專利名稱：低熱阻器件的形成方法和結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及電子設(shè)備，尤其是涉及半導(dǎo)體器件的形成方法和結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在過去，半導(dǎo)體工業(yè)利用各種方法和結(jié)構(gòu)來形成半導(dǎo)體器件。形成功率器件通?？紤]可以通過半導(dǎo)體器件散逸的最大功率。一般，將功率器件形成為半導(dǎo)體基板的單一固定區(qū)域。圖1示意性地示出了在半導(dǎo)體基板201上具有功率器件202的半導(dǎo)體器件200的一般概念。圖1的頂部示出了器件200的平面圖，而圖1的底部示出了沿著截面線1-1的截面圖。虛線示出了經(jīng)由基板201從功率器件202輻射的熱量。如可以看到的，大部分的熱量集中在了基板201的部分204中。將部分204稱為熱量的自交互作用區(qū)域。這種熱量的自交互作用區(qū)域一般會(huì)造成半導(dǎo)體器件200具有高的熱阻和減小的最大功率以便器件200可以散逸。在一些情況下，高熱阻的半導(dǎo)體器件需要額外的冷卻以保持半導(dǎo)體芯片的溫度在最大容許限度以下，由此增加了使用半導(dǎo)體器件的成本。由于高的熱阻，半導(dǎo)體芯片的溫度經(jīng)常增加到減小半導(dǎo)體器件的可靠性和壽命的溫度。
因此，希望具有一種有效地分布半導(dǎo)體器件內(nèi)的熱量的方法，以便不減小半導(dǎo)體器件的封裝密度，并降低半導(dǎo)體器件的熱阻。


圖1示意性地示出了現(xiàn)有技術(shù)的高熱阻的半導(dǎo)體器件；圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件實(shí)施例的單元的一部分；圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的基于單元的半導(dǎo)體器件的單元的實(shí)施例的一部分的平面圖；和圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明另一半導(dǎo)體器件的實(shí)施例的一部分的平面圖。
為了說明簡單和清楚，圖中的元件不必按規(guī)定比例，且不同圖中的相同附圖標(biāo)記表示相同的元件。另外，為了說明簡單省略了公知的步驟和元件的說明。如在此使用的載流電極指的是經(jīng)由器件如MOS晶體管的源極或漏極、或者雙極晶體管的反射極或集電極、或者二極管的陰極或陽極來運(yùn)載電流的器件的元件，且控制電極指的是經(jīng)由器件如MOS晶體管的柵極或者雙極晶體管的基極控制電流的器件的元件。雖然在此將器件解釋為具體的N溝道或P溝道器件，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識(shí)到，根據(jù)本發(fā)明也可以是互補(bǔ)器件。為了各圖清楚起見，將器件結(jié)構(gòu)的摻雜區(qū)解釋為通常具有直線邊緣和精確的有角拐角。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解，由于摻雜劑的擴(kuò)散和活化，摻雜區(qū)的邊緣通常不是直線的，且拐角不是精確的角度。
具體實(shí)施例方式
圖2示意性地示出了形成于半導(dǎo)體基板11上的半導(dǎo)體器件10的實(shí)施例的一部分。圖2的頂部示出了器件10的平面圖，而圖2的底部示出了沿著截面線2-2的截面圖。器件10包括高功率散逸的半導(dǎo)體器件15，形成半導(dǎo)體器件15以具有提供用于器件10的熱分布提高的形狀或布局，使器件10的熱阻值減到最小，并使半導(dǎo)體基板11的面積的利用率達(dá)到最大。已發(fā)現(xiàn)，具有周邊比在約1.8和2.4之間的形狀的種類或四邊多角形的布局提供了提高的熱分布。例如，多角形可以是矩形、平行四邊形、梯形或菱形中的任意一種或者具有周邊比的任一其它的四邊多角形。如在此使用的，形狀的周邊比是形狀的周邊長度和具有面積等于該形狀面積的等效圓的圓周長度之間的比。表示周邊比的另一方式是具有周邊長度比具有與該形狀面積相同面積的等效圓的圓周長度大至少N倍的形狀。對(duì)于具有周邊比是約1.8至2.4的四邊多角形的種類，N是約1.8至2.4。器件15是這種形狀的實(shí)例。
