具有金属层于漂移区之上的半导体元件的制作方法_3

文档序号:9525647阅读:来源:国知局
开机电压降 压至约485伏特,因此提供一 15伏特的电压差给形成于高压侧操作区110中的元件,且具 有约15伏特的一操作电压。
[0067] 一金属间介电层(inter-metaldielectriclayer,IMDlayer) 330 是配置于第一 金属层320之上,且金属间介电层330具有分别地对应于第一个第一金属层部分至第六个 第一金属层部分321至326的通孔洞(所谓的通孔(via))。一第二金属层(secondmetal layer,M21ayer) 340是配置于金属间介电层330之上,且包括第一个第二金属层部分至第 五个第二金属层部分341至345。第一个第二金属层部分341重叠于本体区300,且第一个 第二金属层部分341经由第一个第一金属层部分321以及在层间介电层310与金属间介 电层330中的对应的通孔洞连接于本体区300。第二个第二金属层部分342重叠于源极区 291,且第二个第二金属层部分342经由第二个第一金属层部分322以及在层间介电层310 与金属间介电层330中的对应的通孔洞连接于源极区291。第三个第二金属层部分343重 叠于栅极层270与第二场氧化部分252,且第三个第二金属层部分343经由第三个第一金 属层部分323以及在层间介电层310与金属间介电层330中的对应的通孔洞连接于栅极层 270。第四个第二金属层部分344重叠于第二场氧化部分252,且第四个第二金属层部分344 经由通孔洞(未显示于图2C中)与开机电压(VB)连接于第四个第一金属层部分324。第 五个第二金属层部分345重叠于漏极区292与第三N+型区293,且第五个第二金属层部分 345分别地经由第五个第一金属层部分325与第六个第一金属层部分326、及在层间介电层 310与金属间介电层330中的对应的通孔洞连接于漏极区292与第三N+型区293。第五个 第二金属层部分345是形成于高压内连区(highvoltageinterconnectionregion) 180, 且功用为提供超高压金属氧化物半导体元件130与形成于高压侧操作区110中的元件之间 的一内链接。
[0068] 在操作当中,约0伏特的本体电压(bulkvoltage,Vbulk)是施加于第一个第二金 属层部分341,约0伏特的源极电压(sourcevoltage,Vs)是施加于第二个第二金属层部分 342, 一栅极电压(gatevoltage,VJ是施加于第三个第二金属层部分343, 一开机电压(VB) 是施加于第四个第二金属层部分344,且一漏极电压(drainvoltage,VD)是施加于第五个 第二金属层部分345。开机电压(VB)是高于500伏特,且高于或等于漏极电压(VD)。开机 电压(VB)亦高于源极电压(Vs)、栅极电压(ν<;)与本体电压(Vbulk)。
[0069] 如图2B与图2C中所示,第二场氧化部分252包括接近于源极区291的左侧边 缘252a以及接近于漏极区292的右侧边缘252b。第三个第二金属层部分343包括一边缘 343a,边缘343a位于相较于第三个第二金属层部分343的相对边缘343b更接近第二场氧 化部分252的中央部分C。第四个第二金属层部分344包括一边缘344a,边缘344a位于相 较于一相对的边缘344b更接近于第二场氧化部分252的中央部分C。沿着超高压金属氧化 物半导体元件130的通道长度方向(即载子(carrier)流动的方向(图2A至图2C中所绘 示的X方向)),由第三个第二金属层部分343的边缘343a至第二场氧化部分252的左侧边 缘252a的距离是意指为距离「a」。沿着通道长度方向,由第四个第二金属层部分344的边 缘344a至第二场氧化部分252的右侧边缘252b的距离是意指为距离「b」。沿着通道长度 方向,由第二场氧化部分252的左侧边缘252a至第二场氧化部分252的右侧边缘252b的 距离是意指为距离「L」。距离L的范围可由30微米(μm)至150微米。
[0070] 根据本发明的一实施例,当a/L比值是等于或高于0. 46,且b/L比值是等于或低于 0. 3,超高压金属氧化物半导体元件130具有相对高的崩溃电压,且在高温环境中是可靠的 (reliable)〇
[0071]实验例 1 :崩溃试验(Breakdowntest)
[0072] 崩溃试验是对于样品1至样品6进行测试,样品1至6被制造为具有如图2A至图 2C所绘示的结构。样品1至样品6的尺寸除了距离a、b、L之外,其余皆相同。表一概述样 品1至样品6中的距离a、b、与L,以及比值a/L与b/L。
[0073]表一 [00741
