本發(fā)明涉及一種橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(lateral double diffused metal oxide semiconductor,LDMOS)元件及其制造方法，特別是指一種可降低導(dǎo)通電阻的LDMOS元件及其制造方法。

背景技術(shù)：

圖1顯示一種現(xiàn)有橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(lateral double diffused metal oxide semiconductor,LDMOS)元件100的剖視示意圖。如圖1所示，LDMOS元件100包含：P型基板101、漂移區(qū)102、隔絕氧化區(qū)103、漂移氧化區(qū)104、本體區(qū)106、漏極110、源極108、與柵極111。其中，漂移區(qū)102的導(dǎo)電型為N型，形成于P型基板101上，隔絕氧化區(qū)103為區(qū)域氧化(local oxidation of silicon,LOCOS)結(jié)構(gòu)，以定義操作區(qū)103a，作為L(zhǎng)DMOS元件100操作時(shí)主要的作用區(qū)。操作區(qū)103a的范圍由圖1中，粗黑箭頭所示意。柵極111覆蓋部分漂移氧化區(qū)104。此現(xiàn)有LDMOS元件100可作為功率元件使用，但因此犧牲了導(dǎo)通電阻；此外，N型源極108、P型本體區(qū)106、與N型漂移區(qū)102所形成的寄生NPN晶體管，也限制了操作的速度，與元件的性能。

有鑒于此，本發(fā)明即針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的改善，提出一種LDMOS元件及其制造方法，可降低導(dǎo)通電阻，抑制寄生NPN晶體管導(dǎo)通的LDMOS元件及其制造方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提出一種橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體元件及其制造方法，可降低導(dǎo)通電阻，抑制寄生NPN晶體管導(dǎo)通。

為達(dá)上述目的，就其中一觀點(diǎn)言，本發(fā)明提供了橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(Lateral Double Diffused Metal Oxide Semiconductor,LDMOS)元件，包含：一P型基板，于一高度方向上，具有相對(duì)的一上表面與一下表面；一外延層，形成于該P(yáng)型基板上，于該高度方向上，具有相對(duì)該上表面的一外延層表面，且該外延層堆疊并連接于該上表面上；一P型高壓阱，形成于該外延層中，且于該高度方向上，堆疊并連接于該P(yáng)型基板的該上表面上；一P型本體區(qū)，形成于該外延層中的該P(yáng)型高壓阱上，且于該高度方向上，堆疊并連接于該P(yáng)型高壓阱與該外延層表面之間，其中，該P(yáng)型本體區(qū)具有一尖峰濃度區(qū)，其于該高度方向上，堆疊并連接于該外延層表面下，并具有該P(yáng)型本體區(qū)中最高的P型雜質(zhì)濃度；一N型阱，形成于該外延層中，于該高度方向上，堆疊并連接于該外延層表面下，且于一橫向上鄰接于該P(yáng)型本體區(qū)；一隔絕氧化區(qū)，形成于該外延層上，以定義一操作區(qū)；一漂移氧化區(qū)，形成于該外延層上的該操作區(qū)中，且于該高度方向上，該漂移氧化區(qū)堆疊并連接于該N型阱；一柵極，形成于該外延層上，且該柵極位于該操作區(qū)中，并覆蓋至少部分該漂移氧化區(qū)，且于該高度方向上，該柵極堆疊并連接于該外延層并覆蓋部分該N型阱及部分該P(yáng)型本體區(qū)；一N型接點(diǎn)區(qū)，形成于該P(yáng)型本體區(qū)中，于該高度方向上，堆疊并連接于該外延層表面下；一P型接點(diǎn)區(qū)，形成于該P(yáng)型本體區(qū)中，于該高度方向上，堆疊并連接于該外延層表面下，且于該橫向上與該N型接點(diǎn)區(qū)鄰接；一上源極，形成于該外延層上，且于該高度方向上，堆疊并連接于該N型接點(diǎn)區(qū)及該P(yáng)型接點(diǎn)區(qū)；一下源極，形成于該P(yáng)型基板的該下表面下，且于該高度方向上，堆疊并連接于該下表面下；以及一N型漏極，形成于該N型阱中，于該高度方向上，堆疊并連接于該外延層表面下，且該N型漏極介于該漂移氧化區(qū)與該隔絕氧化區(qū)之間；其中，該P(yáng)型本體區(qū)中的P型雜質(zhì)濃度，足以抑制一橫向寄生晶體管導(dǎo)通；其中，部分該P(yáng)型本體區(qū)于該高度方向上，位于該N型接點(diǎn)區(qū)與該P(yáng)型接點(diǎn)區(qū)下方，且該尖峰濃度區(qū)不位于該N型接點(diǎn)區(qū)與該P(yáng)型接點(diǎn)區(qū)下方，且該尖峰濃度 區(qū)于該橫向上與該N型接點(diǎn)區(qū)鄰接；其中，于一正常操作中，一導(dǎo)通電流由該N型漏極流經(jīng)該下源極。

