具有不同的局部單元幾何形狀的半導(dǎo)體切換器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文所述的實(shí)施例涉及半導(dǎo)體器件，且特別是涉及半導(dǎo)體切換器件，例如具有不同的局部單元幾何形狀(且特別是局部不同的柵極-漏極電容)的半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)。此外，本文所述的實(shí)施例涉及位于半導(dǎo)體器件的有源區(qū)域中的可切換單元的單元布局。
【背景技術(shù)】
[0002]具有大芯片區(qū)域的半導(dǎo)體切換器件被提供有柵極信號(hào)發(fā)射器或柵極滑道(runner)結(jié)構(gòu)，例如用于將由外部電路提供的外部切換信號(hào)傳遞到布置在半導(dǎo)體切換器件的有源區(qū)域中的全體可切換單元的柵極焊盤(pán)、柵極環(huán)或柵極指狀物。
[0003]位于芯片區(qū)域的外輪緣(其中設(shè)置例如柵極滑道結(jié)構(gòu)的柵極金屬化)處或附近的單元可在外部切換信號(hào)可到達(dá)位于芯片區(qū)域的內(nèi)部區(qū)中的可切換單元之前的時(shí)間接收外部切換信號(hào)。特別是，如果短持續(xù)時(shí)間的瞬時(shí)切換信號(hào)出現(xiàn)，則只有接近于柵極信號(hào)發(fā)射器的那些單元被處理，且因此被切換。接近于柵極信號(hào)發(fā)射器的單元因此必須攜帶全負(fù)載電流，其可導(dǎo)致比額定電流更高的每單元電流。此外，跨越芯片區(qū)域的外部切換信號(hào)的這種不均一分布可阻止可切換單元同時(shí)切換?？汕袚Q單元的同時(shí)操作因此不被保證，且不均一切換可能出現(xiàn)。
[0004]鑒于上述內(nèi)容，存在對(duì)改進(jìn)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)實(shí)施例，半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底，其具有外輪緣、限定有源區(qū)域的多個(gè)可切換單元以及布置在限定有源區(qū)域的可切換單元和外輪緣之間的邊緣終止區(qū)?？汕袚Q單元中每一個(gè)包括主體區(qū)、柵電極結(jié)構(gòu)和源極區(qū)。源極金屬化與可切換單元的源極區(qū)歐姆接觸。柵極金屬化與可切換單元的柵電極結(jié)構(gòu)歐姆接觸。由可切換單元限定的有源區(qū)域包括具有與第二可切換區(qū)的柵極-漏極比電容(specific gate-drain capacitance)不同的柵極-漏極比電容的至少第一可切換區(qū)。
[0006]根據(jù)實(shí)施例，半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底，其具有外輪緣、限定有源區(qū)域的多個(gè)可切換單元以及布置在限定有源區(qū)域的可切換單元和外輪緣之間的邊緣終止區(qū)?？汕袚Q單元中的每一個(gè)包括主體區(qū)、柵電極結(jié)構(gòu)和源極區(qū)。源極金屬化與可切換單元的源極區(qū)歐姆接觸。柵極金屬化與可切換單元的柵電極結(jié)構(gòu)歐姆接觸。由可切換單元限定的有源區(qū)域包括至少第一可切換區(qū)和不同于第一可切換區(qū)的至少第二可切換區(qū)，其中在第一可切換區(qū)和第二可切換區(qū)中的每一個(gè)可切換單元具有特定覆蓋率，其中在第一可切換區(qū)中的可切換單元的特定覆蓋率不同于在第二可切換區(qū)中的可切換單元的特定覆蓋率。
[0007]根據(jù)實(shí)施例，用于制造半導(dǎo)體器件的方法包括:提供具有外輪緣、有源區(qū)域以及布置在有源區(qū)域和外輪緣之間的邊緣終止區(qū)的半導(dǎo)體襯底；在有源區(qū)域中形成多個(gè)可切換單元，其中可切換單元中的每一個(gè)包括主體區(qū)、柵電極結(jié)構(gòu)和源極區(qū)，其中由可切換單元限定的有源區(qū)域包括具有與第二可切換區(qū)的柵極-漏極比電容不同的柵極-漏極比電容的至少第一可切換區(qū)；形成與可切換單元的源極區(qū)歐姆接觸的源極金屬化；以及形成與可切換單元的柵電極結(jié)構(gòu)歐姆接觸的柵極金屬化。
