专利名称：功率金氧半导体场效晶体管的制作方法
技术领域：
本实用新型是有关于一种功率金氧半导体场效晶体管(Power M0SFET)，且特别是有关于一种能提升击穿电压(breakdown voltage)的功率金氧半导体场效晶体管。
背景技术：
功率金氧半导体场效晶体管主要是应用在切换(power switch)元件，如各项电源管理装置中提供电源开关切换之用。一般而言，功率金氧半导体场效晶体管的终端区100为了维持元件周围终端的崩溃击穿电压，会在终端区内设置多个浮置的沟渠式导电环102，如图I所示，美国专利US6462379和美国专利公开号US2008/0179662都有类似公开。不过随着功率金氧半导体场效晶体管的积集度的日益提升，功率金氧半导体场效晶体管的尺寸亦随之缩小。因此，如何在元件缩小的情形下，维持甚至是提升原本的崩溃击穿电压，已成为业者极为重视的议题之一。
实用新型内容本实用新型提供一种功率金氧半导体场效晶体管，能提升击穿电压。本实用新型另提供一种功率金氧半导体场效晶体管，能缩减元件中终端区的面积。本实用新型提出一种功率金氧半导体场效晶体管，具有一有源区、一栅极母线(gate bus)区以及一终端区。这种功率金氧半导体场效晶体管包括一基板、位于基板中的数个导电沟渠、配置在基板内的数个阱区、以及配置在导电沟渠的表面的一介电层。所述功率金氧半导体场效晶体管还包括至少一终端结构，其包括至少一个上述导电沟渠、多个配置在终端区内并借助于导电沟渠互相电性隔离的所述阱区、一场效电板、一接触栓塞与一重掺杂区。场效电板配置在终端区内的所述导电沟渠与所述阱区上，其中场效电板是由一电板金属与上述介电层所构成。接触栓塞则穿过介电层连接电板金属与一个阱区，使电板金属通过接触栓塞而与被连接的阱区等电位。而阱区与导电沟渠借助于上述介电层而与电板金属电性耦合。重掺杂区介于接触栓塞与被连接的阱区之间。在本实用新型的一实施例中，上述基板如为η型基板、阱区为P型阱区以及重掺杂区为P+区。在本实用新型的一实施例中，上述基板如为P型基板、阱区为η型阱区以及重掺杂区为η+区。在本实用新型的一实施例中，上述接触栓塞所连接的阱区横跨终端区、栅极母线区与有源区。在本实用新型的一实施例中，上述终端结构的所述阱区越靠近有源区者，其电位越低；而越远离有源区者，其电位越高。接触栓塞所连接的阱区例如是终端结构的所述阱区中电位最低者。[0012]在本实用新型的一实施例中，上述至少一终端结构的数量大于I。在本实用新型的一实施例中，上述功率金氧半导体场效晶体管还可包括一封环区包围终端结构。在本实用新型的一实施例中，上述导电沟渠包括位于终端结构与栅极母线区之间的基板中。在本实用新型的一实施例中，上述导电沟渠包括位于终端结构以外的基板中。在本实用新型的一实施例中，上述功率金氧半导体场效晶体管还可包括多个掺杂区，配置在阱区与介电层之间，其中位于有源区内的上述掺杂区作为源极掺杂区。本实用新型提出另一种功率金氧半导体场效晶体管，具有一有源区、一栅极母线 区以及一终端区。这种功率金氧半导体场效晶体管包括一基板、位于基板中的数个导电沟渠、配置在基板内的数个阱区、以及配置在导电沟渠的表面的一介电层。所述功率金氧半导体场效晶体管还包括一个第一终端结构与至少一个第二终端结构。第一终端结构包括位于栅极母线区内的一沟渠式栅极、位于沟渠式栅极旁的至少一个导电沟渠、借助于导电沟渠互相电性隔离的多个阱区、一第一场效电板与一第一接触栓塞。第二终端结构包括至少一个导电沟渠、多个配置在终端区内并借助于导电沟渠互相电性隔离的阱区、一第二场效电板、一第二接触栓塞与一重掺杂区。上述第一场效电板配置在沟渠式栅极、导电沟渠与阱区上，其中第一场效电板是由一第一电板金属与所述介电层所构成。第一接触栓塞则穿过介电层连接第一电板金属与上述沟渠式栅极使两者等电位。上述阱区与导电沟渠借助于上述介电层而与第一电板金属电性耦合。上述第二场效电板配置在未被第一电板金属覆盖的阱区与导电沟渠上，其中第二场效电板是由一第二电板金属与所述介电层所构成。第二接触栓塞穿过介电层连接第二电板金属与一个阱区，使第二电板金属通过第二接触栓塞而与被连接的阱区等电位。