[實用新型]半導體元件溝槽式結構

有效

• 申請號: 201220690921.1
• 申請日: 2012-12-14
• 公開（公告）號: CN203150559U
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 莊智強;黃朝新
• 申請（專利權）人: 臺灣半導體股份有限公司
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L29/06
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 趙根喜;呂俊清

技術領域

本實用新型涉及一種半導體元件溝槽式結構，特別是指一種外延層包含有源區溝槽以及終止區溝槽，且終止區溝槽深度大于有源區溝槽深度，且趨近于逆向擊穿時耗盡區的深度的半導體元件溝槽式結構。

背景技術

一直以來，蕭特基二極管是相當重要的功率元件，其利用金屬-半導體接面作為蕭特基勢壘而產生整流的效果，其可高速切換以及整流的特性，使其普遍應用于高速功率交換的元件、數字計算機以及輸出整流器等。

然而，當前半導體元件結構所形成的蕭特基二極管中，最大的缺點是其反向擊穿偏壓較低，且反向漏電流較大，不僅如此，其反向電流會隨著溫度升高而增加，致使有失控的問題，因而蕭特基二極管于實際使用時的反向偏壓必需限制比其額定值小很多，使得蕭特基二極管實際上的應用受到許多限制。

在上述問題之下，許多改進的半導體元件結構因而被設計出來，藉以增加反向擊穿電壓及降低漏電流，較為常見的即為注入硼離子形成終止區（Boron?Implant?Termination;BIT）的改進結構，在此僅舉出該改進結構，請參閱圖1，圖1顯示先前技術的半導體元件結構剖面示意圖。如圖1所示，半導體元件結構1包含一半導體基板11、一外延層12、一離子注入層13、一有源區介電層14、一多晶硅層15、一終止區介電薄膜層16、一蕭特基勢壘層17及一金屬電極層18。

外延層12形成于半導體基板11上，并且包含多個有源區溝槽121（圖中僅標示一個）及一終止區溝槽122，所述多個有源區溝槽121注入有硼離子而形成離子注入層13，且終止區溝槽122亦通過注入硼離子而形成硼離子注入層1221。

有源區介電層14形成于所述多個有源區溝槽121的內壁及底部，且多晶硅層15形成于有源區介電層14之上。終止區介電薄膜層16包含一四乙氧基硅烷層161及一硼磷硅玻璃層162，且蕭特基勢壘層17形成于外延層12及終止區介電薄膜層16上，而金屬電極層18形成于蕭特基勢壘層17上。

其中，半導體基板11的摻雜濃度大于外延層12的摻雜濃度，因此半導體基板11的摻雜濃度定義為N+，外延層12的摻雜濃度定義為N-。

請一并參閱圖1及圖2，圖2顯示先前技術的半導體元件結構的模擬示意圖。由圖2所示的模擬圖中，愈內側的電位曲線其電位值愈低（即愈靠近有源區溝槽121及終止區溝槽122的電位曲線，其電位值愈小），此外，由圖中可得知電位曲線的輪廓呈現縱向趨緩而收斂于半導體元件結構1的右側，據此可得知此種結構在高反向偏壓時，會導致較多的反向漏電流，進而降低反向擊穿電壓的耐壓程度。另外，可由圖2具體了解注入硼離子所形成的終止區122電位曲線形成較大的面積以降低有源區（圖未示）的有源區溝槽121邊端所聚集的電場，據以達到緩和的目的，因此，公知技術的結構仍具有大幅降低反向漏電流以及提升反向擊穿電壓的改善空間。

其中，圖2的模擬條件設定為所述多個有源區溝槽121的深度為2.4μm，有源區溝槽121的離子注入層13所注入硼離子的劑量為4e¹²，且終止區溝槽122的離子注入層1221所注入的劑量為5e¹⁴，終止區介電薄膜層16的厚度為

綜合以上所述，相信舉凡在所屬技術領域中的技術人員應不難理解公知技術的半導體元件結構中，由于終止區注入P型離子，使得半導體元件結構在高反向偏壓下仍具有較大的反向漏電流，進而降低反向擊穿電壓的耐壓程度，因而當前半導體元件結構仍存在高反向漏電流以及低反向擊穿電壓的問題。

發明內容

本實用新型所欲解決的技術問題與目的：

有鑒于在公知技術中，由于終止區注入P型離子，使得半導體元件結構在高反向偏壓下仍具有較大的反向漏電流，進而降低反向擊穿電壓的耐壓程度，因而當前半導體元件結構仍存在高反向漏電流以及低反向擊穿電壓的問題。

緣此，本實用新型的主要目的在于提供一種半導體元件溝槽式結構，其于外延層內形成有源區溝槽以及終止區溝槽，且終止區溝槽的深度大于有源區溝槽深度，且趨近于逆向擊穿時耗盡區的深度。

本實用新型解決問題的技術手段：

本實用新型為解決公知技術的問題，所采用的必要技術手段為提供一種半導體元件溝槽式結構，包含一半導體基板、一外延層、一離子注入層、一終止區介電薄膜層、一有源區介電層以及一第一多晶硅層。半導體基板以一第一摻雜濃度摻雜有一第一型半導體雜質，外延層形成于半導體基板上，以一第二摻雜濃度摻雜有第一型半導體雜質，并且開設多個有源區溝槽以及至少一終止區溝槽，所述多個有源區溝槽開設于外延層內，終止區溝槽形成于外延層內，并與所述多個有源區溝槽相間隔。