TWI385802B - 高壓金氧半導體元件及其製作方法 - Google Patents

Description

高壓金氧半導體元件及其製作方法

本發明係關於一種高壓金氧半導體元件及其製作方法，尤其是一種具有垂直井區之高壓金氧半導體元件及其製作方法。

在功率半導體元件中，金氧半場效電晶體(MOSFET)具有高切換速度、低開關損耗、低驅動損耗的特性，廣泛被應用於高頻功率轉換。不過，隨著功率半導體元件所需承受的電壓值提高，導通電阻會隨之迅速增長，而導致導通損耗的比例大幅提高，使其應用受到極大的限制。

如第一與一A圖所示，傳統之高壓金氧半場效電晶體之導通電阻(R_DS(on) )主要是由漂移區(drift zone)的電阻值(包括R_ch 、R_a 、與R_epi )決定。又，此金氧半場效電晶體之電壓阻斷(voltage blocking)能力主要是由漂移區之距離與摻雜濃度決定。為了提高電壓阻斷之能力，必須提高磊晶層之厚度並降低其摻雜濃度，然而，卻會導致導通電阻值不成比例的提高。

不同耐壓的金氧半場效電晶體，其導通電阻中各部分所佔之比例也各有不同。如圖中所示，對耐壓30V之金氧半場效電晶體而言，其磊晶層電阻(R_epi )僅為總導通電阻的29%；不過，對耐壓600V之金氧半場效電晶體而言，磊晶層電阻則是佔據總導通電阻的96.5%。

為了降低高壓金氧半場效電晶體之導通電阻。一個方法是增加電晶體之截面積以降低導通電阻。不過，此方法會導致電晶體元件之積極度降低，而造成成本的提高。另一個方法是引入少數載子(minority carrier)導電以降低導通電阻。不過，此方 法除了會導致開關速度降低，同時會產生拖尾電流(tail current)，而導致開關損耗增加。

由於前述二種方法都有其應用上的缺陷，因此，如何設計出一種高壓金氧半導體元件，不僅具有低導通電阻，同時具有高電壓阻斷能力，是本領域亟待處理的問題。

本發明之目的在於提供一種高壓金氧半導體元件及其製作方法，可以有效降低導通電阻以降低耗損，同時具有高電壓阻斷能力。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

本發明之一實施例提供一種高壓金氧半導體元件。此高壓金氧半導體元件包括一第一導電型之本體、一導電結構、一第二導電型之第一井區、一第一導電型之源極摻雜區與一第二導電型之第二井區。其中，導電結構具有一第一延伸部與一第二延伸部。第一延伸部係由本體之上表面朝向本體之內部延伸。第二延伸部係沿著本體之上表面延伸。第一井區係位於本體內，位於第二延伸部之下方，並且，第一井區與第一延伸部間隔一預設距離。源極摻雜區係位於第一井區內。第二井區係位於本體內，由第一延伸部之底部延伸至一汲極摻雜區附近。

在本發明之一實施例中，第一延伸部係連接至第二延伸部，並且，第二延伸部係連接至一閘極。

在本發明之一實施例中，第一延伸部與第二延伸部間具有一介電層，第一延伸部係連接至一閘極，第二延伸部係電性連接至源極摻雜區。

本發明亦提供一種高壓金氧半導體元件之製作方法，包括下列步驟：(a)提供一第一導電型之基材；(b)於基材上製作一第一導電型之第一磊晶層；(c)利用一光罩於第一磊晶層中定義一摻雜範圍，並植入第二導電型之離子於第一磊晶層內，以構成一第一摻雜區；(d)重複前述步驟(b)與(c)至少一個循環；(e)製作一第二磊晶層於這些第一磊晶層上；(f)製作一溝渠曝露最上方之第一摻雜區；(g)製作一導電結構於第二磊晶層上，此導電結構具有一第一延伸部與一第二延伸部，第一延伸部係位於溝渠內，第二延伸部係沿著第二磊晶層之上表面延伸；(h)以此導電結構為遮罩，植入第二導電型之離子於第二磊晶層內，以構成複數個第一井區，並且，此第一井區與第一延伸部間隔一預設距離；(i)利用一光罩定義源極之位置，並植入第一導電型之離子於第一井區內，以構成複數個源極摻雜區；(j)沈積一介電層，並於介電層中製作複數個接觸窗，曝露位於介電層下方之源極摻雜區與第一井區；(k)透過介電層植入第二導電型之離子於第一井區內，以構成複數個第二導電型之重摻雜區位於這些接觸窗之下方。