至于重掺杂区是介于第二接触栓塞与被连接的阱区之间。在本实用新型的另一实施例中，上述基板如为η型基板、阱区为P型阱区以及重掺杂区为P+区。在本实用新型的另一实施例中，上述基板如为P型基板、阱区为η型阱区以及重掺杂区为η+区。在本实用新型的另一实施例中，上述第二终端结构的所述阱区越靠近有源区者，其电位越低；而越远离有源区者，其电位越高。在本实用新型的另一实施例中，上述第二接触栓塞所连接的阱区例如是第二终端结构的所述阱区中电位最低者。在本实用新型的另一实施例中，上述第二终端结构的数量大于I。在本实用新型的另一实施例中，上述功率金氧半导体场效晶体管还可包括多个掺杂区，配置在阱区与介电层之间，其中位于有源区内的掺杂区作为源极掺杂区。在本实用新型的另一实施例中，上述功率金氧半导体场效晶体管还可包括一封环区包围第一与第二终端结构。基于上述，本实用新型的功率金氧半导体场效晶体管借助于终端结构中的场效电板的低电位与底下浮置的导电沟渠和阱区，在其间的介电层内形成电容(capacitor)，而导致讲区的耗尽区(depletion region)扩大,进一步提升击穿电压。另外，本实用新型的功率金氧半导体场效晶体管中的终端结构还能与栅极母线区的沟渠式栅极相结合，进而缩减元件中终端区的面积。为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
图I为现有的一种功率金氧半导体场效晶体管的终端区的示意图；图2A为依照本实用新型的第一实施例的一种功率金氧半导体场效晶体管的部分俯视图；图2B为图2A的A_A’线段的剖面示意图；图3为图2B的耗尽区位置图；图4、图5与图6为图2B的三种变化例示意图；图7为图6的一种变化例示意图；图8为图2B的又一种变化例示意图；图9A 图9D为图8的几种不同的封环区示意图；图10为依照本实用新型的第二实施例的一种功率金氧半导体场效晶体管的剖面示意图；图11为图10的一种变化例示意图。附图标记说明100,206,1006 :终端区；102:沟渠式导电环；200、1000 :功率金氧半导体场效晶体管；202、1002 :有源区；204、1004 :栅极母线区；208、1008 :基板；210、908、1010a、1010b :导电沟渠；211 :氧化层；212a e、1012a h :阱区；214 :表面；216、1014 :介电层；218 :终端结构；1016 :第一终端结构；220、1022、1028 :场效电板；222,1024,1030 :接触栓塞；223:阻障层；224、1032 :重掺杂区；226、1026、1034 电板金属；228 :漏极；230 :栅极金属；232 :栅栓塞；[0059]234、1020 :沟渠式栅极；236 :源极金属；238 :源极掺杂区；240 :源极栓塞；241 :接触窗；700、1100 :掺杂区；800 :封环区；900:导电封环； 902 :封环栓塞；904 :重掺杂区；906 n+ 区；1018 :第二终端结构；W :耗尽区宽度；VDrain :漏极电压。
具体实施方式
图2A是依照本实用新型的第一实施例的一种功率金氧半导体场效晶体管的部分俯视图；图2B是图2A的A-A’线段的首I]面不意图。请参照图2A，第一实施例的功率金氧半导体场效晶体管200具有一有源区202、一栅极母线区204以及一终端区206。一般而言，有源区202位于整个功率金氧半导体场效晶体管200的中央部位，栅极母线区204位于有源区202的侧边，而终端区206围绕着有源区202和栅极母线区204配置，因此本实用新型的图式仅显示一部分的构件，且省略的部分可根据现有技术推知。在图2A与图2B中，功率金氧半导体场效晶体管200包括一基板208、位于基板208中的数个导电沟渠210、配置在基板208内的数个阱区212a e以及配置在导电沟渠210的表面214的一介电层216。所述的导电沟渠210譬如是由氧化层211和填入沟渠中的多晶硅或金属所构成的结构，当然本实用新型并不限于此。第一实施例的功率金氧半导体场效晶体管200还有一终端结构218,包括位于终端区206内的导电沟渠210、配置在终端区206内并借助于导电沟渠210互相电性隔离的阱区212b e、一场效电板220、一接触栓塞222与一重掺杂区224。