專利名稱：半導(dǎo)體器件及包括該半導(dǎo)體器件的集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及包括該半導(dǎo)體器件的集成電路。
背景技術(shù)：
諸如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)或絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的場效應(yīng)控制電源開關(guān)結(jié)構(gòu)已被用于各種應(yīng)用，包括但不限于電源開關(guān)和整流器，例如半橋。流經(jīng)用作開關(guān)的場效應(yīng)控制結(jié)構(gòu)的電流方向在不同的運(yùn)行周期中有所不同。在場效應(yīng)控制結(jié)構(gòu)的開/關(guān)模式或正向模式中，場效應(yīng)控制結(jié)構(gòu)的體漏結(jié)處的PN本體二極管被反向偏壓，并且可以通過施加到場效應(yīng)控制器件的柵電極的電壓來控制器件的電阻。在場效應(yīng)控制器件的二極管模式中，PN本體二極管被正向偏壓。這導(dǎo)致了主要由電流和整個本 體二極管的電壓降的乘積決定的損耗。例如，當(dāng)切換電感負(fù)載時，PN本體二極管可能被正向偏壓?？紤]到滿足場效應(yīng)控制電源開關(guān)結(jié)構(gòu)的電氣特性的要求，需要降低場效應(yīng)控制電力轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中的PN本體二極管的開關(guān)損耗。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)半導(dǎo)體器件的第一實施方式，半導(dǎo)體器件包括源極金屬化物(sourcemetallization)和半導(dǎo)體本體。半導(dǎo)體本體包括第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu),其包括電稱接至源極金屬化物的第一導(dǎo)電類型的源區(qū)。半導(dǎo)體本體進(jìn)一步包括第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)，其包括電耦接至源極金屬化物的第一導(dǎo)電類型的源區(qū)。包括在半導(dǎo)體本體中的半導(dǎo)體區(qū)的電壓抽頭(voltage tap,電壓分接頭)通過中間反相器結(jié)構(gòu)(intermediate inverter structure)電耦接至第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的第一柵電極。根據(jù)半導(dǎo)體器件的第二實施方式，半導(dǎo)體器件包括源極金屬化物和半導(dǎo)體本體。半導(dǎo)體本體包括第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)，其包括電耦接至源極金屬化物的第一導(dǎo)電類型的源區(qū)。半導(dǎo)體本體進(jìn)一步包括第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)，其包括電耦接至源極金屬化物的第一導(dǎo)電類型的源區(qū)。第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的第一柵電極電耦接至第一柵極驅(qū)動器電路，并且第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的第二柵電極電耦接至不同于第一柵極驅(qū)動器電路的第二柵極驅(qū)動器電路。第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)和第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)共用公共漏極。根據(jù)集成電路的第一實施方式，集成電路包括半橋電路。半橋包括第一實施方式的半導(dǎo)體器件。根據(jù)集成電路的第二實施方式，集成電路包括半橋電路。半橋包括第二實施方式的半導(dǎo)體器件。在閱讀下面的詳細(xì)描述并參考附圖后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到其他的特征和優(yōu)點(diǎn)。


包括了附圖來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，其被并入并構(gòu)成本說明書的一部分。附圖示出了本發(fā)明的實施方式，并且與文字描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。很容易了解本發(fā)明的其他實施方式和許多本發(fā)明的預(yù)期優(yōu)點(diǎn)，因為它們通過參照以下的詳細(xì)描述而變得更好理解。附圖的元件不一定彼此成比例。相同的參考標(biāo)號指示對應(yīng)的類似部分。除非互相排斥，示出的各個實施方式的特征可以組合。實施方式在附圖中示出并且在下文中詳細(xì)描述。圖I是穿過包括第一和第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的MOSFET的一部分的垂直截面的示意圖，其中，第一場電極結(jié)構(gòu)的柵電極電耦接至邊緣終端區(qū)的保護(hù)環(huán)。圖2是邊緣終端區(qū)中的結(jié)終端延伸(JTE)結(jié)構(gòu)的示意圖，該結(jié)構(gòu)是對圖I中示出的MOSFET的保護(hù)環(huán)邊緣終端的替代結(jié)構(gòu)。圖3是穿過圖I中示出的MOSFET的單元區(qū)的一部分的垂直截面的示意圖，包括第
一晶體管單元和第二晶體管單元?！D4是穿過包括第一和第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的MOSFET的一部分的垂直截面的示意圖，其中，第一場電極結(jié)構(gòu)的柵電極電耦接至耗盡晶體管的源極。圖5是穿過MOSFET的一部分的垂直截面的示意圖，MOSFET包括電耦接至第一柵極驅(qū)動器電路的第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的第一柵電極和電耦接至不同于第一柵極驅(qū)動器電路的第二柵極驅(qū)動器電路的第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的第二柵電極。圖6是包括半橋電路的集成電路的一部分的示意圖。
具體實施例方式在以下的詳細(xì)描述中，參照構(gòu)成其一部分的附圖，在附圖中，通過圖解示出了可以實施本發(fā)明的具體實施方式
