高功率金属氧化物半导体元件制造技术

本发明专利技术是有关于一种高功率金属氧化半导体元件，包括一Ｐ型基极区域，此Ｐ型基极区域具有Ｎ＋型源极且在施以电负载时其偏压与Ｐ型基材不同。在一实施例中，使用ＮＰＮ配置的ＬＤＭＯＳ元件，而且其元件源极与基层接点耦接以防止产生ＮＰＮ寄生元件。Ｐ型基极区域形成在Ｎ型井内，此Ｎ型井将基极区域与Ｐ形基材以及环绕的Ｐ型井隔开。高掺杂的Ｎ＋型埋藏层隔开Ｎ型井与Ｐ型基材，以防止垂直电击穿。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体元件，特别是涉及一种可容许在基极区域中施加偏压及可限制高功率金属氧化半导体元件的垂直电击穿的结构。。
技术介绍
常见的侧向双扩散金属氧化半导体(LDMOS)元件，例如高功率金属氧化半导体(power MOS)在电路应用上可提供较低的导通状态电阻。这类元件因为有着较低的RC时间常数，所以非常适合用在电源管理电路的输出端上。常见的LDMOS结构具有一个非常窄的通道长度，此通道长度是由在P型井中较小的P型基极区域来决定。此较小的P型基极区域则由元件自对准闸极的位置、一或多个场氧化层植入与其他降低表面场(reduce surfacefield；RESURF)的结构来定义之。为了防止寄生双载子接合晶体管被开启以及避免具有基板效应，P型基极区域与源极的接点典型上是邻接接触。有一些电源管理的应用会要求源极需有负载，换句话说，源极需要被施加一个在元件工作区域内的偏压。但是在传统的设计上，包围P型基极区域的P型井是跟P型基材相连接。因此实际上P型基极区域与P型基材为互相短路。而P型基材通常为接地，所以不可能给予连接在P型基极区域上的源极任何偏压。其他的电源管理应用则要求对于电击穿有更好的保护；但是传统设计上，N型井的深度通常会因为制程上热预算的考量而有所限制。在N型井的深度通常被限制的情形下，P型基极区域跟P型基材间的垂直电击穿会变得频繁且容易发生。这个电击穿可能会完全地使LDMOS失效或者更进一步影响一个或更多的电路运作。由此可见，上述现有的LDMOS元件在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型结构的LDMOS元件，使得可容许在基极区域中施加偏压，并且可限制高功率金属氧化半导体元件上的垂直电击穿便成为当前业界极需改进的目标。有鉴于上述现有的LDMOS元件结构存在的缺陷，本专利技术人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的LDMOS元件，能够改进一般现有的LDMOS元件结构，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服现有的LDMOS元件结构存在的缺陷，而提供一种新型结构的LDMOS元件，所要解决的技术问题是使其可容许在基极区域中施加偏压，从而更加适于实用。本专利技术的另一目的在于，提供一种新型结构的LDMOS元件，所要解决的技术问题是使其可以限制高功率金属氧化半导体元件上的垂直电击穿，从而更加适于实用。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种高功率金属氧化物半导体元件包括一第一类型的半导体基材；一第一类型的第一井，由该半导体基材表面向下延伸；一第二类型的第二并，被该第一井侧向包围且被该半导体基材从下方包覆；一元件汲极，形成在该第二井内；一闸极介电质，形成在该第二井之上，且一闸极电极形成于该闸极介电质之上，以作为一元件闸极；一第一类型的基极区域，形成在该第二井内，且与该第一井和该半导体基材互相隔开；以及一元件源极形成在该基极区域内，且电性耦接至一第一接点以连接该基极区域。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的高功率金属氧化物半导体元件，其中所述的第一类型为P型，该第二类型为N型，该第一接点为为P+型，该元件源极以及该元件汲极为N+型。前述的高功率金属氧化物半导体元件，其中所述的闸极介电质是形成于该第二井以及该基极区域之上。前述的高功率金属氧化物半导体元件，其中所述的基极区域以及半导体基材具有不同的电性偏压，该半导体基材是被偏压于接地电压，该基极区域是被偏压于与接地电压不同的一非零的电压。前述的高功率金属氧化物半导体元件，其中所述的闸极介电质为氧化物，该闸极电极为多晶硅。前述的高功率金属氧化物半导体元件，其中所述的元件源极和元件汲极皆为第二类型，且该元件源极与该元件闸极的一端相邻；该元件汲极与该元件闸极的另一端相邻。前述的高功率金属氧化物半导体元件，其更包括一第二类型的埋藏层，介于该第二并与该半导体基材之间，该埋藏层包括高于该第二井的掺杂浓度，且该埋藏层大小以及位置被设计成防止在该第二井及该基极区域的接面处产生的空乏区延伸到该半导体基材，并防止该基极区域及该半导体基材间的电击穿。前述的高功率金属氧化物半导体元件，其更包括至少一个绝缘结构位于该元件汲极与该元件闸极之间，其中该绝缘物质为在表面上形成的一场氧化层或是由表面向下延伸的一浅沟渠隔离结构。