专利名称：可减小非阱区结的区域面积的封闭晶胞阵列结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可减小非阱区结的区域面积的封闭晶胞阵列结构，尤指 一种于封闭单元晶胞的转弯角形成未注入源极离子的小窗以减小非阱区结 的区域面积并降低导通电阻的封闭晶胞阵列结构。
背景技术：
在已知技术中，功率金氧半场效晶体管(Power Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)为绝缘栅极单载流子压控元件，具备高 输入阻抗及较快的切换速度，且由于其低导通电阻值、低切换损耗及较宽的 安全工作区，适合应用在中低压功率系统，如转换控制开关(inverter control switching),直流对直流转换器(DC-DC converter)等电源控制电路上。
关于功率金氧半场效晶体管的半导体工艺，已知技术已提出多种晶胞 (Cell)掩模设计，如线型晶胞(Striped Cell)及封闭晶胞(Closed Cell)等。 顾名思义，线型晶胞的架构为线型，相关示意图及立体剖视图如图1及图2 所示。封闭晶胞则是由特定形状的单元所组成，常见的有三角形、方形、六 角形等，例如，图3及图4为方形晶胞的阵列结构示意图及立体剖视图。
比较线型晶胞及封闭晶胞可知，线形晶胞的功率半导体，因栅极面积比 封闭晶胞来得小，因此栅漏电容(Cgd)比较小，使得栅漏电荷(Qgd)也 较小；但因沟道周长(channel width)及结效晶体管(Junction Field Effect Transistor, JFET)区域变小，使得在相同外延(Epitaxial)条件下，导通电 阻比封闭晶胞来得大。相较之下，封闭晶胞的功率半导体虽然在相同外延条 件下，导通电阻可以比线形晶胞来得较低，但因结构在转弯角会形成阱区球 面结(Spherical Junction )，因jt匕耐电压(Blocking Voltage )也会4交J氐。所谓 球面结因方形掩模的遮蔽，使得扩散步骤后，在芯片上弯角会形成球面区域， 而球面区域与柱状区域的结即为球面结。以方形单元晶胞为例，其球面结的 示意图即如图5及图6所示。由于球面区域附近的电场推挤(Electric-Field Crowding)效应较柱状区域附近强，使得封闭晶胞的耐电压较低，而较低耐 电压会造成封闭晶胞无法采用外延浓度较浓的芯片或是注入较浓的JFET离子来进一步降低导通电阻。造成在相同耐电压的要求下，反而线形晶胞可以 达到较低的导通电阻。
发明内容
因此，本发明主要提供 一种可减小非阱区结的区域面积的封闭晶胞阵列 结构。
本发明披露一种可减小非阱区结的区域面积的封闭晶胞阵列结构，包含 有多个封闭单元晶胞，排列于同一平面，该多个封闭单元晶胞的每一封闭单
元晶胞为多边形；以及多个栅极窗，分别形成于该多个封闭单元晶胞的栅极
层中每一封闭单元晶胞的一角，该多个栅极窗中未注入源极离子材料。
图1为已知线型晶胞的架构示意图。
图2为已知线型晶胞的立体剖视图。
图3为方形晶胞的阵列结构示意图。
图4为方形晶胞的立体剖视图。
图5及图6为球面结的示意图。
图7为本发明实施例一封闭晶胞阵列结构的示意图。
图8为图7中一封闭单元晶胞的示意图。
图9及图10为图7的封闭晶胞阵列结构的剖面结构图。
图11为本发明实施例一封闭晶胞阵列结构的示意图。
图12为图11中一封闭单元晶胞的示意图。
附图标记说明
70封闭晶胞阵列结构 80 封闭单元晶胞
A、 B、 C、 D点 GW 栅极窗
具体实施例方式
请参考图7,图7为本发明实施例一封闭晶胞阵列结构70的示意图。封 闭晶胞阵列结构70可减小非阱区结的区域面积，较佳地用于功率金氧半场 效晶体管，其包含有多个封闭单元晶胞80及多个栅极窗GW。请继续参考 图8,图8为单一封闭单元晶胞80的示意图。封闭单元晶胞80的架构类似 图5所示的单元晶胞，不同之处在于本发明是在封闭单元晶胞80的四个角形成4册极窗GW，栅极窗GW未注入源极离子材料。换句话说，在对册极层定