。在這方面，參照所描述的圖的方向來使用諸如“頂部”、“底部”、“正面”、“背面”、“引導(dǎo)”、“追隨”、“在…之上”、“在上面”、“在下面”等的方向性術(shù)語。由于實施方式的組件可以位于多個不同方位，因此方向術(shù)語用于說明目的而并不是進(jìn)行限制。需要理解，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以使用其他實施方式，并且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)和邏輯修改。例如，被示出或描述為一個實施方式的一部分的特征，可以用于其他實施方式或與其他實施方式結(jié)合來產(chǎn)生新的實施方式。本發(fā)明有意包括這種修改和變化。使用不應(yīng)理解為限制所附權(quán)利要求的范圍的特定語言來描述實例。附圖不是按比例的，并且僅用于說明性目的。為了清楚，如果沒有另外說明，相同的元件或制造過程在不同附圖中用相同參考標(biāo)號標(biāo)出。此說明書中使用的術(shù)語“橫向”和“水平”意在描述與半導(dǎo)體襯底或半導(dǎo)體本體的第一表面平行的方向。例如，這可以是晶片或芯片(die)的表面。此說明書中使用的術(shù)語“縱向”意在描述與半導(dǎo)體襯底或半導(dǎo)體本體的第一表面垂直地布置的方向。在此說明書中使用的術(shù)語“耦接”和/或“電耦接”并不意味著表示元件必須直接耦接在一起，可以在“耦接”或“電耦接”的元件之間設(shè)置中介元件。在此說明書中，n-摻雜可以指第一導(dǎo)電類型，而P-摻雜是指第二導(dǎo)電類型。不言而喻，半導(dǎo)體器件可以用相反的摻雜關(guān)系來形成，因此第一導(dǎo)電類型可以是P-摻雜而第二導(dǎo)電類型可以是n-摻雜。一些圖通過在摻雜類型旁邊標(biāo)明或“ + ”來示出相對摻雜濃度。例如，“n_”表示小于“n”摻雜區(qū)的摻雜濃度的摻雜濃度，而“n+”摻雜區(qū)具有比“n”摻雜區(qū)大的摻雜濃度。然而，除非另有說明，標(biāo)明相對摻雜濃度并不意味著相同相對摻雜濃度的摻雜區(qū)具有相同的絕對摻雜濃度。例如，兩個不同的n+區(qū)可以具有不同的絕對摻雜濃度。例如，這同樣適用于n+和P+區(qū)。此說明書中描述的具體實施方式
涉及而不限于由場效應(yīng)控制的功率半導(dǎo)體器件，并且特別是諸如MOSFET的單極器件、諸如IGBT的雙極器件、以及具有諸如超結(jié)MOSFET的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的單極器件和雙極器件。此說明書中使用的術(shù)語“場效應(yīng)”意在描述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)中的“反向溝道”的電場介導(dǎo)形成和/或?qū)щ娍刂坪?或反向溝道的形狀。通常，第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)布置在第一導(dǎo)電類型的兩個半導(dǎo)體區(qū)之間，并且通過電場來形成和/或控制通過第一導(dǎo)電類型的兩個半導(dǎo)體區(qū)之間的溝道區(qū)的單極電流路徑。為了形成第一導(dǎo)電類型的兩個半導(dǎo)體區(qū)之間的單極電流路徑，通常將溝道區(qū)的導(dǎo)電類型改變(即反轉(zhuǎn))為第一導(dǎo)電類型。
在本說明書的上下文中，其中可以通過場效應(yīng)來形成和/或控制反向溝道的第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)還被稱為體區(qū)。在本說明書的上下文中，術(shù)語“場效應(yīng)結(jié)構(gòu)”意在描述這樣的結(jié)構(gòu)其形成在半導(dǎo)體襯底或半導(dǎo)體本體或半導(dǎo)體器件中，并具有通過介電區(qū)或介電層至少與體區(qū)絕緣的柵電極。用于在柵電極和體區(qū)之間形成介電區(qū)或介電層的介電材料的實例包括但不限于氧化娃(SiO2)、氮化娃(Si3N4)、氮氧化娃(SiOxNy)、氧化錯(ZrO2)、氧化鉭(Ta2O5)、氧化鈦(TiO2)以及氧化鉿(HfO2)，或者上述材料中的兩種或多種的疊加。在大于柵電極和體區(qū)之間的閾值電壓Vth時，由于與介電區(qū)或介電層鄰接的體區(qū)的溝道區(qū)中的場效應(yīng)，形成和/或控制反向溝道。閾值電壓Vth通常是指產(chǎn)生(onset)晶體管的源極和漏極之間的單極電流所需的最小柵極電壓。在本說明書的上下文中，諸如MOS控制的二極管(MCD)、MOSFET, IGBT的器件和具有諸如超結(jié)MOSFET的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的器件以及具有不同場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的集成器件也稱為場效應(yīng)結(jié)構(gòu)。在本說明書的上下文中，術(shù)語“M0S”(金屬氧化物半導(dǎo)體)應(yīng)當(dāng)理解為包括更通用的術(shù)語“MIS”(金屬絕緣體半導(dǎo)體)。例如，術(shù)語MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)應(yīng)當(dāng)理解為包括具有不是氧化物的柵極絕緣體的FET，即，分別以更通用術(shù)語含義IGFET(絕緣柵極場效應(yīng)晶體管)和MISFET使用術(shù)語MOSFET。在本說明書的上下文中，術(shù)語“金屬”和“金屬化物(metallization，金屬化層)”應(yīng)當(dāng)理解為包括更通用的術(shù)語導(dǎo)體。例如，柵電極的材料不一定由金屬制成，還可以由例如半導(dǎo)體層或金屬半導(dǎo)體化合物的任何導(dǎo)電材料或任何其他合適材料制成。此外，諸如“第一”、“第二”等的術(shù)語也用于描述不同的元件、區(qū)、部分等，也不是為了限制。在整個描述中，相同的術(shù)語指示相同的元件。這里使用的術(shù)語“具有”、“含有”、“包括”、“包含”等是開放性術(shù)語，表明存在所述的元件或特征，而不是排除另外的元件或特征。除非上下文中另有清楚地表明，冠詞“a”、“ an ”和“ the ”意在包括多個以及一個。圖I示意性示出了根據(jù)實施方式的常關(guān)或增強(qiáng)模式MOSFET 100的一部分的垂直截面。MOSFET 100包括具有第一表面102和第二表面103的n_型半導(dǎo)體本體101。第一表面102可以是半導(dǎo)體本體101的前側(cè)，并且第二表面103可以是半導(dǎo)體本體101的后側(cè)。圖I不出了垂直于第一和第二表面102、103延伸的垂直剖面中的截面。MOSFET 100包括邊緣終端區(qū)(edge termination area)104和單兀區(qū)(cell area)105。在圖I示出的實施方式中，邊緣終端區(qū)104包括多個浮動P-型保護(hù)環(huán)106a、106b、106c。保護(hù)環(huán)106a、106b、106c用于通過使連續(xù)通過保護(hù)環(huán)106a、106b、106c的低電勢浮動結(jié)的耗盡層擴(kuò)散，來減少聚集在單元區(qū)105中的主pn-結(jié)處的電場量。這些獨(dú)立的結(jié)用于增大耗盡層擴(kuò)散，從而降低在單元區(qū)105的主pn-結(jié)處的高電場。