為達(dá)上述目的，就另一觀點(diǎn)言，本發(fā)明提供了一種橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(Lateral Double Diffused Metal Oxide Semiconductor,LDMOS)元件制造方法，包含：提供一P型基板，其于一高度方向上，具有相對(duì)的一上表面與一下表面；形成一外延層于該P(yáng)型基板上，且于該高度方向上，具有相對(duì)該上表面的一外延層表面，且該外延層堆疊并連接于該上表面上；形成一P型高壓阱于該外延層中，且于該高度方向上，堆疊并連接于該P(yáng)型基板的該上表面上；形成一P型本體區(qū)于該外延層中的該P(yáng)型高壓阱上，且于該高度方向上，堆疊并連接于該P(yáng)型高壓阱與該外延層表面之間，其中，該P(yáng)型本體區(qū)具有一尖峰濃度區(qū)，其于該高度方向上，堆疊并連接于該外延層表面下，并具有該P(yáng)型本體區(qū)中最高的P型雜質(zhì)濃度；形成一N型阱于該外延層中，于該高度方向上，堆疊并連接于該外延層表面下，且于一橫向上鄰接于該P(yáng)型本體區(qū)；形成一隔絕氧化區(qū)于該外延層上，以定義一操作區(qū)；形成一漂移氧化區(qū)于該外延層上的該操作區(qū)中，且于該高度方向上，該漂移氧化區(qū)堆疊并連接于該N型阱；形成一柵極于該外延層上，且該柵極位于該操作區(qū)中，并覆蓋至少部分該漂移氧化區(qū)，且于該高度方向上，該柵極堆疊并連接于該外延層并覆蓋部分該N型阱及部分該P(yáng)型本體區(qū)；形成一N型接點(diǎn)區(qū)于該P(yáng)型本體區(qū)中，于該高度方向上，堆疊并連接于該外延層表面下；形成一P型接點(diǎn)區(qū)于該P(yáng)型本體區(qū)中，于該高度方向上，堆疊并連接于該外延層表面下，且于該橫向上與該N型接點(diǎn)區(qū)鄰接；形成一N型漏極于該N型阱中，于該高度方向上，堆疊并連接于該外延層表面下，且該N型漏極介于該漂移氧化區(qū)與該隔絕氧化區(qū)之間；形成一上源極于該外延層上，且于該高度方向上，堆疊并連接于該N型接點(diǎn)區(qū)及該P(yáng)型接點(diǎn)區(qū)；以及形成一下源極于該P(yáng)型基板的該下表面下，且于該高度方向上，堆疊并連接于該下表面下；其中，該P(yáng)型本體區(qū)中的P型雜質(zhì)濃度，足以抑制一橫向寄生晶體管導(dǎo)通；其中，部分該P(yáng)型本體區(qū)于該高度方向上，位于該N型接點(diǎn)區(qū)與該P(yáng)型接點(diǎn)區(qū)下方，且該尖峰濃 度區(qū)不位于該N型接點(diǎn)區(qū)與該P(yáng)型接點(diǎn)區(qū)下方，且該尖峰濃度區(qū)于該橫向上與該N型接點(diǎn)區(qū)鄰接；其中，于一正常操作中，一導(dǎo)通電流由該N型漏極流經(jīng)該下源極。

在其中一種較佳的實(shí)施型態(tài)中，該隔絕氧化區(qū)與該漂移氧化區(qū)為區(qū)域氧化(local oxidation of silicon,LOCOS)結(jié)構(gòu)或淺溝槽絕緣(shallow trench isolation,STI)結(jié)構(gòu)。