场效电板220配置在终端区206的导电沟渠210与阱区212b e上，其中场效电板220是由一电板金属226 (如铝、招铜合金、AlCu、AlCuSi> Ni/Ag、Al/NiAu、AlCu/NiAu、AlCuSi/NiAu 等)与介电层 216 (如氧化物)所构成。接触栓塞222则穿过介电层216连接电板金属226与一个阱区212b，使电板金属226通过这个接触栓塞222而与阱区212b等电位。重掺杂区224则是介于接触栓塞222与被连接的阱区212b之间。此外，在场效电板220与接触栓塞222下方通常设有阻障层223 (如Ti/TiN)。当基板208为η型基板,则阱区212a e为p型阱区以及重掺杂区224为p+区；基板208背面可设置η+漏极(drain) 228。反之，当基板208为p型基板，则阱区212a e为η型阱区以及重掺杂区224为η+区；基板208背面可设置ρ+漏极228。在栅极母线区204则有栅极金属230、栅栓塞232和作为沟渠式栅极234的一个导电沟渠。以上阱区212a e可细分为位于有源区202的阱区212a ;横跨终端区206、栅极母线区204与有源区206的阱区212b ;位于终端区且互相隔离的阱区212c e，其电位对应关系为 V(212a) = V(212b) < V(212c) < V(212d) < V(212e)，即越靠近有源区 202 的阱区，其电位越低；越远离有源区202的阱区，其电位越高。所以，接触栓塞222所连接的阱区212b为终端结构218的阱区212b e中电位最低者。栅极母线区204则有栅极金属230、栅栓塞232和沟渠式栅极234。所述的沟渠式栅极234譬如由氧化层211和填入沟渠中的多晶硅或金属所构成的结构，当然本实用新型并不限于此。在图2A与图2B中还显示出一般的有源区202内的构件，如源极金属236、源极掺杂区238、源极栓塞240和接触窗241。由于阱区212b设有接触窗241与源极金属236等电位，故电板金属226通过接触栓塞222连接阱区212b而与源极金属236三者等电位。当漏极电压VDrain = VR > OV且有源区202的源极电压接地(GND)时，由于电板 金属226与源极金属236等电位、各个阱区212c e与终端结构218的导电沟渠210均浮置，所以电板金属226会与阱区212c e和导电沟渠210在介电层216内形成电容，请见图3。换言之,讲区212c e与导电沟渠210会借助于介电层216与电板金属226电性率禹合(electrically coupling)。在图3中，由于介电层216内形成电容，库伦力作用下会导致阱区212c e的空穴越往表面移动，使阱区212c e的耗尽区往上移(图3中以虚线表示耗尽区的边缘)。如此一来，终端区206内的耗尽区宽度W会扩大，且根据底下公式可知，当耗尽区宽度W增力口，则VR也会随之增加，因而提升击穿电压。W = < 2gS (匕 +4) Na+Nd >
I ^ L NaNd JJ上式中的ε s是指半导体的介电系数(permittivity) ;e是指电子电荷(electronic charge) ;Vbi 是指内建位能障(built-in potential barrier) ;VR 是指反向偏压(reverse-bias)电压。Na与Nd则分别是阱区212a e与基板208的掺杂浓度。图4、图5与图6是图2B的三种变化例示意图，并且使用与图2B相同的元件符号代表相同的构件。在图4中，在终端区206的导电沟渠210除了被电板金属226覆盖，还包括至少一个导电沟渠210位于终端结构218与栅极母线区204之间的基板208中。在图5中，在终端区206的导电沟渠210除了被电板金属226覆盖，还包括至少一个导电沟渠210位于终端结构218以外的基板208中。在图6中，终端结构218的数量是2个，当然本实用新型并不限于此。终端结构218的数量可依照元件设计需求增加。图7是图6的一种变化例不意图，并且使用与图6相同的兀件符号代表相同的构件。