本發明之另一實施例提供一種高壓金氧半導體元件。此高壓金氧半導體元件包括一第一導電型之本體、一閘極導電層、二個第二導電型之第一井區、二個第一導電型之源極摻雜區與一第二導電型之第二井區。其中，閘極導電層係沿著本體之上表面延伸。二個第二導電型之第一井區係位於本體內，且對應於閘極導電層之相對兩側邊。二個第一導電型之源極摻雜區分別位於二個第一井區內，且對應於閘極導電層之相對兩側邊之下方。第二導電型之第二井區係位於本體內，並由閘極導電層之下方向下延伸至一基材附近。此第二井區係電性連接至一閘 極或一源極。第二井區與二個第一井區間分別間隔一預設距離。並且，第二井區與閘極導電層之間隔距離大於第一井區之深度。

本發明之另一實施例提供一種高壓金氧半導體元件之製作方法。此製作方法包括下列步驟：(a)提供一基材；(b)於此基材上製作一第一導電型之第一磊晶層；(c)利用一光罩於此第一磊晶層中定義一摻雜範圍，並植入第二導電型之離子於第一磊晶層內，以構成一第一摻雜區；(d)重複前述步驟(b)與(c)至少一個循環；(e)製作一第二磊晶層於這些第一磊晶層上，這些第一摻雜區係受熱擴張，互相連接形成一垂直井區；(f)製作一第二導電型之保護環於第二磊晶層內，定義一主動區域，並且，此保護環之位置與垂直井區之位置重疊；(g)製作一閘極導電層於第二磊晶層之上表面，且對準垂直井區；(h)以閘極導電層為遮罩，植入第二導電型之離子於第二磊晶層內，並驅入這些第二導電型之離子以構成複數個第一井區，這些第一井區與垂直井區分別間隔一預設距離，同時，在趨入步驟中，保護環之範圍係向下擴張與垂直井區相連接；(i)利用一光罩定義源極之位置，並植入第一導電型之離子於第一井區內，以構成複數個源極摻雜區；(j)沈積一介電層，並於介電層中製作複數個接觸窗，曝露位於介電層下方之這些源極摻雜區與第一井區；(k)透過介電層植入第二導電型之離子於第一井區內，以構成複數個第二導電型之重摻雜區於第一井區內。

以上的概述與接下來的詳細說明皆為示範性質，是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖示加以闡述。

第二A與二B圖係本發明之高壓金氧半導體元件一較佳實施例之示意圖。以下係以一N型金氧半導體場效電晶體(MOSFET)為例。如圖中所示，此高壓金氧半導體元件具有一N型磊晶層120、一導電結構150、一P型之第一井區(well)160、一N型之源極摻雜區170與一P型之第二井區130。其中，N型磊晶層120係位於一N型基板110上，作為此高壓金氧半導體元件之本體。N型基板110係電性連接至一汲極D，可視為此N型金氧半導體元件之汲極摻雜區。導電結構150係位於N型磊晶層120上。此導電結構150係呈T型，具有一第一延伸部152與一第二延伸部154。第一延伸部152係由N型磊晶層120之上表面朝向N型磊晶層120之內部延伸。第二延伸部154係沿著N型磊晶層120之上表面延伸。此導電結構150係電性連接至一閘極G。

P型之第一井區160係位於N型磊晶層120內，且位於導電結構150之第二延伸部154之下方。並且，第一井區160與導電結構150之第一延伸部152間隔一預設距離。也就是說，在P型之第一井區160與第一延伸部152之間具有N型磊晶層120。N型之源極摻雜區170係位於P型之第一井區160內，且對應於導電結構150之第二延伸部154之下方處。此源極摻雜區170係電性連接至一源極S。並且，在N型源極摻雜區170與N型磊晶層120間具有P型之第一井區160。

P型之第二井區130係位於N型磊晶層120內，並且是由第一延伸部152之底部向下延伸至N型基板110附近。值得注意的是，此P型之第二井區130之底部與位於其下方之N型基板110間間隔有一定厚度之N型磊晶層120，並且，此P 型第二井區130並未直接與第一延伸部152相接觸。就一較佳實施例而言，P型第二井區130與第一延伸部152之間至少間隔一氧化層140。惟，此P型第二井區130係緊鄰於第一延伸部152，確保第二井區130之電位會受到第一延伸部152之電位影響。此外，此P型第二井區130與P型第一井區160間必須留有足夠寬度的N型磊晶層120，作為此金氧半導體元件導通時之導電通道。