根據(jù)一個實施方式，保護(hù)環(huán)106a、106b、106c與單元區(qū)105中的半導(dǎo)體區(qū)同時被制造。作為實例，保護(hù)環(huán)106a、106b、106c可以與M0SFET100的單元區(qū)105中的體區(qū)同時被制造。根據(jù)另一實施方式，保護(hù)環(huán)106a、106b、106c可以獨(dú)立于單元區(qū)中的半導(dǎo)體區(qū)來制造。為了說明的目的，圖I中示出的保護(hù)環(huán)106a、106b、106c的數(shù)量n為3。然而，可以使用不同的保護(hù)環(huán)數(shù)量n，例如n=l，2，4，5，6，7，8。保護(hù)環(huán)106a、106b、106c的寬度Wa、Wb、W?？梢砸恢?、不同、或部分地不同。類似地，保護(hù)環(huán)106b、106c和106b、106a之間的建立(^和dba也 可以一致或不同。單元區(qū)105包括p-型體區(qū)107a、107b以及n+型源區(qū)108a、108b、108c。p_型體區(qū)107a、107b和n+型源區(qū)108a、108b、108c經(jīng)由觸點(diǎn)109a、109b和源極金屬化物110短路。體區(qū)107a、107b的底側(cè)分別鄰接到p-型補(bǔ)償區(qū)(compensation zone) 111a、111b。在P-型補(bǔ)償區(qū)111a、Illb之間，布置有構(gòu)成半導(dǎo)體本體101的一部分的n-型漂移區(qū)(driftzone)。n-型漂移區(qū)鄰接到在第二表面103的n+型漏區(qū)112。在第一表面102，包括第一柵極絕緣層114a、114b以及第一柵電極115a、115b的第一柵極結(jié)構(gòu)113a、113b布置在體區(qū)107a、107b上。邊緣終端區(qū)104中的保護(hù)環(huán)106a通過反相器結(jié)構(gòu)160和配線116電耦接至第一柵電極115a、115b。配線116以簡化的方式示出，并且可以包括觸點(diǎn)和金屬線。例如，反相器結(jié)構(gòu)160可以形成為CMOS (補(bǔ)償金屬氧化物半導(dǎo)體)反相器、雙極反相器、BiCMOS (雙極CMOS)反相器、NMOS (n_溝道M0S)反相器、PMOS(p-溝道M0S)反相器。反相器結(jié)構(gòu)可以形成在不同于圖I中示出的部分的半導(dǎo)體本體101的部分中。反相器結(jié)構(gòu)160是被配置為將保護(hù)環(huán)106a中的電勢反轉(zhuǎn)成適于驅(qū)動第一電柵極115a、115b的電勢的器件。根據(jù)一個實施方式，例如，當(dāng)保護(hù)環(huán)106a的電勢比源極金屬化物110的電勢更負(fù)時,反相器結(jié)構(gòu)160可以向第一柵電極115a、115b施加正電壓,正電壓與源極金屬化物110的電勢相關(guān)。當(dāng)保護(hù)環(huán)106a的電勢比源極金屬化物110的電勢更正時，反相器結(jié)構(gòu)160可以向第一柵電極115a、115b施加小于或接近源極金屬化物110的電壓的電壓。根據(jù)另一實施方式，當(dāng)保護(hù)環(huán)106a的電勢降至與源極金屬化物110的電勢相關(guān)的閾值以下時，反相器結(jié)構(gòu)160可以向第一柵電極115a、115b施加接近源極金屬化物110的電壓的電壓或者正電壓。當(dāng)保護(hù)環(huán)106a的電壓增至該閾值以上時，可以向第一柵電極115a、115b施加與源極金屬化物110的電壓相關(guān)的負(fù)電壓。在圖I示出的實施方式中，第一柵電極115a、115b電耦接至保護(hù)環(huán)106a。根據(jù)另一實施方式，第一柵電極115a、115b電耦接至另一個保護(hù)環(huán)。在第一表面102，包括第二柵極絕緣層118a和第二柵電極119a的第二柵極結(jié)構(gòu)117a布置在體區(qū)107b上。第二柵電極119a電耦接至柵極驅(qū)動電路(圖I中未示出)。因此，第一柵電極115a、115b從第二柵電極119a電斷開。換句話說,在第一柵電極115a、115b和第二柵電極119a之間沒有低歐姆電連接。常關(guān)的第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)120a、120b包括第一柵極結(jié)構(gòu)113a、113b、源區(qū)108a、108c以及體區(qū)107a、107b的一部分。常關(guān)的第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)121a包括第二柵極結(jié)構(gòu)117a、源區(qū)108b、以及體區(qū)107b的另一部分。第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)120a、120b和第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)121a共用漂移區(qū)和漏區(qū)112。
在下文中，第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)120a、120b稱為MOS柵控二極管(MGD)，并可獨(dú)立于第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)121a被電驅(qū)動。在圖I不出的實施方式中，第一柵電極115a、115b經(jīng)由反相器結(jié)構(gòu)160電耦接至邊緣終端區(qū)104中的保護(hù)環(huán)106a。保護(hù)環(huán)106a與第二柵電極119a電耦接的柵極驅(qū)動電路電斷開。圖I的示意圖僅涵蓋了單元區(qū)105的一部分。整個單元區(qū)包括多個第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)和多個第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)。根據(jù)一個實施方式，整個單元區(qū)中的第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的數(shù)量小于整個單元區(qū)中的第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的數(shù)量。當(dāng)MOSFET 100接通時，由體區(qū)107a、107b以及漂移區(qū)/漏區(qū)(drain region) 112形成的本體二極管反向偏壓較小電壓V1，并且第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)121a可以通過場效應(yīng)控制MOSFET 100的源極和漏極之間的溝道區(qū)的導(dǎo)電性。因此，第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)121a也稱為可控場效應(yīng)結(jié)構(gòu)。