線型架構的功率半導體元件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明有關于一種功率半導體元件，特別是關于一種線型架構的功率半導體元件。
【背景技術】
[0002]功率半導體元件具有低切換耗損與驅(qū)動電路簡單的優(yōu)勢，搭配快速發(fā)展的半導體工藝技術，如今已成為電源控制的一個重要產(chǎn)品。功率半導體元件可依其通道(channel)位置的不同區(qū)分為溝槽式(trench)閘極與平面式閘極兩種。溝槽式閘極功率半導體結(jié)構的通道是沿著垂直晶片表面的方向，而平面式閘極功率半導體結(jié)構的通道則是沿著晶片表面的方向。其次，功率半導體元件亦可依其晶胞設計方式的不同區(qū)分為方型(squaredcell)與線型(Striped cell)兩種。此二種晶胞設計各有其優(yōu)缺點。一般而言，方型晶胞的設計可獲得較低的導通電阻，線型晶胞則可提供較佳的米勒電容。
[0003]圖1A為一典型功率半導體元件的外觀示意圖。如圖1A所示,此功率半導體元件的上表面具有閘極金屬墊G與源極金屬墊S，此功率半導體元件的下表面另具有一汲極金屬墊(圖未示)。此功率半導體元件的上表面可區(qū)分為活動區(qū)域(active area) Al與終端區(qū)域(terminat1n area)A2。多個功率半導體單元(晶胞)位于此活動區(qū)域Al內(nèi)。
[0004]圖1B與圖1C為此功率半導體元件的活動區(qū)域Al的示意圖。圖1B與圖1C是以線型晶胞功率半導體元件為例，并省略位于最上方閘極金屬墊G與源極金屬墊S，以顯示位于活動區(qū)域內(nèi)的線型晶胞。如圖1B所示，在活動區(qū)域Al內(nèi)具有多個長條狀閘極導電結(jié)構12，各個長條狀閘極導電結(jié)構12對應至一個功率半導體晶胞。此功率半導體元件并具有環(huán)狀導電結(jié)構22，其環(huán)繞活動區(qū)域Al。各個長條狀閘極導電結(jié)構12的兩端連接至環(huán)狀導電結(jié)構22，以取得運作所需的閘極電位。圖1C顯示由圖1A的導電結(jié)構(包括長條狀閘極導電結(jié)構12與環(huán)狀導電結(jié)構22)所定義出來的本體摻雜區(qū)14的分布狀態(tài)。需說明的是，由于長條狀閘極導電結(jié)構12的存在，活動區(qū)域Al內(nèi)本體摻雜區(qū)會被切割成多個長條狀本體摻雜區(qū)14，這些長條狀本體摻雜區(qū)14的端部與鄰近的摻雜區(qū)24間隔tl至t2不等的距離，因而導致在活動區(qū)域Al的周圍產(chǎn)生不均勻的電場分布，使得功率半導體元件的效能變差。
[0005]圖1D與圖1E則是此功率半導體元件的終端區(qū)域A2的示意圖。圖中亦省略位于晶片最上方閘極金屬墊G與源極金屬墊S。如圖1D與圖1E所示，在功率半導體元件的終端區(qū)域A2內(nèi)具有保護環(huán)結(jié)構，以提升功率半導體元件的崩潰電壓。此保護環(huán)結(jié)構包括多晶硅終端圖案。此多晶硅終端圖案包括多晶硅閘極匯流排26與多個多晶硅環(huán)狀結(jié)構22。這些多晶硅環(huán)狀結(jié)構22由多晶硅閘極匯流排26的兩側(cè)向外延伸環(huán)繞活動區(qū)域Al。此多晶硅終端圖案并在基材內(nèi)定義出多個環(huán)狀摻雜區(qū)24，依序環(huán)繞活動區(qū)域Al。需說明的是，由于多晶硅閘極匯流排26的存在，使得各個環(huán)狀摻雜區(qū)在對應于多晶硅閘極匯流排26處會產(chǎn)生缺口，因而影響保護環(huán)結(jié)構對于電壓的耐受能力，導致功率半導體元件所能承受的崩潰電壓變小。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供一種線型架構的功率半導體元件，由此解決現(xiàn)有技術所述及的問題。
[0007]本發(fā)明的主要目的是提供一種線型架構的功率半導體元件，以解決傳統(tǒng)線型架構的功率半導體元件的活動區(qū)域周圍電場分布不均勻所造成的問題。