在图7中比图6多了配置在阱区212a e与介电层216之间的数个掺杂区700，阱区212a e如为ρ型阱区，掺杂区700是η+掺杂区；反之亦然。而且，位于有源区202内的掺杂区700实际上可作为源极掺杂区，所以图7的结构能在制程期间少一道掩模制程。图8是图2Β的一种变化例不意图，并且使用与图2Β相同的兀件符号代表相同的构件。在图8中还有一封环区800包围终端结构218。当阱区212e是ρ型，则封环区800例如是η+区。而且这个封环区800除用在本实施例，还可视需求设置在其余实施例中。图9Α 图9D是图8的几种不同的封环区示意图。在图9Α中，封环区是由导电封环900、封环栓塞902和重掺杂区904构成。在图9Β中，封环区是由导电封环900、封环栓塞902、重掺杂区904和η+区906构成。在图9C中，封环区是由导电封环900、封环栓塞902和导电沟渠908构成，其中封环栓塞902与导电沟渠908相接。在图9D中，封环区是由导电封环900、封环栓塞902、重掺杂区904与导电沟渠908构成，其中封环栓塞902与导电沟渠908不接触。 图10是依照本实用新型的第二实施例的一种功率金氧半导体场效晶体管的剖面示意图。请参照图10，第二实施例的功率金氧半导体场效晶体管1000与第一实施例同样具有有源区1002、栅极母线区1004以及终端区1006，且图中所省略有源区1002内的构件可参考第一实施例。功率金氧半导体场效晶体管1000包括基板1008、位于基板1008中的数个导电沟渠IOlOa b、配置在基板1008内的数个阱区1012a h以及配置在导电沟渠1010的表面的一介电层1014。功率金氧半导体场效晶体管1000还包括一个第一终端结构1016以及至少一第二终端结构1018。第一终端结构1016包括位于栅极母线区1004内的一沟渠式栅极1020、沟渠式栅极1020旁的导电沟渠1010a、借助于这些导电沟渠IOlOa互相电性隔离的阱区1012a d、一第一场效电板1022与一第一接触栓塞1024。第一场效电板1022配置在沟渠式栅极1020、导电沟渠IOlOa与讲区1012a d上,其中第一场效电板1022是由一第一电板金属1026与介电层1014所构成。第一接触栓塞1024则穿过介电层1014连接第一电板金属1026与沟渠式栅极1020，使第一电板金属1026通过第一接触栓塞1024而与沟渠式栅极1020等电位。由于栅极母线区1004内的沟渠式栅极1020在元件Off (关)时是接地(GND)，所以第一电板金属1026仍处于接地电位，能与讲区1012a d和导电沟渠IOlOa在介电层1014内形成电容，而导致击穿电压的提升。至于其余构件，可参照以上各图中适用的部分，故不再赘述。第二终端结构1018则包括位于终端区1006内的导电沟渠1010b、配置在终端区1006内并借助于导电沟渠IOlOb互相电性隔离的阱区1012e h、一第二场效电板1028、一第二接触栓塞1030与一重掺杂区1032。第二场效电板1028配置在终端区1006的导电沟渠IOlOb与阱区1012e h上，其中第二场效电板1028是由一第二电板金属1034与介电层1014所构成。第二接触栓塞1030穿过介电层1014连接第二电板金属1034与一个阱区1012e，使第二电板金属1034通过第二接触栓塞1030而与阱区1012e等电位。重掺杂区1032则是介于第二接触栓塞1030与被连接的阱区1012e之间。当基板1008为η型基板，阱区1012a h为ρ型阱区、重掺杂区1032为ρ+区；反之，当基板1008为ρ型基板，阱区1012a h为η型阱区、重掺杂区1032为η+区。以上阱区1212a h可细分为横跨终端区1006、栅极母线区1004与有源区1006的阱区1012a ;位于终端区且互相隔离的阱区1012b h，其电位对应关系为V(1012a)< V(1012b) < V(1012c) < V(1012d) < V(1012e) < V(1012f) < V(1012g) < V(1012h),即越靠近有源区1002的阱区，其电位越低；越远离有源区1002的阱区，其电位越高。