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种高功率金属氧化物半导体元件，包括一P型的半导体基材；至少一P型井，由该半导体基材表面向下延伸；一N型井，被一个该P型井侧向包围且被该半导体基材从下方包覆；一N型元件汲极，形成在该N型井内；一闸极结构，形成在该N型井之上，且包括一闸极电极形成于一闸极氧化层之上；一P型基极区域，形成在该N型井内，且与该P型井和该半导体基材互相隔开；一N型元件源极形成在该P型基极区域内，且一P+型接点形成在该基极区域内；以及一N+型埋藏层，介于该N型井与该半导体基材之间，该N+型埋藏层大小以及位置被设计成防止在该N型井及该P型基极区域的接面处产生的空乏区延伸到该半导体基材。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的高功率金属氧化物半导体元件，其中所述的元件源极与该P+型接点电性耦接。本专利技术与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为了达到上述目的，本专利技术提供了一种侧向双扩散金属氧化半导体元件，此为一个NPN结构，包含了第一类型的半导体基材，以及由半导体基材表面向下延伸的第一类型的第一井。第二类型的第二井下方被半导体基材包覆，且侧向被第一井所包围。元件汲极则形成在第二井内。第二井之上会形成一层介电质，介电质之上则形成一层导体当作元件闸极。一个第一类型的基极区域会形成于第二井内，且与第一井隔离一预定间隔。元件源极形成在基极区域内，而且与基极区域内的第一接点电性耦接，来确保寄生等效晶体管没有被开启。为了符合NPN结构，第一类型为P型，而第二类型则为N型。根据本专利技术的另一目的，将一N+型埋藏层形成在第二井与半导体基材之间会有利于防止或是至少限制住电击穿。本专利技术也提供了LDMOS的形成与偏压方式。借由上述技术方案，本专利技术拥有独立偏压源极的侧向双扩散金属氧化半导体至少具有下列优点1、可以容许在基极区域中施加偏压，进而增加侧向双扩散金属氧化半导体的应用范围。2、利用埋藏层来限制高功率金属氧化半导体元件上的垂直电极穿，借以增加元件稳定度及应用范围。综上所述，本专利技术具有上述诸多优点及实用价值，其不论在产品结构或功能上皆有较大的改进，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的LDMOS元件结构具有增进的多项功效，从而更加适于实用，并具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高功率金属氧化物半导体元件，其特征在于其包括：一第一类型的半导体基材；一第一类型的第一井，由该半导体基材表面向下延伸；一第二类型的第二井，被该第一井侧向包围且被该半导体基材从下方包覆；一元件汲极，形成在该 第二井内；一闸极介电质，形成在该第二井之上，且一闸极电极形成于该闸极介电质之上，以作为一元件闸极；一第一类型的基极区域，形成在该第二井内，且与该第一井和该半导体基材互相隔开；以及一元件源极形成在该基极区域内，且电性耦 接至一第一接点以连接该基极区域。

【技术特征摘要】
US 2005-11-12 11/273,2221.一种高功率金属氧化物半导体元件，其特征在于其包括一第一类型的半导体基材；一第一类型的第一井，由该半导体基材表面向下延伸；一第二类型的第二井，被该第一井侧向包围且被该半导体基材从下方包覆；一元件汲极，形成在该第二井内；一闸极介电质，形成在该第二井之上，且一闸极电极形成于该闸极介电质之上，以作为一元件闸极；一第一类型的基极区域，形成在该第二井内，且与该第一井和该半导体基材互相隔开；以及一元件源极形成在该基极区域内，且电性耦接至一第一接点以连接该基极区域。2.根据权利要求1所述的高功率金属氧化物半导体元件，其特征在于其中所述的第一类型为P型，该第二类型为N型，该第一接点为为P+型，该元件源极以及该元件汲极为N+型。3.根据权利要求1所述的高功率金属氧化物半导体元件，其特征在于其中所述的闸极介电质是形成于该第二井以及该基极区域之上。4.根据权利要求1所述的高功率金属氧化物半导体元件，其特征在于其中所述的基极区域以及该半导体基材具有不同的电性偏压，该半导体基材是被偏压于接地电压，该基极区域是被偏压于与该接地电压不同的一非零的电压。5.根据权利要求1所述的高功率金属氧化物半导体元件，其特征在于其中所述的闸极介电质为氧化物，该闸极电极为多晶硅。6.根据权利要求1所述的高功率金属氧化物半导体元件，其特征在于其中所述的元件源极和该元件汲极皆为第二类型...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍佑国，陈富信，蒋柏煜，姜安民，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]