在其中一種較佳的實(shí)施型態(tài)中，該導(dǎo)通電流由該N型漏極依序流經(jīng)該N型阱、該P(yáng)型本體區(qū)、該N型接點(diǎn)區(qū)、該上源極、該P(yáng)型接點(diǎn)區(qū)、該P(yáng)型本體區(qū)、該P(yáng)型高壓阱、該P(yáng)型基板、及該下源極。

在其中一種較佳的實(shí)施型態(tài)中，該上源極包括一金屬層或一硅化金屬層。

在其中一種較佳的實(shí)施型態(tài)中，該下源極包括一金屬層或一硅化金屬層。

以下通過具體實(shí)施例詳加說明，當(dāng)更容易了解本發(fā)明的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及其所達(dá)成的功效。

附圖說明

圖1顯示一種現(xiàn)有LDMOS元件100；

圖2顯示本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例；

圖3A-3I顯示本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例；

圖4顯示本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例。

圖中符號(hào)說明

100,200,300 LDMOS元件

101,201 P型基板

102 漂移區(qū)

103,203,303 隔絕氧化區(qū)

103a,203a 操作區(qū)

104,204 漂移氧化區(qū)

106,206 P型本體區(qū)

108 源極

110,210 漏極

111,211 柵極

201a 上表面

201b 下表面

202 外延層

202a 外延層表面

205 P型高壓阱

206a 尖峰濃度區(qū)

207 N型阱

208 N型接點(diǎn)區(qū)

209 P型接點(diǎn)區(qū)

213 下源極

214 上源極

具體實(shí)施方式

本發(fā)明中的圖式均屬示意，主要意在表示制程步驟以及各層之間的上下次序關(guān)系，至于形狀、厚度與寬度則并未依照比例繪制。

圖2顯示本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例，顯示根據(jù)本發(fā)明的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(Lateral Double Diffused Metal Oxide Semiconductor,LDMOS)元件200的剖視示意圖。如圖2所示，LDMOS元件200，包含：P型基板201、外延層202、隔絕氧化區(qū)203、漂移氧化區(qū)204、P型高壓阱205、P型本體區(qū)206、N型阱207、N型接點(diǎn)區(qū)208、P型接點(diǎn)區(qū)209、N型漏極210、柵極211、下源極213、以及上源極214。

其中，P型基板201于高度方向上(如圖中粗黑虛線箭號(hào)所示的方向)，具有相對(duì)的上表面201a與下表面201b。外延層202形成于P型基板201上，且于高度方向上，堆疊并連接于上表面201a上，具有相對(duì)上表面201a的外延層表面202a。P型高壓阱205形成于外延層202中，且于高度方向上，堆疊并連接于P型基板201的上表面201a上。

P型本體區(qū)206形成于外延層202中的P型高壓阱205上，且于高度方向上，堆疊并連接于P型高壓阱205與外延層表面202a之間，其中，P型本體區(qū)206具有尖峰濃度區(qū)206a，其于高度方向上，堆疊并連接于外延層表面202a下，并具有P型本體區(qū)206中最高的P型雜質(zhì)濃度。N型阱207形成于外延層202中，于高度方向上，堆疊并連接于外延層表面202a下，且于橫向上(如圖中粗黑實(shí)線箭號(hào)所示的方向)鄰接于P型本體區(qū)206。隔絕氧化區(qū)203形成于外延層202上，以定義操作區(qū)；其中，操作區(qū)指的是LDMOS 200元件于正常操作(即導(dǎo)通與不導(dǎo)通操作)時(shí)，電流、帶電粒子受電壓、電場(chǎng)影響而形成或/及移動(dòng)的范圍，此為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不予贅述。漂移氧化區(qū)204形成于外延層202上的操作區(qū)中，且于高度方向上，漂移氧化區(qū)204堆疊并連接于N型阱207。柵極211形成于外延層202上，且柵極211位于操作區(qū)中，并覆蓋至少部分漂移氧化區(qū)204，且于高度方向上，柵極211堆疊并連接于外延層202并覆蓋部分N型阱207及部分P型本體區(qū)206。