器件15可以是垂直功率金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管、或橫向的MOS功率晶體管、或高電流的二極管或雙極晶體管。例如，器件15可以是橫向的或垂直的LDMOS功率晶體管。器件10還可包括為了各圖簡化而未示出的其它有源或無源半導(dǎo)體元件。如下文將看到的，布置器件15的高功率散逸部分，以形成器件15的形狀。器件15具有長邊16和18、和短邊17和19，將它們布置成形成器件15的形狀的周邊。對(duì)于器件15是非基于單元的雙極晶體管或非基于單元的橫向MOS功率晶體管的情況，邊16-19一般通過器件15載流電極的摻雜區(qū)的外邊(如在形成漏區(qū)的基板11內(nèi)摻雜區(qū)的外邊緣)形成。一般，這種摻雜區(qū)延伸到基板11的表面，且具有在表面上的形狀。還可形成邊16-19作為形成器件15的高功率散逸區(qū)的基板11的摻雜區(qū)的外邊緣。對(duì)于橫向MOS功率晶體管的實(shí)例，在工作期間，高功率散逸一般出現(xiàn)在漏極和源極之間的溝道區(qū)中。由于將溝道限定為源極和漏極之間的區(qū)域，所以形成源極并面向漏極的摻雜區(qū)的邊緣是該形狀的一邊，如邊16。而且，面向源極的漏極的摻雜區(qū)的邊緣可以是該形狀的另一邊，如邊18。由此，形成漏極或源極的摻雜區(qū)的一邊變?yōu)槠骷?5的一邊。器件10的截面圖示出了該結(jié)構(gòu)將器件10形成到高功率散逸的區(qū)域中。沒有位于器件15下面的基板11的部分是基板11的較低功率散選區(qū)域。虛線示出了從器件15的摻雜區(qū)輻射的高的熱散逸區(qū)。由此，在周邊比是約1.8至2.4的四邊多角形的形狀中形成器件15使熱量跨越更大面積的基板11分散出去，減小了自交互作用區(qū)域的大小，并減小了必須在器件15下面的基板11的任一點(diǎn)處散逸的熱量，由此降低了器件10的熱阻。
在一個(gè)實(shí)例實(shí)施例中，器件15具有約一個(gè)單位的邊16和18、以及約8.1個(gè)單位的邊17和19。所得到的周邊約為18.2個(gè)單位，且該面積約為8.1個(gè)單位。相同面積的圓當(dāng)量具有約10.09個(gè)單位的圓周。由此示范性的器件15的周邊比約為1.804(用10.09除18.2)。形成具有周邊比為1.8至2.4之間的器件15提供了減小熱阻的不希望的結(jié)果。當(dāng)該形狀很接近于四方形或圓形時(shí)，通常認(rèn)為現(xiàn)有技術(shù)的器件更有效。現(xiàn)有的器件不具有在1.8至2.4范圍內(nèi)的周邊比。由此該范圍的周邊比提供了不希望的熱阻減小。
圖3示意性地示出了用于形成基于單元的橫向MOS功率晶體管的晶體管單元26的實(shí)施例的一部分。晶體管單元如單元26一般包括形成于半導(dǎo)體基板上并用作晶體管單元26漏區(qū)的第一摻雜區(qū)30和第二摻雜區(qū)29。另外，第三摻雜區(qū)27和第四摻雜區(qū)28形成在半導(dǎo)體基板上，并用作單元26的源極。由于區(qū)域27、28、29和30一般被導(dǎo)體36和37覆蓋，所以它們由虛線示出。柵極33一般形成在基板的表面上和區(qū)域27與29之間以及區(qū)域28和30之間。使柵極導(dǎo)體34與柵極33電接觸，并促使單元26與可形成在基于單元晶體管中的其它相鄰晶體管單元電連接。同樣，漏極導(dǎo)體37促使區(qū)域29和30一起與相鄰晶體管單元中的相似漏極電連接。源極導(dǎo)體36，由虛線示出，一般延伸過單元26并使區(qū)域27和28電接觸，并且促使將區(qū)域27和28電連接到相鄰晶體管單元中的其它相似的源極。
單元26具有如線42、43、44和45所示的四邊。線42是沿著形成源極的摻雜區(qū)27和28以及形成漏極的摻雜區(qū)29和30的邊緣延伸的線。線42表示在其上形成了單元26的半導(dǎo)體基板內(nèi)的摻雜區(qū)的一邊。同樣，線44沿著區(qū)域27和28的相對(duì)邊和以與線42相似的方式相對(duì)的區(qū)域29和30延伸。線42和44恰好很少接觸摻雜區(qū)的最外面或遠(yuǎn)側(cè)邊緣。線43沿著區(qū)域30的外部邊緣延伸，并形成單元26的另一邊。同樣，線45沿著區(qū)域29的外部邊緣延伸。線42-45延伸過單元26的邊界，以輔助識(shí)別線42-45。對(duì)于垂直單元，線43和45一般沿著柵極33的外部邊緣延伸且恰好很少接觸柵極33的外部邊緣。至少，線43和45沿著在單元26工作期間散逸最大功率的單元26的部分，如沿著覆蓋最大電流出現(xiàn)的漏極部分的溝道延伸。
