CN109148606B - 高压元件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高压元件，包含有一半导体基底、一离子阱、一萧基二极管，设于所述离子阱中、一绝缘结构，设于所述离子阱中，且环绕所述萧基二极管、以及一辅助栅极，环绕所述萧基二极管。所述辅助栅极仅设于所述绝缘结构上方，而不会直接接触到所述离子阱。

Description

高压元件
技术领域
本发明涉及一种半导体元件技术领域，特别是涉及一种改良的半导体高压元件，能提升高压元件的击穿电压特性。
背景技术
已知，萧基二极管常用于如电源电路(power circuit)等需要快速切换的电子电路中。由于萧基二极管具有较高电流密度，故十分适合电压箝制(voltage clamping)及防止晶体管饱和等应用。
然而，萧基二极管的缺点在于其低击穿电压(BVD)特性。因此，如何在不影响元件的顺向电流(forward current)及元件尺寸(device pitch)的前提下，改善并提升萧基二极管的击穿电压特性，已成为该技术领域的主要研究课题。
发明内容
本发明主要目的在于提供一种改良的高压元件，具有辅助栅极，电连接至高压元件的萧基二极管，故能提升高压元件的击穿电压特性。
本发明一实施例披露一种高压元件，包含有一半导体基底，具有一第一导电型、一第一离子阱，具有一第二导电型、一萧基二极管，设于所述第一离子阱中、一绝缘结构，设于所述第一离子阱中，且环绕所述萧基二极管、以及一辅助栅极，环绕所述萧基二极管。所述辅助栅极仅设于所述绝缘结构上方，而不会直接接触到所述第一离子阱。
当所述高压元件在反向操作时，例如，对所述萧基二极管与辅助栅极同时施加一负电压，设于所述绝缘结构上的辅助栅极会对所述绝缘结构正下方的第一离子阱起耦合载流子的效应，产生一额外的空乏区，由此达到提升高压元件的击穿电压特性的目的。
本发明另一实施例披露一种高压元件布局结构，包含有一半导体基底，具有一第一导电型；一第一离子阱，具有一第二导电型；一萧基二极管，设于该第一离子阱中；一环状绝缘结构，设于该第一离子阱中，且环绕该萧基二极管；以及一环状辅助栅极，仅设于该绝缘结构上，环绕该萧基二极管，其中该环状辅助栅极电连接至该萧基二极管。
所述高压元件布局结构另包含一环状第二离子阱，具有该第一导电型，位于该第一离子阱中，其中该环状第二离子阱设于该环状绝缘结构的一内侧，环绕该萧基二极管，并与该环状绝缘结构的一内侧部分重叠。
所述绝缘结构另包含一外侧部分，其中该环状辅助栅极设置在该外侧部分上。其中该绝缘结构的该外侧部分的厚度小于该绝缘结构的该内侧部分的厚度。
为让本发明上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举优选实施方式，并配合所附的附图，作详细说明如下。然而优选实施方式与附图仅供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。
附图说明
图1为本发明一实施例所绘示的一种高压元件的布局示意图；
图2为图1中沿着切线I-I’方向所示的剖面示意图；
图3为本发明另一实施例所绘示的高压元件的局部结构示意图；
图4为本发明又另一实施例所绘示的高压元件的局部结构示意图。
主要元件符号说明
1 高压元件
10 半导体基底
11 第一离子阱
12 第二离子阱
14 绝缘结构
14a 内侧部分
14b 外侧部分
20 辅助栅极
20a 第一部分
20b 第二部分
22 硅化金属阻障层
100 萧基二极管
110 硅化金属层
112 第二重掺杂区
112a 硅化金属层
122 第一重掺杂区
210 硅化金属层
212 间隙壁
310 接触元件
312 接触元件
320 接触元件
330 内连线
340 内连线
具体实施方式
接下来的详细叙述是参照相关附图所示内容，用来说明可依据本发明具体实行的实施例。这些实施例已提供足够的细节，可使本领域技术人员充分了解并具体实行本发明。在不悖离本发明的范围内，仍可做结构或电性上的修改，并应用在其他实施例上。
因此，以下详细描述并非用来对本发明加以限制。本发明涵盖的范围由其权利要求界定。与本发明权利要求具均等意义者，也应属本发明涵盖的范围。
