半導(dǎo)體元件的終端結(jié)構(gòu)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于一種半導(dǎo)體元件的終端結(jié)構(gòu)，特別是關(guān)于一種具有多溝槽的終端結(jié)構(gòu)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在功率半導(dǎo)體元件中，耐電壓能力是非常重要的指標(biāo)。舉例來說，由于一般溝槽式場效晶體管具備高耐電壓能力、低導(dǎo)通電阻及高電流等特性，因此溝槽式場效晶體管已廣泛應(yīng)用于電源管理裝置中做為功率半導(dǎo)體元件。
[0003]制作上述溝槽式場效晶體管通常需要繁復(fù)且多次的光罩制程，將增加制程時(shí)間及污染機(jī)會(huì)，使得功率半導(dǎo)體元件的良率及產(chǎn)能受到限制。
[0004]另一方面，一般溝槽式場效晶體管具有較大面積的終端結(jié)構(gòu)，以提升崩潰電壓。然而，對于目前體積微小化的電子元件發(fā)展趨勢而言，此類具有大面積的終端結(jié)構(gòu)顯然已不合時(shí)宜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一方面在于提供一種半導(dǎo)體元件的終端結(jié)構(gòu)。此半導(dǎo)體元件包含主動(dòng)區(qū)及終端區(qū)，且終端區(qū)與主動(dòng)區(qū)相鄰。終端區(qū)具有上述終端結(jié)構(gòu)，且終端結(jié)構(gòu)包含基板、磊晶層、介電層、導(dǎo)電材料層及導(dǎo)電層。
[0006]磊晶層設(shè)置于基板上，且具有一耐壓區(qū)。耐壓區(qū)具有多個(gè)第一溝槽(trench)，其中第一溝槽是沿第一方向延伸。介電層是設(shè)置于諸第一溝槽內(nèi)及部分磊晶層上。導(dǎo)電材料層是設(shè)置于諸第一溝槽內(nèi)的介電層上。導(dǎo)電層覆蓋諸第一溝槽，接觸導(dǎo)電材料層及部分磊晶層，且電性連接上述主動(dòng)區(qū)。
[0007]本發(fā)明的另一方面在于提供一種半導(dǎo)體元件的終端結(jié)構(gòu)的制造方法。此半導(dǎo)體元件包含主動(dòng)區(qū)及終端區(qū)，且終端區(qū)與主動(dòng)區(qū)相鄰且具有終端結(jié)構(gòu)。此制造方法包含形成磊晶層于基材上，磊晶層具有一耐壓區(qū)；形成多個(gè)溝槽于磊晶層的耐壓區(qū)中，其中溝槽沿第一方向延伸且彼此平行排列；形成介電層于各溝槽內(nèi)；形成導(dǎo)電材料層于各溝槽內(nèi)的介電層上；以及形成導(dǎo)電層于各溝槽上，導(dǎo)電層接觸導(dǎo)電材料層及部分磊晶層。
[0008]由于各溝槽的介電層是相互連接，透過溝槽結(jié)構(gòu)增加，能在較小的面積中承受較高的崩潰電壓，因此本發(fā)明所提供的半導(dǎo)體元件的終端結(jié)構(gòu)可顯著提升整體元件的崩潰電壓。
【附圖說明】
[0009]圖1A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所繪示的半導(dǎo)體元件100的剖面圖；
[0010]圖1B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所繪示圖1A的半導(dǎo)體元件沿A-A’剖面線的剖面上視圖；
[0011]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所繪示半導(dǎo)體元件200的剖面圖；
[0012]圖3A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所繪示半導(dǎo)體元件300的剖面圖；
[0013]圖3B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所繪示圖3A的半導(dǎo)體元件沿B-B’剖面線的剖面上視圖；
[0014]圖4A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所繪示半導(dǎo)體元件400a的剖面圖；
[0015]圖4B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所繪示半導(dǎo)體元件400a的上視圖；
[0016]圖4C是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所繪示半導(dǎo)體元件400b中溝槽431b的上視圖；
[0017]圖4D是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所繪示的半導(dǎo)體元件400b的剖面上視圖；
[0018]圖5A?圖5J是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所繪示的制造半導(dǎo)體元件的階段示意圖；
[0019]圖6A?圖6F是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所繪示的制造半導(dǎo)體元件的階段示意圖；
[0020]圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所繪示的制造半導(dǎo)體元件的階段示意圖；以及
[0021]圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所繪示的制造半導(dǎo)體元件的階段示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明所提出的是一種半導(dǎo)體元件的終端結(jié)構(gòu)及其制造方法，其可應(yīng)用于如溝槽式金氧半蕭特基能障二極管(TMBS d1de)、溝槽式絕緣柵雙極性晶體管(Trench IGBT)或溝槽式功率金氧半場效晶體管(Trench Power M0SFET)之類的溝槽式功率半導(dǎo)體元件。以下列舉幾個(gè)實(shí)施例來說明本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的終端結(jié)構(gòu)及其制造方法。