[0008]本領(lǐng)域中的技術(shù)人員在閱讀下面的詳細(xì)描述后和在觀看附圖后將認(rèn)識(shí)到附加的特征和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0009]附圖中的部件并不一定按比例，相反將重點(diǎn)放在圖示本發(fā)明的原理上。而且在附圖中，相似的參考符號(hào)標(biāo)明對(duì)應(yīng)的部分。
[0010]圖1圖示根據(jù)實(shí)施例的具有由邊緣終止區(qū)包圍的主可切換區(qū)的半導(dǎo)體切換器件。
[0011]圖2圖示根據(jù)實(shí)施例的具有第一可切換區(qū)和布置在第一可切換區(qū)與邊緣終止區(qū)之間的第二可切換區(qū)的半導(dǎo)體切換器件。
[0012]圖3圖示根據(jù)又另一實(shí)施例的在半導(dǎo)體襯底中提供的半導(dǎo)體切換器件，其中柵極金屬化包括柵極指狀物。
[0013]圖4是根據(jù)又另一實(shí)施例的圖3所示的半導(dǎo)體切換器件的示意圖，其中第二可切換區(qū)被提供為接近于柵極金屬化。
[0014]圖5是根據(jù)實(shí)施例的在邊緣終止區(qū)處或附近的可切換單元的布局的示意圖。
[0015]圖6是根據(jù)另一實(shí)施例的在第一可切換區(qū)和第二可切換區(qū)之間的過(guò)渡區(qū)中的可切換單元的布局的示意圖。
[0016]圖7圖示根據(jù)又另一實(shí)施例的在過(guò)渡區(qū)中的可切換單元的布局的細(xì)節(jié)。
[0017]圖8圖示根據(jù)又另一實(shí)施例的在第一和第二可切換區(qū)中的可切換單元的不同布局。
[0018]圖9A是根據(jù)實(shí)施例的可切換單元的陣列的一部分的側(cè)截面圖。
[0019]圖9B是根據(jù)另一實(shí)施例的可切換單元的陣列的一部分的側(cè)截面圖。
[0020]圖10圖不根據(jù)另一實(shí)施例的具有第一可切換區(qū)和布置在第一可切換區(qū)與邊緣終止區(qū)之間的第二可切換區(qū)的半導(dǎo)體切換器件。
[0021]圖11圖示根據(jù)又另一實(shí)施例的具有第一可切換區(qū)、第二可切換區(qū)、第三可切換區(qū)和第四可切換區(qū)的半導(dǎo)體切換器件。
[0022]圖12圖示根據(jù)實(shí)施例的局部適應(yīng)的柵極-漏極電容的效應(yīng)。
【具體實(shí)施方式】
[0023]在下面的詳細(xì)描述中，參考形成其一部分的附圖，且其中作為例證示出本發(fā)明可被實(shí)踐的特定實(shí)施例。在這個(gè)方面中，關(guān)于正被描述的(多個(gè))附圖的取向來(lái)使用諸如“頂部”、“底部”、“前面”、“后面”、“前端”、“結(jié)尾”、“橫向”、“垂直”等的方向術(shù)語(yǔ)。因?yàn)閷?shí)施例的部件可被定位在多個(gè)不同的取向中，所以方向術(shù)語(yǔ)用于例證的目的且決不是限制性的。應(yīng)理解，其它實(shí)施例可被利用，且結(jié)構(gòu)或邏輯改變可被做出而不偏離本發(fā)明的范圍。下面的詳細(xì)描述因此不應(yīng)在限制性意義上被理解，且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。正被描述的實(shí)施例使用特定的語(yǔ)言，其不應(yīng)被解釋為限制所附權(quán)利要求的范圍。
[0024]現(xiàn)在將詳細(xì)參考各種實(shí)施例，其一個(gè)或多個(gè)示例在附圖中圖示。每一個(gè)示例通過(guò)解釋的方式被提供，且并不意味著作為本發(fā)明的限制。例如，被圖示或描述為一個(gè)實(shí)施例的部分的特征可在其它實(shí)施例上使用或結(jié)合其它實(shí)施例使用以產(chǎn)出又一另外的實(shí)施例。意圖是本發(fā)明包括這樣的修改和變化。使用不應(yīng)被解釋為限制所附權(quán)利要求的范圍的特定語(yǔ)言描述了示例。附圖并不按比例且僅為了例證性目的。為了清楚起見(jiàn)，相同的元件或制造步驟在不同的附圖中已經(jīng)由相同的參考符號(hào)標(biāo)明，如果沒(méi)有另外說(shuō)明。