如第二A圖所示，當此金氧半導體元件之閘極G源極S之壓差(VGS)小於一臨界電壓(VTH)時，在N型源極摻雜區170與N型磊晶層120間之P型第一井區160內不會產生通道(channel)。此時，若在汲極D(對應於N型基板110)與源極S(對應於源極摻雜區170)間施以順向偏壓，在P型第一井區160(電性連接至源極S)與N型磊晶層120(電性連接至汲極D)間之空乏區(depletion region)的範圍會加大(如圖中虛線所示)。

同時，當金氧半導體元件關斷時，閘極G(對應於導電結構150)的電位與源極S(對應於源極摻雜區170)的電位大致相等。因此，當汲極D與源極S間的順向偏壓提高，在P型第二井區130(透過導電結構150電性連接至閘極G)與N型磊晶層120(電性連接至汲極D)之間之空乏區的範圍亦會加大(如圖中虛線所示)。前述形成於第一井區160與磊晶層120之間以及第二井區130與磊晶層120之間的空乏區，會夾斷源極摻雜區170至N型基板110間之導電通道。由於空乏區具有優異的電壓阻斷能力，因而可以大幅提高金氧半導體元件之耐壓。

如第二B圖所示，當閘極G與源極S之壓差(VGS)大於一臨界電壓(VTH)，在N型源極摻雜區170與N型磊晶層120間之P型第一井區160內(即對應於第二延伸部154下方處)會 產生一通道。此時，源極摻雜區170的電子可透過前述通道進入空乏區中，恢復N型磊晶層120之電性，進而形成一導電路徑。如圖中箭頭所示，此導電通道係由源極摻雜區170沿著第二延伸部154之下方，再轉而沿著第一延伸部152與第二井區130之側邊垂直向下至N型基板110。

就一較佳實施例而言，如圖中所示，第二井區130之寬度係大於第一延伸部152之寬度，避免第二井區130與第一井區160間之磊晶層120的厚度過大，而影響元件導通時，磊晶層120恢復導電性所需的時間。又，第二井區130之上緣係包覆第一延伸部152之底部。此外，本發明之金氧半導體元件係著眼於其高耐壓之特性，並且，此金氧半導體元件之耐壓值與第二井區130之延伸距離具有正相關。因此，就實際應用上而言，第二井區130之延伸距離係遠大於第一延伸部152之長度。

雖然前揭實施例係以高壓金氧半導體場效電晶體為例進行說明，不過，本發明之適用範圍不限於金氧半導體場效電晶體。本發明只需要將前揭實施例所使用之N型基板110，改為P型基板，即構成一絕緣閘雙極性電晶體(IGBT)。

第三圖係本發明高壓金氧半導體元件另一較佳實施例之示意圖。不同於第二圖之實施例，本實施例之導電結構150’之第一延伸部152’與第二延伸部154’之間具有一介電層156，例如一氧化層，以使第一延伸部152’與第二延伸部154’互相電性分離。並且，此導電結構150’之第二延伸部154’係電性連接至閘極G，第一延伸部152’則是電性連接至源極S。

第二圖之高壓金氧半導體元件中，第二井區130之電位是受到閘極G的影響。相較之下，本實施例之第二井區130之 電位則是受到源極S影響。不過，當閘極G與源極S之壓差(VGS)小於臨界電壓(VTH)時，如同第二圖之實施例，本實施例在P型第一井區160與N型磊晶層120間以及P型第二井區130與N型磊晶層120間亦會產生空乏區夾斷源極摻雜區170至N型基板110間之導電通道，提供優異的電壓阻斷能力。

第四A至四H圖顯示本發明高壓金氧半導體元件之製作方法之一較佳實施例。以下係以一N型金氧半導體元件之製作流程為例。如第四A圖所示，首先，提供一N型基材210。然後，如第四B圖所示，於此基材210上製作一N型第一磊晶層220a，利用一光罩(未圖示)於此第一磊晶層220a上方製作一光阻圖案層PR，以定義一摻雜範圍，並植入P型離子於此第一磊晶層220a內，以構成一P型第一摻雜區230a。

接下來，如第四C圖所示，重複第四B圖之製作步驟至少一個循環，重複的次數的多寡與所欲製作之高壓金氧半導體元件之耐壓值的高低呈正相關。在本實施例中所製作之金氧半導體元件之耐壓值為600V，因此，重複六次第四B圖之製作步驟，而在基材210上堆疊六層第一磊晶層220a，並且對應於六層第一磊晶層220a，在此第一磊晶層220a之堆疊中，亦具有六個第一摻雜區230a。