因此，第二终端结构1018和第一实施例的终端结构218 —样，第二接触栓塞1030所连接的阱区1012e为第二终端结构1018的阱区1012e h中电位最低者。此外，第二终端结构1018的数量虽只显示I个，但本实用新型并不限于此，可依照元件设计需求增加第二终端结构1018的数量。图11是图10的一种变化例不意图，并且使用与图10相同的兀件符号代表相同的构件。在图11中比图10多了配置在阱区1012a h与介电层1014之间的数个掺杂区1100，且其是与有源区1002内的源极掺杂区一起形成，所以图11的结构不必为了遮住有源区1002以外的区域而在制程期间多一道掩模制程。综上所述，本实用新型借助于结构上的设计，使位于场效电板与底下浮置的导电沟渠和P型阱区之间的介电层内形成电容，而使阱区的耗尽区扩大，进一步提升击穿电压， 而且还具有缩减终端区面积的效果。最后应说明的是以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
权利要求1.一种功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，具有一有源区、一栅极母线区以及一终端区，包括 一基板； 多个导电沟渠，位于该基板中； 多个阱区，配置在该基板内；以及 一介电层，配置在该些导电沟渠的表面， 所述功率金氧半导体场效晶体管还包括至少一终端结构，该至少一终端结构包括 至少一个所述导电沟渠； 多个所述阱区，配置在该终端区内并借助于该些导电沟渠互相电性隔离； 一场效电板，配置在该终端区内的所述导电沟渠与所述阱区上，其中该场效电板是由一电板金属与该介电层所构成； 一接触栓塞，穿过该介电层连接该电板金属与该些阱区其中之一，使该电板金属通过该接触栓塞而与被连接的该阱区等电位，而该些阱区与该些导电沟渠借助于该介电层而与该电板金属电性耦合；以及 一重掺杂区，介于该接触栓塞与被连接的该阱区之间。
2.根据权利要求I所述的功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，该基板为η型基板、该些阱区为P型阱区以及该重掺杂区为P+区。
3.根据权利要求I所述的功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，该基板为P型基板、该些阱区为η型阱区以及该重掺杂区为η+区。
4.根据权利要求I所述的功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，该接触栓塞所连接的该阱区横跨该终端区、该栅极母线区与该有源区。
5.根据权利要求I所述的功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，该终端结构的所述阱区越靠近该有源区者，其电位越低；而越远离该有源区者，其电位越高。
6.根据权利要求5所述的功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，该接触栓塞所连接的该阱区为该终端结构的所述阱区中电位最低者。
7.根据权利要求I所述的功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，该至少一终端结构的数量大于I。
8.根据权利要求I所述的功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，还包括一封环区包围该至少一终端结构。
9.根据权利要求I所述的功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，该些导电沟渠包括位于该至少一终端结构与该栅极母线区之间的该基板中。
10.根据权利要求I所述的功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，该些导电沟渠包括位于该至少一终端结构以外的该基板中。
11.根据权利要求I所述的功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，还包括多个掺杂区，配置在该些阱区与该介电层之间，其中位于该有源区内的该些掺杂区作为源极掺杂区。
