[发明专利]以密闭式晶胞结构增加信道密度的次微米平面半导体功率器件

说明书

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技术领域

本发明涉及一种平面半导体功率器件，特别是关于一种新颖改良的次微米平面高功率半导体器件，其具有增加信道密度的密闭式晶胞结构，例如半导体区域的每单位信道宽度。 

[0003] 背景技术

传统上藉由增加一特定金属氧化物半导体(MOS)晶体管区域的信道宽度来减少侧向MOS晶体管的启动电阻的技术已经到达限度。减少MOS晶体管蜂巢式阵列的启动电阻是一种期望，因为越低功率的损失就能传导高电流。在低电压应用中，例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)应用于低于12伏特的低电压，相较于垂直双扩散式金属氧化物半导体场效应晶体管(VDMOS)而言，侧向MOSFET提供较低的器件电阻。然而，在一设计为大面积的侧向MOSFET，这贡献是来自于寄生电阻，如金属汇流的增加。在这个技术领域中的人皆知VDMOS可具有低启动电阻，当以蜂巢式晶胞的单位面积作为量测单位时。这样的低启动电阻被达成，利用整体表面积运作为一漏极电极。这样的结构允许垂直平面式晶体管高密度的以并联连接。这些平面垂直电流通道形成于源极区域，如覆盖顶表面的较大面积，与漏极电极，其连接至底表面。然而，在有些应用中VDMOS晶体管间无法方便的整合。在这些情况下，一般使用侧向MOS晶体管，而忽略垂直MOS晶体管相较于侧向MOS晶体管具有较低的启动电阻。 

 为了克服这个较高启动电阻的缺点，减少在侧向MOS晶体管中来自于金属与接触点所贡献的启动电阻的第一与最简单的方法就是增加接触点的宽度与金属条。然而，接触点金属条的较大宽度增加了被晶体管阵列占据的面积。在牺牲增加被晶体管阵列所占据的面积的情况下，可获得启动电阻的减少。在小型化电子装置的强烈需求理由下，这个方法无法提供有效地解答来减少侧向MOSFET器件的启动电阻。 

晶胞阵列的数种布局探索着达到增加信道宽度每一单位面积(宽度/面积)。如图1A所示，其呈现出具有条状晶胞架构之侧向架构，其藉由并联连接数个MOSFET来获得大通道宽度。在这些条状晶胞阵列中，交替的漏极与源极条是交错放置，因此每一漏极/源极条共有邻近的源极/漏极，藉此减少器件总面积。由条状晶胞所增加的通道宽度能够增加回路中功率管理效率，例如开关调节器、低压差稳压器与离散式MOSFET传动器。 

图1B显示出具有多晶硅栅极网状的蜂巢式晶体管。此多晶硅栅极网状如同方形晶胞。如同图1B所示，这些方形晶胞阵列更增加信道宽度每一单位面积(宽度/面积)，藉由描绘多晶硅线的网状，以形成交替的源极与漏极晶胞，其是藉由金属以并联方式连接。特别是，在美国专利号5,355,008的专利中，方形网状阵列是施行于MOSFET器件中。藉由将在多晶硅网状中的开口形成为方块的形状，例如具有一长对角线与一短对角线，源极与漏极金属条设置于短对角线的方向，可以形成较宽与较短，因此在无增加晶体管面积的情况下减少晶体管的启动电阻。 

然而，如同对具有低启动电阻且适用于较大电流开关运作的半导体功率器件的有强烈需求，仍存在更进一步增加信道密度(W/area)的需要。因此，提供侧向晶体管晶胞阵列交替布局，以更增加信道宽度每一单位面积(W/area)。此外也更渴望能在无须牺牲晶体管面积的情况下，进一步减少启动电阻。更者，希望侧向晶体管阵列可以利用标准互补型金属氧物半导体(CMOS)技术制造，这样的话，上述讨论的困难点与限制皆可被解决。 

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种全新且改良的侧向半导体功率器件，其利用新的布局来增加单位面积信道宽度。利用这全新的晶胞布局阵列，启动电阻可以被进一步增加，从而适用于大电流开关运作，因此上述讨论的问题与困难点就可以被解决。 

特别的是，本发明的另一目的是提供改良式侧向半导体功率器件，其是在一晶体管晶胞阵列上利用新的晶体管晶胞布局。在这个新的晶体管晶胞阵列，一般利用多晶硅来形成设置于源极与漏极区域间的栅极区域，并架构为 具有波状结构。多晶硅栅极区域依照最小间距工艺技术来形成。因为多晶硅栅极区域被图案化为最小间距，伴随着介于形成为波形图案多晶硅栅极间的源极与漏极接触点，因此可达成较高信道密度。较高信道密度转换为较高信道宽度每单位面积(W/area)。