TWI383500B - 功率金氧半導體陣列 - Google Patents

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Description

功率金氧半導體陣列
本發明是有關於一種功率金氧半導體陣列的結構，且特別是有關於一種位於閘極墊下方的功率金氧半導體陣列的結構。
功率金氧半導體可做為高電壓元件，其目前可應用之操作電壓可達四千五百伏特以上，主要用作開關裝置。一般金氧半導體都是平面式(planar)的結構，電晶體內的各端點離晶片表面只有幾個微米的距離。而所有的功率元件都是垂直式(vertical)的結構，讓元件可同時承受高電壓與高電流。功率金氧半導體可承載的電壓與雜質摻雜濃度及n－type磊晶層厚度有關，而能通過的電流則和元件的通道寬度有關，通道越寬則能容納越多電流。在固定通道大小下，則直接與通道密度成正比。一般來說，習知技術以縮小基本元件間距離的方式來增加通道密度。當電晶體體積縮小時，不但能節省空間也能夠降低成本。因此，業界亟需縮小功率金氧半導體陣列體積的方法。
金氧半導體陣列基本元件包括基底、磊晶層、源極區、閘極、源極墊、以及閘極墊等。習知技術將源極墊置於功率金氧半導體陣列之上方與源極區連接，而閘極墊則位於陣列之旁側與閘極連接。閘極墊下方為閒置空間，未能充分利用。因此，業界亟需一種可善用閘極墊下方空間，使陣列體積縮小，增加元件積集度的方法。
本發明的目的之一就是在提供一種功率金氧半導體陣列的結構，可以將功率金氧半導體陣列置於閘極墊下方，善用閘極墊下方空間，增加元件積集度。
本發明的再一目的是提供一種功率金氧半導體陣列對的結構，可以將置於閘極墊下方之功率金氧半導體陣列與習知置於源極墊下方之功率金氧半導體陣列連結成對，共用同一閘極墊與源極墊，節省陣列對之體積，增加元件的積集度。
本發明提出一種功率金氧半導體陣列的結構，此結構係將閘極墊置於功率金氧半導體陣列上方。此功率金氧半導體陣列，包括基底、磊晶層、複數個閘極、源極區、閘極墊。其中基底作為汲極，且基底上有元件區。而磊晶層位於基底上，複數個閘極則位於元件區中的磊晶層上，而閘極彼此互相電性絕緣。源極區位於閘極之間的磊晶層上，其中源極區與閘極組成功率金氧半導體陣列。而閘極墊位於功率金氧半導體陣列上方，其中閘極墊與閘極電性連接。
依照本發明的較佳實施例所述閘極墊與磊晶層之間有絕緣層，且絕緣層覆蓋源極區，並且絕緣層具有複數個閘極接觸窗開口，分別裸露出閘極。
依照本發明的較佳實施例所述閘極墊經由閘極接觸窗開口分別電性連接閘極。
依照本發明的較佳實施例所述基底還包括電路連結區，且絕緣層於電路連結區具有複數個源極接觸窗開口以裸露出部分源極區。
依照本發明的較佳實施例所述源極墊位於基底上方的非閘極墊區域。
依照本發明的較佳實施例所述源極墊經由源極接觸窗開口與源極電性連接。
本發明提出一種功率金氧半導體陣列對的結構，藉由電路連結區連結，使兩個功率金氧半導體陣列，可共用同一閘極墊及源極墊。此功率金氧半導體陣列對，包括基底、磊晶層、源極區、閘極區、閘極墊以及源極墊。其中基底具有第一元件區、第二元件區以及電路連結區，而位於第一元件區的部份基底作為第一汲極，位於第二元件區的部份基底作為第二汲極。而磊晶層位於基底上，複數個第一閘極位於第一元件區的磊晶層上，其中第一閘極彼此互相電性絕緣。第一源極區則位於第一閘極之間的磊晶層上，而第一源極區與上述第一閘極組成第一功率金氧半導體陣列。而複數個第二源極區，配置在磊晶層上，其中第二源極區之間互相電性絕緣。而第二閘極則位於第二源極區之間的磊晶層上，第二閘極與第二源極區組成第二功率金氧半導體陣列。其中，閘極墊位於第一功率金氧半導體陣列正上方，閘極墊與第一閘極電性連接，且經由電路連結區與於第二元件區中的第二閘極電性連接。而源極墊則位於第二功率金氧半導體陣列正上方，其中源極墊與第二源極區電性連接，且經由電路連結區與第一元件區中的第一源極電性連接。
依照本發明的較佳實施例所述電路連結區位於第一元件區與第二元件區之間。
依照本發明的較佳實施例所述閘極墊與磊晶層之間有絕緣層。
依照本發明的較佳實施例所述第一元件區中，絕緣層覆蓋第一源極區，並且絕緣層具有複數個第一閘極接觸窗開口，分別裸露出第一閘極。
依照本發明的較佳實施例所述閘極墊經由第一閘極接觸窗開口分別電性連接第一閘極。
依照本發明的較佳實施例所述第二元件區中，絕緣層覆蓋第二閘極，並且絕緣層具有複數個第一源極接觸窗開口，分別裸露出第二源極區。