[0008]本發(fā)明的另一目的是提供一種線型架構的功率半導體元件，以解決傳統(tǒng)功率半導體元件的終端區(qū)域內(nèi)，因為多晶硅閘極匯流排的存在而導致環(huán)狀摻雜區(qū)產(chǎn)生缺口，進而影響保護環(huán)結(jié)構的耐受電壓的問題。
[0009]本發(fā)明提出一種線型架構的功率半導體元件。該功率半導體元件包括一基材、多個線型(striped)功率半導體晶胞與一保護環(huán)結(jié)構。該基材的一表面定義有一活動區(qū)域(active area)與一終端區(qū)域(terminat1n area),終端區(qū)域位于活動區(qū)域的外側(cè)。線型功率半導體晶胞排列于活動區(qū)域內(nèi)。各個線型功率半導體晶胞分別包括一長條狀閘極導電結(jié)構。保護環(huán)結(jié)構位于終端區(qū)域內(nèi)，并且包括至少一環(huán)狀導電結(jié)構。此環(huán)狀導電結(jié)構環(huán)繞這些線型功率半導體晶胞。至少一個長條狀閘極導電結(jié)構與位于最內(nèi)側(cè)的環(huán)狀導電結(jié)構相分離。
[0010]在本發(fā)明的一實施例中，環(huán)狀導電結(jié)構與該些長條狀閘極導電結(jié)構位于同一個導電層。
[0011]在本發(fā)明的一實施例中，各長條狀閘極導電結(jié)構通過一閘極金屬墊電性連接該終端區(qū)域的最內(nèi)側(cè)的環(huán)狀導電結(jié)構。
[0012]在本發(fā)明的一實施例中，長條狀閘極導電結(jié)構是一溝槽式閘極導電結(jié)構，長條狀閘極導電結(jié)構是一平面式閘極導電結(jié)構。
[0013]在本發(fā)明的一實施例中，閘極金屬墊是位于終端區(qū)域的一側(cè)邊且延伸覆蓋長條狀閘極導電結(jié)構的端部，并且，閘極金屬墊的長邊是垂直于長條狀閘極導電結(jié)構的走向。
[0014]在本發(fā)明的一實施例中，閘極金屬墊是由終端區(qū)域的一側(cè)邊的中央處向內(nèi)延伸，并且，閘極金屬墊的延伸方向是垂直于長條狀閘極導電結(jié)構的走向。
[0015]在本發(fā)明的一實施例中，功率半導體元件包括二個閘極金屬墊，對應該終端區(qū)域的相對兩側(cè)邊。
[0016]在本發(fā)明的一實施例中，長條狀閘極導電結(jié)構與環(huán)狀導電結(jié)構上方覆蓋有一層間介電層，層間介電層具有多個接觸窗分別對應于長條狀閘極導電結(jié)構與環(huán)狀導電結(jié)構，閘極金屬墊則是通過這些接觸窗電性連接長條狀閘極導電結(jié)構與環(huán)狀導電結(jié)構。
[0017]在本發(fā)明的一實施例中，閘極金屬墊位于多個環(huán)狀導電結(jié)構的上方，此閘極金屬墊是用以電性連接其中至少兩個環(huán)狀導電結(jié)構。
[0018]在本發(fā)明的一實施例中，各環(huán)狀導電結(jié)構具有第一區(qū)段與第二區(qū)段，第二區(qū)段的寬度小于第一區(qū)段，形成于第一區(qū)段兩側(cè)的環(huán)狀摻雜區(qū)互相分離，形成于第二區(qū)段兩側(cè)的環(huán)狀摻雜區(qū)互相連結(jié)。而且，在本發(fā)明的一實施例中，各環(huán)狀導電結(jié)構還包括第三區(qū)段，第三區(qū)段是位于第二區(qū)段的中央以電性連接至閘極金屬墊，并且，第三區(qū)段的寬度大于第二區(qū)段。
[0019]關于本發(fā)明的優(yōu)點與精神可以通過以下的發(fā)明詳述與附圖得到進一步的了解。
【附圖說明】
[0020]圖1A為一典型功率半導體元件的示意圖。
[0021]圖1B與圖1C為圖1A的功率半導體元件的活動區(qū)域Al的示意圖。
[0022]圖1D圖與圖1E為圖1A的功率半導體元件的終端區(qū)域A2的示意圖。
[0023]圖2A至圖2E顯示本發(fā)明的功率半導體元件的第一實施例。
[0024]圖3A為本發(fā)明功率半導體元件的第二實施例。
[0025]圖3B為本發(fā)明功率半導體元件的第三實施例。
