分150:栅极结构151、1100:栅极氧化层152:栅极层153、154:间隙物161:第一n型重掺杂区162:第二n型重掺杂区163:第一p型重掺杂区164:第二p型重掺杂区170:层间介电层180、2100:接触层181、2111:第一接触部分182、2112:第二接触部分183:第三接触部分184:第四接触部分600:衬垫氧化层610:氮化物层711:第一开口712:第二开口713:第三开口714:第四开口800:光刻胶层810:开口821:第一区域822:第二区域1810、1910:横坐标1820、1920:纵坐标1830、1840、1930、1940:曲线2000:超高压绝缘栅极双极性晶体管元件2010:超高压二极管B-B’、C-C’:线段OD:氧化物定义区域具体实施方式本专利技术的各实施例,将于下文中详细进行说明,而其中一些实施例绘示于所附图式之中。本专利技术的各个图式之中,尽可能使用相同的符号,以表示相同或相似的部分。图1A根据本专利技术的实施例绘示半导体元件10的俯视示意图。图1A绘示了不具场氧化物形成的氧化物定义区域(oxidedefinedarea,OD)OD。图1B绘示半导体元件10沿着图1A中的线段B-B’的剖面图。图1C绘示半导体元件10沿着图1A中的线段C-C’的剖面图。如图1A至图1C所示,半导体元件10包括p型基板(P-Sub)100。基板100可由p型硅块材(bulksiliconmaterial)、p型外延层,或p型绝缘层上硅(silicon-on-insulator)材料所形成。第一p型阱(p-well,PW),又称源极阱111,设置于高压n型阱(high-voltagen-well,HVNW)105中,并与高压n型阱105的左侧边缘靠近但分隔。源极阱111构成半导体元件10的源极阱。第二p型阱112设置于基板100中,位于高压n型阱105之外并邻接其左侧边缘。漂移区120设置于高压n型阱105中,并且如图1A至图1C所示,与源极阱111的右侧边缘分隔。漂移区120包括多个交错排列的第一区段120a以及第二区段120b。每一个第一区段120a包括p型顶区(p-typetopregion,P-top)以及设置于p型顶区122之上的n型梯度区(n-typegraderegion,N-grade)124。每一个第二区段120b包括n型梯度区124。换句话说,n型梯度区124设置于包括第一区段120a及第二区段120b的整个漂移区120中,而p型顶区122仅设置于第一区段120a中。n型梯度注入区130设置于高压n型阱105中,并介于漂移区120与源极阱111之间。梯度注入区130的掺杂浓度具有沿着平行于基板100的主要表面的水平方向上的梯度分布(gradientprofile)。具体而言,如图1B及图1C所示,梯度注入区130包括了位于梯度注入区130中的右侧并靠近漂移区120的第一部分131,以及位于梯度注入区130中的左侧并靠近源极阱111的第二部分132。第一部分131的掺杂浓度大于第二部分132的掺杂浓度。此外,第一部分131的深度大于第二部分132的深度。绝缘层,又称场氧化层140,设置于基板100之上。场氧化层140可由场氧化物(fieldoxide,FOX)形成。场氧化层140包括与漂移区120分隔的第一场氧化部分141,覆盖漂移区120的第二场氧化部分142,覆盖源极阱111的左侧边缘部分、高压n型阱105的左侧边缘部分、及第二p型阱112右侧边缘部分的第三场氧化部分143,以及覆盖第二p型阱112的左侧边缘部分的第四场氧化部分144。半导体元件10更包括设置于基板100之上并重叠于第二场氧化部分142的左侧部分及源极阱111的右侧边缘部分的栅极结构150。栅极结构150包括栅极氧化物层151、栅极层152,以及侧壁的间隙物153、间隙物154。栅极氧化层151设置于基板100之上并邻接于第二场氧化部分142。栅极层151重叠于梯度注入区130的第二部分132以及源极阱111的右侧边缘部分。栅极层1本文档来自技高网...
具有梯度注入区的半导体元件及其制造方法

【技术保护点】
一种半导体元件,包括:一基板,具有一第一导电型;一高压阱,具有一第二导电型,并设置于该基板中;一源极阱,具有该第一导电型,并设置于该高压阱中;一漂移区,设置于该高压阱中,并与该源极阱分隔;以及一梯度注入区,具有该第二导电型,并设置于该高压阱中,且介于该源极阱与该漂移区之间。

【技术特征摘要】
1.一种半导体元件,包括:一基板,具有一第一导电型;一高压阱,具有一第二导电型,并设置于该基板中;一源极阱,具有该第一导电型,并设置于该高压阱中;一漂移区,设置于该高压阱中,并与该源极阱分隔;以及一梯度注入区,具有该第二导电型,并设置于该高压阱中,且介于该源极阱与该漂移区之间。2.根据权利要求1所述的半导体元件,其中该梯度注入区包括:一第一部分,靠近该漂移区;以及一第二部分,靠近该源极阱,其中该第一部分的掺杂浓度大于该第二部分的掺杂浓度。3.根据权利要求2所述的半导体元件,其中该第一部分的深度大于该第二部分的深度。4.根据权利要求1所述的半导体元件,其中该梯度注入区重叠于该漂移区的一边缘部分。5.根据权利要求1所述的半导体元件,其中该梯度注入区重叠于该源极阱的一边缘部分。6.根据权利要求1所述的半导体元件,更包括:一第二阱,设置于该高压阱之外;以及一基极区,设置于该第二阱中。7.根据权利要求1所述的半导体元件,其中该漂移区包括多个交错排列的多个第一区段及多个第二区段,各该第一区段包括具有该第一导电型的一顶区及设置于该顶区之上并具有该第二导电型的一梯度区,且各该第二区段包括该梯度区。8.根据权利要求1所述的半导体元件,更包括:一栅极氧化层,设置于该基板之上,并位于该源极阱与该漂移区之间;以及一栅极层,设置于该栅极氧化层之上。9.根据权利要求8所述的半导体元件,其中该栅极氧化层重叠于该源极阱的一边缘部分。10.根据权利要求8所述的半导体元件,更包括一绝缘层,具有设置于该漂移区之上的一部分,其中该梯度注入区包括设置为靠近该漂移区的一第一部分及设置为靠近该源极阱的一第二部分,该栅极氧化层是设置为邻接于该绝缘层设置于该漂移区之上的该部分,且该栅极氧化层是设置为重叠于该梯度注入区的该第二部分。11.根据权利要求1所述的半导体元件,其中该半...

【专利技术属性】
技术研发人员:詹景琳林正基
申请(专利权)人:旺宏电子股份有限公司
类型:发明
国别省市:中国台湾,71

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