TW486728B - Vertical trench-gated power MOSFET having stripe geometry and high cell density - Google Patents

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Description

486728 A7 B7 五、發明說明（1 ) 發明背景 一種功率金屬氧化物半導體場效電晶體，係以典型的 幾何構形的晶胞成形。該晶胞可以是封閉的形狀，如方形 或六角形或其可能包含一系列的平行縱向鑲條。該晶胞係 以閘極於其周邊界定，而各晶胞的内部通常包含一源體擴 散和一本體擴散。在直立功率金屬氧化物半導體場效電晶 體中，一種單一汲體通常係定位於晶片的源體和本體的反 面侧，而因此係塾在晶胞之下方。 第1A，1B和1C圖所描述的係單一晶胞的俯視圖，該單 一晶胞個別係以方形、六角形和鑲條的方式配置的槽溝閘 極式金屬氧化物半導體場效電晶體。在各個圖式中，最外 的面積代表一半的槽溝閘極（另外一半屬於鄰近的晶胞），中 間區代表源體區，而最内區則代表本體接觸區。本體區係 有效的本體接觸區之連續，並在源體區下方延伸至槽溝的 側壁，在該側壁處配置有通道。該畫影線區代表覆蓋的金 屬源體接觸，其在許多功率金屬氧化物半導體場效電晶體 中亦接觸該本體區，藉以防止寄生式偶極電晶體之導通。 各個晶胞之維度係以Ysb以及Yg界定，Ysb其係源體區 和本體區的寬度’亦即，閘極槽内側的高臺；以及Yg其係 閘極之寬度界定。如圖所示，Yg的一半係位於源體/主體區 的各側。晶胞的總寬度或間距係等於Ysb + Yg。 金属乳化物半導體場效電晶體的電阻，當其係在導電 狀態時係與通道的寬度直接成比例，該通道係沿槽溝的壁 面設置。功率金屬氧化物半導體場效電晶體的優點數據係 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I ϋ ϋ n 1 I n ml I ϋ I · ϋ ϋ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 486728 A7 B7 五、發明說明（2 ) 該面積/周長比或A/W比，其係提供指定通道寬度所需之值 。一般而言，面積/周長比愈低，金屬氧化物半導體場效電 晶體之導電電阻愈低。 使用簡單的幾何公式，該面積和通道寬度（沿槽溝壁面 橫向測量），以及所構成的A/W比值，可以被計算作為第1A， 1B和1C圖所示的各晶胞之A/W比值。 用於第1A圖所示方形晶胞： A = (Ysb + Yg)2 W = 4 x Ysb 因此 A/W =(Ysb + Yg)2/4 x Ysb 用於第IB圖所示六角形晶胞： A = ^3/2 x (Ysb + Yg)2 W = 2^3 x Ysb 而 A/W = (Ysb + Yg)2/4 x Ysb 最後，用於第1C圖所示鑲條形晶胞：
A = (Ysb + Yg) x Z W = 2 x Z 而 A/W = (Ysb + Yg)/2 或其晶胞間距的一半。Z，其係鑲條晶胞的長度，在公 式A/W中已消除。 從這些公式中彰顯出，該面積/周長比A/W隨晶胞間距 (Ysb + Yg)之減少而降低。第2圖係以曲線圖方式顯示三種 形式的A/W比，係晶胞密度之函數。曲線A代表鑲條形晶胞 的A/W比，曲線B代表具有1微米閘極長度Yg的方形晶胞之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 · 486728
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
