具有不同局部閾值電壓的半導體開關器件的制作方法
【技術領域】
[0001]這里所描述的實施例涉及半導體器件，尤其涉及諸如具有局部不同的閾值電壓的半導體電源開關的半導體開關器件。
【背景技術】
[0002]具有大的芯片面積的半導體開關器件被提供有柵極信號發射極或柵極流道結構，諸如柵極焊盤、柵極環或柵極指狀物，用于將外部電路所提供的外部開關信號傳送至被布置在該半導體開關器件的有源區域中的全體可開關單元。
[0003]位于柵極金屬化層所在的芯片區域的外緣或該外緣附近的單元能夠在外部開關信號能夠到達位于芯片面積的內部區域中的可開關單元之前的時刻接收到該外部開關信號。特別地，如果出現了持續時間很短的瞬態開關信號，則僅有接近于柵極信號發射極的那些單元被尋址并且因此被開關。接近于柵極信號發射極的單元因此必須攜帶有全負載電流，該全負載電流能夠導致比額定電流更高的每單元電流。此外，外部開關信號跨芯片面積的這種非均勻分布會阻止可開關單元并行地進行開關。因此無法確保可開關單元的同時操作并且會出現非均勻的開關。
[0004]考慮到上述內容，需要進行改進。
【發明內容】
[0005]根據一個實施例，一種半導體器件包括半導體襯底，該半導體襯底具有:對半導體器件的有源區域進行限定的多個可開關單元；外緣；和布置在可開關單元和外緣之間的邊緣端接區域。每個可開關單元包括本體區域、柵極電極結構和源極區域。源極金屬化層與該可開關單元的源極區域形成歐姆接觸。柵極金屬化層與該可開關單元的柵極電極結構形成歐姆接觸。該可開關單元所限定的有源區域包括至少一個具有第一閾值的第一可開關區域以及至少一個具有比第一閾值更高的第二閾值的第二可開關區域，其中該第一可開關區域所占的面積大于該第二可開關區域所占的面積。
[0006]根據一個實施例，一種半導體器件包括半導體襯底，該半導體襯底具有:限定該半導體器件的有源區域的多個可開關單元；外緣；和布置在可開關單元和外緣之間的邊緣端接區域。每個可開關單元包括本體區域、柵極電極結構和源極區域。該本體區域包括在柵極電極結構附近的溝道區域。源極金屬化層與該可開關單元的源極區域形成歐姆接觸。柵極金屬化層與該可開關單元的柵極電極結構形成歐姆接觸。該可開關單元所限定的有源區域包括至少一個第一可開關區域以及不同于該第一可開關區域的第二可開關區域，其中布置在該第一可開關區域中的可開關單元的溝道區域的部分具有與布置在該第二可開關區域中的可開關單元的溝道區域的部分的摻雜濃度相比更低的摻雜濃度。
[0007]根據一個實施例，一種用于制造半導體器件的方法包括:提供半導體襯底，該半導體襯底具有外緣、有源區域以及布置在該有源區域和外緣之間的邊緣端接區域；在該有源區域中形成多個可開關單元，其中每個可開關單元包括本體區域、柵極電極結構和源極區域，其中該可開關單元所限定的有源區域包括至少一個具有第一閾值的第一可開關區域以及至少一個具有比第一閾值更高的第二閾值的第二可開關區域，其中該第一可開關區域所占的面積大于該第二可開關區域所占的面積；形成與該可開關單元的源極區域形成歐姆接觸的源極金屬化層；以及形成與該可開關單元的柵極電極結構形成歐姆接觸的柵極金屬化層。
[0008]本領域技術人員在閱讀以下詳細描述以及觀看附圖之后將會認識到附加的特征和優勢。
【附圖說明】
[0009]圖中的組件并非必然依比例繪制，而是強調圖示出本發明的原理。此外，圖中同樣的附圖標記表不相對應的部分。
[0010]圖1圖示了根據一個實施例的半導體開關器件，該半導體開關器件具有被邊緣端接區域所包圍的主單元區域。