N型接點(diǎn)區(qū)208形成于P型本體區(qū)206中，于高度方向上，堆疊并連接于外延層表面206a下。P型接點(diǎn)區(qū)209形成于P型本體區(qū)206中，于高度方向上，堆疊并連接于外延層表面206a下，且于橫向上與N型接點(diǎn)區(qū)208鄰接。上源極214形成于外延層202上，且于高度方向上，堆疊并連接于N型接點(diǎn)區(qū)208及P型接點(diǎn)區(qū)209。下源極213形成于P型基板201的下表面201b下，且于高度方向上，堆疊并連接于下表面201b下。N型漏極210形成于N型阱207中，于高度方向上，堆疊并連接于外延層表面206a下，且N型漏極210介于漂移氧化區(qū)204與隔絕氧化區(qū)203之間。其中，P 型本體區(qū)206中的P型雜質(zhì)濃度，足以抑制由N型接點(diǎn)區(qū)208、P型本體區(qū)206、與N型阱207所形成的橫向寄生晶體管導(dǎo)通，尤其因?yàn)镻型雜質(zhì)濃度較高的尖峰濃度區(qū)206a，使得抑制橫向寄生晶體管導(dǎo)通的效果更佳。其中，于正常操作中，導(dǎo)通電流由N型漏極210流經(jīng)下源極213，如圖3I中粗黑實(shí)線箭號(hào)所示意。

圖3A-3I顯示本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例。圖3A-3I顯示根據(jù)本發(fā)明的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(Lateral Double Diffused Metal Oxide Semiconductor,LDMOS)元件200制造方法的剖視示意圖。首先，如圖3A所示，提供P型基板201，其中，P型基板201例如但不限于為P型硅基板，亦可以為其他半導(dǎo)體基板。P型基板201于高度方向上(如圖中粗黑虛線箭號(hào)所示的方向)，具有相對(duì)的上表面201a與下表面201b。接著如圖3B所示，形成外延層202于P型基板201上，且于高度方向上，具有相對(duì)上表面201a的外延層表面202a，外延層202堆疊并連接于上表面201a上。外延層202例如但不限于為P型外延層，形成于P型基板201上。

接下來，如圖3C所示，形成P型高壓阱205于外延層202中，且于高度方向上，堆疊并連接于P型基板201的上表面201a上。形成P型高壓阱205的方法，例如但不限于以光刻制程、離子植入制程、與熱制程形成(未示出)，此為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不予贅述。接下來，如圖3D所示，形成P型本體區(qū)206于外延層202中的P型高壓阱205上，且于高度方向上，堆疊并連接于P型高壓阱205與外延層表面202a之間，其中，P型本體區(qū)206具有尖峰濃度區(qū)206a，其于高度方向上，堆疊并連接于外延層表面202a下，并具有P型本體區(qū)206中最高的P型雜質(zhì)濃度。形成包含尖峰濃度區(qū)206a的P型本體區(qū)206的方法，即是利用光刻制程、離子植入制程、與熱制程，將最高的P型雜質(zhì)濃度形成于鄰接外延層表面202a下的外延層202中，利用調(diào)整離子植入制程的加速電壓，即可形成尖峰濃度區(qū)206a。

接下來，如圖3E所示，形成N型阱207于外延層202中，于高度方向上，堆疊并連接于外延層表面202a下，且于橫向上(如圖中粗黑實(shí)線箭號(hào)所示的方向)鄰接于P型本體區(qū)206。接下來，如圖3F所示，形成隔絕氧化區(qū)203于外延層202上，以定義操作區(qū)203a；同時(shí)或接著形成漂移氧化區(qū)204于外延層202上的操作區(qū)203a中，且于高度方向上，漂移氧化區(qū)203堆疊并連接于N型阱204。其中，隔絕氧化區(qū)203與漂移氧化區(qū)204為如圖所示的區(qū)域氧化(local oxidation of silicon,LOCOS)結(jié)構(gòu)或淺溝槽絕緣(shallow trench isolation,STI)結(jié)構(gòu)。

接下來，如圖3G所示，形成柵極211于外延層202上，且柵極211位于操作區(qū)203a中，并覆蓋至少部分漂移氧化區(qū)204，且于高度方向上，柵極211堆疊并連接于外延層202并覆蓋部分N型阱207及部分P型本體區(qū)206。接下來，如圖3H所示，形成N型接點(diǎn)區(qū)208于P型本體區(qū)206中，于高度方向上，堆疊并連接于外延層表面202a下；形成P型接點(diǎn)區(qū)209于P型本體區(qū)206中，且于橫向上與N型接點(diǎn)區(qū)208鄰接；形成N型漏極210于N型阱207中，于高度方向上，堆疊并連接于外延層表面202a下，且N型漏極210介于漂移氧化區(qū)204與隔絕氧化區(qū)203之間。其中，N型接點(diǎn)區(qū)208與N型漏極210例如可以利用相同光刻制程與離子植入制程形成。