A/W比’而曲線C則代表具有0·65微米閘極長度Yg的方形晶 胞之A/W比。4>主意該晶胞密度，其係以每平方对數百萬個 晶胞的方式量測，試圖做晶胞維度之測量，其必須以微影 術程序界定。因此鑲條形晶胞之密度，係構思於方形晶胞 的數目為基礎’該方形晶胞具有—邊的尺寸等於其將佔據 一平方忖的鎮條之寬度。對應晶胞的間距顯示於曲線圖之 頂部，以晶胞密度每平方忖32百萬個晶胞為例，其間距約 為4.5微米。 現有晶胞密度之實際限制係在每平方吋32至40百萬晶 胞數之4，對應晶胞的間距約為4·5微米，而對於方形晶胞 其Yg等於1微米時，A/w比約為144。在一部份當中，此種 限制之發生係因為須在各晶胞内部形成本體接觸區藉以避 免寄生偶極電晶體導電，如第1A-1C圖所示。另一個成因係 必須在各晶胞内部形成深度擴散藉以保護閘極氧化層，如 頒給Bulucea等人的美國專利第5,〇72,266號所描述的。加以 連貫後，這些因素在各晶胞的側面尺寸設置下限，而亦限 制了晶胞的密度。 如第2圖所示，對晶胞密度低於每平方吋32-40百萬個 晶胞時，方形晶胞的面積/周長比係顯著的低於鑲條形晶胞 的面積/周長比。事實上，對鑲條形晶胞需要大約每平方吋8〇 百萬個晶胞的密度，以達到方形晶胞在每平方吋32百萬個 晶胞時的1.44 A/W比。 發明概述 根據本發明，製造一種使用鑲條形幾何結構的槽溝閘
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） *—裝--------訂--------# (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 486728 A7 五、發明說明（4 ) 極式功率金屬氧化物半導體場效電晶體，具有晶胞密度高 達每平方吋178百萬個晶胞。如第2圖所示，這需要大約19 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 微米的晶胞間距。此一縮減的晶胞間距係以在沿「鑲條」 不同位置形成本體接觸區的方式獲得。在一具體例中，本 體接觸區係在鑲條的終端形成；在其他具體例的本體接觸 區則係在沿鑲條的中間段形成，藉以限制電阻式的損失以 及其所造成的在鑲條形晶胞部份的源體與本體間產生的電 壓降。 還有，如在1995年6月2曰提出之美國專利申請案第 〇8/459,555號所描述，其在此全部採納作為參考，閘極氧化 層係由在通過晶格的定期間隔形成深度擴散方式加以保護 〇 使用這些技術，晶胞間距可以縮減至大約1·9微米，因 此以在36%之譜的因數降低面積/周長比。 圖式之簡單說明 本發明的廣義原理由參考下列圖式將有較佳的了解， 其中使用相同標號藉以識別其在結構上或功能上相同的元 件，附圖中： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第ΙΑ、1Β和1C圖分別顯示方形、六角形以及鑲條形幾 何結構之金屬氧化物半導體場效電晶體晶胞之俯視圖。 第2圖係一線圖，顯示在功率金屬氧化物半導體場效電 晶體中面積/周長比A/W係晶胞密度的函數。 第3圖係單一鑲條形金屬氧化物半導體場效電晶體晶胞 以及深度擴散藉以保護閘極氧化層之橫剖面圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 7 486728 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（5) 第4圖係第3圖的金屬氧化物半導體場效電晶體之透視 圖。 第5圖係另一種具體例之透視圖，其中在半導體表面的 薄中心帶改進本體區與上面覆蓋金屬接觸層間的接觸。 第6圖係一具體例的俯視圖，其中二極體晶胞係未間斷 的。 第7圖係一具體例的俯視圖，其中二極體晶胞係由金屬 氧化物半導體場效電晶體晶胞週期性的間斷。 第8圖係根據本發明的金屬氧化物半導體場效電晶體之 橫剖面照片。 第9A-9E圖係說明製造根據本發明的金屬氧化物半導體 場效電晶體之程序。 第10A圖係一具體例之俯視圖，其中本體接觸區係調整 至在錶條形晶胞一端的表面。 第10B圖係一具體例的俯視圖，其中本體接觸區係沿鑲 條形晶胞長度以定期間隔調整至表面。 第10C圖係一具體例的俯視圖，其中本體接觸區沿鑲條 形晶胞之中心包括一薄帶。 第Π圖係第5和10C圖所示金屬氧化物半導體場效電晶 體之詳圖。 第12圖係一線圖，顯示特定導電電阻係呈具有不同晶 胞密度之金屬氧化物半導體場效電晶體的面積/周長比的函 數。 第13圖係一線圖，顯示第π圖所示在半對數紙張所检 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -n ϋ ϋ 1 ·ϋ ·ϋ ϋ I ϋ ϋ I 0 I 1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 486728 A7 B7__ 五、發明說明（6 ) 製之資料。 