值得注意的是，第四B圖之製作步驟必須使用光罩以定義摻雜範圍。在本實施例中，在各個第一磊晶層中220a形成第一摻雜區230a所使用的是同一個光罩，並且，各個第一磊晶層220a中所形成之第一摻雜區是沿著垂直方向對齊。此外，由於在磊晶層之製作步驟中涉及高溫製程，因此，第一摻雜區230a的範圍會因為後續之磊晶層製作步驟而擴大。如第四 C圖所示，在本實施例中，透過適當控制第一摻雜區230a之摻雜物的植入深度、植入濃度、以及相對應之第一磊晶層220a之厚度，可以使各個第一磊晶層220a內之第一摻雜區230a互相重疊，而形成單一個P型垂直井區230(此P型垂直井區230即對應於第二A與二B圖之第二井區130)。不過，此P型垂直井區230與其下方之基材210仍然保持一定距離。

隨後，如第四D圖所示，製作一N型第二磊晶層220b於這些第一磊晶層220a上，此第二磊晶層220b與這些第一磊晶層220a整體構成一磊晶層220作為此金氧半導體元件之本體。然後，製作一溝渠248曝露最上方之第一摻雜區230a，也就是曝露這些第一摻雜區230a所構成之P型垂直井區230之上緣。接下來，同時請參照第四E圖所示，製作一氧化層240，覆蓋該第二磊晶層220b之裸露表面。然後，全面沈積一多晶矽層(未圖示)，並填滿溝渠248。接下來，利用一光罩定義出導電結構250之位置，並蝕刻去除多餘之多晶矽層，以形成多晶矽導電結構250於第二磊晶層220b上。此導電結構具有一第一延伸部252與一第二延伸部254，第一延伸部252係位於溝渠248內，第二延伸部254係沿著第二磊晶層220b之上表面延伸。

接下來，如第四F圖所示，直接利用此導電結構250為遮罩，植入P型離子於第二磊晶層220b內，以構成複數個P型之第一井區260。此P型第一井區260與第一延伸部252係間隔一預設距離。也就是說，在第一井區260與第一延伸部252間夾有N型之第二磊晶層220b。值得注意的是，此P型第一井區260與位於第一延伸部252下方之P型垂直井區230間夾有足夠寬度之N型磊晶層，作為金氧半導體元件導通時之導 電通道。

隨後，如第四G圖所示，利用一光罩(未圖示)於第一井區260上製作一光阻圖案層PR，以定義源極摻雜區270之位置，並植入N型離子於第一井區260內，以構成複數個源極摻雜區270於第一井區260內。接下來，如第四H圖所示，沈積一介電層280，並於介電層280中製作複數個接觸窗282，曝露位於介電層280下方之源極摻雜區270與第一井區260。然後，透過介電層280植入P型離子於第一井區260內，以構成複數個P型重摻雜區290於第一井區260內。

如第四H圖所示，在前揭實施例中，形成於磊晶層220之各個第一摻雜區230a係互相重疊以構成一垂直井區230。不過，本發明並不限於此。如第五圖所示，製作於磊晶層220各個第一摻雜區330a亦可以互相分離。不過，各個第一摻雜區330a之間隔距離不得太大，以確保各個第一摻雜區330a的電位可以互相感應。

第六A至六E圖係本發明高壓金氧半導體元件另一較佳實施例之製作流程。承接第四D圖之步驟，如第六A圖所示，製作一第一氧化層241，覆蓋該第二磊晶層220b之裸露表面。然後，全面沈積一第一多晶矽層，並且填滿溝渠248。接下來，回蝕(etch back)去除多餘之第一多晶矽層，僅留下位於溝渠248內由多晶矽材料所構成之導電結構350之第一延伸部352。

接下來，如第六B圖所示，製作一第二氧化層242，覆蓋第一延伸部352之裸露表面。然後，全面沈積一第二多晶矽層，覆蓋第二氧化層242。接下來，利用一光罩(未圖示)定義第二延伸部354之位置，並蝕刻去除多餘之第二多晶矽層，以形 成由多晶矽材料所構成之導電結構350之第二延伸部354。

接下來，如第六C圖所示，直接利用第二延伸部354為遮罩，植入P型離子於第二磊晶層220b內，以構成複數個P型之第一井區260。隨後，如第六D圖所示，利用一光罩(未圖示)製作一光阻圖案層PR於第一井區260上，以定義源極摻雜區270之位置，並植入N型離子於第一井區260內，以構成複數個源極摻雜區270於第一井區260內。接下來，如第六E圖所示，沈積一介電層280，並於介電層280中製作複數個接觸窗282，曝露位於介電層280下方之源極摻雜區270與第一井區260。然後，透過介電層280植入P型之離子於第一井區260內，以構成複數個P型之重摻雜區290於第一井區260內。