[0011]圖2圖示了根據另一個實施例的半導體開關器件，該半導體開關器件具有第一可開關區域以及布置在第一可開關區域和邊緣端接區域之間的第二可開關區域。
[0012]圖3圖示了根據又一個實施例的半導體開關器件，該半導體開關器件被設置在半導體襯底中，其中柵極金屬化層包括柵極指狀物。
[0013]圖4是根據又一個實施例的圖3所示的半導體開關器件的示意圖，其中第二可開關區域被設置成接近于柵極金屬化層。
[0014]圖5是根據一個實施例的處于邊緣端接區域處或在邊緣端接區域附近的可開關單元的布局的示意圖。
[0015]圖6A是根據一個實施例的可開關單元的陣列的一部分的側視圖。
[0016]圖6B是根據另一個實施例的可開關單元的陣列的一部分的側視圖。
[0017]圖7圖示了根據另一個實施例的半導體開關器件，該半導體開關器件具有第一可開關區域以及布置在第一可開關區域和邊緣端接區域之間的第二可開關區域。
[0018]圖8圖示了根據又一個實施例的半導體開關器件，該半導體開關器件具有第一可開關區域、第二可開關區域、第三可開關區域和第四可開關區域。
[0019]圖9圖示了根據一個實施例的半導體器件的開關行為。
[0020]圖10A和圖10B圖示了根據一個實施例的本體實施過程。
[0021]圖11A和圖11B圖示了根據一個實施例的本體實施過程。
【具體實施方式】
[0022]在以下的詳細描述中對附圖加以參考，該附圖形成了描述的一部分并且通過圖示示出了其中可以實踐本發明的具體實施例。就此而言，諸如“頂部”、“底部”、“前部”、“后部”、“之前”、“之后”、“橫向”、“垂直”等的方向性術語隨著對于所描述附圖的方位的參考而使用。由于實施例的組件能夠以多種不同方位定位，所以該方向術語是用于說明的目的而并非進行限制。所要理解的是，可以在不背離本發明范圍的情況下利用其它實施例并且可以進行結構或邏輯的變化。因此，以下的詳細描述并非以限制的含義加以理解，并且本發明的范圍由所附權利要求所限定。所描述的實施例使用了具體的語言，其并不應當被理解為對所附權利要求的范圍進行限制。
[0023]現在將詳細參考各個實施例，其一個或多個示例在圖中進行了圖示。每個示例通過解釋被提供，而并非意在作為本發明的限制。例如，作為一個實施例的一部分進行圖示或描述的特征能夠在其它實施例上使用或結合其它實施例使用以產生另外的實施例。本發明意在包括這樣的修改和變化。示例使用具體語言進行描述，其并不應當被理解為限制所附權利要求的范圍。附圖并非依比例繪制并且僅是出于圖示的目的。為了清楚，如果沒有以其它方式有所指示，則相同的部件或制造步驟在不同附圖中由相同附圖標記所指示。
[0024]—般被縮寫為Vth的場效應晶體管(FET)的閾值電壓是該FET的導電屬性在該處明顯有所變化的柵極-源極電壓的值，上述導電屬性或者在增強型器件的情況下從非導電變為導電，或者在耗盡型器件的情況下隨著柵極-源極電壓的增大而從導電變為非導電。閾值電壓也被稱為夾斷電壓。對于增強型器件而言，當柵極電極和源極區域之間的電壓高于閾值電壓V t h時，在電介質區域或電解質層附近的本體區域的溝道區域中形成反向溝道。在該閾值電壓處，在本體區域中所形成的溝道區域開始在晶體管的源極接觸和漏極接觸之間建立歐姆連接。低于該閾值電壓，FET是非導電的。因此，閾值電壓Vth經常是指在第一導電類型的兩個半導體區域之間開始單極電流流動所必需的最小柵極電壓，上述兩個半導體區域形成晶體管結構的源極以及漂移或漏極。