為了控制溝道區(qū)的導(dǎo)電性，向第二柵電極119a施加適當(dāng)電壓，以在與第二柵極結(jié)構(gòu)117a鄰接的第一表面102處的體區(qū)107b內(nèi)引起(induce)反向溝道。在該模式中，還通過反相器結(jié)構(gòu)160接通第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)120a、120b，S卩，保護(hù)環(huán)106a向反相器結(jié)構(gòu)160提供低電平信號，該信號被反轉(zhuǎn)成高電平信號提供給第一柵極結(jié)構(gòu)113a、113b并且使常關(guān)的第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)120a、120b接通，從而保護(hù)環(huán)106a的電勢被電耦接至第一柵極結(jié)構(gòu)113a、113b。因此，在該操作模式中，第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)121a和第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)120a、120b共用負(fù)載電流。當(dāng)MOSFET 100的本體二極管接通時，例如，在電感負(fù)載切換期間，由體區(qū)(bodyregion) 107a、107b以及漂移區(qū)/漏區(qū)112形成的本體二極管(body diode)正向偏壓較小電壓V2,并且第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)121a通過在第二柵電極119a適當(dāng)斷開信號而被斷開。在該模式中，通過反相器結(jié)構(gòu)160接通第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)120a、120b，S卩，保護(hù)環(huán)106a向反相器結(jié)構(gòu)160提供低電平信號，該信號被反轉(zhuǎn)成高電平信號提供給第一柵極結(jié)構(gòu)113a、113b并且使常關(guān)第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)120a、120b接通，從而保護(hù)環(huán)106a的電勢被電耦接至第一柵極結(jié)構(gòu)113a、113b。因此，第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)120a、120b的源極和漏極之間的電流路徑平行于在體區(qū)107a、107b和漂移區(qū)/漏區(qū)112之間流動的二極管電流。第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)120a、120b的源極和漏極之間的額外電流路徑使得體區(qū)電阻的減小。因此，可以減小由電流和整個本體二極管的電壓降的乘積決定的開關(guān)損耗。在MOSFET 100的靜態(tài)閉鎖模式(static blocking mode)下,本體二極管正向偏壓較大電壓v3，IV31 IV11，并且第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)121a通過第二柵極電極119a處的適當(dāng)信號而被斷開。在該模式中，通過反相器結(jié)構(gòu)160斷開第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)120a、120b，S卩，保護(hù)環(huán)106a向反相器結(jié)構(gòu)160提供高電平信號，該信號被反轉(zhuǎn)成低電平信號提供給第一柵極結(jié)構(gòu)113a、113b并且使常關(guān)的第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)120a、120b斷開，從而保護(hù)環(huán)106a的電勢被電耦接至第一柵極結(jié)構(gòu)113a、113b。根據(jù)另一實施方式，大于或等于源區(qū)108a、108b、108c的電勢的保護(hù)環(huán)106a的每個電壓可以在反相器結(jié)構(gòu)160的輸出端引起適當(dāng)?shù)牡碗娖叫盘枺撔盘柋惶峁┑降谝粬艠O結(jié)構(gòu)113a、113b，用于斷開常關(guān)的第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)120a、120b。換句話說，第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)120a、120b可以僅處于導(dǎo)通模式(conducting mode)或者在本體二極管處于導(dǎo)通模式時接通，并且當(dāng)MOSFET 100處于導(dǎo)通模式或者當(dāng)本體二極管處于非導(dǎo)通模式時，第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)120a、120b可以處于閉鎖模式或斷開。圖2示意性示出了 MOSFET 100的邊緣終端區(qū)104中的結(jié)終端延伸(JTE)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)作為圖I中示出的實施方式的保護(hù)環(huán)的替代結(jié)構(gòu)。JTE結(jié)構(gòu)包括鄰接到第一表面102的第一 P-型區(qū)(zone) 125。第一 p-型區(qū)125用于通過增大耗盡層擴(kuò)散來減少單元區(qū)105中的主pn-結(jié)處聚集的電場量，從而減少單元區(qū)105中的主pn-結(jié)處的高電場。橫向變摻雜(VLD)可以用于JTE結(jié)構(gòu)。配線116和反相器結(jié)構(gòu)160將包括第二 P-型區(qū)126的電壓抽頭電耦接至第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)120a、120b的第一柵電極115a、115b (圖2中未示出，參照圖I)。第二 p-型區(qū)126布置在JTE結(jié)構(gòu)的第一 P-型區(qū)125中，并可以構(gòu)成第一 P-型區(qū)125的一部分。根據(jù)其他實施方式，可以使用與圖I和圖2中所示出的不同的邊緣終端結(jié)構(gòu)，例如，場板、JTE結(jié)構(gòu)、VLD結(jié)構(gòu)和保護(hù)環(huán)的全部或選擇組合。圖3示意性示出了穿過圖I中示出的MOSFET 100的單元區(qū)105的一部分的垂直截面。單元區(qū)105包括第一晶體管單元130和第二晶體管單元131。而第一晶體管單元130包括與圖中示出的柵極結(jié)構(gòu)113a、113b類似的第一柵極結(jié)構(gòu)113c以及與圖I中示出的柵極結(jié)構(gòu)117a類似的第二柵極結(jié)構(gòu)117b，第二晶體管單元131僅包括與圖I中示出的柵極結(jié)構(gòu)117a類似的第二柵極結(jié)構(gòu)117c、117d。