專利名稱：高壓半導體器件及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種高壓半導體器件及其制造方法，尤其涉及一種通過在低壓阱區(漂移區)的底部下方形成雜質區而能夠提高擊穿電壓的高壓半導體器件及其制造方法。
背景技術：
一般來說，為了降低電力消耗并確保可靠性，半導體器件使用提供小于等于3.3V電壓的電源。然而，由于半導體器件與一個系統內的外圍器件互連，該外圍器件采用提供大于5V高壓的電源，因此半導體器件還具有高壓晶體管以承受從外部供應到電路內部的高輸入電壓。
這種高壓晶體管具有與普通MOS晶體管即低壓晶體管相同的結構，并且高壓晶體管通過一系列的工藝與低壓晶體管同時形成。
在下文中，將描述包括傳統高壓晶體管的高壓半導體器件及該高壓半導體器件的制造方法。
圖1是根據傳統方法的高壓半導體器件的剖視圖。如圖1所示，根據傳統方法的高壓半導體器件構造為包括半導體襯底1；形成于半導體襯底1中的高壓P阱2和高壓N阱(未示出)；器件隔離膜3，其限定有源區；柵電極(G)4，其形成于該有源區的預定區域；源極/漏極區(D/S)6，其形成于柵電極4的任一側；以及漂移區5，其完全覆蓋大的源極/漏極區6，以穩定擊穿電壓。這里，通過在半導體襯底1上形成溝槽并在溝槽內填充絕緣膜來形成器件隔離膜3，使得器件隔離膜3的深度很深。
根據該制造方法，首先，通過離子注入雜質在半導體襯底1中形成高壓N阱(未示出)和高壓P阱2。之后，在半導體襯底1上形成掩模以露出器件隔離區；并且蝕刻通過掩模露出的襯底區來形成溝槽；然后沉積絕緣膜以填充溝槽。
接下來，通過對絕緣膜進行化學機械拋光(CMP)工藝，形成溝槽形的器件隔離膜3。對此，在襯底上形成露出器件隔離區的器件隔離掩模后采用LOCOS(硅的局部氧化)方法；之后對其進行溝道阻止離子注入(channel stopion implant)，就能夠通過熱氧化工藝在器件隔離區形成場氧化物膜。
接下來，在高壓P阱2和高壓N阱的表面上分別形成N漂移區5和P漂移區(未示出)。這里，低壓阱區變為漂移區。
此時，在制造具有0.35μm臨界尺寸(CD)的柵電極的0.35μm半導體工藝中，通過在900KeV下進行離子注入而形成漂移區，而在制造0.25μm臨界尺寸(CD)的柵電極的0.25μm半導體工藝中，通過在500KeV下進行離子注入而形成漂移區。也就是說，這是由于如果在0.25μm半導體的高集成器件的制造工藝中，在大于等于500KeV的情況下進行雜質的離子注入，就會在短CD的柵電極的底部下方形成大而深的雜質區。因此，顯而易見的是，0.25μm半導體制造工藝中漂移區的深度比0.35μm半導體制造工藝中漂移區的深度淺。
之后，在半導體襯底上沉積柵極氧化物膜和多晶硅，然后將柵極氧化物膜和多晶硅一起圖案化以形成柵電極4。
最后，通過離子注入工藝，在高壓NMOS或PMOS的柵電極4任一側的漂移區5處形成源極/漏極區6。之后，進行包括接觸和布線(contact andwiring)工藝的后續工藝。
然而，根據上述傳統的高壓半導體及其制造方法，在0.25μm半導體工藝中，在通過將雜質離子注入至深溝槽形的器件隔離膜而形成漂移區的情況下，如圖1的I部分所示，就會出現漂移區5不形成于器件隔離膜3的底部下方的問題。
這是由于，在0.25μmCMOS半導體工藝中，當離子注入雜質以形成漂移區時，最大離子注入能級僅是500KeV，因此雜質未被注入到器件絕緣膜的底部下方。
因此，在0.25μm半導體工藝中，在簡單地通過將離子注入至器件絕緣膜以形成漂移區的情況下，不能實現18V雙向高壓半導體。
發明內容
