具有不同的局部單元幾何形狀的半導體切換器件的制作方法
【技術領域】
[0001]本文所述的實施例涉及半導體器件，且特別是涉及半導體切換器件，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)的半導體功率開關。此外，本文所述的實施例涉及位于半導體器件的有源區域中的可切換單元的單元布局。
【背景技術】
[0002]具有大芯片區域的半導體切換器件被提供有柵極信號發射器或柵極滑道(runner)結構，例如用于將由外部電路提供的外部切換信號傳遞到布置在半導體切換器件的有源區域中的全體可切換單元的柵極焊盤、柵極環或柵極指狀物。
[0003]位于芯片區域的外輪緣(其中設置例如柵極滑道結構的柵極金屬化)處或附近的單元可在外部切換信號可到達位于芯片區域的內部區中的可切換單元之前的時間接收外部切換信號。特別是，如果短持續時間的瞬時切換信號出現，則只有接近于柵極信號發射器的那些單元被處理，且因此被切換。接近于柵極信號發射器的單元因此必須攜帶全負載電流，其可導致比額定電流更高的每單元電流。此外，跨越芯片區域的外部切換信號的這種不均一分布可阻止可切換單元同時切換。可切換單元的同時操作因此不被保證，且不均一切換可能出現。
[0004]鑒于上述內容，存在對改進的需要。
【發明內容】
[0005]根據實施例，半導體器件包括半導體襯底，其具有外輪緣、限定有源區域的多個可切換單元以及布置在限定有源區域的可切換單元和外輪緣之間的邊緣終止區。可切換單元中每一個包括主體區、柵電極結構和源極區。源極金屬化與可切換單元的源極區歐姆接觸。柵極金屬化與可切換單元的柵電極結構歐姆接觸。由可切換單元限定的有源區域包括具有與第二可切換區的柵極-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。
[0006]根據實施例，半導體器件包括半導體襯底，其具有外輪緣、限定有源區域的多個可切換單元以及布置在限定有源區域的可切換單元和外輪緣之間的邊緣終止區。可切換單元中的每一個包括主體區、柵電極結構和源極區。源極金屬化與可切換單元的源極區歐姆接觸。柵極金屬化與可切換單元的柵電極結構歐姆接觸。由可切換單元限定的有源區域包括至少第一可切換區和不同于第一可切換區的至少第二可切換區，其中在第一可切換區和第二可切換區中的每一個可切換單元具有特定覆蓋率，其中在第一可切換區中的可切換單元的特定覆蓋率不同于在第二可切換區中的可切換單元的特定覆蓋率。
[0007]根據實施例，用于制造半導體器件的方法包括:提供具有外輪緣、有源區域以及布置在有源區域和外輪緣之間的邊緣終止區的半導體襯底；在有源區域中形成多個可切換單元，其中可切換單元中的每一個包括主體區、柵電極結構和源極區，其中由可切換單元限定的有源區域包括具有與第二可切換區的柵極-漏極比電容不同的柵極-漏極比電容的至少第一可切換區；形成與可切換單元的源極區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構歐姆接觸的柵極金屬化。
[0008]本領域中的技術人員在閱讀下面的詳細描述后和在觀看附圖后將認識到附加的特征和優點。
【附圖說明】
[0009]附圖中的部件并不一定按比例，相反將重點放在圖示本發明的原理上。而且在附圖中，相似的參考符號標明對應的部分。
[0010]圖1圖示根據實施例的具有由邊緣終止區包圍的主可切換區的半導體切換器件。
[0011]圖2圖示根據實施例的具有第一可切換區和布置在第一可切換區與邊緣終止區之間的第二可切換區的半導體切換器件。
[0012]圖3圖示根據又另一實施例的在半導體襯底中提供的半導體切換器件，其中柵極金屬化包括柵極指狀物。
[0013]圖4是根據又另一實施例的圖3所示的半導體切換器件的示意圖，其中第二可切換區被提供為接近于柵極金屬化。
[0014]圖5是根據實施例的在邊緣終止區處或附近的可切換單元的布局的示意圖。
[0015]圖6是根據另一實施例的在第一可切換區和第二可切換區之間的過渡區中的可切換單元的布局的示意圖。
[0016]圖7圖示根據又另一實施例的在過渡區中的可切換單元的布局的細節。
[0017]圖8圖示根據又另一實施例的在第一和第二可切換區中的可切換單元的不同布局。
[0018]圖9A是根據實施例的可切換單元的陣列的一部分的側截面圖。
[0019]圖9B是根據另一實施例的可切換單元的陣列的一部分的側截面圖。
[0020]圖10圖不根據另一實施例的具有第一可切換區和布置在第一可切換區與邊緣終止區之間的第二可切換區的半導體切換器件。
[0021]圖11圖示根據又另一實施例的具有第一可切換區、第二可切換區、第三可切換區和第四可切換區的半導體切換器件。
[0022]圖12圖示根據實施例的局部適應的柵極-漏極電容的效應。
【具體實施方式】
[0023]在下面的詳細描述中，參考形成其一部分的附圖，且其中作為例證示出本發明可被實踐的特定實施例。在這個方面中，關于正被描述的(多個)附圖的取向來使用諸如“頂部”、“底部”、“前面”、“后面”、“前端”、“結尾”、“橫向”、“垂直”等的方向術語。因為實施例的部件可被定位在多個不同的取向中，所以方向術語用于例證的目的且決不是限制性的。應理解，其它實施例可被利用，且結構或邏輯改變可被做出而不偏離本發明的范圍。下面的詳細描述因此不應在限制性意義上被理解，且本發明的范圍由所附權利要求限定。正被描述的實施例使用特定的語言，其不應被解釋為限制所附權利要求的范圍。