晶體管單元和相應(yīng)的基于單元晶體管對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是公知的。在2003年5月20日公開的Strachan等人的美國專利6,566,710、在2003年4月1日公開的Pfirsch的美國專利號(hào)6,541,818、在2001年3月20日Williams等人的美國專利號(hào)6,204,533和在1991年7月23日公開的Richard Blanchard的美國專利號(hào)5,034,785中公開了晶體管單元的實(shí)例和相應(yīng)的基于單元晶體管，在此將它們并入這里作為參考。
對(duì)于MOS晶體管，在溝道區(qū)中主要是高功率散逸。溝道區(qū)一般是源極和漏極之間的區(qū)域。一般，面向漏極的源極邊緣是溝道的一個(gè)邊緣，且面向源極的漏極的邊緣是溝道的另一邊緣。溝道寬度至少是面向溝道的源極或漏極的邊緣最窄的寬度。因此，可以使用源極或漏極的外邊緣和內(nèi)邊緣來形成單元的邊，例如，使用單元的形狀的邊。在大多數(shù)情況下，發(fā)現(xiàn)該形狀的邊的這種方法比使用使單元共同互連的金屬導(dǎo)體更可靠。然而，在一些單元實(shí)施例中可使用金屬。對(duì)于一些閉合的橫向單元，可將單元的一個(gè)邊緣看作成穿過與兩個(gè)相鄰單元共同的源區(qū)的線。在2003年5月20日公開的Strachan等人的美國專利6,566,710中公開了這種單元實(shí)施例的典型實(shí)例。在其它的實(shí)施例中，可使用單元來形成在形成垂直的基于單元MOS功率晶體管中所使用的垂直晶體管。對(duì)于這種垂直的晶體管單元，區(qū)域29和30的漏極一般位于各自區(qū)域27和28的源極部分下面，并且還位于柵極33的部分下面。因此，可以使用柵極的外邊緣來形成單元的邊，例如，使用單元的形狀的邊。對(duì)于一些閉合的垂直單元，可定位單元，以便單元的外邊緣是代替直線的點(diǎn)。在2003年4月1日Pfirsch的美國專利號(hào)6,541,818中公開了這種單元實(shí)施例的典型實(shí)例。對(duì)于這種單元，可繪制接觸每個(gè)最外單元的遠(yuǎn)側(cè)點(diǎn)的線，以形成使用該單元的形狀的外邊緣，且可繪制相似的線以連接最內(nèi)單元的遠(yuǎn)側(cè)邊緣，以形成使用該單元的形狀的內(nèi)邊界，如下文將進(jìn)一步看到的。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，在本領(lǐng)域中使用了許多的不同單元，且在未來希望是許多變形，而且對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了變型以提供提高的工作參數(shù)，如開態(tài)電阻、電容等。由此在此描述的實(shí)例，包括單元26的實(shí)例，說明了可以精確地基于如何實(shí)現(xiàn)單元例如使用該單元的器件的形狀來改變可限定單元邊界的說明。
圖4示意性地示出了形成在半導(dǎo)體基板51上的半導(dǎo)體器件50實(shí)施例的一部分的平面圖。器件50包括由如圖3的說明中解釋的晶體管單元26形成的高功率散逸的基于單元的半導(dǎo)體器件52。器件50和52是圖2的說明中解釋的器件10和15的可選實(shí)施例。器件52的形狀提供了提高的熱分布的器件50，使器件50的熱阻值減到最小，并使半導(dǎo)體基板51的面積的利用率達(dá)到最大。器件52可以是包括垂直MOS功率晶體管、或橫向的MOS功率晶體管、或高電流二極管或雙極晶體管的各種基于單元的半導(dǎo)體器件。例如，器件52可以是橫向的或垂直的LDMOS功率晶體管。器件50還可包括為了各圖的簡化未在圖4中示出的其它有源或無源半導(dǎo)體元件。
對(duì)于圖4中所述的實(shí)例實(shí)施例，器件52是橫向的LDMOS晶體管。這種器件52的實(shí)施例包括多個(gè)單元，如單元26，它們以與圖2的說明中解釋的器件15的相似形狀布置在基板51上。器件52具有包括第一邊53、第二邊54、第三邊55和第四邊56的周邊。沿著接近于邊56的器件52的周邊，通過單元的載流電極的摻雜區(qū)的外邊緣形成邊53。這些摻雜區(qū)一般形成每個(gè)單元26的高功率散逸區(qū)。對(duì)于使用圖3的說明中解釋的單元26的橫向MOS功率晶體管的實(shí)例，在工作期間在圖3的說明中如上文所述的溝道區(qū)中出現(xiàn)了高功率散逸。由此，對(duì)于該實(shí)例，形成最外的右手單元的漏極或源極的摻雜區(qū)的遠(yuǎn)側(cè)邊緣變成外邊緣或邊53。相應(yīng)地，形成左手最外單元的漏極或源極的摻雜區(qū)的遠(yuǎn)側(cè)邊緣變成邊緣或邊55。