12.—种功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，具有一有源区、一栅极母线区以及一终端区，包括 一基板； 多个导电沟渠，位于该基板中；多个阱区，配置在该基板内；以及 一介电层，配置在该些导电沟渠的表面， 所述功率金氧半导体场效晶体管还包括一第一终端结构与至少一第二终端结构，其中， 该第一终端结构包括 一沟渠式栅极，位于该栅极母线区内； 至少一个所述导电沟渠，位于该沟渠式栅极旁； 多个所述阱区，借助于该些导电沟渠互相电性隔离； 一第一场效电板，配置在该沟渠式栅极、所述导电沟渠与所述阱区上，其中该第一场效电板是由一第一电板金属与该介电层所构成；以及 一第一接触栓塞，穿过该介电层连接该第一电板金属与该沟渠式栅极，使该第一电板金属通过该第一接触栓塞而与该沟渠式栅极等电位，而该些阱区与该些导电沟渠借助于该介电层而与该第一电板金属电性耦合； 该至少一第二终端结构包括 至少一个所述导电沟渠； 多个所述阱区，配置在该终端区内并借助于该些导电沟渠互相电性隔离； 一第二场效电板，配置在未被该第一电板金属覆盖的所述阱区与所述导电沟渠上，其中该第二场效电板是由一第二电板金属与该介电层所构成； 一第二接触栓塞，穿过该介电层连接该第二电板金属与该些阱区其中之一，使该第二电板金属通过该第二接触栓塞而与被连接的该阱区等电位；以及一重掺杂区，介于该第二接触栓塞与被连接的该阱区之间。
13.根据权利要求12所述的功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，该基板为η型基板、该些阱区为P型阱区以及该重掺杂区为P+区。
14.根据权利要求12所述的功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，该基板为P型基板、该些阱区为η型阱区以及该重掺杂区为η+区。
15.根据权利要求12所述的功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，该第二终端结构的所述阱区越靠近该有源区者，其电位越低；而越远离该有源区者，其电位越高。
16.根据权利要求15所述的功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，该第二接触栓塞所连接的该阱区为该第二终端结构的所述阱区中电位最低者。
17.根据权利要求12所述的功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，该至少一第二终端结构的数量大于I。
18.根据权利要求12所述的功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，还包括多个掺杂区，配置在该些阱区与该介电层之间，其中位于该有源区内的该些掺杂区作为源极掺杂区。
19.根据权利要求12所述的功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，还包括一封环区包围该第一终端结构与该至少一第二终端结构。
专利摘要本实用新型涉及一种功率金氧半导体场效晶体管，有有源区、栅极母线区以及终端区，其包含基板、导电沟渠、阱区与介电层。所述功率金氧半导体场效晶体管还具有至少一终端结构，其包括至少一个导电沟渠、多个位于终端区内并借助于导电沟渠互相电性隔离的阱区、一场效电板、一接触栓塞及一重掺杂区。由电板金属与介电层构成的场效电板配置在终端区内的导电沟渠与阱区上。而接触栓塞穿过介电层连接电板金属与一个阱区，使电板金属通过接触栓塞而与阱区等电位。阱区与导电沟渠借助于上述介电层而与电板金属电性耦合。重掺杂区则介于接触栓塞与被连接的阱区之间。
文档编号H01L29/78GK202633320SQ201220183028
公开日2012年12月26日 申请日期2012年4月26日 优先权日2012年3月22日
发明者刘莒光 申请人:杰力科技股份有限公司