[发明专利]横向扩散金属氧化物半导体元件及其制作方法

说明书

技术领域

本发明关于一种横向扩散金属氧化物半导体元件及其制作方法，尤指一种具有高击穿电压(breakdown voltage)与高压降能力(voltage step-down ability)的高压横向扩散金属氧化物半导体元件及其制作方法。

背景技术

横向扩散金属氧化物半导体(laterally diffused metal oxide semiconductor，LDMOS)元件主要应用于高压集成电路之中。一般而言，横向扩散金属氧化物半导体的操作电压范围在20至300伏特之间，因此其必需具备高击穿电压(breakdown voltage)的特性。

请参考第1图。第1图为已知横向扩散金属氧化物半导体元件的剖面示意图。如第1图所示，已知横向扩散金属氧化物半导体元件包含有P型的半导体基底10、N型井区12设置于半导体基底10之中、场氧化层14设置于部分N型井区12的半导体基底10的表面、栅极结构16设置于场氧化层14之上、P型掺杂区(P-body region)18设置于场氧化层14的一侧的半导体基底10之中、N型的源极区域20设置于P型掺杂区18之内，以及N型的漏极区域22设置于场氧化层14的另一侧的N型井区12之内。另外，P型掺杂区18中另包含有一重度掺杂的P型接触区(body contact region)24。栅极结构16则包含有栅极介电层28、栅极电极26与间隙壁结构30。

如第1图所示，已知横向扩散金属氧化物半导体元件在操作时，当施加于栅极电极26的电压大于起始电压时，横向扩散金属氧化物半导体元件会被开启，在正常状况下，自漏极区域22输入的信号将经由场氧化层14下方的N型井区12与栅极电极26下方的沟道区传往源极区域20。然而于高电压应用状况下，当漏极区域22的输入信号的电压过大时，信号可能直接由漏极区域22贯穿(punch through)至半导体基底10，一般称达到漏极与基底贯穿的电压临界值为垂直击穿电压(vertical breakdown voltage)或漏极-基底击穿电极(drain-sub breakdown voltage)。

影响横向扩散金属氧化物半导体元件的垂直击穿电压的因素之一为漏极区域22与半导体基底10之间的距离T(亦即N型井区12的深度)，漏极区域22与半导体基底10之间的距离T愈大，垂直击穿电压愈大。然而对于高压元件而言，除了需具备高击穿电压之外，也必须拥有良好的压降能力。如第1图所示，当横向扩散金属氧化物半导体元件开启时，自漏极区域22输入的高压信号将经由场氧化层14的下方的N型井区12传往源极区域20，此时场氧化层14下方的N型井区12可视为电阻，因此高压信号流经此电阻时会产生压降而成为低压信号，以利于后续的利用。

在目前高压信号已达到200-300伏特甚至更高的情况下，N型井区12的电阻值必须有效提升方可使高压信号缩减为可用的低压信号。依据电阻特性，电阻值的大小与电阻的长度成正比，而与其截面积成反比，因此若要提升电阻值必须朝向此二种方向进行，其中增加电阻的长度(亦即场氧化层的长度)会降低元件布局的密度，进而影响元件的集成度，因此优选的作法为缩减电阻的截面积，亦即缩减N型井区12的深度。减少N型井区12的深度固然可增加电阻值，增加横向扩散金属氧化物半导体元件的压降能力，然而如前所述，N型井区12的深度攸关横向扩散金属氧化物半导体元件的垂直击穿电压，因此如何在提升横向扩散金属氧化物半导体元件的垂直击穿电压的同时，又兼顾横向扩散金属氧化物半导体元件的压降能力，实为横向扩散金属氧化物半导体元件设计上的一大课题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种横向扩散金属氧化物半导体元件及其制作方法，以提高横向扩散金属氧化物半导体元件的压降能力。

为达成上述目的，本发明提供一种横向扩散金属氧化物半导体元件。上述横向扩散金属氧化物半导体元件包含有第一导电型式的半导体基底、第二导电型式的第一井区，设置于部分该半导体基底之中、隔离结构，设置于部分该第一井区之上半部、漏极区域，设置于该隔离结构一侧的该第一井区之中、第一导电型式的第二井区，设置于该隔离结构相对于该漏极区域的另一侧的部分半导体基底之中、源极区域，设置于第二井区之中，以及第一导电型式的深掺杂区，设置于该第一井区的下半部与该半导体基底的交界处，其中该深掺杂区为重度掺杂，且部分该深掺杂区位于该第一井区的下半部之内，而部分该深掺杂区位于该半导体基底之中。