值得注意的是，透過前述第六A與六B圖之步驟所製作之第一延伸部352與第二延伸部354是彼此分離。就一較佳實施例而言，第二延伸部354可電性連接至閘極G，以控制此金氧半導體元件之運作。第一延伸部352則可電性連接至源極S。為了將此第一延伸部352電性連接至源極S，就一較佳實施例而言，如第七圖所示，可在介電層280鄰近於此高壓金氧半導體元件之邊緣處之製作一開口284，曝露此第一延伸部352，然後再利用一源極金屬層295同時連接至第一延伸部352與源極摻雜區270，即可使第一延伸部352電性連接至源極S。

第八圖係本發明高壓金氧半導體元件又一較佳實施例之示意圖。圖中係以一高壓金氧半導體場效電晶體為例。如圖中所示，此高壓金氧半導體元件具有一N型磊晶層120、一閘極導電層450、二個P型第一井區160、二個N型源極摻雜區170與一P型第二井區130。其中，N型磊晶層120係位於一N型 基材110上，作為此高壓金氧半導體元件之本體。閘極導電層450係沿著N型磊晶層120之上表面延伸。二個P型第一井區160係位於N型磊晶層120內，且對應於閘極導電層450之相對兩側邊。此二個P型第一井區160係間隔一定距離。

二個N型源極摻雜區170分別位於二個P型第一井區160內，且位於閘極導電層450之相對兩側邊之下方處。P型第二井區130係且位於N型磊晶層120內，由閘極導電層450之下方，向下延伸至N型基材110附近。此N型基材110可視為一N型之汲極摻雜區。P型第二井區130與二個P型第一井區160間分別間隔一預設距離。此第二井區130係電性連接至一閘極G或一源極S。並且，就一較佳實施例而言，第二井區130與閘極導電層450之間隔距離係大於第一井區160之深度。

同時請參照第九A與九B圖，為了將第二井區130電性連接至此高壓金氧半導體元件之閘極G或源極S，就一較佳實施例而言，可利用此高壓金氧半導體元件之邊緣處之保護環(guard ring)460作為媒介以進行電性連接。如圖中所示，P型保護環460係位於N型本體內，且環繞位於主動區域A內之P型第一井區160。此保護環460之深度係大於P型第一井區160之深度。P型第二井區130係由此高壓金氧半導體元件之主動區域A延伸至保護環460之下方，而與保護環460相接。

如第九A圖所示，為了使連接至保護環460之P型第二井區130電性連接至源極S，本實施例在介電層180中製作有開口186以曝露保護環460。並且，在介電層180上沈積有源極金屬層195，同時連接至源極摻雜區170與保護環460，以 使保護環460電性連接至源極S。如第九B圖所示，為了使連接至保護環460之P型第二井區130電性連接至閘極G，本實施例直接利用主動區域A邊緣之閘極導電層450’。將此閘極導電層450’延伸至保護環460之上表面而與保護環460相連接，以使保護環460電性連接至閘極G。

第十A至十C圖係顯示第八圖之金氧半導體元件連同其保護環460之製作方法之一較佳實施例。承接第四C圖之步驟，如第十A圖所示，在製作第二磊晶層220b之後，製作一P型之保護環460於第二磊晶層220b內，定義出一主動區域A。由第二磊晶層220b之上方觀之，此保護環460之位置係與位於磊晶層220內之P型垂直井區230(即對應於第八圖之第二井區130)的位置重疊。隨後，製作一閘極導電層450於第二磊晶層220b之上表面，且對準垂直井區230。

接下來，如第十B圖所示，以此閘極導電層450為遮罩，植入P型離子於第二磊晶層220b內，並驅入這些P型離子，以構成複數個P型第一井區260。這些P型第一井區260與P型垂直井區230分別間隔一預設距離。值得注意的是，在，驅入P型離子之步驟中，保護環460內的P型離子也會向下擴散，而使保護環460的範圍向下擴張與P型垂直井區230相連接。

隨後，如第十C圖所示，利用一光罩定義源極之位置，並植入N型離子於第一井區260內，以構成複數個源極摻雜區270。然後，沈積一介電層280，並於介電層280中製作複數個接觸窗282，曝露位於介電層280下方之源極摻雜區270與第一井區260。接下來，透過介電層280植入P型離子於第一井區260內，以構成P型重摻雜區290於第一井區260內。