第14圖係一線圖，顯示特定導電電阻係呈若干不同金 屬氧化物半導體場效電晶體晶胞密度之函數。 第15圖係一線圖’顯不特定導電電阻係呈若干不同金 屬氧化物半導體場效電晶體面積/周長比之函數。 第16圖係一線圖，顯示該特定導電電阻係呈若干金屬 氧化物半導體場效電晶體，其具有每平方吋178百萬個晶胞 的晶胞密度的閘極電壓之函數。 第Π圖顯示功率金屬氧化物半導體場效電晶體晶片之 俯視圖，該晶片包含鑲條形金屬氧化物半導體場效電晶體 晶胞安排成三列。 要注意的是為強調本發明的元件，前述圖式通常並未 按比例尺繪製。 發明之詳細說明 第3圖顯示根據本發明的金屬氧化物半導體場效電晶體 晶胞之橫剖面圖。金屬氧化物半導體場效電晶體晶胞30係 在N-磊晶（epi)層302上形成，其係在N+基板300上成長。晶 胞30係鑲條形且係以相反的閘極區段304A和304B界定在兩 側，閘極區段其係位於N-磊晶層302的頂面所形成的槽溝 内界定在兩側。區段3 04A和3 04B係問極3 04的兩個區段，其 包含複數的類似閘極區段以平行陣列安排，藉以形成對應 的複數的平行鑲條形晶胞。閘極區段304A和304B係以電氣 方式與N-磊晶層302以閘極氧化層306A和306B個別隔離。閘 極區段304A和304B係在金屬氧化物半導體場效電晶體的某 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 9 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 · 486728 ^ in. A7 B7 确无 五、發明説明（） 7 一位置以電氣方式結合在一起。例如’多晶矽層其通常係 使用於形成問極304者，可以被以平行的閘極區段併入某面 積之方式形成。 晶胞30通常具有一長度維度，其平行於閘極區段3〇4A 和304B的長、度’該長度係垂直於閘極區段3〇4A和3〇4B的寬 度維度之至少十倍。在半導體晶片’其中成形有晶胞3〇, 以及其形成有功率金屬氧化物半導體場致電晶體，當與包 含封閉式晶胞（例如，方形或六角形）的晶片，其通常在各平 行於aa片表面之維度之長度有數千個晶胞者相比，其係相 當少數的鑲條形晶胞列（例如’少於十）。以第17圖為例，顯 示功率金屬氧化物半導體場效電晶體晶片之俯視圖，其包 含三列鑲條形金屬氧化物半導體場效電晶體晶胞。通常各 列將包含數千個晶胞。 經濟部智慧財產局員工消旁合作社印製 晶胞3 0包含N+源體區308和P-本體310。電氣接觸係以 N+源體區308利用金屬層312通過在氧化層314的開口達成。 氧化層314通常覆蓋閘極區段304A和304B但在N+源體區308 上方某種距離延伸，以確保金屬層312不致於接觸閘極區段 304A和304B。閘極與源體之短路將使金屬氧化物半導體場 效電晶體失能。 如所了解的，當金屬氧化物半導體場效電晶體導電時 ，電流垂直流過金屬層312和汲體接觸（圖中未顯示），其係 形成於N+基板300的底部間。電流流經的路徑為N+源體區 308、P-本體310、N-蟲晶層302、以及N+基板300。電流流 經位於P-本體鄰近槽溝之通道區，而電流流經通道的流動 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（21〇XM7公釐） 10 486728 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（8 ) ，可以由適當的加偏壓於閘極3〇4予以中斷，因而關閉金屬 氧化物半導體場效電晶體。 亦在第3圖所顯示的係保護式二極體晶胞32，包含前述 所參考的美國專利申請案第08/459,555號的一種深度P+擴散 316。深度P+擴散316與在N_磊晶層3〇2的1^•型材料形成]?]^ 接面。此一 PN接面係當作二極體。金屬層312將深度p+擴散 316(亦即’二極體之-端）連結至金屬氧化物半導體場效電 晶體晶胞30的N+源體區3〇8，如此該二極體與金屬氧化物半 導體場效電晶體晶胞之通道係以並聯方式連接。 深度p+擴散316之作業在降低跨閘極氧化層舰，麵 以及在槽溝角隅之電強度，並限制在槽溝鄰近形成熱載 子。