依照本發明的較佳實施例所述源極墊經由第一源極接觸窗開口，分別電性連接第二源極區。
依照本發明的較佳實施例所述絕緣層於電路連結區具有複數個第二閘極接觸窗開口與複數個第二源極接觸窗開口，分別裸露出部分第二閘極與該第一源極區。
依照本發明的較佳實施例所述源極墊經由位於電路連接區中的第二源極接觸窗開口與第一源極區電性連接。
依照本發明的較佳實施例所述閘極墊經由位於電路連接區中的第二閘極接觸窗開口與第二閘極電性連接。
本發明因將金氧半導體陣列置於閘極墊下方，善用閘極墊下方原本閒置的空間，增加元件的積集度。且採用電路連結區，使位於閘極墊下方之金氧半導體陣列可與習知位於源極墊下方之金氧半導體陣列組成陣列對，可共用同一閘極墊與源極墊，縮小陣列對之體積，使功率金氧半導體陣列應用之範圍更廣。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖1A是依照本發明一實施例之功率金氧半導體陣列的上視圖。圖1B為圖1A沿線I－I’之剖面簡圖。
請參照圖1A及圖1B，本發明之功率金氧半導體陣列包含一基底100、一磊晶層102、複數個閘極104、複數個源極區106、一閘極墊110以及一源極墊120。
其中，基底100有一元件區100a、一電路連結區100b以及一源極墊區100c。磊晶層102位於基底100上方。於此功率金氧半導體陣列中，基底100作為汲極。又，以N型功率金氧半導體為例，基底100之導電型例如是N型，而磊晶層102之導電型為P型。
請參照圖1A與圖1B，而複數個閘極104位於元件區100a中的磊晶層102上。其中，位於磊晶層102上的閘極104彼此之間相互電性絕緣。而在閘極104之間的磊晶層102上，佈置有一源極區106，且源極區106部份延伸至電路連結區100b。此源極區106與閘極104共同組成一功率金氧半導體陣列114(如圖1A中所示)。以N型功率金氧半導體為例，當基底100之導電型例如是N型，且磊晶層102之導電型為P型，則源極區106之導電型為N型。
在基底100的上方還包括一絕緣層108，此絕緣層108覆蓋元件區100a以及電路連結區100b，並且絕緣層108於元件區100a中具有分別裸露閘極104的複數個閘極接觸窗開口112。同時，絕緣層108於電路連結區100b中具有裸露源極區106的複數個源極接觸窗開口118。另外，絕緣層108的材質例如是氧化矽、氮化矽、或氮氧化矽等。而閘極墊110則位於基底100中元件區110a上方的絕緣層上，而閘極墊110經由絕緣層108中的閘極接觸窗開口112與閘極104分別電性接觸。亦即，閘極墊110位於功率金氧半導體陣列114上方並且覆蓋功率金氧半導體陣列114。
繼之，此功率金氧半導體陣列114還包括一源極墊120，此源極墊120位於基底100的非閘極墊110的區域上方，亦即源極墊區100c上方。源極墊120覆蓋源極墊區100c，並且覆蓋部分電路連結區100b。又，源極墊120經由位於電路連結區100b中的絕緣層108中的源極接觸窗開口118，與源極106形成電性連接。
圖2A是依照本發明一實施例之功率金氧半導體陣列對的上視圖。圖2B為圖2A沿線II－II’之剖面簡圖。
請參照圖2A，本發明之功率金氧半導體陣列對位於一基底200上，並且包括一磊晶層202、數個第一閘極204、一第一源極206、數個第二源極208、一第二閘極210、一閘極墊222以及一源極墊224，此基底200具有一第一元件區200a與一第二元件區200b以及一電路連結區200c。其中，電路連結區200c位於第一元件區200a與第二元件區200b之間。另外，位於第一元件區200a中的部份基底200作為一第一汲極，而位於第二元件區200b中的部份基底200作為一第二汲極。
請參照圖2A與圖2B，磊晶層202位於基底200上，而第一元件區200a中的部份磊晶層202上有複數個第一閘極204，其中第一閘極204彼此之間互相電性絕緣。而第一閘極之間的磊晶層202上，佈置有一第一源極區206。此第一源極區206例如是磊晶層202的一部份，亦即是藉由離子植入法將第一閘極202所裸露的部份磊晶層202轉換成做為第一源極區206的一摻雜區。此外，第一源極區206部份延伸至第一元件區200a與第二元件區200b之間的電路連結區200c中。值得注意的是，第一源極區206與第一閘極204組成一第一功率金氧半導體陣列220。
