若是采用平面式閘極的設(shè)計(jì)，此長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)112就會(huì)位于基材表面上方。保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)10位于終端區(qū)域A2內(nèi)，并且包括至少一環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122 (圖中僅顯示位于最內(nèi)側(cè)的環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122)。此環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122環(huán)繞位于活動(dòng)區(qū)域Al內(nèi)的線型功率半導(dǎo)體晶胞。
[0076]請參照圖2C與圖2D，環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122與長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)112位于同一個(gè)導(dǎo)電層。換言之，此二個(gè)結(jié)構(gòu)可利用同一道微影蝕刻工藝形成于基材上。而且，就一較佳實(shí)施例而言，此導(dǎo)電層可以是導(dǎo)電多晶娃層。
[0077]值得注意的是，如圖2B所示，本實(shí)施例的各個(gè)長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)112的兩端是與保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)10中位于最內(nèi)側(cè)的環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122相分離。同時(shí)請參照圖2E，通過此導(dǎo)電圖案(包括長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)112與環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122)所定義出來并形成于活動(dòng)區(qū)域Al內(nèi)的本體摻雜區(qū)114，是與位于終端區(qū)域A2內(nèi)的摻雜區(qū)124間隔固定的距離tl，因而可避免在活動(dòng)區(qū)域Al周圍產(chǎn)生不均勻的電場分布。
[0078]其次，請同時(shí)參照圖2B與圖2D，本實(shí)施例的長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)112雖然與環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122相分離，不過，覆蓋于長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)112與環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122上的層間介電層130內(nèi)形成有多個(gè)接觸窗132，對應(yīng)于各個(gè)長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)112與環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122。閘極金屬墊142則是位于這些接觸窗132的上方，電性連接各個(gè)長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)112與終端區(qū)域A2最內(nèi)側(cè)的環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122。
[0079]相較于圖1A的傳統(tǒng)功率半導(dǎo)體元件，其閘極金屬墊G局限于晶片一側(cè)邊的中央處，請參照圖2A，本實(shí)施例的功率半導(dǎo)體元件的閘極金屬墊G是位于終端區(qū)域A2的一側(cè)邊(即圖中的左側(cè))，并且延伸覆蓋活動(dòng)區(qū)域Al的邊緣區(qū)域。進(jìn)一步來說，此閘極金屬墊G延伸覆蓋長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)112的端部，并且，此閘極金屬墊G的長邊方向垂直于長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)112的走向。
[0080]圖3A為本發(fā)明功率半導(dǎo)體元件的第二實(shí)施例。不同于圖2A的實(shí)施例，閘極金屬墊142位于活動(dòng)區(qū)域Al的一側(cè)邊，本實(shí)施例的閘極金屬墊242由終端區(qū)域A2的一側(cè)邊的中央處向內(nèi)延伸。此閘極金屬墊242位于多個(gè)長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)212與環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)222的上方，并通過接觸窗232電性連接各個(gè)長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)212與環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)222。
[0081]圖3B是本發(fā)明功率半導(dǎo)體元件的第三實(shí)施例。本實(shí)施例的相鄰二個(gè)長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)312是通過一縱向連接結(jié)構(gòu)313相連，以構(gòu)成一 C型導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例的閘極金屬墊342的配置位置大致相同于圖2A的實(shí)施例，不過，此閘極金屬墊342是通過接觸窗332電性連接C型導(dǎo)電結(jié)構(gòu)其中一個(gè)端部與環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)322。因此，所需的接觸窗的數(shù)量少于圖2A的實(shí)施例。
[0082]圖4A至圖4C顯示本發(fā)明功率半導(dǎo)體元件表面的閘極金屬墊G與源極金屬墊S的配置方式的不同實(shí)施例。在圖4A中，閘極金屬墊G是由晶片的一側(cè)邊的中央位置延伸至晶片的相對側(cè)，二個(gè)源極金屬墊SI與S2則是位于閘極金屬墊的兩側(cè)。此閘極金屬墊G可采用類似于圖3A所示的方式與活動(dòng)區(qū)域Al內(nèi)的長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)212電性連接。
[0083]圖4B的功率半導(dǎo)體元件具有兩個(gè)閘極金屬墊Gl與G2，此二個(gè)閘極金屬墊Gl、G2是對應(yīng)于終端區(qū)域A2的相對兩側(cè)邊。此二個(gè)閘極金屬墊Gl、G2可采用類似于圖2A或圖3B所示的方式與活動(dòng)區(qū)域Al內(nèi)的長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)112、312電性連接。圖4C的功率半導(dǎo)體元件使用三個(gè)閘極金屬墊Gl、G2與G3，此三個(gè)閘極金屬墊Gl、G2、G3分布于晶片的相對兩側(cè)邊。如圖中所不，閘極金屬墊Gl與G2位于同一側(cè)，閘極金屬墊G3則是位于相對偵U。此三個(gè)閘極金屬墊G1、G2、G3亦可采用類似于圖2A或圖3B所示的方式與活動(dòng)區(qū)域Al內(nèi)的長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)112,312電性連接。