該二極體亦作電壓箝制作業，因而限制跨間極氧化層 之電壓。而二極體晶胞32的阳接面顯示於槽溝底部下方， 這在當二極體崩潰係在金屬氧化物半導體場效電晶體晶胞 3 0崩潰以前的狀況下並不需要。 在-較佳具體例中，橫亙金屬氧化物半導體場效電晶 體代表性圖樣對選定數目之金屬氣化物半導體場效電晶體 晶胞配置有-個保護性二極體晶胞。該每一金屬氧化物半 導體場效電晶體晶胞的二極體晶胞數目，係決定於金屬氧 化物半導體場效電晶體之設計標準。一般而言，例如金屬 氧化物半導體場效電晶體，其係預期更常發生崩潰時，將 需要更大的二極體晶胞的相對應比例。 第6和7圖分別顯示金屬氧化物半導體場效電晶體⑹和 70的俯視圖，其各包含兩個金屬氧化物半導體場效電晶體 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297 5^7^--- -11 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂. 486728 Α7 Β7 五、發明說明（9 ) 晶胞62, 72用於各二極體晶胞64, 74。數字66A_66D以及 76A-76D標示金屬氧化物半導體場效電晶體6〇和7〇的閘極區 段。二極體晶胞64佔據閘極區段66C和66D間的整個面積， 而二極體晶胞74在閘極區段76(：和76D間的面積之一部份中 斷，藉以容許形成額外的金屬氧化物半導體場效電晶體晶 胞78。 回到第3圖，金屬氧化物半導體場效電晶體晶胞3〇亦包 含P+區317緊貼在N+源體區308的下面。與通常用於p-本體 310的攙雜劑濃度的8 x 10i5至7 χ 1〇i7/立方厘米之譜相比，p+ 區317的攙雜劑濃度係在5 X ι〇ΐ8至8 X ι〇ΐ7/立方厘求（大約以 3-4 χ 1〇19/立方厘米為較佳）之譜。然而，異於習常之本體接 觸區’ P+區並未觸及在第3圖平面的磊晶層3〇2的表面。反 而如第4圖所示，第4圖其係未具金屬層312和氧化層314的 金屬氧化物半導體場效電晶體30之透視圖（可以明顯看出， 第3和4圖係以不同比例尺緣製）所示的方式接觸於p+區317 ° P+區317係調整至第3圖平面外側位置的磊晶層3〇2的表面 。此一位置可以在鑲條形晶胞的終端，或如第6圖所示，可 以是沿鑲條形晶胞以階梯形安排的一系列的!>+接觸區。當 金屬層沈積於該結構上時，沿第3圖所示槽溝上面的氧化層 ，N+源體區和p-本體區相互短路。第6圖所示的安排減少p-本體區的電壓降，因此在防止寄生偶極電晶體的導電方面 更為有效。以這種安排，由於本體接觸僅只在特定位置形 成而不是沿整個晶胞的長度，Ysb可以被降低達1·9微米或甚 至更低’容許每平方吋178百萬個晶胞或更高的晶胞密度。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） I ϋ n I 1 i n ϋ I I n I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 12 486728 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（10) 第5圖所示的具體例，甚至更有效的降低在P·本體的電 壓降。金屬氧化物半導體場效電晶體晶胞50， 除了 P+區317 係以P+區M7取代，其額外的容許沿在晶胞中心薄帶達到蟲 晶層302之外’ MOSFET晶胞50在所有方面都類似於金屬氧 化物半導體場效電晶體晶胞3〇。&於薄帶的寬度Yb係大幅 小於正常提供良好本體接觸所需的寬度，薄表面帶之呈現 並不至顯著的影響閘極區段3〇4八和3〇4B間高臺的寬度Ysb 。如以第4圖的具體例，其p+本體接觸區係調整至橫亙閘極 區段304A和304B間的整個高臺表面的面積，可以被定位於 晶胞的終端或週期性的出現在沿晶胞長度的中間段。 第8圖係根據本發明具有19微米間距的金屬氧化物半導 體場效電晶體晶胞的實際照片。槽溝的寬度（¥幻係〇 65微米 ，槽溝間高臺寬度（Ysb)等於1.25微米。氧化層覆蓋閘極槽 溝在高臺上伸展〇·325微米，留有〇·6微米的寬度作為源體/本 體接觸。 雖然根據本發明有為數眾多的程序用以製造金屬氧化 物半導體場效電晶體，第9Α-9Ε圖說明用以製造在第3-5圖 所不之金屬氧化物半導體場效電晶體的舉例性程序。 