在第二元件區200b中，與第一閘極202以及第一源極區206同一水平高度的部份磊晶層202上，配置複數個第二源極區208，且第二源極區208之間互相電性絕緣。而第二源極區208之間所裸露的磊晶層202上，配置一第二閘極210。此外，第二閘極210部份延伸至第一元件區200a與第二元件區200b之間的電路連結區200c中。上述第二源極區208例如是磊晶層202的一部份，亦即是藉由離子植入法於磊晶層202中形成做為第二源極區208的複數個摻雜區。值得注意的是，第二源極區208與第二閘極210組成一第二功率金氧半導體陣列240。
一絕緣層212覆蓋基底200，此絕緣層212之材質例如是氧化矽、氮化矽、或氮氧化矽等。其中，於第一元件區200a中的部分絕緣層212絕緣層覆蓋第一源極區206，並且絕緣層212於第一元件區200a具有複數個第一閘極接觸窗開口212a，第一閘極接觸窗開口212a分別裸露出第一閘極204。另外，於第二元件區200b中，絕緣層212覆蓋第二閘極210，並且於第二源件區200b中，絕緣層212具有複數個第一源極接觸窗開口212b，分別裸露出第二源極區208。
再者，於電路連結區200c中，絕緣層212具有複數個第二閘極接觸窗開口212c與複數個第二源極接觸窗開口212d，分別裸露出位於電路連結區200c中的部分第二閘極210與第一源極區206。
繼之，請參照圖2A與圖2B，一閘極墊222位於第一功率金氧半導體陣列220的正上方。其中，閘極墊222經由絕緣層212中的第一閘極接觸窗開口212a與第一元件區200a中的第一閘極204電性連接。同時，在第二元件區200b中的第二閘極210經由電路連結區200c中的絕緣層212中的第二閘極接觸窗開口212c與閘極墊222電性連接。
同時，一源極墊224位於第二功率金氧半導體陣列240的正上方。其中源極墊224經由絕緣層212中的第一源極接觸窗開口212b與位於第二元件區200b中的第二源極區208電性連接。且於第一元件區200a中的第一源極206經由該電路連結區200c中絕緣層212的第二源極接觸窗開口212d與源極墊224電性連接。
綜上所述，本發明因將金氧半導體陣列配置於閘極墊下方，提高單位面積裡金氧半導體的配置數量，因而增加元件的積集度。此外，利用電路連結區，使位於閘極墊下方之金氧半導體陣列可與非陣列上方的源極墊電路連結。另一方面，同樣透過電路連結區，位於閘極墊下方之金氧半導體陣列可與位於源極墊下方之金氧半導體陣列組成陣列對，共同使用同一閘極墊與源極墊。如此一來，可縮小陣列對之體積，提高積集度，使功率金氧半導體陣列可應用之範圍更廣。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、200．．．基底
100a．．．元件區
100b、200c．．．電路連結區
100c．．．源極墊區
102、202．．．磊晶層
104．．．閘極
106．．．源極區
108、212．．．絕緣層
110、222．．．閘極墊
112．．．閘極接觸窗開口
114．．．功率金氧半導體陣列
118．．．源極接觸窗開口
120、224．．．源極墊
200a．．．第一元件區
200b．．．第二元件區
204．．．第一閘極
206．．．第一源極區
208．．．第二源極區
210．．．第二閘極
212a．．．第一閘極接觸窗開口
212b．．．第一源極接觸窗開口
212c．．．第二閘極接觸窗開口
212d．．．第二源極接觸窗開口
220．．．第一功率金氧半導體陣列
240．．．第二功率金氧半導體陣列
圖1A是依照本發明一實施例之功率金氧半導體陣列的上視圖。
圖1B為圖1A沿線I－I’之剖面簡圖。
圖2A是依照本發明一實施例之功率金氧半導體陣列對的上視圖。
圖2B為圖2A沿線II－II’之剖面簡圖。
100．．．基底
102．．．磊晶層
104．．．閘極
106．．．源極區
108．．．絕緣層
110．．．閘極墊
112．．．閘極接觸窗開口

Claims (16)

