[发明专利]线型架构的功率半导体元件

说明书

技术领域

本发明有关于一种功率半导体元件，特别是关于一种线型架构的功率半导体元件。

背景技术

功率半导体元件具有低切换耗损与驱动电路简单的优势，搭配快速发展的半导体工艺技术，如今已成为电源控制的一个重要产品。功率半导体元件可依其通道(channel)位置的不同区分为沟槽式(trench)闸极与平面式闸极两种。沟槽式闸极功率半导体结构的通道是沿着垂直晶片表面的方向，而平面式闸极功率半导体结构的通道则是沿着晶片表面的方向。其次，功率半导体元件亦可依其晶胞设计方式的不同区分为方型(squared cell)与线型(Striped cell)两种。此二种晶胞设计各有其优缺点。一般而言，方型晶胞的设计可获得较低的导通电阻，线型晶胞则可提供较佳的米勒电容。

图1A为一典型功率半导体元件的外观示意图。如图1A所示，此功率半导体元件的上表面具有闸极金属垫G与源极金属垫S，此功率半导体元件的下表面另具有一汲极金属垫(图未示)。此功率半导体元件的上表面可区分为活动区域(active area)A1与终端区域(termination area)A2。多个功率半导体单元(晶胞)位于此活动区域A1内。

图1B与图1C为此功率半导体元件的活动区域A1的示意图。图1B与图1C是以线型晶胞功率半导体元件为例，并省略位于最上方闸极金属垫G与源极金属垫S，以显示位于活动区域内的线型晶胞。如图1B所示，在活动区域A1内具有多个长条状闸极导电结构12，各个长条状闸极导电结构12对应至一个功率半导体晶胞。此功率半导体元件并具有环状导电结构22，其环绕活动区域A1。各个长条状闸极导电结构12的两端连接至环状导电结构22，以取得运作所需的闸极电位。图1C显示由图1A的导电结构(包括长条状闸极导电结构12与环状导电结构22)所定义出来的本体掺杂区14的分布状态。需说明的是，由于长条状闸极导电结构12的存在，活动区域A1内本体掺杂区会被切割成多个长条状本体掺杂区14，这些长条状本体掺杂区14的端部与邻近的掺杂区24间隔t1至t2不等的距离，因而导致在活动区域A1的周围产生不均匀的电场分布，使得功率半导体元件的效能变差。

图1D与图1E则是此功率半导体元件的终端区域A2的示意图。图中亦省略位于晶片最上方闸极金属垫G与源极金属垫S。如图1D与图1E所示，在功率半导体元件的终端区域A2内具有保护环结构，以提升功率半导体元件的崩溃电压。此保护环结构包括多晶硅终端图案。此多晶硅终端图案包括多晶硅闸极汇流排26与多个环状导电结构22。这些环状导电结构22由多晶硅闸极汇流排26的两侧向外延伸环绕活动区域A1。此多晶硅终端图案并在基材内定义出多个环状掺杂区24，依序环绕活动区域A1。需说明的是，由于多晶硅闸极汇流排26的存在，使得各个环状掺杂区在对应于多晶硅闸极汇流排26处会产生缺口，因而影响保护环结构对于电压的耐受能力，导致功率半导体元件所能承受的崩溃电压变小。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种线型架构的功率半导体元件，由此解决现有技术所述及的问题。

本发明的主要目的是提供一种线型架构的功率半导体元件，以解决传统线型架构的功率半导体元件的活动区域周围电场分布不均匀所造成的问题。

本发明的另一目的是提供一种线型架构的功率半导体元件，以解决传统功率半导体元件的终端区域内，因为多晶硅闸极汇流排的存在而导致环状掺杂区产生缺口，进而影响保护环结构的耐受电压的问题。

本发明提出一种线型架构的功率半导体元件。该功率半导体元件包括一基材、多个线型(striped)功率半导体晶胞与一保护环结构。该基材的一表面定义有一活动区域(active area)与一终端区域(termination area)，终端区域位于活动区域的外侧。线型功率半导体晶胞排列于活动区域内。各个线型功率半导体晶胞分别包括一长条状闸极导电结构。保护环结构位于终端区域内，并且包括至少一环状导电结构。此环状导电结构环绕这些线型功率半导体晶胞。至少一个长条状闸极导电结构与位于最内侧的环状导电结构相分离。

在本发明的一实施例中，环状导电结构与该些长条状闸极导电结构位于同一个导电层。

在本发明的一实施例中，各长条状闸极导电结构通过一闸极金属垫电性连接该终端区域的最内侧的环状导电结构。

在本发明的一实施例中，长条状闸极导电结构是一沟槽式闸极导电结构，长条状闸极导电结构是一平面式闸极导电结构。