因此，只有第一晶體管單元130包括通過配線116和反相器結(jié)構(gòu)160 (圖3中未示出)電耦接至邊緣終端區(qū)104中的電壓抽頭的柵電極，即，柵電極115c。根據(jù)一個實施方式，與圖3中示出的第一晶體管單元130類似，單元區(qū)105中的5%至60%的單元包括第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)和第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)。與圖3中示出的第二半導(dǎo)體單元131類似，單元區(qū)105的其他單元包括第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)，但是不包括第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)。圖4示意性示出了根據(jù)另一實施方式的穿過MOSFET 200的一部分的垂直截面。MOSFET 200包括具有第一表面202和第二表面203的n_型半導(dǎo)體本體201。第一表面202可以是半導(dǎo)體本體201的前側(cè)，第二表面203可以是半導(dǎo)體本體201的后側(cè)。圖4示出了垂直于第一和第二表面202、203延伸的垂直剖面中的截面。MOSFET 200包括單元區(qū)205。單元區(qū)205包括p-型體區(qū)207a、207b、207c和n+型源區(qū) 208a、208b、208c、208d。p-型體區(qū) 207a,207b,207c 和 n+ 型源區(qū) 208a、208b、208c、208d短路。通過包括源極金屬化物的互連236以簡化的方式示出了短路。包括第一柵極絕緣層214a和第一柵電極215a的第一柵極結(jié)構(gòu)213a布置在從第一表面202延伸到半導(dǎo)體本體201中的溝槽235a中。第一柵極絕緣層214a是溝槽235a中的介電結(jié)構(gòu)237a的一部分。第一柵電極215a通過配線216和反相器結(jié)構(gòu)260電耦接至耗盡晶體管240的源區(qū)238a，配線和反相器結(jié)構(gòu)以簡化的方式示出并可以包括觸點(diǎn)、例如晶體管的有源半導(dǎo)體器件和金屬線。包括第二柵極絕緣層218a和第二柵電極219a的第二柵極結(jié)構(gòu)217a布置在溝槽235b中，與溝槽235a類似，溝槽235b從第一表面202延伸到半導(dǎo)體本體201中。第二柵極絕緣層218a是溝槽235b中的介電結(jié)構(gòu)237b的一部分。第二柵電極219a電耦接至柵極驅(qū)動電路(圖4中未示出)。因此，第一柵電極215a與第二柵電極219a電斷開。第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)220a包括第一柵極結(jié)構(gòu)213a、源區(qū)208a、208b、以及體區(qū)207a、207b的一部分。第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)221包括第二柵極結(jié)構(gòu)217a、源區(qū)208c、208d、體區(qū)207b的另一部分、以及體區(qū)207c的一部分。第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)220a和第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)221a共用構(gòu)成半導(dǎo)體本體201的一部分的漂移區(qū)和n+型漏區(qū)212。耗盡晶體管240的第三柵極結(jié)構(gòu)247a、247b包括第三柵極絕緣層248a、248b以及第三柵電極249a、249b。第三柵極絕緣層248a、248b是溝槽235c、235d中的介電結(jié)構(gòu)256a、256b的一部分。P-型放電區(qū)251電耦接至基準(zhǔn)電勢VKef的端子。在圖4示出的實施方式中，放電區(qū)251布置為遠(yuǎn)離源區(qū)238a，并布置為鄰近第三柵電極249b，或者更精確地，臨近第三柵極絕緣層248b。在圖4不出的實施方式中，放電區(qū)251布置在第一表面202的正下方，并分別通過第三柵電極249b和第三柵極絕緣層248b與源區(qū)238a和溝道區(qū)252隔開。第三柵極結(jié)構(gòu)247a、247b電耦接至基準(zhǔn)電勢，例如，耦接至源區(qū)208a、208b、208c、208d的源極電勢。 當(dāng)MOSFET 200接通時，由體區(qū)207a、207b和漂移區(qū)/漏區(qū)212形成的本體二極管反向偏壓較小電壓V1,并且第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)221a可以通過場效應(yīng)控制MOSFET 200的源極和漏極之間的溝道區(qū)的導(dǎo)電性。因此，第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)221a也稱為可控場效應(yīng)結(jié)構(gòu)。為了控制溝道區(qū)的導(dǎo)電性，向第二柵電極219a施加適當(dāng)電壓，以在溝槽235b的側(cè)壁處，在體區(qū)207b、207c中引起反向溝道。在該模式中，通過反相器結(jié)構(gòu)260也接通第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)220a,即，耗盡晶體管240的源區(qū)238a向反相器結(jié)構(gòu)260提供低電平信號，該信號被反轉(zhuǎn)成高電平信號提供給第一柵極結(jié)構(gòu)113a并且使常關(guān)的第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)220a接通，從而耗盡晶體管240的源區(qū)238a的電勢電耦接至第一柵極結(jié)構(gòu)213a。因此，在該操作模式中，第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)221a和第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)220a共用負(fù)載電流。當(dāng)MOSFET 200的本體二極管接通時，例如，在電感負(fù)載的切換期間，由體區(qū)207a、207b,207c和漂移區(qū)/漏區(qū)212形成的本體二極管正向偏壓較小電壓V2,并且第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)221a通過第二柵電極219a處的適當(dāng)斷開信號而被斷開。