參考第9Α圖，起點係Ν+基板300，其上係使用既有的 程序成長Ν-蠢晶層302。 厚氧化層930經成長、加罩和餘刻、以及薄氧化層931 係在欲形成深度Ρ+擴散316之結構的頂表面成長。然後深度 Ρ+擴散316經由薄氧化層931在劑量為1 X 1014至7 X 1015/平方 厘米’以及能量為60-100 keV下植入，然後驅入由1至3微米 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 13 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 486728 A7 B7 五、發明說明（11 ) 深度（通常為1.5至2微米）。所構成的結構描述於第9A圖。然 後去除氧化層930和931。 在一種處理的方式中，厚氧化層932經成長並以除了深 度P+擴散316上方以外藉光罩罩蓋去除，並成長薄氧化層933 。薄氧化層933從如第9B圖所示，其欲形成槽溝之結構的一 部份加罩並去除。然後槽溝係以使用已知反應式離子或電 漿乾式蝕刻技術加罩並蝕刻。然後該槽溝經氧化藉以形成 閘極氧化層306A，306B，而多晶石夕經沈積於槽溝内直到其 溢出槽溝頂部為止。然後多晶矽以P0C13預先沈積磷或離子 植入的方式在劑量為5 X 1013至5 X 1015/平方厘米以及能量為 60 keV，指定其片狀電阻為每平方20-70歐姆的狀況下攙雜 。對於P-通道元件，多晶矽係以硼使用離子植入方式攙雜 至片狀電阻為大約每平方40-120歐姆。然後將多晶矽往回蝕 刻直到其係除了加罩保護部份之外與槽溝的表面成平面為 止，如此其可以在後來與金屬接觸。 然後將P-本體310經由薄氧化層933植入（例如，硼的劑 量為5 X 1012至9 X 1013/平方厘米以及能量為40-100 keV，通 常為90 keV)，並在1050° C下驅入3-10小時至深度達2-3微 米。除了攙雜劑係磷之外，類似的方法係使用於P-通道之 製造。所構成的結構描述於第9C圖。 然後N+源體區34使用光罩以及砷或磷離子植入方式導 入（或對P-通道元件使用硼離子植入），其劑量在1 X 1015至1 X 1016/平方厘米以及在能量為20至100 keV。然後進行退火， 藉以修正對晶體的損傷。所構成的結構如第9D圖所示。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂： 14 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 486728 A7 B7 五、發明說明（12 ) 在N+源體植入期間所使用的光罩，除了預定作為源體 區以外，覆蓋所有的面積。因此，參考第4和5圖，N+源體 光罩將覆蓋的面積，其表面將攙雜P+以容許作為接觸至P-本體區。例如，其可以是，如第10A圖所示單一的P+本體接 觸區在鑲條晶胞之只有一端或兩端；其可以是，如第4和10B 圖所示沿鑲條晶胞週期性間隔之P+本體接觸區；或者其可 以是以如第5和10C圖所示沿晶胞長度的P+中心薄帶沿鑲條 晶胞週期性間隔的P+本體接觸區。 在形成N+源體區308以後，在N+源體區308底下形成P+ 區317。這可以由在高能量下（例如，200 keV至2 MeV)，沿 整個鑲條植入硼，如此攙雜劑聚集結束於N+源體區308之下 方。此植入之劑量通常將是由1 X 1014至5 X 1015/平方厘米之 譜。另外，此植入可以在N+源體區308形成以前進行。為了 確保P+攙雜劑不至進入通道區，其將干擾閘流電壓，P+之 植入通常在氧化層314已經沈積於槽溝上面後透過接觸孔進 行。否則，為了 P+之植入將需另加光罩。此項處理描述於 第9E圖。 另外，P+攙雜劑可以在遠更低的（例如，20至60 keV)能 量下，在N+源體區308形成以前植入，而P+攙雜劑則可以驅 入，其達到在已經即將形成的N+源體驅308以下預定深度為 止。 深度P+擴散在P+植入期間並不需加罩，因此額外的P+ 攙雜劑將不會反過來影響二極體晶胞32。 金屬層312係以經由接觸孔，與源體和本體區以及深度 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 . 