本發明之高壓金氧半導體元件具有下列優點：首先，如第二A與二B圖所示，當閘極G與源極S之壓差(VGS)小於一臨界電壓(VTH)時，若在汲極D與源極S間施以順向偏壓，在第一井區160與第二井區130間會產生空乏區完全阻斷其間之N型磊晶層120。此空乏區具有優異的電壓阻斷能力，因而可以大幅提高金氧半導體元件之耐壓。另一方面，當閘極G與源極S之壓差(VGS)大於一臨界電壓(VTH)時，在源極摻雜區170與N型磊晶層120間之第一井區160內會產生通道。此時，源極摻雜區170的電子可透過前述通道進入空乏區中，恢復N型磊晶層120之電性，進而形成一導電路徑。基本上，透過適度提高N型磊晶層120之摻雜濃度，可以獲致優異的導通電阻，達到降低導通損耗的目的。

其次，如第二A圖所示，本發明之高壓金氧半導體元件在關斷時所形成之空乏區是位於第一井區160與第二井區130之間。第一井區160與第二井區130之間隔距離通常是小於相鄰二金氧半導體元件之閘極之間隔距離。因此，本發明之高壓金氧半導體元件關斷後，填充電子至空乏區以回復至導通狀態的速度會優於傳統之具有橫向PN接面的高壓金氧半導體元件，例如CoolmosTM與Super junction半導體元件。

此外，如第二A圖所示，本發明之高壓金氧半導體元件除了在重摻雜區190、第一井區160與N型磊晶層120間具有一與生俱來之齊納二極體，在第二井區130與N型磊晶層120間亦具有一齊納二極體。當雪崩崩潰(avalanche breakdown)產生時，崩潰電流不會完全集中於重摻雜區190、第一井區160與N型磊晶層120間之齊納二極體。因此，本發明之高壓金氧半導體元件可以減少流經第二延伸部154下方之橫向電阻 的電流，進而可以防止形成於N型磊晶層120、P型第一井區160與源極摻雜區170間之雙極性接面電晶體因為過大的電流而毀損。

如上所述，本發明完全符合專利三要件：新穎性、進步性和產業上的利用性。本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以下文之申請專利範圍所界定者為準。

110‧‧‧基板

120‧‧‧N型磊晶層

130‧‧‧P型第二井區

140‧‧‧氧化層

150,150’‧‧‧導電結構

152,152’‧‧‧第一延伸部

154,154’‧‧‧第二延伸部

156‧‧‧介電層

450,450’‧‧‧閘極導電層

160‧‧‧P型第一井區

170‧‧‧源極摻雜區

180‧‧‧介電層

186‧‧‧開口

190‧‧‧P型重摻雜區

195‧‧‧源極金屬層

D‧‧‧汲極

G‧‧‧閘極

S‧‧‧源極

460‧‧‧保護環(guard ring)

A‧‧‧主動區域

210‧‧‧基材

220‧‧‧N型磊晶層

220a‧‧‧N型第一磊晶層

220b‧‧‧N型第二磊晶層

PR‧‧‧光阻圖案層

230a,330a‧‧‧P型第一摻雜區

230‧‧‧P型垂直井區

248‧‧‧溝渠

240‧‧‧氧化層

241‧‧‧第一氧化層

242‧‧‧第二氧化層

250,350‧‧‧導電結構

252,352‧‧‧第一延伸部

254,354‧‧‧第二延伸部

260‧‧‧P型第一井區

270‧‧‧源極摻雜區

280‧‧‧介電層

282‧‧‧接觸窗

284‧‧‧開口

290‧‧‧P型重摻雜區

295‧‧‧源極金屬層

第一與一A圖顯示不同耐壓之金氧半場效電晶體，其整體導通電阻中各部分所佔之比例的差異；第二A與二B圖係本發明高壓金氧半導體元件一較佳實施例之剖面示意圖；第三圖係本發明高壓金氧半半導體元件另一較佳實施例之剖面示意圖；四A至四H圖顯示本發明高壓金氧半導體元件之製作方法之一較佳實施例；第五圖係本發明高壓金氧半導體元件又一較佳實施例之剖面示意圖；以及第六A至六E圖顯示本發明高壓金氧半導體元件之製作方法之另一較佳實施例；第七圖係第六E圖中之第一延伸部電性連接至源極摻雜區一較佳實施例之示意圖；第八圖係本發明高壓金氧半導體元件又一較佳實施例之 剖面示意圖；第九A圖係第八圖中之第二井區電性連接至源極一較佳實施例之剖面示意圖；第九B圖係第八圖中之第二井區電性連接至閘極一較佳實施例之剖面示意圖；以及第十A至十C圖係第八圖之高壓金氧半導體元件及其保護環之製作方法之一較佳實施例。