[0084]圖5A至圖顯示本發(fā)明的功率半導(dǎo)體元件的第四實(shí)施例。其中，圖5A為一俯視圖顯示功率半導(dǎo)體元件的終端區(qū)域A2內(nèi)的多個(gè)環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)422，圖5B與圖5C是對應(yīng)于圖5A的Dl至D2剖面線與D3至D4剖面線的剖面示意圖，圖顯示本實(shí)施例的功率半導(dǎo)體元件的終端區(qū)域A2內(nèi)的摻雜區(qū)424的分布狀態(tài)。
[0085]如圖中所示，位于終端區(qū)域的保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)包括有多個(gè)環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)422(圖中是以五個(gè)為例)，閘極金屬墊442位于這些環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)422的上方，并通過接觸窗432電性連接環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)422，使各個(gè)環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)422具有相同的電位。就一較佳實(shí)施例而言，這些環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)422可由導(dǎo)電多晶硅材料所構(gòu)成，并且，可直接利用形成閘極多晶硅結(jié)構(gòu)所需步驟形成于終端區(qū)域A2內(nèi)。而且，本實(shí)施例的環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)422位于基材表面，此等結(jié)構(gòu)可搭配平面式閘極功率半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的工藝。不過，本發(fā)明并不限于此。此環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)422亦可形成于溝槽內(nèi)，而能達(dá)到相類似的功效。
[0086]相較于圖1C的保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)，由于多晶硅閘極匯流排26的存在，導(dǎo)致各個(gè)環(huán)狀摻雜區(qū)在對應(yīng)于多晶硅閘極匯流排26處會(huì)產(chǎn)生缺口，而影響保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)對于電壓的耐受能力，如圖所示，本實(shí)施例省略多晶硅閘極匯流排，改以位于上方的閘極金屬墊442作為連接各個(gè)環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)422所需的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，因而可以形成完整的環(huán)狀摻雜區(qū)424，以提升功率半導(dǎo)體元件所能承受的崩潰電壓。
[0087]圖6A至圖6E顯示本發(fā)明的功率半導(dǎo)體元件的第五實(shí)施例。其中，圖6A為一俯視圖顯示功率半導(dǎo)體元件的終端區(qū)域A2內(nèi)的多個(gè)環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)522，圖6B至圖6D是對應(yīng)于圖6A的El至E2剖面線、E3至E4剖面線與E5至E6剖面線的剖面示意圖，圖6E顯示本實(shí)施例的功率半導(dǎo)體元件的終端區(qū)域A2內(nèi)的摻雜區(qū)524的分布狀態(tài)。
[0088]相較于本發(fā)明的第四實(shí)施例中，整個(gè)環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)422具有相同的寬度，如圖6A所示，本實(shí)施例的環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)522具有一第一區(qū)段(即環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)522的主要部分)與一第二區(qū)段522a(即對應(yīng)于閘極金屬墊542的部分)，第二區(qū)段522a的寬度小于第一區(qū)段522。請同時(shí)參照圖6B與圖6D，其中，圖6B是對應(yīng)于第一區(qū)段522的剖面示意圖，圖6D則是對應(yīng)于第二區(qū)段522a的剖面示意圖，通過適當(dāng)控制離子植入步驟的參數(shù)，可使第一區(qū)段522兩側(cè)的環(huán)狀摻雜區(qū)524互相分離，同時(shí)使第二區(qū)段522a兩側(cè)的環(huán)狀摻雜區(qū)524a互相連結(jié)以構(gòu)成相鄰環(huán)狀摻雜區(qū)524a間的導(dǎo)電通道。
[0089]而且，如圖6A所示，為了提供充分的空間設(shè)置接觸窗532以電性連接至閘極金屬墊542，此環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)522更具有第三區(qū)段522b。此第三區(qū)段522b位于第二區(qū)段522a的中央處，并且，第三區(qū)段522b的寬度大于第二區(qū)段522a。請同時(shí)參照圖6C，接觸窗532設(shè)置于第三區(qū)段522b上方，閘極金屬墊542則是通過此接觸窗532電性連接至第三區(qū)段522b。
[0090]通過以上較佳具體實(shí)施例的詳述，是希望能更加清楚描述本發(fā)明的特征與精神，而并非以上述所公開的較佳具體實(shí)施例來對本發(fā)明的范疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變與具相等性的安排于本發(fā)明所欲申請的權(quán)利要求的范疇內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種線型架構(gòu)的功率半導(dǎo)體元件，其特征在于，包括: 一基材，具有一表面，其定義有一活動(dòng)區(qū)域與一終端區(qū)域，上述終端區(qū)域位于上述活動(dòng)區(qū)域的外側(cè)； 多個(gè)線型功率半導(dǎo)體晶胞，位于上述活動(dòng)區(qū)域內(nèi)，各上述線型功率半導(dǎo)體晶胞包括一長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)；以及 一保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)，包括至少一環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，位于上述終端區(qū)域內(nèi)，且環(huán)繞該些線型功率半導(dǎo)體晶胞， 其中至少一上述長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)與上述終端區(qū)域的最內(nèi)側(cè)的上述環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)相分離。