[0026]圖4A至圖4C為顯示本發(fā)明功率半導體元件表面的閘極金屬墊G與源極金屬墊S的配置方式的三種不同實施例。
[0027]圖5A至圖顯示本發(fā)明的功率半導體元件的第四實施例。
[0028]圖6A至圖6E顯示本發(fā)明的功率半導體元件的第五實施例。
[0029]主要組件符號說明:
[0030]G:閘極金屬墊
[0031]S:源極金屬墊
[0032]Al:活動區(qū)域
[0033]A2:終端區(qū)域
[0034]12:長條狀閘極導電結(jié)構
[0035]22:環(huán)狀導電結(jié)構
[0036]14:本體摻雜區(qū)
[0037]20:基材
[0038]10:保護環(huán)結(jié)構
[0039]24:摻雜區(qū)
[0040]26:多晶硅閘極匯流排
[0041]22:多晶硅環(huán)狀結(jié)構
[0042]112:長條狀閘極導電結(jié)構
[0043]122:環(huán)狀導電結(jié)構
[0044]114:本體摻雜區(qū)
[0045]124:摻雜區(qū)
[0046]130:層間介電層
[0047]132:接觸窗
[0048]142:閘極金屬墊
[0049]212:長條狀閘極導電結(jié)構
[0050]222:環(huán)狀導電結(jié)構
[0051]232:接觸窗
[0052]242:閘極金屬墊
[0053]312:長條狀閘極導電結(jié)構
[0054]313:縱向連接結(jié)構
[0055]322:環(huán)狀導電結(jié)構
[0056]332:接觸窗
[0057]342:閘極金屬墊
[0058]S1、S2:源極金屬墊
[0059]G1、G2、G3:閘極金屬墊
[0060]422:環(huán)狀導電結(jié)構
[0061]424:摻雜區(qū)
[0062]442:閘極金屬墊
[0063]432:接觸窗
[0064]522:環(huán)狀導電結(jié)構
[0065]524:摻雜區(qū)
[0066]522a:第二區(qū)段
[0067]524a:摻雜區(qū)
[0068]532:接觸窗
[0069]542:閘極金屬墊
[0070]522b:第三區(qū)段
【具體實施方式】
[0071]現(xiàn)在將詳細參考本發(fā)明的示范性實施例，并在附圖中說明所述示范性實施例的實例。另外，在附圖與【具體實施方式】中所使用相同或類似標號的元件/構件是用來代表相同或類似部分。
[0072]在下述各實施例中，當元件被指為“連接”或“耦接”至另一元件時，其可為直接連接或耦接至另一元件，或可能存在介于其間的元件。術語“電路”可表示為至少一元件或多個元件，或者主動地且/或被動地而耦接在一起的元件以提供合適功能。術語“信號”可表示為至少一電流、電壓、負載、溫度、數(shù)據(jù)或其他信號。
[0073]圖2A至圖2E為本發(fā)明的功率半導體元件的第一實施例。此功率半導體元件采線型架構的配置方式。圖2A顯示此功率半導體元件表面的閘極金屬墊G與源極金屬墊S的配置，圖2B為一俯視圖顯示功率半導體元件的活動區(qū)域Al內(nèi)的線型晶胞結(jié)構，圖2C與圖2D是對應于圖2B的Cl至C2剖面線與C3至C4剖面線的剖面示意圖，圖2E為本實施例的功率半導體元件的活動區(qū)域Al內(nèi)的本體摻雜區(qū)114的分布狀態(tài)。
[0074]如圖2A至圖2E所示,此功率半導體元件包括基材20、多個線型(striped)功率半導體晶胞與保護環(huán)結(jié)構10。此基材20的表面定義有活動區(qū)域(active area) Al與終端區(qū)域(terminat1n area)A2。終端區(qū)域A2位于活動區(qū)域Al的外側(cè)。線型功率半導體晶胞排列于活動區(qū)域Al內(nèi)。這些線型功率半導體晶胞可以采用溝槽式閘極功率半導體結(jié)構，亦可采用平面式閘極功率半導體結(jié)構。
[0075]如圖2B所示，各個線型功率半導體晶胞分別具有一長條狀閘極導電結(jié)構112橫向延伸于活動區(qū)域Al內(nèi)。若是采用溝槽式閘極的設計，此長條狀閘極導電結(jié)構112就會位于基材表面所形成的溝槽內(nèi)；