[0023]圖1A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所繪示的半導(dǎo)體元件100的剖面圖。在圖1A中，半導(dǎo)體元件100包含主動(dòng)區(qū)101及終端區(qū)102，且終端區(qū)102與主動(dòng)區(qū)101相鄰。終端區(qū)102具有終端結(jié)構(gòu)，且終端結(jié)構(gòu)包含基板110、磊晶層120、介電層132、導(dǎo)電材料層133及導(dǎo)電層140。
[0024]磊晶層120是設(shè)置于基板110上，且具有耐壓區(qū)130。耐壓區(qū)130位于主動(dòng)區(qū)101的溝槽式半導(dǎo)體單元103附近，且具有多個(gè)第一溝槽131。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，基板110可為硅基板。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，磊晶層120可為N型磊晶層。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，各第一溝槽131的寬度可為不相同設(shè)計(jì)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，各第一溝槽131的寬度可為漸寬或漸窄設(shè)計(jì)。
[0025]介電層132是設(shè)置于諸第一溝槽131內(nèi)及部分磊晶層120上。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，介電層132是由氧化物所構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，每二相鄰的第一溝槽131內(nèi)的介電層132是彼此接觸。
[0026]導(dǎo)電材料層133是設(shè)置于諸第一溝槽131內(nèi)的介電層132上。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，導(dǎo)電材料層133是由多晶娃或金屬所構(gòu)成。其中介電層132與導(dǎo)電材料層133兩者寬度大小可根據(jù)實(shí)際所需耐壓程度做比例上調(diào)整。
[0027]導(dǎo)電層140覆蓋諸第一溝槽131，接觸導(dǎo)電材料層133及部分磊晶層120，且電性連接上述主動(dòng)區(qū)101及終端區(qū)102。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，導(dǎo)電層140為蕭特基能障金屬層。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，終端結(jié)構(gòu)還包含第二介電層夾置于導(dǎo)電層與部分導(dǎo)電材料層之間，令使導(dǎo)電層電性連接于部分第一溝槽內(nèi)的導(dǎo)電材料層。由于內(nèi)層介電層夾置于導(dǎo)電層與部分導(dǎo)電材料層之間，可令使導(dǎo)電材料層具有不同電位，提供不同的耐電壓效果。
[0029]圖1B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所繪示圖1A的半導(dǎo)體元件沿A-A’剖面線的剖面上視圖。在圖1B中，終端結(jié)構(gòu)中磊晶層120的耐壓區(qū)130具有第一溝槽131。第一溝槽131是沿一方向延伸且彼此平行排列，且介電層132及導(dǎo)電材料層133是設(shè)置于第一溝槽131內(nèi)。
[0030]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所繪示的半導(dǎo)體元件200的剖面圖。在圖2中，半導(dǎo)體元件200包含主動(dòng)區(qū)201及終端區(qū)202，且終端區(qū)202與主動(dòng)區(qū)201相鄰。終端區(qū)202具有終端結(jié)構(gòu)，且終端結(jié)構(gòu)包含基板210、磊晶層220、介電層232、導(dǎo)電材料層233及導(dǎo)電層240。
[0031]磊晶層220是設(shè)置于基板210上，且具有耐壓區(qū)230。耐壓區(qū)230位于主動(dòng)區(qū)201的溝槽式半導(dǎo)體單元203附近，且具有多個(gè)第一溝槽231。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，基板210可為硅基板。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，磊晶層220可為N型磊晶層。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，各第一溝槽231的寬度可為不相同設(shè)計(jì)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，各第一溝槽231的寬度可為漸寬或漸窄設(shè)計(jì)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，各第一溝槽231之間的各溝槽間隔250的寬度不相同。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，各第一溝槽231之間的各溝槽間隔250呈漸疏或漸密排列。
[0032]介電層232是設(shè)置于諸第一溝槽231內(nèi)及部分嘉晶層220上。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，介電層232是由氧化物所構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，每二相鄰的第一溝槽231內(nèi)的介電層232是由一溝槽間隔250所隔開。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，各第一溝槽231之間的各溝槽間隔250還包含摻雜區(qū)251。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，摻雜區(qū)251可為P型摻雜。加入P型摻雜可防止漏電流從外圍提早發(fā)生，藉此提升崩潰電壓。
[0033]導(dǎo)電材料層233是設(shè)置于諸第一溝槽231內(nèi)的介電層232上。根據(jù)本發(fā)