  1. 一種功率金氧半導體陣列，包括：一基底，作為一汲極，其中該基底具有一元件區；一磊晶層，位於該基底上；複數個閘極位於該元件區中的磊晶層上，其中該些閘極彼此互相電性絕緣；一源極區，位於該些閘極之間的磊晶層上，其中該源極區與該些閘極組成一功率金氧半導體陣列；以及一閘極墊位於該功率金氧半導體陣列上方，其中該閘極墊與該些閘極電性連接。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之功率金氧半導體陣列，其中該閘極墊與該磊晶層之間有一絕緣層，且該絕緣層覆蓋該源極區，並且該絕緣層具有複數個閘極接觸窗開口，分別裸露出該些閘極。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之功率金氧半導體陣列，其中該閘極墊經由該些閘極接觸窗開口分別電性連接該些閘極。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之功率金氧半導體陣列，其中該基底更包括一電路連結區，且該絕緣層於該電路連結區具有複數個源極接觸窗開口以裸露出部分該源極區。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之功率金氧半導體陣列，更包括一源極墊位於該基底上方的非該閘極墊區域。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之功率金氧半導體陣列，其中該源極墊經由該些源極接觸窗開口與該源極電性連接。
  7. 一種功率金氧半導體陣列對，包括：一基底，其中該基底具有一第一元件區、一第二元件區以及一電路連結區，而位於該第一元件區的部份該基底作為一第一汲極，位於該第二元件區的部份該基底作為一第二汲極；一磊晶層，位於該基底上；複數個第一閘極位於該第一元件區的該磊晶層上，其中該些第一閘極彼此互相電性絕緣；一第一源極區，位於該些第一閘極之間的磊晶層上，其中該第一源極區與該些第一閘極組成一第一功率金氧半導體陣列；複數個第二源極區，配置在該第二元件區的該磊晶層上，其中該些第二源極區之間互相電性絕緣；一第二閘極，位於該些第二源極區之間的磊晶層上，其中該第二閘極與該些第二源極區組成一第二功率金氧半導體陣列；一閘極墊位於該第一功率金氧半導體陣列正上方，其中該閘極墊與該些第一閘極電性連接，且於該第二元件區中的該第二閘極經由該電路連結區與該閘極墊電性連接；以及一源極墊位於該第二功率金氧半導體陣列正上方，其中該源極墊與該些第二源極區電性連接，且於該第一元件區中的該第一源極經由該電路連結區與該源極墊電性連接。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之功率金氧半導體陣列對，其中該電路連結區位於該第一元件區與該第二元件區之間。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之功率金氧半導體陣列對，其中該閘極墊與該磊晶層之間有一絕緣層。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之功率金氧半導體陣列對，其中於該第一元件區中，該絕緣層覆蓋該第一源極區，並且該絕緣層具有複數個第一閘極接觸窗開口，分別裸露出該些第一閘極。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之功率金氧半導體陣列對，其中該閘極墊經由該些第一閘極接觸窗開口分別電性連接該些第一閘極。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之功率金氧半導體陣列對，其中於該第二元件區中，該絕緣層覆蓋該第二閘極，並且該絕緣層具有複數個第一源極接觸窗開口，分別裸露出該些第二源極區。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之功率金氧半導體陣列對，其中該源極墊經由該些第一源極接觸窗開口，分別電性連接該些第二源極區。
  14. 如申請專利範圍第7項所述之功率金氧半導體陣列對，其中該絕緣層於該電路連結區具有複數個第二閘極接觸窗開口與複數個第二源極接觸窗開口，分別裸露出部分該第二閘極與該第一源極區。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之功率金氧半導體陣列對，其中該源極墊經由位於該電路連接區中的該些第二源極接觸窗開口與該第一源極區電性連接。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之功率金氧半導體陣列對，其中該閘極墊經由位於該電路連結區中的該些第二閘極接觸窗開口與該第二閘極電性連接。
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