110‧‧‧基板

120‧‧‧N型磊晶層

130‧‧‧P型第二井區

140‧‧‧氧化層

150‧‧‧導電結構

152‧‧‧第一延伸部

154‧‧‧第二延伸部

160‧‧‧P型第一井區

170‧‧‧源極摻雜區

180‧‧‧介電層

190‧‧‧P型重摻雜區

D‧‧‧汲極

G‧‧‧閘極

S‧‧‧源極

Claims (36)

1. 一種高壓金氧半導體元件，包括：一第一導電型之本體；一導電結構，具有一第一延伸部與一第二延伸部，該第一延伸部係由該本體之上表面朝向該本體之內部延伸，該第二延伸部係沿著該本體之該上表面延伸；一第二導電型之第一井區，位於該本體內，位於該第二延伸部之下方，並且，該第一井區與該第一延伸部間隔一預設距離，其中該第一延伸部之長度大於該第一井區之深度；一第一導電型之源極摻雜區，位於該第一井區內；以及一第二導電型之第二井區，位於該本體內，由該第一延伸部之底部延伸至一汲極摻雜區附近。
2. 如申請專利範圍第1項之高壓金氧半導體元件，其中，該第一延伸部係連接至該第二延伸部。
3. 如申請專利範圍第2項之高壓金氧半導體元件，其中，該導電結構係連接至一閘極。
4. 如申請專利範圍第1項之高壓金氧半導體元件，其中，該第一延伸部與該第二延伸部間具有一介電層，該第一延伸部係電性連接至該源極摻雜區，該第二延伸部係電性連接至一閘極。
5. 如申請專利範圍第1項之高壓金氧半導體元件，其中，該第二井區之延伸距離遠大於該第一延伸部之長度。
6. 如申請專利範圍第1項之高壓金氧半導體元件，其中，該汲極摻雜區係位於該本體之底部。
7. 如申請專利範圍第1項之高壓金氧半導體元件，其中，該導電結構係呈T型。
8. 如申請專利範圍第1項之高壓金氧半導體元件，其中，該第二井區與該第一延伸部間隔至少一氧化層，並且，該第二井區之電性 受到該第一延伸部之電位影響。
9. 如申請專利範圍第1項之高壓金氧半導體元件，其中，該第二井區之寬度大於該第一延伸部之寬度。
10. 如申請專利範圍第1項之高壓金氧半導體元件，其中，該第二井區之上緣包覆該第一延伸部之底部。
11. 如申請專利範圍第1項之高壓金氧半導體元件，其中，該汲極摻雜區係第一導電型。
12. 如申請專利範圍第1項之高壓金氧半導體元件，其中，該汲極摻雜區係第二導電型。
13. 一種高壓金氧半導體元件，包括：一第一導電型之本體；一閘極導電層，沿著該本體之上表面延伸；二個第二導電型之第一井區，位於該本體內，且對應於該閘極導電層之相對兩側邊；二個第一導電型之源極摻雜區，分別位於該二個第一井區內，且位於該閘極導電層之相對兩側邊之下方；以及一第二導電型之第二井區，電性連接至一閘極或一源極，且位於該本體內，由該閘極導電層之下方向下延伸至一基材附近，該第二井區與該二個第一井區間分別間隔一預設距離，並且，該第二井區與該閘極導電層之間隔距離大於該第一井區之深度。
14. 如申請專利範圍第14項之高壓金氧半導體元件，其中，該高壓金氧半導體元件更包括一第二導電型之保護環，位於該本體內，且環繞該些第一井區，該保護環之深度大於該第一井區之深度，並且，該保護環之下緣與該第二井區相接觸。
15. 如申請專利範圍第15項之高壓金氧半導體元件，其中，該保護環係透過一源極金屬層電性連接至該源極。
16. 如申請專利範圍第15項之高壓金氧半導體元件，其中，該保護環係透過該閘極導電層電性連接至該閘極。
17. 如申請專利範圍第14項之高壓金氧半導體元件，其中，該基材係第一導電型。
18. 如申請專利範圍第14項之高壓金氧半導體元件，其中，該基材係第二導電型。