15 486728 A7 B7 13 五、發明説明（ ;修正 丨福去 P+形成接觸的方式沈積。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 然後晶粒係以SiN或BPSG予以鈍化，並蝕刻出墊罩窗 以利黏合。 第11圖係第5圖所示金屬氧化物半導體場效電晶體晶胞 50之詳圖\說明P+區517將如何形成。虛線522表示該處係 用以形成N+源體區308的光罩之邊緣的位置。「a」字表示該 氧化層314重疊閘極槽溝間的高臺之量。因此，N+源體光罩 之邊緣與槽溝係以a + b的距離間隔。「c」字表示在驅入期 間N+源體區308的側面擴散。假設Ysb係等於1.25微米，N+ 源體光罩與槽溝係間隔0.325微米，氧化層314與高臺重疊 0.225微米。側面擴散c係等於0.16微米。由於金屬氧化物半 導體場效電晶體晶胞50係以高臺中線為中心呈現對稱，下 列公式說明源體/本體的寬度Ysb :
Ysb=2a+2b+2c+d 25 β =(2x0.225 β )+(2χ0.1 β )+(2χ0.16 /ζ )+d d=0.2 β 經濟部智慧財產局員工消贲合作-^印製 因此，假設1.9微米的總間距（Ysb+Yg)，使用設定在中 心P+帶520寬度的上方的維度係0.2微米。金屬接觸（圖中未 顯示）將是0.72微米寬（2b+2c+d)，而與N+源308的接觸將是 0.52微米寬（2b+2c)。金屬接觸開口之窄的寬度（0.72米）將需 求氧化層314保持夠薄，以避免在沈積金屬層314時形成空 洞。 中心P+帶520和覆蓋金屬層兩者之呈現，實質的降低第 5，10C和11圖所示具體例中本體的電壓降之值。然而，若二 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 16 486728 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 方 例 A7 B7 五、發明說明（丨4) 極體晶胞32的崩潰電壓係大幅低於金屬氧化物半導體場效 電晶體晶胞30的崩潰電壓時，可以容許較大的本體電壓降 ’因為在這種狀況下，其寄生偶極電晶體(N+源體區3〇8，扒 本體310和N-蠢晶層302)將會導電的風險降低。若是如此， 第3, 4, 10A和10B圖所示之具體例將是令人滿意的。 本發明的金屬氧化物半導體場效電晶體的另一優點， 係對美國專利第5,468,982號所描述用以防止漏電之通道塊 ，只要有限的需求。在封閉式晶胞安排中，由通道塊所佔 之對應面積，其係位於晶胞之角隅，當晶胞維度減少時會 相對的增加。對鑲條式晶胞安排，通道效應則可予以忽視 第12-16圖描述每平方吋178百萬個晶胞的元件之優點 〇 第12圖顯示特定導電電阻R〇nA(每平方公分毫歐姆）為 面積/周長比的函數。曲線D係表示一種5〇〇安6〇伏的元件具 有晶胞密度由每平料8百萬個晶胞至每平方扣百萬個晶 胞之镨。曲線E係表示-種_安3G伏的元件具有晶胞密度 由每平方吋12百萬個晶胞至每平方吋178百萬個晶胞之譜 曲線F係表示一種300安20伏的元件具有晶胞密度由每平 对12百萬個晶胞至每平方对178百萬個晶胞之譜。在各案q 中閘極電壓係1G伏。顯然在每平方对178百萬各晶胞的元件 中的特^導電電阻在大幅的減少。第13圖顯示以同樣的數 據緣製於半對數紙上，具有曲線G，酬分別與曲線d，邮 相對應。 . I 11 · 11 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂·- 17 486728 A7 B7_ 五、發明說明（15 ) 第14圖顯示導電電阻作為晶胞密度的函數。曲線J係表 示500安60伏元件，曲線K係表示500安30伏元件，而曲線L 則係表示300安30伏元件。再度，閘極電壓仍為10伏。 第15圖顯示導電電阻作為四個模擬的面積/周長比之函 數：曲線Μ係表示500安元件，曲線N係表示300安元件，曲 線0係表示175安元件，而曲線Ρ則係表示125安元件。亦顯 示的係對500安和300安的元件，其確認所模擬的數據所測 量的數據點。 第16圖顯示所模擬的導電電阻作為四個每平方吋178百 萬個晶胞的元件的閘極電壓之函數：曲線Q係表示500安元 件，曲線R係表示300安元件，曲線S係表示175安元件，而 曲線Τ則係表示125安元件。