义时，本发明是在封闭单元晶胞80的四个角同时开一小窗(即栅极窗GW)，
并于源极离子注入时以掩模遮住，并不注入源4及离子。
请继续参考图9及图10，图9及图10分别为沿封闭晶胞阵列结构70 中点A、 B及点C、 D的剖面结构图。为简洁说明，图9及图IO中省略了金 属层、保护层等结构。由图10可知，由于栅极窗GW未注入源极离子，因 此，栅极窗GW与原本的非栅极区于后续的阱区离子注入与扩散步骤会同时 形成阱区结，使得在转弯角阱区球面结因与小窗形成的额外阱区结重叠而消 失。如此一来，可降低外延阻值，或是透过增加结效晶体管注入浓度来达成 导通电阻的最优化。同时，因沟道周长(Channel Width)及结效晶体管区域 比线形晶胞大，因此可以得到更低的导通电阻。
除此之外，由于栅极窗GW形成额外的阱区结，使得栅极区域非阱区结 的面积变得比传统封闭晶胞(如图5所示)小，可以达成较小的栅电荷，因 此可以获得极佳的导通电阻与栅电荷的优值。以已知方形单元晶胞为例，若 栅极的宽度为a,栅极间距离为b， f/2为阱区结的横向扩散长度，则已知方 形单元晶胞非阱区结的区域面积为(a+b)、(b+ff+f^7cf/4;线形单元晶胞非 阱区结的区域面积为2(a/2-f/2)(a+b)。相同条件下，在本发明中，若栅极窗 GW的边长为c，则封闭单元晶胞80的非阱区结的区域面积为 4(a/2-f/2)(a+b-c画f)。假设a:12(xm， b = 12(im， c = 9.4|im，而f:3.6(xm，则 已知方形单元晶胞非阱区结的区域面积为335(11112;线形单元晶胞非阱区结 的区域面积为202pm2;而本发明封闭单元晶胞80的非阱区结的区域面积为 185pm2。因此，本发明可有效减小非阱区结的区域面积，以降低栅电荷。
特别注意的是，在图7及图8中，封闭单元晶胞80为方形，实际上， 其它形状的封闭单元晶胞亦可适用本发明。以六边形为例，其对应的封闭晶 胞阵列结构及封闭单元晶胞的示意图如图11及图12所示。
综上所述，本发明是在封闭单元晶胞的转弯角形成未注入源极离子的小 窗，使得在转弯角阱区球面结因与小窗形成的额外阱区结重叠而消失，进而 减小非阱区结的区域面积，以降低栅电荷及导通电阻。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变 化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1. 一种可减小非阱区结的区域面积的封闭晶胞阵列结构，包含有多个封闭单元晶胞，排列于同一平面，该多个封闭单元晶胞的每一封闭单元晶胞为多边形；以及多个栅极窗，分别形成于该多个封闭单元晶胞的栅极层中每一封闭单元晶胞的一角，该多个栅极窗中未注入源极离子材料。
2. 如权利要求1所述的封闭晶胞阵列结构，其中该多个栅极窗的每一栅 极窗与非栅极区于阱区离子注入与扩散步骤时形成阱区结。
3. 如权利要求1所述的封闭晶胞阵列结构，其中该该多个栅极窗的每一 栅极窗是透过掩模形成。
4. 如权利要求1所述的封闭晶胞阵列结构，其中该多个封闭单元晶胞的 每一封闭单元晶胞为四边形。
5. 如权利要求1所述的封闭晶胞阵列结构，其中该多个封闭单元晶胞的 每一封闭单元晶胞为六边形。
6. 如权利要求1所述的封闭晶胞阵列结构，其用于功率金氧半场效晶体管。
全文摘要
本发明公开了一种可减小非阱区结的区域面积的封闭晶胞阵列结构及其用于功率金氧半场效晶体管。该封闭晶胞阵列结构包含有多个封闭单元晶胞，排列于同一平面，该多个封闭单元晶胞的每一封闭单元晶胞为多边形；以及多个栅极窗，分别形成于该多个封闭单元晶胞的栅极层中每一封闭单元晶胞的一角，该多个栅极窗中未注入源极离子材料。
文档编号H01L27/105GK101546764SQ20081008764
公开日2009年9月30日 申请日期2008年3月25日 优先权日2008年3月25日
发明者许修文 申请人:联笙电子股份有限公司