[0075] 在崩溃试验的期间,第一个第二金属层部分341、第二个第二金属层部分342、与 第三个第二金属层部分343是接地,且由0伏特持续地增加的电压是施加于第四个第二 金属层部分344与第五个第二金属层部分345,直到元件崩溃为止(即一突然地增加的漏 极-源极电流),以确认元件的崩溃电压。
[0076] 图3显示通过崩溃试验确认样品1至样品6的崩溃电压的示意图。根据图3,距 离为a2的样品2、4与6分别地相较于距离为al的样品1、3与5具有更高的崩溃电压。亦 艮P,崩溃电压随着增加的距离「a」而增加。这是因为当距离「a」增加,第三个第二金属层部 分343的右侧边缘343a是更接近地朝向第二场氧化部分252的中央部分C延伸,因而使源 极区291与漏极区292之间的电位分布(potentialdistribution)变得更均匀。因此,崩 溃电压是增加。
[0077] 此外,根据图3,距离为b3的样品5与6相较于距离为b2的样品3与4具有更高 的崩溃电压,且距离为b2的样品3与4相较于距离为bl的样品1与2具有更高的崩溃电 压。亦即,崩溃电压随着距离「b」的减少而增加。这是因为当距离「b」减少,第四个第二金 属层部分344的左侧边缘344a是更接近地朝向第二场氧化部分252的右侧边缘252b延伸, 因而使源极区291与漏极区292之间的电位分布变得更均匀。因此,崩溃电压是增加。
[0078] 又,根据图3,距离为a2与a3的样品6具有600伏特的崩溃电压,此崩溃电压是高 于样品1至5的崩溃电压。此外,基于通过图3的虚线所示的内差法(extrapolation),当 距离「a」是大于a2且距离「b」是大于b3时,可达到高于600伏特的崩溃电压。亦即,当元 件是以高于〇. 46的a/L比值且小于0. 3的b/L比值形成时,元件可具有高于600伏特的崩 溃电压。
[0079]实验例 2 :高温逆向偏压试验(Hightemperaturereversebiastest)
[0080] 一高温逆向偏压试验(HTRBtest)是对于样品11至30进行测试,样品11 至30被制造为具有如图2A至图2C所绘示的结构。高温逆向偏压试验评估当样品关 闭(turned-off)时,样品在高逆向偏压之下的长期可靠度(reliability)与稳定度 (stability)。除了样品11至20的距离「a」为al= 26微米,且距离「b」为b3 = 20微米, 以及样品21至30的距离「a」为a2 = 30微米,且距离「b」为b3 = 20微米之外,样品11 至30的尺寸皆相同。在高温逆向偏压试验的期间,第一个第二金属层部分341 (亦即基极 端(bulkterminal))、第二个第二金属层部分342 (亦即源极端(sourceterminal))、与第 三个第二金属层部分343(亦即栅极端(gateterminal))是接地,且一 400伏特的电压是 在150°C的环境中施加于第四个第二金属层部分344与第五个第二金属层部分345 (亦即漏 极端(drainterminal))达168小时。阈值电压(thresholdvoltage,VT)是当传导通道 刚开始连接晶体管的源极区与漏极区时,栅极-源极电压之值,来允许显着的电流流通。当 一小的电压(例如0.1伏特)是在试验前后施加于漏极区时,是测量栅极端与源极端之间 的各个样品的阈值电压。当某一操作电压(例如15伏特)施加于栅极端以确保样品晶体 管是在导通(on-state)的情况下,并用以测量试验前后的电阻时,是测量漏极端与源极端 之间的各个样品的导通电阻(on-stateresistance,Ron)。当样品关闭(turned-off)时, 是在试验之后测量漏极端与源极端之间的各个样品的崩溃电压。
[0081] 表2概述样品11至30的试验结果。
[0082]表 2
[0083]
[0085] 在表2中,阈值电压变化(AVT)是试验之后所测量的阈值电压对于试验之前所测 量的阈值电压的变化。导通电阻变化(ΛRJ是试验之后所测量的导通电阻对于试验之前 所测量的导通电阻的变化。用于通过高温逆向偏压试验的标准是在试验之后所测量的崩溃 电压应高于500伏特,且导通电阻变化(ΛRJ应小于30%。
[0086] 根据表2,距离「a」较大的样品21至30相较于距离「a」较小的样品11至20具有 更低的导通电阻变化(ΛRJ。亦即,当距离「a」增加,导通电阻变化是降低。此外,当距 离「a」增加时,元件在高温逆向偏压试验中是可靠的(reliable)。
[0087] 虽然本发明上述的实施例中的超高压金属氧化物半导体元件130是提供于一P型 半导体衬底上,本领域中具有通常知识者将了解到本发明所揭露的概念是可运用
当前第3页1 2 3 4 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1