[0025]在這個(gè)說(shuō)明書(shū)中，半導(dǎo)體襯底的第二表面被考慮為由下或背側(cè)表面形成，而第一表面被考慮為由半導(dǎo)體襯底的上、前或主表面形成?？紤]到這個(gè)取向，如在這個(gè)說(shuō)明書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)“在…上方”和“在…下方”因此描述結(jié)構(gòu)特征與另一結(jié)構(gòu)特征的相對(duì)位置。
[0026]在本說(shuō)明書(shū)的上下文中，術(shù)語(yǔ)“M0S”(金屬氧化物半導(dǎo)體)應(yīng)被理解為包括更一般的術(shù)語(yǔ)“MIS”(金屬絕緣體半導(dǎo)體)。例如，術(shù)語(yǔ)MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)應(yīng)被理解為也包括具有不是氧化物的柵極絕緣體的FET，即術(shù)語(yǔ)MOSFET分別在IGFET (絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管)和MISFET (金屬絕緣體半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的更一般的術(shù)語(yǔ)含義上被使用。MOSFET的柵極材料的術(shù)語(yǔ)“金屬”應(yīng)被理解為包括導(dǎo)電材料，諸如但不限于金屬、合金、摻雜多晶硅半導(dǎo)體和例如金屬硅化物的金屬半導(dǎo)體化合物。
[0027]場(chǎng)效應(yīng)控制的切換器件(例如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)或絕緣柵雙極晶體管(IGBT))已經(jīng)用于各種應(yīng)用，包括作為在電源和功率轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)汽車(chē)、空調(diào)和甚至立體聲系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)的使用。特別是關(guān)于能夠切換大電流和/或在較高電壓下操作的功率器件，在傳導(dǎo)導(dǎo)通狀態(tài)中低電阻常常是期望的。這意味著例如，對(duì)于待切換的給定電流，在接通的FET兩端的電壓降(例如源極-漏極電壓)被期望是低的。另一方面，在FET的切斷或換向期間出現(xiàn)的損耗常常也被保持小以最小化總損耗。
[0028]如在這個(gè)說(shuō)明書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)“半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)”描述具有高電壓和/或高電流切換能力的在單個(gè)芯片上的半導(dǎo)體器件。換句話說(shuō)，功率半導(dǎo)體器件為一般在安培范圍內(nèi)的高電流而設(shè)計(jì)。在這個(gè)說(shuō)明書(shū)內(nèi)，術(shù)語(yǔ)“半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)”、“半導(dǎo)體切換器件”和“功率半導(dǎo)體器件”被同義地使用。
[0029]在本說(shuō)明書(shū)的上下文中，術(shù)語(yǔ)“有源單元區(qū)”或“有源區(qū)域”描述半導(dǎo)體切換器件的半導(dǎo)體襯底的區(qū)，其中布置攜帶負(fù)載電流的可切換單元。在有源區(qū)域中的可切換單元限定半導(dǎo)體切換器件的切換行為。具體地，有源區(qū)域可包括至少主或第一可切換區(qū)和第二可切換區(qū)，可選地多于兩個(gè)不同的可切換區(qū)。在不同可切換區(qū)中的可切換單元可在至少一個(gè)物理性質(zhì)(例如柵極-漏極電容或閾值電壓)處不同于彼此。單元也可在有源區(qū)域的不同可切換區(qū)中具有不同的單元布局。有源區(qū)域的不同可切換區(qū)也被稱(chēng)為有源區(qū)域的“子區(qū)”，并描述具有可切換單元或可切換單元的部分的區(qū)，其具有與其它子區(qū)的可切換單元的物理性質(zhì)不同的物理性質(zhì)。特別是，不同的子區(qū)可被制造有不同的柵極多晶硅覆蓋，使得局部柵極-漏極電容Cgd (例如個(gè)別單元或一組各個(gè)單元的電容)變化。