因此，有必要提供一種高壓半導體器件及其制造方法，該高壓半導體器件能夠通過在進行低壓N阱工藝時將高離子能注入到離子注入工藝的附加工藝，在漂移區的底部下方設置雜質區以完全覆蓋器件隔離膜，從而提高器件的擊穿電壓。
根據本發明的實施例，本發明提供了一種高壓半導體器件，包括半導體襯底，其具有高壓阱區；器件隔離膜，其限定該半導體襯底的有源區；漂移區，其形成在該器件隔離膜的外圍；雜質區，其形成于該漂移區的底部下方以覆蓋該器件隔離膜；柵電極，其形成在該有源區的預定區域中；以及源極/漏極區，其形成在該柵電極的任一側上的漂移區中。
根據本發明的另一實施例，本發明提供了一種高壓半導體器件的形成方法，該形成方法包括步驟在半導體襯底中形成高壓阱區；在該半導體襯底中形成器件隔離膜；在該高壓阱區的表面上形成漂移區；通過離子注入高濃度雜質在該漂移區的底部下方形成雜質區以覆蓋該器件隔離膜；在該半導體襯底上形成柵電極；以及通過利用該柵電極作為掩模離子注入雜質，在該柵電極的任一側上的漂移區中形成源極/漏極區。
在再一實施例中，通過蝕刻該半導體襯底、形成溝槽、以及在該溝槽內沉積絕緣膜而形成該器件隔離膜。為了避免漂移區不形成于溝槽型器件隔離膜下方的問題，在器件隔離膜的底部下方形成雜質區以完全圍繞器件隔離膜。
特別地，本發明的其它實施例提供了一種形成高壓半導體器件的方法，其中高壓阱區是高壓N阱；和/或在該高壓阱區的表面上形成的漂移區是低壓P阱；和/或在通過離子注入高濃度雜質在該漂移區的底部下方形成雜質區的步驟中，在大于800KeV～900KeV的高能級下離子注入雜質。
根據結合附圖對各實施例的如下描述，本發明的上述以及其他目的和特征將變得很清楚，其中圖1是傳統高壓半導體器件的剖視圖；圖2示出了根據本發明實施例的高壓半導體器件的剖視圖；以及圖3A、圖3B、圖3C、圖3D和圖3E是示出了根據本發明實施例的高壓半導體器件的形成方法的剖視圖。
具體實施例方式
在下文中，將參考附圖詳細描述本發明的實施例，以使本領域技術人員易于實施所述優選實施例。
圖2示出了根據本發明實施例的高壓半導體器件的剖視圖；以及圖3A、圖3B、圖3C、圖3D和圖3E是示出了根據本發明實施例的高壓半導體器件的形成方法的剖視圖。
如圖2所示，根據本發明實施例的高壓半導體器件構造為包括半導體襯底41，其內具有高壓P阱區42；器件隔離膜63，其限定半導體襯底41的有源區；N型漂移區54，其形成于器件隔離膜63的外圍；N型雜質區70，其形成于漂移區54的底部下方以覆蓋器件隔離膜63；柵電極51，其形成于該有源區的預定區域處；以及源極/漏極區48，其形成于柵電極51的任一側的漂移區54處。
這里，為低壓N阱區的N型漂移區54是通過離子注入N型雜質形成的，而N型雜質區是通過在大于800KeV～900KeV的高能級下通過離子注入高濃度雜質形成的。
通過蝕刻半導體襯底41形成溝槽且之后在溝槽內填充絕緣膜，形成器件隔離膜63。同時，由于并非通過傳統的雜質離子注入在器件隔離膜63的底部下方形成漂移區54，因此雜質區70附加形成在器件隔離膜63的底部下方。
特別地，不在器件隔離膜63的底部下方形成的漂移區通常出現在柵電極的臨界尺寸(CD)是0.25μm的高集成半導體器件中，并且因此，通過在柵電極的CD不大于0.25μm的高集成半導體器件中在漂移區的底部下方形成雜質區，該半導體器件的擊穿電壓可大于18V。
同時，盡管在上述的優選實施例中，高壓阱區是高壓P阱且在高壓阱區的表面上形成的漂移區是低壓N阱，但是本發明并不局限于此，而是可以應用在高壓阱區是高壓N阱且在高壓阱區的表面上形成的漂移區是低壓P阱的情況。也就是說，P型雜質區設置在低壓P阱的底部下方。
下文將詳細描述上述高壓半導體器件的制造方法。