2.如權(quán)利要求1所述的線型架構(gòu)的功率半導(dǎo)體元件，其特征在于，上述環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)與該些長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)位于同一個(gè)導(dǎo)電層。3.如權(quán)利要求1所述的線型架構(gòu)的功率半導(dǎo)體元件，其特征在于，各上述長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)通過一閘極金屬墊電性連接上述終端區(qū)域的最內(nèi)側(cè)的上述環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。4.如權(quán)利要求1所述的線型架構(gòu)的功率半導(dǎo)體元件，其特征在于，上述環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)是一環(huán)狀多晶硅結(jié)構(gòu)，上述長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)是一長條狀閘極多晶硅結(jié)構(gòu)。5.如權(quán)利要求1所述的線型架構(gòu)的功率半導(dǎo)體元件，其特征在于，上述閘極金屬墊位于上述終端區(qū)域的一側(cè)邊且延伸上述長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的一端部，并且，上述閘極金屬墊的長邊是垂直于上述長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的走向。6.如權(quán)利要求1所述的線型架構(gòu)的功率半導(dǎo)體元件，其特征在于，上述閘極金屬墊由上述終端區(qū)域的一側(cè)邊的中央處延伸至上述活動(dòng)區(qū)域內(nèi)，并且，上述閘極金屬墊的延伸方向是垂直于該些長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的走向。7.如權(quán)利要求1所述的線型架構(gòu)的功率半導(dǎo)體元件，其特征在于，上述功率半導(dǎo)體元件包括二個(gè)閘極金屬墊，對應(yīng)上述終端區(qū)域的相對兩側(cè)邊。8.如權(quán)利要求1所述的線型架構(gòu)的功率半導(dǎo)體元件，其特征在于，上述長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)與上述環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上方覆蓋有一層間介電層，上述層間介電層具有多個(gè)接觸窗分別對應(yīng)上述長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)與上述環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，上述閘極金屬墊是通過該些接觸窗電性連接上述長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)與上述環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。9.如權(quán)利要求1所述的線型架構(gòu)的功率半導(dǎo)體元件，其特征在于，上述閘極金屬墊位于該些環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的上方，以電性連接其中至少二個(gè)上述環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。10.如權(quán)利要求9所述的線型架構(gòu)的功率半導(dǎo)體元件，其特征在于，該些環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)定義出多個(gè)環(huán)狀摻雜區(qū)于上述終端區(qū)域內(nèi)，各上述環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)具有一第一區(qū)段與一第二區(qū)段，上述第二區(qū)段的寬度小于上述第一區(qū)段，形成于上述第一區(qū)段兩側(cè)的該些環(huán)狀摻雜區(qū)互相分離，形成于上述第二區(qū)段兩側(cè)的該些環(huán)狀摻雜區(qū)互相連結(jié)。11.如權(quán)利要求10所述的線型架構(gòu)的功率半導(dǎo)體元件，其特征在于，各上述環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)還包括一第三區(qū)段，上述第三區(qū)段位于上述第二區(qū)段的中央處以電性連接上述閘極金屬墊，并且，上述第三區(qū)段的寬度大于上述第二區(qū)段的寬度。
【專利摘要】一種線型架構(gòu)的功率半導(dǎo)體元件，其包括基材、多個(gè)線型功率半導(dǎo)體晶胞與保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)。此基材的一表面定義有一活動(dòng)區(qū)域與一終端區(qū)域，終端區(qū)域位于活動(dòng)區(qū)域的外側(cè)。線型功率半導(dǎo)體晶胞排列于活動(dòng)區(qū)域內(nèi)。各個(gè)線型功率半導(dǎo)體晶胞分別包括一長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)位于終端區(qū)域內(nèi)，并且包括至少一環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。此環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)環(huán)繞這些線型功率半導(dǎo)體晶胞。環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)與長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)位于同一個(gè)導(dǎo)電層，且至少一個(gè)長條狀閘極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)與位于最內(nèi)側(cè)的環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)相分離并通過一閘極金屬墊電性連接至此位于最內(nèi)側(cè)的環(huán)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
【IPC分類】H01L29/06, H01L29/423
【公開號】CN105097890
【申請?zhí)枴緾N201410396000
【發(fā)明人】涂高維, 蔡依蕓, 張淵舜
【申請人】力祥半導(dǎo)體股份有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2014年8月13日
【公告號】US20150340433