[发明专利]超结半导体元件

说明书

一种超结半导体元件，其包括基板、设置于基板上的漂移层、场绝缘层、浮接电极层、隔离层及至少一晶体管结构。漂移层内的多个n型及p型掺杂柱交替地排列，而形成超结结构。漂移层定义出元件区、过渡区及位于元件区外围的终止区，过渡区位于元件区与终止区之间。场绝缘层设置于漂移层的表面上，并覆盖终止区以及部分过渡区。浮接电极层设置于场绝缘层上，并具有一部分位于终止区内。晶体管结构包括由元件区延伸到过渡区的源极导电层，其中源极导电层由元件区延伸至过渡区，并通过隔离层与浮接电极层电性绝缘。本发明的超结半导体元件通过设置延伸到终止区内的浮接电极层，可扩大终止区内的电场分布范围，从而提高超结半导体元件整体的击穿电压。

技术领域

本发明涉及一种半导体元件，且特别涉及一种具有超结结构的半导体元件。

背景技术

在中高压功率半导体元件领域中，超结结构(Super Junction)已经被广泛采用。超结晶体管可以在维持很高的关断状态(off state)击穿电压(breakdown voltage,BV)的同时，具有低的导通电阻(R ds-on)。

超结元件含有形成在漂移区中的交替的P-型和N-型掺杂柱。在金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)于关断状态时，在相对很低的电压下，P-型和N-型掺杂柱在垂直电流导通方向完全形成空乏区(depletion region)，从而在漂流区内达成电荷平衡(chargebalance)，并能够维持很高的击穿电压。

由于超结元件中，导通电阻(Rds-on)的增加与击穿电压(BV)的增加成正比，比传统的半导体结构增加地更加缓慢。因此，相较于不具有超结结构的金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)，在相同的击穿电压(BV)下，超结元件具有更低的导通电阻(Rds-on)。换言之，在特定的导通电阻(Rds-on)值，超结元件比传统的金属氧化物半导体场效晶体管具有更高的击穿电压。

在美国公开专利案(US 20100230745 A1)中揭示，超结元件通常会具有有源区以及位于有源区周围的终止区。当超结元件在关断状态时，在终止区的垂直方向与水平方向皆会有电场分布。

由于终止区在水平方向的电场过大，也会导致超结元件的击穿电压降低。因此，终止区在水平方向的长度是外延层厚度的2至4倍。然而，若是终止区在水平方向的长度太长，会降低超结元件的有效区域比，且导通电阻也会随之提高。该案并提出在不降低超结元件的有效区域比的情况下，在终止区设计环形保护层(guard ring layer)，以防止超结元件的击穿电压降低。然而，环形保护层具有复杂的图案，也使超结元件的工艺复杂度与困难度大幅提升。

发明内容

本发明提供一种超结半导体元件，通过在终止区设置浮接电极层，可扩张终止区内的电场分布的范围，提供超结半导体元件在关断状态时的击穿电压。

本发明其中一实施例提供一种超结半导体元件，其包括基板、漂移层、场绝缘层、浮接电极层、隔离层以及至少一晶体管结构。漂移层设置于基板上，并具有相反于基板的一表面，其中漂移层内形成多个n型掺杂柱及多个p型掺杂柱，且多个n型掺杂柱与多个p型掺杂柱由表面朝基板的方向延伸，并交替地排列，以形成一超结结构。漂移层定义一元件区、一过渡区及一终止区，终止区位于元件区的外围，且过渡区位于元件区与终止区之间。场绝缘层设置于漂移层的表面上，并覆盖终止区以及部分过渡区。浮接电极层设置于场绝缘层上，其中浮接电极层至少一部份位于终止区内。隔离层设置于浮接电极层上。晶体管结构形成于元件区内，其中晶体管结构包括至少一源极导电层，其中源极导电层由元件区延伸到过渡区，并通过隔离层与浮接电极层电性绝缘。

综上所述，本发明所提供的超结半导体元件，通过在终止区设置浮接电极层，来扩大终止区内的电场分布范围，可提高超结半导体元件整体的击穿电压。相较于现有技术而言，本发明的超结半导体元件的浮接电极层结构更简单，且可和元件区的栅极层在同一工艺步骤中完成。据此，本发明的超结半导体元件在终止区中不需要利用复杂的工艺，来制作终止区内的浮接电极层，即可达到增加终止区的击穿电压的功效。