在該模式中，通過反相器結(jié)構(gòu)260接通第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)220a，即，耗盡晶體管240的源區(qū)238a向反相器結(jié)構(gòu)260提供低電平信號，該信號被反轉(zhuǎn)成高電平信號提供給第一柵極結(jié)構(gòu)213a并且使常關(guān)的第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)220a接通，從而耗盡晶體管240的源區(qū)238a的電勢電耦接至第一柵極結(jié)構(gòu)213a。因此，第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)220a的源極和漏極之間的電流路徑平行于在體區(qū)207a、207b、207c和漂移區(qū)/漏區(qū)212之間流動的二極管電流。第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)220a的源極和漏極之間的該額外電流路徑使得本體二極管的電阻減小。因此，可以減小由電流和整個本體二極管的電壓降的乘積決定的開關(guān)損耗。在MOSFET 200的靜態(tài)閉鎖模式中，本體二極管反向偏壓較大電壓V3，V31 IV11 ,并且第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)221a通過第二柵電極219a處的適當(dāng)信號而被斷開。在該模式中，通過反相器結(jié)構(gòu)260斷開第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)220a，即，耗盡晶體管240的源區(qū)238a向反相器結(jié)構(gòu)260提供高電平信號，該信號被反轉(zhuǎn)成低電平信號提供給第一柵極結(jié)構(gòu)213a并且使常關(guān)的第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)220a斷開，從而耗盡晶體管240的源區(qū)238a的電勢電耦接至第一柵極結(jié)構(gòu)213a。根據(jù)另一實施方式，大于或等于源區(qū)208a、208b、208c、208d的電勢的耗盡晶體管240的源區(qū)238a的每個電壓可以在反相器結(jié)構(gòu)260的輸出端引起適當(dāng)?shù)牡碗娖叫盘枺撔盘柋惶峁┙o第一柵極結(jié)構(gòu)213a，用于斷開常關(guān)的第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)220a。換句話說，第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)220a可以僅處于導(dǎo)通模式或者在本體二極管處于導(dǎo)通模式時接通，并且在M0SFET200處于導(dǎo)通模式或者在本體二極管為非導(dǎo)通模式時，第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)220a可以為閉鎖模式或斷開。圖5示意性示出了根據(jù)另一實施方式的穿過MOSFET 100’的一部分的垂直截面。MOSFET 100’與圖I中示出的MOSFET 100類似，并且與MOSFET 100的不同在于，第一柵極結(jié)構(gòu)113a、113b的第一柵電極115a、115b電稱接至第一柵極驅(qū)動器電路180,而不是如圖I中示出的保護(hù)環(huán)106a。第二柵極結(jié)構(gòu)117a的第二柵電極119a電耦接至不同于第一柵極驅(qū)動器電路180的第二柵極驅(qū)動器電路181。第一柵極驅(qū)動器電路180經(jīng)由第一信號線182用第一柵極信號S■來驅(qū)動第一柵電極115a、115b。第二柵極驅(qū)動器電路181經(jīng)由第二信號線183用第二柵極信號SG來驅(qū)動第二柵電極119a。根據(jù)一個實施方式，在第二場效應(yīng)晶體管121a從本體二極管的閉鎖模式切換到正向偏壓模式前僅僅例如2ns至1000ns，第一信號Skd接通第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)120a、120b。在 第二場效應(yīng)晶體管121a返回到閉鎖模式后僅僅例如2ns至1000ns,第一信號Skd斷開第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)120a、120b。這允許減小正向偏壓模式的損耗。根據(jù)另一實施方式，在第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)121a已經(jīng)返回到其本體二極管的正向偏壓模式后不久例如2ns至1000ns，通過第一信號Skd輕微地延遲后實現(xiàn)第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)120a、120b的接通。這允許在閉鎖期間的損耗減小。用于驅(qū)動第一和第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)120a、120b、121a的另一實施方式，可以應(yīng)用于具有高電壓閉鎖能力(voltage blocking capability)(例如，大于100V)的器件。在這些器件中，漂移區(qū)中的高歐姆電阻可能在第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)120a、120b中引起高于第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)121a的正向偏壓電壓。在該情況下，第一信號Skd將第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)120a、120b接通，以正好在第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)121a從本體二極管的正向偏壓模式切換到閉鎖模式之前，減少電子/空穴涌入(flood)。由第一和第二柵極驅(qū)動器電路180、181驅(qū)動第一和第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)120a、120b、121a的定時對于應(yīng)用是特定的并且可能取決于在正向偏壓模式中的損耗與由于在閉鎖模式中流動的泄露電流導(dǎo)致的損耗的比率。圖6示意性示出了包括半橋電路的集成電路700的一部分，半橋電路具有第一n-型通道常關(guān)MOSFET 701和第二 n_型通道常關(guān)MOSFET 702。第一和第二 MOSFET 701、702中的至少一個類似于以上實施方式中描述的MOSFET之一，并包括第一和第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)，其中，第一和第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的柵電極被電斷開。在圖6的示意圖中，電感負(fù)載用虛線表示。在該情況下，第二 M0SFEI702類似于上述實施方式中描述的MOSFET之一。應(yīng)當(dāng)理解，除非另有特別說明，這里描述的各個實施方式的特征可以相互組合。盡管本文已經(jīng)示出并描述了具體實施方式