菱形顯示300安元件所測量的數 據點。 同時，還顯示了本發明的某些特定的具體實施案，這 些具體實施案係試圖藉以說明而並非限制。許多根據本發 明的其他不同的具體實施案對業界人士將是明顯的。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 18 486728 A7 B7 五、發明說明（16 ) 元件標號對照 30…金屬氧化物半導體場效電晶體晶胞 50··.金屬氧化物半導體場效電晶體 60.··金屬氧化物半導體場效電晶體 62···金屬氧化物半導體場效電晶體晶胞 64···二極體晶胞 66A_66D·.·閘極區段 70···金屬氧化物半導體場效電晶體 72…金屬氧化物半導體場效電晶體晶胞 74···二極體晶胞 76A-76D...問極區段 78···金屬氧化物半導體場效電晶體晶胞 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 300.. .N+基板 304.. .閘極 304B...閘極區段 306B·.·閘極氧化層 310.. .P-本體 314.··氧化層 317…P+區 520…P+帶 302.··蠢晶層 304A…閘極區段 306A··.閘極氧化層 308.. . N+源體區 312…金屬層 316…P+擴散 517.. .P+區 522.. .虛線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 19

Claims (1)

  1. 48(5728 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 第88108984號申請案申請專利範圍修正本 90.10.16. 1. 一種形成於半導體晶片内的功率金屬氧化物半導體場 效電晶體（MOSFET)，該金屬氧化物半導體場效電晶體 包含： 至少一個金屬氧化物半導體場效電晶體晶胞，該 晶胞係以具有長度和寬度的縱向鑲條的形狀成形，該 鑲條係定位於相反閘極區段間，並具有頂面與該晶片 的表面一致，各該閘極區段係在槽溝内形成，該金屬 氧化物半導體場效電晶體晶胞包含： 一第一導電式源體區，定位於鄰近該頂面的一部 份； 一第二導電式本體區，定位於該源體區下方，該 本體區包含一通道區鄰近該槽溝之壁面； 一第一導電式汲體區鄰近該本體區；以及 一在該本體區内部之重度攙雜區，該重度攙雜區 係屬第二導電式，且具有攙雜劑濃度大於該本體區剩 餘部份之攙雜劑濃度，該重度攙雜區沿該晶胞之長度 伸展’且包括至少一個接觸部份，其伸展至該晶胞之 頂部表面。 2·如申請專利範圍第1項之功率金屬氧化物半導體場效電 晶體’其中該重度攙雜區具有攙雜劑濃度由5 X 1〇18至 8 X 1019/立方厘米。 3·如申請專利範圍第2項之功率金屬氧化物半導體場效電 晶體’其中該本體區具有攙雜劑濃度由8 x 10i5至7 X 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 20 B8 ^^____ gS8 —、山 - ---------—— --- 、申請專利範圍 1〇17/立方厘米。 ’如申請專利範圍第1項之功率金屬氧化物半導體場效電 曰曰體’其中該晶胞具有一長度其至少係該晶胞寬度之 十倍。 5·如申請專利範圍第1項之功率金屬氧化物半導體場效電 曰曰體’包含複數的鑲條式晶胞之列，該列的數目係少 於十。 6_如申睛專利範圍第1項之功率金屬氧化物半導體場效電 曰曰體’其中該接觸部份係位於該晶胞之一端。 7·如申請專利範圍第1項之功率金屬氧化物半導體場效電 晶體’包含複數的接觸部份，其位於沿該晶胞長度間 隔設置。 8·如申請專利範圍第1項之功率金屬氧化物半導體場效電 晶體’其中該接觸部份包含一沿該晶胞長度伸展的帶 ，該帶係位於該閘極區段間的大致等距處。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線赢 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 21
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