通過將多個(gè)單元耦接在一起形成器件52，以功能上基本一致地形成器件52的功能性。根據(jù)單元如何定位于器件52之內(nèi)，可以通過單元26的線42、43、44或45中任何一條形成器件52的邊53。同樣，根據(jù)用于形成器件52的單元的位置，還通過線42-45中之一形成器件52的周邊的邊54、55和56。布置器件52的邊53-56，以形成器件52的形狀的周邊。形成四邊圖的形狀的器件52使由器件52產(chǎn)生的熱量傳播過基板51，減小了自交互作用區(qū)域的大小，并減小了位于器件52下面的基板51的任一點(diǎn)處必須散逸的熱量，由此降低了器件50的熱阻。
鑒于所有的上述情況，顯然公開了新穎的器件和方法。除了別的部件以外，包括形成具有提供提高的熱分布和減小的熱阻的形狀或布局的器件。具有周邊比為1.8至2.4的矩形的布局提供了提高的熱阻。
雖然用具體的優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但明顯的是，對(duì)于半導(dǎo)體領(lǐng)域技術(shù)人員來說許多可選方案和變型是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的形成方法，包括以具有在半導(dǎo)體基板的表面上具有第一長度的第一周邊并具有第一面積的器件形狀，形成半導(dǎo)體器件的摻雜區(qū)；以及布置所述摻雜區(qū)，以形成四邊多角形的器件形狀，其中第一長度是圍繞具有第一面積的圓的圓周的第一距離的約1.8至2.4倍。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中以具有在半導(dǎo)體基板表面上的第一長度的第一周邊并具有第一面積的器件形狀形成半導(dǎo)體器件的摻雜區(qū)的步驟，包括將多個(gè)單元耦接在一起，其中與多個(gè)單元的載流電極的摻雜區(qū)的遠(yuǎn)側(cè)邊緣相交的線形成第一周邊的至少一邊。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中布置所述摻雜區(qū)以形成器件形狀的步驟包括，布置所述摻雜區(qū)以形成如矩形、平行四邊形、梯形或菱形之一的器件形狀。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中形成半導(dǎo)體器件的摻雜區(qū)的步驟包括，形成橫向功率晶體管或垂直功率晶體管中之一的摻雜區(qū)。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中布置所述摻雜區(qū)的步驟包括布置源區(qū)或漏區(qū)，其中源區(qū)或漏區(qū)的一邊形成所述第一周邊的一邊。
6.一種提高半導(dǎo)體器件的熱散逸的方法，包括布置半導(dǎo)體器件的摻雜區(qū)，以形成具有第一長度的第一周邊和第一面積的器件形狀，其中器件形狀是四邊的多角形，其中第一長度是圍繞具有第一面積的圓的圓周的第一距離的約1.8至2.4倍。
7.如權(quán)利要求6的方法，其中布置所述摻雜區(qū)的步驟包括布置半導(dǎo)體器件的摻雜區(qū)，將器件形狀形成為矩形、平行四邊形、梯形或菱形之一。
8.一種半導(dǎo)體器件，其器件形狀具有第一長度的第一周邊和第一面積，其中該器件形狀是四邊的多角形，其中第一長度是圍繞具有第一面積的圓的圓周的第一距離的約1.8至2.4倍。
9.如權(quán)利要求8的半導(dǎo)體器件，其中器件形狀包括可操作耦接的多個(gè)單元，以基本一致地工作，從而形成半導(dǎo)體器件的功能性。
10.如權(quán)利要求9的半導(dǎo)體器件，其中多個(gè)單元的摻雜區(qū)的外邊形成器件形狀。
全文摘要
形成一種半導(dǎo)體器件，以具有減小半導(dǎo)體器件的熱阻的形狀。
文檔編號(hào)H01L23/367GK1773669SQ20051011356
公開日2006年5月17日 申請日期2005年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月14日
發(fā)明者納拉揚(yáng)·拉賈, 羅杰·P·斯托特 申請人:半導(dǎo)體元件工業(yè)有限責(zé)任公司