，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解的是，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，各種替換和/或等同實施方案可以用于替代示出和描述的具體實施方式
。本申請旨在覆蓋這里描述的具體實施方式
的任何調(diào)整或變化。因此，本發(fā)明僅由權(quán)利要求書及其等同方案限定。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括 源極金屬化物； 半導(dǎo)體本體，包括第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)，包括電耦接至所述源極金屬化物的第一導(dǎo)電類型的源區(qū)；和第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)，包括電耦接至所述源極金屬化物的所述第一導(dǎo)電類型的源區(qū)；以及 電壓抽頭，包括在所述半導(dǎo)體本體內(nèi)的半導(dǎo)體區(qū)，通過中間反相器結(jié)構(gòu)電耦接至所述第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的第一柵電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一效應(yīng)結(jié)構(gòu)的源區(qū)和所述第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的源區(qū)短路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括第一多個所述第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)和第二多個所述第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的單元陣列，其中，所述第二多個大于所述第一多個。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述單元陣列的5%至60%的單元包括所述第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)和所述第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)，并且其中，所述單元陣列的其余單元包括所述第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)，但是不包括所述第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中， 所述第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)具有包括第一柵電極、第一柵極絕緣體和第一體區(qū)的第一電容； 所述第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)具有包括第二柵電極、第二柵極絕緣體和第二體區(qū)的第二電容；并且 每單位面積的所述第一電容大于每單位面積的所述第二電容。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第二柵電極和所述第二體區(qū)之間的所述第二柵極絕緣體的厚度大于所述第一柵電極和所述第一體區(qū)之間的所述第一柵極絕緣體的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述半導(dǎo)體器件是具有在50V至1500V范圍內(nèi)的電壓閉鎖能力的垂直金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述半導(dǎo)體器件是反向?qū)ń^緣柵雙極晶體管的一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)和所述第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)共用公共漏極。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述電壓抽頭的所述半導(dǎo)體區(qū)是邊緣終端結(jié)構(gòu)的電浮動半導(dǎo)體區(qū)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述邊緣終端結(jié)構(gòu)是保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述邊緣終端結(jié)構(gòu)是結(jié)終端延伸結(jié)構(gòu)的一部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述電壓抽頭的所述半導(dǎo)體區(qū)鄰接所述半導(dǎo)體本體的表面。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述電壓抽頭被配置為在所述半導(dǎo)體本體內(nèi)的比所述第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的本體區(qū)的底側(cè)深的位置分接電壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的第一柵電極和所述第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的第二柵電極是布置在所述半導(dǎo)體本體的表面上方的平面柵電極。
16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的第一柵電極和所述第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的第二柵電極布置在延伸到所述半導(dǎo)體本體中的溝槽內(nèi)。
17.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述電壓抽頭電耦接至所述反相器結(jié)構(gòu)的輸入端，并且所述第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的第一柵電極電耦接至所述反相器結(jié)構(gòu)的輸出端。
18.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的所述第一柵電極和所述第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的第二柵電極電斷開。