首先，请参阅图1及图2，其中图1为依据本发明一实施例所绘示的一种高压元件的布局示意图，图2为图1中沿着切线I-I’方向所示的剖面示意图。
如图1及图2所示，高压元件1包含有一半导体基底10，具有一第一导电型、一第一离子阱11，具有一第二导电型、一萧基二极管100，设于第一离子阱11中、一环状的绝缘结构14，设于第一离子阱11中，且环绕萧基二极管100、以及一环状的辅助栅极20，环绕萧基二极管100。根据本发明一实施例，所述辅助栅极20仅设于绝缘结构14上方，而不会直接接触到第一离子阱11。
根据本发明一实施例，例如，所述第一导电型为P型，所述第二导电型为N型。根据本发明一实施例，例如，第一离子阱11是一深N型阱。根据本发明一实施例，半导体基底10可以包含一硅基底、一外延半导体基底或一硅覆绝缘基底，但不限于此。
根据本发明一实施例，绝缘结构14可以是一连续环状的浅沟绝缘结构，将萧基二极管100环绕于浅沟绝缘结构的内侧。
根据本发明一实施例，萧基二极管100包含一硅化金属层110，直接接触第一离子阱11，作为高压元件1的一漏极或一阳极。根据本发明一实施例，例如，所述硅化金属层110可以包含硅化钴或硅化镍，但不限于此。
根据本发明一实施例，高压元件1另包含一环状的第二离子阱12，具有所述第一导电型，并位于第一离子阱11中，其中第二离子阱12设于绝缘结构14的一内侧，环绕萧基二极管100，并与绝缘结构14的一内侧部分14a重叠。根据本发明一实施例，第二离子阱12是一P型阱。
根据本发明一实施例，高压元件1另包含一环状的硅化金属阻障层22，位于第二离子阱12上，环绕该萧基二极管，并延伸至绝缘结构14的内侧部分14a的上方。
根据本发明一实施例，辅助栅极20不直接接触到硅化金属阻障层22，而是与硅化金属阻障层22保持一段距离，例如，0.6至1.0微米，较佳为0.8微米左右。根据本发明一实施例，硅化金属阻障层22设置在绝缘结构14与第二离子阱12交界处，因此硅化金属阻障层22会与第二离子阱12部分重叠，使得硅化金属层110不会接触到绝缘结构14。
根据本发明一实施例，辅助栅极20可以包含多晶硅，但不限于此。根据本发明一实施例，在辅助栅极20上可以设有一硅化金属层210，而在辅助栅极20相对的两侧壁上可以设有间隙壁212。
根据本发明一实施例，高压元件1可以另包含一环状的第一重掺杂区122，具有所述第一导电型，部分位于第二离子阱12中，部分位于第一离子阱11中，且第一重掺杂区122环绕萧基二极管100。根据本发明一实施例，第一重掺杂区122可以是一P+掺杂区。
根据本发明一实施例，第一重掺杂区122介于萧基二极管100与绝缘结构14之间。根据本发明一实施例，第一重掺杂区122位于硅化金属阻障层22正下方。
根据本发明另一实施例，第一重掺杂区122可以省略。
根据本发明一实施例，高压元件1另包含一环状的第二重掺杂区112，具有所述第二导电型，位于第一离子阱11中，且第二重掺杂区112设于绝缘结构14的一外侧，环绕绝缘结构14的一外侧部分14b。根据本发明一实施例，第二重掺杂区112可以是一N+掺杂区。根据本发明一实施例，第二重掺杂区112作为高压元件1的一源极或一阴极。
根据本发明一实施例，在第二重掺杂区112上可以设有一硅化金属层112a。根据本发明一实施例，第二重掺杂区112通过接触元件312与内连线340电连接。
根据本发明一实施例，辅助栅极20可以通过接触元件310、内连线330及接触元件320电连接至萧基二极管100的硅化金属层110，故在操作时辅助栅极20与萧基二极管100的漏极在相同电位。
当高压元件1在反向操作时，例如，对萧基二极管100的硅化金属层110与辅助栅极20同时施加一负电压，设于绝缘结构14的外侧部分14b上的辅助栅极20会对外侧部分14b正下方的第一离子阱11起耦合载流子的效应，并产生一延伸的空乏区，由此达到提升高压元件1的击穿电压特性的目的。
请参阅图3，其为依据本发明另一实施例所绘示的高压元件的局部结构示意图。根据本发明另一实施例，绝缘结构14的外侧部分14b的厚度小于绝缘结构14的内侧部分14a的厚度。换言之，绝缘结构14具有两种不同厚度，而在靠近萧基二极管100与第二离子阱12的内侧部分14a的厚度较厚，而靠近第二重掺杂区112的外侧部分14b的厚度较薄。根据本发明另一实施例，虚设栅极20仅直接接触绝缘结构14的外侧部分14b。通过这样的结构设计，使得高压元件1在反向操作时，辅助栅极20对外侧部分14b正下方的第一离子阱11的耦合载流子效应会更明显。
