[发明专利]功率半导体元件及其边缘终端结构

说明书

技术领域

本发明是有关于一种功率半导体技术，且特别是有关于一种能提升击穿电压(breakdown voltage)的沟槽式功率半导体元件的边缘终端结构。

背景技术

功率半导体元件一般用于开关模式电源或其他高速电源开关的装置中。通常功率半导体元件的需求除了是在有源区(active region)能通过大电流，还要具备能在终端区承受较大的击穿电压(breakdown voltage)。

目前已经有几种功率半导体元件被广泛研究与使用，如肖特基势垒二极管。然而一般平板型肖特基势垒二极管因为有击穿电压不高的问题，所以近来发展出沟槽式金属氧化物半导体肖特基势垒二极管(trench MOS barrier Schottky diode，TMBS diode)，如图1。

在图1中，沟槽式金属氧化物半导体肖特基势垒二极管10主要是在N+衬底100上先形成N-外延层(N-epitaxial layer)102，再于N-外延层102中形成多个沟槽式栅极104，且于沟槽式栅极104和N-外延层102之间设置栅极氧化层106。然后在N-外延层102表面与沟槽式栅极104表面沉积肖特基势垒金属层108与阳极金属110。

不过图1仅显示出有源区的结构，至于如何设计出适合沟槽式金属氧化物半导体肖特基势垒二极管10的边缘终端结构，已是目前各界研究的重点之一，如美国专利US6,309,929和美国专利US6,396,090都有类似构想。

除了沟槽式金属氧化物半导体肖特基势垒二极管之外，如沟槽式功率金属氧化物半导体场效应晶体管(trench Power MOSFET)、沟槽式绝缘栅双极性晶体管(trench insulated gate bipolar transistor，trench IGBT)等功率半导体元件都面临类似的问题。

发明内容

本发明提供一种沟槽式功率半导体元件的边缘终端结构，能提升击穿电压。

本发明另提供一种沟槽式功率半导体元件，具有能提升击穿电压的边缘终端结构。

本发明提供一种沟槽式功率半导体元件的边缘终端结构，包括一基板、一第一电极、一第二电极、一第一场板与一第二场板，其中第一与第二电极分别位于基板的表面和背面。所述沟槽式功率半导体元件包括一有源区与一边缘终端区，且在有源区旁的边缘终端区的基板的表面具有一沟槽。第一场板设置于沟槽的侧壁并往沟槽的尾部延伸，且第一场板至少包括一L形电板、位于L形电板底下的一栅极绝缘层以及L形电板上的上述第一电极。第二场板则至少包括一绝缘层与绝缘层上方的上述第一电极，其中绝缘层覆盖沟槽的尾部并至少延伸覆盖L形电板的尾端。

在本发明的一实施例中，上述沟槽式功率半导体元件是沟槽式金属氧化物半导体肖特基势垒二极管(TMBS Diode)时，第一电极直接接触L形电板的表面，且基板包括一第一导电型衬底与形成于其上的第一导电型外延层。

在本发明的一实施例中，上述沟槽式功率半导体元件是沟槽式金属氧化物半导体肖特基势垒二极管时，第二场板底下的绝缘层的厚度大于第一场板底下的栅极绝缘层的厚度。

在本发明的一实施例中，上述沟槽式功率半导体元件是沟槽式金属氧化物半导体肖特基势垒二极管时，当栅极绝缘层延伸至第二场板的绝缘层底下时，第二场板的绝缘层和栅极绝缘层的厚度大于第一场板底下的栅极绝缘层的厚度。

在本发明的一实施例中，上述沟槽式功率半导体元件是沟槽式金属氧化物半导体肖特基势垒二极管时，第二电极为阴极，且第一电极包括一层肖特基势垒金属层及其上的一阳极金属层。

在本发明的一实施例中，上述沟槽式功率半导体元件是沟槽式绝缘栅双极性晶体管(Trench IGBT)时，绝缘层完全覆盖L形电板，且上述基板包括一第二导电型衬底、形成于第二导电型衬底上的一第一导电型缓冲层(buffer layer)与形成于其上的第一导电型外延层。

在本发明的一实施例中，上述沟槽式功率半导体元件是沟槽式绝缘栅双极性晶体管时，第一电极为射极，且第二电极为集极。

在本发明的一实施例中，上述沟槽式功率半导体元件是沟槽式绝缘栅双极性晶体管时，还有一导电插塞穿过绝缘层电性连接第一电极与L形电板。另外，于绝缘层表面以及于导电插塞、第一电极、第一场板与绝缘层之间还有一势垒层(barrier layer)。