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