[0030]在本說(shuō)明書(shū)的上下文中，術(shù)語(yǔ)“單元節(jié)距”或“縱向節(jié)距”描述沿著可切換單元的縱向延伸的在有源區(qū)域中的可切換單元的節(jié)距。
[0031]在本說(shuō)明書(shū)的上下文中，術(shù)語(yǔ)“柵電極結(jié)構(gòu)”描述緊接于半導(dǎo)體襯底布置并通過(guò)電介質(zhì)區(qū)或電介質(zhì)層與半導(dǎo)體襯底絕緣的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。當(dāng)在半導(dǎo)體襯底的表面上被看時(shí)，柵電極結(jié)構(gòu)覆蓋半導(dǎo)體器件的不同區(qū)，例如主體區(qū)和漂移區(qū)。柵電極結(jié)構(gòu)包括緊接于主體區(qū)的可切換單元的柵電極以及還有在彼此電連接的鄰近柵電極之間的電連接。柵電極被配置成例如通過(guò)在可切換單元的相應(yīng)源極區(qū)和漂移區(qū)之間的主體區(qū)中的“反型溝道”的電場(chǎng)居間形成來(lái)形成和/或控制在主體區(qū)中的溝道區(qū)的導(dǎo)電性。當(dāng)形成反型溝道時(shí)，溝道區(qū)的導(dǎo)電類(lèi)型一般被改變，即反轉(zhuǎn)，以形成在源極和漏極區(qū)之間的單極電流路徑。柵電極結(jié)構(gòu)常常方便地被稱(chēng)為柵極多晶硅。
[0032]用于形成在柵電極和主體區(qū)之間的電介質(zhì)區(qū)或電介質(zhì)層的電介質(zhì)材料的示例包括(而沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行限制):氧化硅(Si02)、氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(S1xNy)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鉭(Ta2O5)、氧化鈦(T12)和氧化鉿(HfO2)以及包括不同絕緣材料的堆疊的其組合。
[0033]術(shù)語(yǔ)“電連接”和“電連接的”描述在兩個(gè)元件之間的歐姆連接。
[0034]在本說(shuō)明書(shū)的上下文中，術(shù)語(yǔ)“柵極信號(hào)發(fā)射器”描述提供外部切換信號(hào)到可切換單元的柵電極結(jié)構(gòu)的傳遞的電極配置。在這個(gè)說(shuō)明書(shū)內(nèi)，術(shù)語(yǔ)“柵極金屬化”和“柵極信號(hào)發(fā)射器”同義地被使用。通常，柵極金屬化在柵電極結(jié)構(gòu)上形成以改進(jìn)切換信號(hào)的分布。例如，柵電極結(jié)構(gòu)由多晶硅形成，并可具有覆蓋有源區(qū)域的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)柵極金屬化在半導(dǎo)體器件的外圍中(例如在邊緣終止區(qū)域中)的柵電極結(jié)構(gòu)上形成并與該柵電極結(jié)構(gòu)歐姆接觸。柵極金屬化可包括例如柵極環(huán)或者柵極環(huán)和從柵極環(huán)延伸到有源區(qū)域中的柵極指狀物。柵電極結(jié)構(gòu)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)包括源極接觸的開(kāi)口。柵極信號(hào)發(fā)射器通常具有比柵電極結(jié)構(gòu)低的比電阻。例如，柵極信號(hào)發(fā)射器可由比柵電極結(jié)構(gòu)更導(dǎo)電的材料制成和/或可被制造得比柵電極結(jié)構(gòu)厚以減小電阻。
[0035]在這個(gè)說(shuō)明