19.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述電壓抽頭的所述半導(dǎo)體區(qū)是耗盡晶體管的源區(qū)，所述耗盡晶體管包括 漏區(qū)； 溝道區(qū)，布置在所述源區(qū)和所述漏區(qū)之間，其中，所述源區(qū)、所述漏區(qū)和所述溝道區(qū)是所述第一導(dǎo)電類型； 柵電極，布置為與所述溝道區(qū)相鄰，并且通過柵極電介質(zhì)與所述溝道區(qū)介質(zhì)絕緣；以及 第二導(dǎo)電類型的第一放電區(qū)布置為與所述柵極電介質(zhì)相鄰，并電耦接至基準(zhǔn)電勢的終端。
20.—種半導(dǎo)體器件，包括 源極金屬化物； 半導(dǎo)體本體，包括第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)，包括電耦接至所述源極金屬化物的第一導(dǎo)電類型的源區(qū)；以及第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)，包括電耦接至所述源極金屬化物的所述第一導(dǎo)電類型的源區(qū)；以及 其中，所述第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的第一柵電極電耦接至第一柵極驅(qū)動器電路，并且所述第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的第二柵電極電耦接至不同于所述第一柵極驅(qū)動器電路的第二柵極驅(qū)動器電路；以及 其中，所述第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)和所述第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)共用公共漏極。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的源區(qū)和所述第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的源區(qū)短路。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括第一多個所述第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)和第二多個所述第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的單元陣列，其中，所述第二多個大于所述第一多個，并且其中，所述單元陣列的5%至60%的單元包括所述第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)和所述第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)，并且所述單元陣列的其余單元包括所述第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)，但是不包括所述第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一柵極驅(qū)動器電路被配置為用信號驅(qū)動所述第一柵電極，所述信號被配置為在所述第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的本體二極管在導(dǎo)通模式下時接通所述第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)并且在所述第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的所述本體二極管在非導(dǎo)通模式下時斷開所述第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)。
24.一種集成電路，包括 半橋電路，包括 源極金屬化物； 半導(dǎo)體本體，包括第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)，包括電耦接至所述源極金屬化物的第一導(dǎo)電類型的源區(qū)；以及第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)，包括電耦接至所述源極金屬化物的所述第一導(dǎo)電類型的源區(qū)；電壓抽頭，包括在所述半導(dǎo)體本體內(nèi)的半導(dǎo)體區(qū)，通過中間反相器結(jié)構(gòu)電耦接至所述第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的第一柵電極。
25.—種集成電路,包括 半橋電路，包括 源極金屬化物； 半導(dǎo)體本體，包括第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)，包括電耦接至所述源極金屬化物的第一導(dǎo)電類型的源區(qū)；以及第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)，包括電耦接至所述源極金屬化物的所述第一導(dǎo)電類型的源區(qū)；以及 其中，所述第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的第一柵電極電耦接至第一柵極驅(qū)動器電路，并且所述的第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的第二柵電極電耦接至不同于所述第一柵極驅(qū)動器電路的第二柵極驅(qū)動器電路；并且 其中，所述第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)和所述第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)共用公共漏極。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件和包括該半導(dǎo)體器件的集成電路。該半導(dǎo)體器件包括源極金屬化物和半導(dǎo)體本體。半導(dǎo)體本體包括第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)，該第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)包括電耦接至源極金屬化物的第一導(dǎo)電類型的源區(qū)。半導(dǎo)體本體還包括第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)，該第二場效應(yīng)結(jié)構(gòu)包括電耦接至源極金屬化物的第一導(dǎo)電類型的源區(qū)。包括在半導(dǎo)體本體中的半導(dǎo)體區(qū)的電壓抽頭通過中間反相器結(jié)構(gòu)電耦接至第一場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的第一柵電極。
文檔編號H01L27/06GK102800702SQ20121015146
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者弗朗茨·赫爾萊爾, 安東·毛德, 約阿希姆·魏爾斯 申請人:英飛凌科技奧地利有限公司