接下來，如圖3I所示，形成上源極214于外延層202上，且于高度方向上，堆疊并連接于N型接點(diǎn)區(qū)208及P型接點(diǎn)區(qū)209；以及形成下源極213于P型基板201的下表面201a下，且于高度方向上，堆疊并連接于下表面201a下。須說明的是，于LDMOS元件200正常操作中，導(dǎo)通電流例如由N型漏極210依序流經(jīng)N型阱207、P型本體區(qū)206、N型接點(diǎn)區(qū)208、上源極214、P型接點(diǎn)區(qū)209、P型本體區(qū)206、P型高壓阱205、P型基板201、及下源極213。其中，上源極214與下源極213例如包括金屬層或硅化金屬層。其中，導(dǎo)通電流由N型阱207流至P型本體區(qū)206，較佳的是P型本體區(qū)206中的尖峰濃度區(qū)206a，此路徑是指因施加正電壓于柵極211，而于P型本體區(qū)206與柵極211接面處形成溝道(channel)，因此導(dǎo) 通操作時(shí)，導(dǎo)通電流由N型阱207流至P型本體區(qū)206，此為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不予贅述。

圖4顯示本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例。本實(shí)施例顯示根據(jù)本發(fā)明的LDMOS元件300的剖視示意圖。本實(shí)施例旨在說明根據(jù)本發(fā)明，形成隔絕氧化區(qū)303的方式，并不限于如第一個(gè)實(shí)施例所示。本實(shí)施例與第一個(gè)實(shí)施例不同之處在于，如圖4所示，隔絕氧化區(qū)303為淺溝槽絕緣(shallow trench isolation,STI)結(jié)構(gòu)而非如第一個(gè)實(shí)施例中，隔絕氧化區(qū)203為區(qū)域氧化(local oxidation of silicon,LOCOS)結(jié)構(gòu)。其他的制程與第一個(gè)實(shí)施例相同，形成如圖4所示的LDMOS元件300。當(dāng)然，根據(jù)本發(fā)明，漂移氧化區(qū)204亦不限于為L(zhǎng)OCOS結(jié)構(gòu)，而可以為STI結(jié)構(gòu)。

需說明的是，本發(fā)明在許多特征上，與現(xiàn)有技術(shù)不同，包括正常操作中，根據(jù)本發(fā)明的LDMOS元件200，在導(dǎo)通操作時(shí)，其串聯(lián)的阻值包括從上源極214電連接至下源極213的串接路徑，可以相對(duì)較低。其中，部分P型本體區(qū)206于高度方向上，位于N型接點(diǎn)區(qū)208與P型接點(diǎn)區(qū)209下方，且尖峰濃度區(qū)206a不位于N型接點(diǎn)區(qū)208與P型接點(diǎn)區(qū)209下方，且尖峰濃度區(qū)206a于橫向上與N型接點(diǎn)區(qū)208鄰接，以更有效抑制寄生NPN晶體管。此外，根據(jù)本發(fā)明的LDMOS元件200，其下源極213位于下表面201b下，可使本發(fā)明的LDMOS元件200位于下表面201b下再串接另一個(gè)功率元件，比如另一功率元件的漏極，可以改善散熱的效率。

以上已針對(duì)較佳實(shí)施例來說明本發(fā)明，以上所述，僅為使本領(lǐng)域技術(shù)人員易于了解本發(fā)明的內(nèi)容，并非用來限定本發(fā)明的權(quán)利范圍。在本發(fā)明的相同精神下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以思及各種等效變化。例如，在不影響元件主要的特性下，可加入其他制程步驟或結(jié)構(gòu)，如臨界電壓調(diào)整區(qū)等；再如，光刻技術(shù)并不限于光罩技術(shù)，亦可包含電子束光刻技術(shù)；再如，導(dǎo)電型P型與N型可以互換，只需要其他區(qū)域亦作相應(yīng)的互換即可。本發(fā)明的范圍應(yīng)涵蓋上述及其他所有等效變化。