请参阅图4，其为依据本发明又另一实施例所绘示的高压元件的局部结构示意图。根据本发明又另一实施例，辅助栅极20可以包含一第一部分20a，位于绝缘结构14的外侧部分14b的一表面上，以及一第二部分20b，深入或嵌入到绝缘结构14的外侧部分14b中。通过这样的结构设计，同样能使高压元件1在反向操作时，辅助栅极20对外侧部分14b正下方的第一离子阱11的耦合载流子效应更加明显。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。

Claims (18)

1.一种高压元件，包含有:
半导体基底，具有第一导电型；
第一离子阱，具有第二导电型；
萧基二极管，设于该第一离子阱中；
绝缘结构，设于该第一离子阱中，且环绕该萧基二极管；以及
辅助栅极，仅设于该绝缘结构上，环绕该萧基二极管，其中该辅助栅极经由第一接触元件、内连线以及第二接触元件电连接至该萧基二极管，其中该第一接触元件连接于该辅助栅极，该第二接触元件连接于该萧基二极管，且该内连线连接于第一接触元件和第二接触元件之间。
2.如权利要求1所述的高压元件，其中该萧基二极管包含硅化金属层，直接接触该第一离子阱。
3.如权利要求1所述的高压元件，其中另包含第二离子阱，具有该第一导电型，位于该第一离子阱中，其中该第二离子阱设于该绝缘结构的一内侧，环绕该萧基二极管，并与该绝缘结构的一内侧部分重叠。
4.如权利要求3所述的高压元件，其中另包含硅化金属阻障层，位于该第二离子阱上，环绕该萧基二极管，并延伸至该绝缘结构的该内侧部分的上方。
5.如权利要求4所述的高压元件，其中另包含第一重掺杂区，具有该第一导电型，位于该萧基二极管与该绝缘结构之间，且该第一重掺杂区环绕该萧基二极管。
6.如权利要求3所述的高压元件，其中另包含一阴极，位于该第一离子阱中，且该阴极设于该绝缘结构的一外侧，环绕该绝缘结构的一外侧部分。
7.如权利要求6所述的高压元件，其中该绝缘结构的该外侧部分的厚度小于该绝缘结构的该内侧部分的厚度。
8.如权利要求6所述的高压元件，其中该辅助栅极仅接触该绝缘结构的该外侧部分。
9.如权利要求6所述的高压元件，其中该辅助栅极包含第一部分，位于该绝缘结构的该外侧部分的一表面上，以及第二部分，深入到该绝缘结构的该外侧部分中。
10.如权利要求1所述的高压元件，其中该第一导电型为P型，该第二导电型为N型。
11.如权利要求1所述的高压元件，其中该辅助栅极包含多晶硅。
12.如权利要求1所述的高压元件，其中该半导体基底包含硅基底、外延半导体基底或硅覆绝缘基底。
13.如权利要求4所述的高压元件，其中该辅助栅极不直接接触到该硅化金属阻障层。
14.一种高压元件布局结构，包含有:
半导体基底，具有第一导电型；
第一离子阱，具有第二导电型；
萧基二极管，设于该第一离子阱中；
环状绝缘结构，设于该第一离子阱中，且环绕该萧基二极管；以及
环状辅助栅极，仅设于该绝缘结构上，环绕该萧基二极管，其中该环状辅助栅极经由第一接触元件、内连线以及第二接触元件电连接至该萧基二极管，其中该第一接触元件连接于该辅助栅极，该第二接触元件连接于该萧基二极管，且该内连线连接于第一接触元件和第二接触元件之间。
15.如权利要求14所述的高压元件布局结构，其中另包含环状第二离子阱，具有该第一导电型，位于该第一离子阱中，其中该环状第二离子阱设于该环状绝缘结构的一内侧，环绕该萧基二极管，并与该环状绝缘结构的内侧部分重叠。
16.如权利要求15所述的高压元件布局结构，其中另包含环状硅化金属阻障层，位于该环状第二离子阱上，环绕该萧基二极管，并延伸至该环状绝缘结构的该内侧部分的上方。
17.如权利要求15所述的高压元件布局结构，其中该绝缘结构另包含一外侧部分，其中该环状辅助栅极设置在该外侧部分上。
18.如权利要求17所述的高压元件布局结构，其中该绝缘结构的该外侧部分的厚度小于该绝缘结构的该内侧部分的厚度。
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