[0024]現在將詳細參考各種實施例，其一個或多個示例在附圖中圖示。每一個示例通過解釋的方式被提供，且并不意味著作為本發明的限制。例如，被圖示或描述為一個實施例的部分的特征可在其它實施例上使用或結合其它實施例使用以產出又一另外的實施例。意圖是本發明包括這樣的修改和變化。使用不應被解釋為限制所附權利要求的范圍的特定語言描述了示例。附圖并不按比例且僅為了例證性目的。為了清楚起見，相同的元件或制造步驟在不同的附圖中已經由相同的參考符號標明，如果沒有另外說明。
[0025]在這個說明書中，半導體襯底的第二表面被考慮為由下或背側表面形成，而第一表面被考慮為由半導體襯底的上、前或主表面形成。考慮到這個取向，如在這個說明書中使用的術語“在…上方”和“在…下方”因此描述結構特征與另一結構特征的相對位置。
[0026]在本說明書的上下文中，術語“M0S”(金屬氧化物半導體)應被理解為包括更一般的術語“MIS”(金屬絕緣體半導體)。例如，術語MOSFET (金屬氧化物半導體場效應晶體管)應被理解為也包括具有不是氧化物的柵極絕緣體的FET，即術語MOSFET分別在IGFET (絕緣柵場效應晶體管)和MISFET (金屬絕緣體半導體場效應晶體管)的更一般的術語含義上被使用。MOSFET的柵極材料的術語“金屬”應被理解為包括導電材料，諸如但不限于金屬、合金、摻雜多晶硅半導體和例如金屬硅化物的金屬半導體化合物。
[0027]場效應控制的切換器件(例如金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)或絕緣柵雙極晶體管(IGBT))已經用于各種應用，包括作為在電源和功率轉換器、電動汽車、空調和甚至立體聲系統中的開關的使用。特別是關于能夠切換大電流和/或在較高電壓下操作的功率器件，在傳導導通狀態中低電阻常常是期望的。這意味著例如，對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的損耗常常也被保持小以最小化總損耗。
[0028]如在這個說明書中使用的術語“半導體功率開關”描述具有高電壓和/或高電流切換能力的在單個芯片上的半導體器件。換句話說，功率半導體器件為一般在安培范圍內的高電流而設計。在這個說明書內，術語“半導體功率開關”、“半導體切換器件”和“功率半導體器件”被同義地使用。
[0029]在本說明書的上下文中，術語“有源單元區”或“有源區域”描述半導體切換器件的半導體襯底的區，其中布置攜帶負載電流的可切換單元。在有源區域中的可切換單元限定半導體切換器件的切換行為。具體地，有源區域可包括至少主或第一可切換區和第二可切換區，可選地多于兩個不同的可切換區。在不同可切換區中的可切換單元可在至少一個物理性質(例如柵極-漏極電容或閾值電壓)處不同于彼此。單元也可在有源區域的不同可切換區中具有不同的單元布局。有源區域的不同可切換區也被稱為有源區域的“子區”，并描述具有可切換單元或可切換單元的部分的區，其具有與其它子區的可切換單元的物理性質不同的物理性質。特別是，不同的子區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 (例如個別單元或一組各個單元的電容)變化。
[0030]在本說明書的上下文中，術語“單元節距”或“縱向節距”描述沿著可切換單元的縱向延伸的在有源區域中的可切換單元的節距。
[0031]在本說明書的上下文中，術語“柵電極結構”描述緊接于半導體襯底布置并通過電介質區或電介質層與半導體襯底絕緣的導電結構。當在半導體襯底的表面上被看時，柵電極結構覆蓋半導體器件的不同區，例如主體區和漂移區。柵電極結構包括緊接于主體區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在可切換單元的相應源極區和漂移區之間的主體區中的“反型溝道”的電場居間形成來形成和/或控制在主體區中的溝道區的導電性。當形成反型溝道時，溝道區的導電類型一般被改變，即反轉，以形成在源極和漏極區之間的單極電流路徑。柵電極結構常常方便地被稱為柵極多晶硅。
[0032]用于形成在柵電極和主體區之間的電介質區或電介質層的電介質材料的示例包括(而沒有對其進行限制):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]術語“電連接”和“電連接的”描述在兩個元件之間的歐姆連接。
[0034]在本說明書的上下文中，術語“柵極信號發射器”描述提供外部切換信號到可切換單元的柵電極結構的傳遞的電極配置。在這個說明書內，術語“柵極金屬化”和“柵極信號發射器”同義地被使用。通常，柵極金屬化在柵電極結構上形成以改進切換信號的分布。例如，柵電極結構由多晶硅形成，并可具有覆蓋有源區域的網狀結構，同時柵極金屬化在半導體器件的外圍中(例如在邊緣終止區域中)的柵電極結構上形成并與該柵電極結構歐姆接觸。柵極金屬化可包括例如柵極環或者柵極環和從柵極環延伸到有源區域中的柵極指狀物。柵電極結構的網狀結構包括源極接觸的開口。柵極信號發射器通常具有比柵電極結構低的比電阻。例如，柵極信號發射器可由比柵電極結構更導電的材料制成和/或可被制造得比柵電極結構厚以減小電阻。
[0035]在這個說明