19. 一種高壓金氧半導體元件之製作方法，包括：(a)提供一基材；(b)於該基材上製作一第一導電型之第一磊晶層；(c)利用一光罩於該第一磊晶層中定義一摻雜範圍，並植入第二導電型之離子於該第一磊晶層內，以構成一第一摻雜區；(d)重複前述步驟(b)與(c)至少一個循環；(e)製作一第一導電型之第二磊晶層於該些第一磊晶層上；(f)製作一溝渠曝露最上方之該第一摻雜區；(g)製作一導電結構於該第二磊晶層上，該導電結構具有一第一延伸部與一第二延伸部，該第一延伸部係位於該溝渠內，該第二延伸部係沿著該第二磊晶層之上表面延伸；(h)以該導電結構為遮罩，植入第二導電型之離子於該第二磊晶層內，以構成複數個第一井區，該第一井區與該第一延伸部間隔一預設距離；(i)利用一光罩定義源極之位置，並植入第一導電型之離子於該第一井區內，以構成複數個源極摻雜區；(j)沈積一介電層，並於該介電層中製作複數個接觸窗，曝露位於該介電層下方之該些源極摻雜區與該第一井區；(k)透過該介電層植入第二導電型之離子於該第一井區內，以構成複數個第二導電型之重摻雜區於該第一井區內。
20. 如申請專利範圍第19項之製作方法，其中，製作該導電結構之步驟包括：製作一第一氧化層，覆蓋該第二磊晶層之裸露表面；全面沈積一多晶矽層；以及利用一光罩定義該導電結構之位置，並蝕刻去除多餘之該多晶矽層。
21. 如申請專利範圍第19項之製作方法，更包括將該導電結構電性連接至一閘極。
22. 如申請專利範圍第19項之製作方法，其中，製作該導電結構之步驟包括：製作一第一氧化層，覆蓋該第二磊晶層之裸露表面；全面沈積一第一多晶矽層；回蝕該第一多晶矽層，以構成該第一延伸部；製作一第二氧化層覆蓋該第一延伸部之裸露表面；全面沈積一第二多晶矽層；以及利用一光罩定義該第二延伸部之位置，並蝕刻去除多餘之該第二多晶矽層。
23. 如申請專利範圍第22項之製作方法，更包括將該第一延伸部電性連接至該源極摻雜區。
24. 如申請專利範圍第23項之製作方法，更包括：於該介電層製作一開口，曝露該第一延伸部；以及製作一源極金屬層，透過該接觸窗連接該源極摻雜區，並透過該開口連接該第一延伸部。
25. 如申請專利範圍第19項之製作方法，其中，該些第一摻雜區係受熱擴張，互相連接形成一垂直井區。
26. 如申請專利範圍第25項之製作方法，其中，該垂直井區與該基材間被一第一導電型之摻雜區隔開。
27. 如申請專利範圍第19項之製作方法，其中，該導電結構係呈T型。
28. 如申請專利範圍第19項之製作方法，其中，該第一摻雜區之寬度係大於該溝渠之寬度。
29. 如申請專利範圍第19項之製作方法，其中，該基材係第一導電型。
30. 如申請專利範圍第19項之製作方法，其中，該基材係第二導電型。
31. 一種高壓金氧半導體元件之製作方法，包括：(a)提供一基材；(b)於該基材上製作一第一導電型之第一磊晶層；(c)利用一光罩於該第一磊晶層中定義一摻雜範圍，並植入第二導電型之離子於該 第一磊晶層內，以構成一第一摻雜區；(d)重複前述步驟(b)與(c)至少一個循環；(e)製作一第二磊晶層於該些第一磊晶層上，該些第一摻雜區係受熱擴張，互相連接形成一垂直井區；(f)製作一第二導電型之保護環於該第二磊晶層內，定義一主動區域，並且，該保護環之位置與該垂直井區之位置重疊；(g)製作一閘極導電層於該第二磊晶層之上表面，且對準該垂直井區；(h)以該閘極導電層為遮罩，植入第二導電型之離子於該第二磊晶層內，並驅入該些第二導電型之離子，以構成複數個第一井區，該些第一井區與該垂直井區分別間隔一預設距離，同時，該保護環之範圍係向下擴張而與垂直井區相連接；(i)利用一光罩定義源極之位置，並植入第一導電型之離子於該第一井區內，以構成複數個源極摻雜區；(j)沈積一介電層，並於該介電層中製作複數個接觸窗，曝露位於該介電層下方之該些源極摻雜區與該第一井區；以及(k)透過該介電層植入第二導電型之離子於該第一井區內，以構成複數個第二導電型之重摻雜區於該第一井區內。
32. 如申請專利範圍第31項之製作方法，其中，製作於該第二磊晶層上表面之該閘極導電層係延伸連接該保護環。
33. 如申請專利範圍第31項之製作方法，更包括製作一源極金屬層於該介電層上，同時連接該保護環與該源極摻雜區。
34. 如申請專利範圍第31項之製作方法，其中，該垂直井區與該基材間隔一預定距離。
35. 如申請專利範圍第31項之製作方法，其中，該基材係第一導電型。
36. 如申請專利範圍第31項之製作方法，其中，該基材係第二導電型。