首先，如圖3A所示，在半導體襯底41上形成緩沖氧化物膜50，并且通過利用第一阱掩模(未示出)在半導體襯底41內進行離子注入工藝。之后，進行退火工藝以在半導體襯底41中形成高壓P阱42和高壓N阱(未示出)。
接下來，在半導體襯底41上進行采用第二阱掩模(未示出)的雜質離子注入工藝和退火工藝，以在高壓阱區中形成漂移區54。也就是說，在高壓P阱中形成N型漂移區，而在高壓N阱中形成P型漂移區。
此時，在形成0.25μm高集成半導體器件的過程中，由于在能級500KeV下進行離子注入以形成高壓阱區，所以漂移區變淺。
之后，如圖3B所示，通過在半導體襯底41上利用第三阱掩模(未示出)在高能級900KeV下進行雜質的離子注入，在漂移區54的底部下方形成雜質區70。
這里，用于形成漂移區54的第二阱掩模和用于形成雜質區70的第三阱掩膜可以相同或不同。而且，在用于形成0.35μm半導體器件的過程中形成漂移區的阱掩模可以用作第三阱掩模。
此外，在高壓阱區是高壓P阱的情況下，形成于高壓阱區的表面上的漂移區是低壓N阱以使雜質區是N型雜質區。這里，為了形成雜質區，注入高濃度的磷。
相反，在高壓阱區是高壓N阱的情況下，形成于高壓阱區的表面上的漂移區是低壓P阱以使雜質區是P型雜質區。
接下來，如圖3C所示，在半導體襯底41上沉積襯墊氮化物膜(pad nitridefilm)(未示出)，并且通過傳統的光刻工藝圖案化襯墊氮化物膜和緩沖氧化物膜50以露出器件隔離區。之后，通過蝕刻露出的襯底區形成溝槽；并且沉積絕緣膜以填充溝槽。接下來，對該絕緣膜進行化學機械拋光(CMP)，直至該絕緣膜在襯墊氮化物膜上具有預定厚度，就形成了溝槽形器件隔離膜63。之后，去除襯墊氮化物膜。
這里，雖然器件隔離膜63處于漂移區54之外，但是器件隔離膜63可以由雜質區70完全覆蓋。
接下來，如圖3D所示，通過沉積多晶硅和通過使用干蝕刻工藝圖案化所述多晶硅而形成柵電極51。
同時，在0.25μm半導體器件的形成過程中，形成柵電極51以具有0.25μm的臨界尺寸(CD)。
下面，如圖3E所示，通過利用柵電極51作為掩模離子注入高濃度雜質，在形成于柵電極51任一側的漂移區54處形成源極/漏極區48。這樣，就形成了帶溝槽的溝道(trenched channel)。
最后，通過進行非自對準硅化物(non-salicide)工藝，在柵電極51和源極/漏極區48的外表面上形成硅化物49，由此完成根據本發明的高壓晶體管。
雖然未示出，本發明依次進行包括接觸和布線工藝在內的一系列工藝。
如上所述，根據本發明實施例的高壓半導體器件及其制造方法具有如下效果。
第一，為了克服漂移區不在溝槽形器件隔離膜的底部下方形成的問題，本發明的實施例在漂移區的底部下方設置雜質區以完全覆蓋器件隔離膜，由此提高了器件的擊穿電壓。
第二，通過在進行低壓N阱工藝時將高離子能量注入現有的離子注入工藝，能夠容易地進行形成雜質區的附加工藝，由此在低壓N阱或器件隔離膜的底部下方形成N型雜質區。
第三，由于簡單地通過將具有高離子能的磷的注入工藝加入形成低壓N阱的離子注入工藝中而形成所提出的18V雙向高壓半導體，所以能夠在0.25μm半導體工藝中完成僅能在0.35μm半導體工藝中進行的工藝。因此，根據所提出的器件，能夠以最低成本在0.25μm半導體工藝中完成0.35μm半導體工藝中的18V雙向器件。
盡管已經通過各實施例示出和說明了本發明，但是本領域的技術人員應當理解的是，在不脫離所附權利要求書中所限定的本發明的構思和范圍的情況下，可以對本發明進行各種變化和改型。
權利要求
1.一種高壓半導體器件，包括半導體襯底，其具有高壓阱區；器件隔離膜，其限定該半導體襯底的有源區；漂移區，其形成在該器件隔離膜的外圍；雜質區，其形成于該漂移區的底部下方以覆蓋該器件隔離膜；柵電極，其形成在該有源區的預定區域中；以及源極/漏極區，其形成在該柵電極的任一側上的漂移區中。
2.如權利要求1所述的高壓半導體器件，其中，該雜質區形成于該器件隔離膜的底部下方。
3.如權利要求1所述的高壓半導體器件，其中，該柵電極的臨界尺寸是0.25μm。
4.如權利要求1所述的高壓半導體器件，其中，該高壓阱區是高壓N阱；并且在該高壓阱區的表面上形成的漂移區是低壓P阱。
5.如權利要求1所述的高壓半導體器件，其中，該高壓阱區是高壓P阱；并且在該高壓阱區的表面上形成的漂移區是低壓N阱。
6.如權利要求1所述的高壓半導體器件，其中，該雜質區是通過注入作為高濃度雜質的磷而形成的N型雜質區。
7.如權利要求1所述的高壓半導體器件，其中，該器件隔離膜的底部被該雜質區完全覆蓋。
8.一種高壓半導體器件的形成方法，該形成方法包括下述步驟在半導體襯底中形成高壓阱區；在該半導體襯底中形成器件隔離膜；在該高壓阱區的表面上形成漂移區；通過離子注入高濃度雜質在該漂移區的底部下方形成雜質區以覆蓋該器件隔離膜；在該半導體襯底上形成柵電極；以及通過利用該柵電極作為掩模離子注入雜質，在該柵電極的任一側上的漂移區中形成源極/漏極區。
9.如權利要求8所述的形成方法，其中，該雜質區形成在該器件隔離膜的底部下方。
10.如權利要求9所述的形成方法，其中，該器件隔離膜通過蝕刻該半導體襯底、形成溝槽、以及在該溝槽內沉積絕緣膜而形成。
11.如權利要求8所述的形成方法，其中，該柵電極的臨界尺寸是0.25μm。
12.如權利要求8所述的形成方法，其中，在通過離子注入高濃度雜質在該漂移區的底部下方形成雜質區的步驟中，在大于800KeV～900KeV的高能級下離子注入雜質。
13.如權利要求8所述的形成方法，其中，該高壓阱區是高壓P阱；并且在該高壓阱區的表面上形成的漂移區是低壓N阱。
14.如權利要求8所述的形成方法，其中，該高壓阱區是高壓N阱；并且在該高壓阱區的表面上形成的漂移區是低壓P阱。
15.如權利要求8所述的形成方法，其中，在通過離子注入高濃度雜質在該漂移區的底部下方形成雜質區的步驟中，注入磷以形成N型雜質區。
16.如權利要求8所述的形成方法，其中，該形成方法還包括在形成源極/漏極區之后在該柵電極和該源極/漏極區的表面上形成硅化物膜。
17.如權利要求8所述的形成方法，其中，在形成器件隔離膜的步驟之前進行形成雜質區的步驟。
18.如權利要求17所述的形成方法，其中，在形成雜質區的步驟之前進行形成漂移區的步驟。
19.如權利要求18所述的形成方法，其中，形成漂移區的步驟包括在第一能級下進行的第一離子注入工藝；以及形成雜質區的步驟包括在比該第一能級高的第二能級下進行的第二離子注入工藝。
20.如權利要求18所述的形成方法，其中，在形成器件隔離膜的步驟中，該器件隔離膜的底部形成為被該雜質區和該漂移區中的至少其中之一完全覆蓋。
全文摘要
本發明公開了一種高壓半導體器件及其制造方法。該高壓半導體器件包括半導體襯底，其具有高壓阱區；器件隔離膜，其限定該半導體襯底的有源區；漂移區，其形成在該器件隔離膜的外圍；雜質區，其在該漂移區的底部下方形成以覆蓋該器件隔離膜；柵電極，其形成在該有源區的預定區中；以及源極/漏極區，其形成在該柵電極任一側上的漂移區中。
文檔編號H01L21/02GK1992347SQ20061017241
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月27日 優先權日2005年12月28日
發明者高哲柱 申請人:東部電子股份有限公司