[0025]在本說明書中，半導體襯底的第二表面被認為由半導體襯底的下表面或背側表面所形成，而第一表面則被認為由半導體襯底的上表面、前表面或主表面所形成。因此，如本說明書中所使用的術語“上方”和“下方”在考慮該定向的情況下描述了一個結構特征相對于另一個結構特征的位置。
[0026]在本說明書的上下文中，術語“M0S”(金屬氧化物半導體)應當被理解為包括更為一般的術語“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)應當被理解為還包括具有并非氧化物的柵極絕緣體的FET，即術語MOSFET分別以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)的更為一般的術語含義來使用。對于MOSFET的柵極材料而言，術語“金屬”應當被理解為包括導電材料，諸如但并不局限于金屬、合金、摻雜多晶半導體，以及諸如金屬硅化物的金屬半導體化合物。
[0027]諸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)之類的場效應控制的開關器件已經被用于各種應用，包括在電源和功率轉換器、電動汽車、空調以及甚至立體聲系統中用作開關。特別就能夠對大電流進行開關和/或以較高電壓進行操作的功率器件而言，在導電的導通狀態中經常期望具有低的電阻。這例如意味著對于所要開關的給定電流而言，跨接所接通的FET的壓降一例如源極-漏極電壓一期望為低。另一方面，在FET的關斷或換向期間所出現的損耗也得以被保持為很小而使得整體損耗最小化。
[0028]如在本說明書中所使用的術語“半導體功率開關”描述了單個芯片上具有高電壓和/或高電流開關能力的半導體器件。換句話說，功率半導體器件意在用于通常為安培范圍內的高電流。在本說明書中，同義地使用術語“半導體功率開關”、“半導體開關器件”和“功率半導體器件”。
[0029]在本說明書的上下文中，術語“有源單元區域”或“有源區域”描述了半導體開關器件的半導體襯底中布置有攜帶負載電流的可開關單元的區域。有源區域中的可開關單元限定了該半導體開關器件的開關行為。特別地，有源區域至少可以包括一個主要或第一可開關區域以及一個第二可開關區域，可選地包括多于兩個的不同可開關區域。不同可開關區域中的可開關單元至少在諸如柵極-漏極電容或閾值電壓之類的物理屬性上可以彼此有所不同。有源區域的不同可開關區域也被稱作該有源區域的“子區域”并且描述了具有如下可開關單元或者部分可開關單元的區域，上述可開關單元具有與其它子區域的可開關單元的物理屬性有所不同的物理屬性。特別地，不同子區域能夠被制造為具有不同閾值電壓，從而使得具體子區域的個體單元或個體單元群組的閾值電壓與另一個具體子區域的個體單元或個體單元群組的閾值電壓有所不同。
[0030]在本說明書的上下文中，術語“單元間距”或“縱向間距”描述了有源區域中的可開關單元的間距。
[0031]在本說明書的上下文中，術語“柵極電極結構”描述了布置在半導體襯底附近并且通過電介質區域或電介質層而與半導體襯底絕緣的導電結構。當被看到處于半導體襯底的表面上時，柵極電極結構覆蓋了半導體器件的不同區域，諸如本體區域和漂移區域。柵極電極結構包括處于本體區域附近的可開關單元的柵極電極，而且還包括彼此電連接的相鄰柵極電極之間的電連接。柵極電極被配置為例如通過在本體區域中在可開關單元的相應源極區域和漂移區域之間的“反向溝道”的電場媒介形成而形成和/或控制本體區域中的溝道區域的導電性。當形成反向溝道時，溝道區域的導電類型通常發生變化一即被反轉一而在源極和漏極區域之間形成單極電流路徑。該柵極電極結構經常被常規地稱作柵極多晶硅。
[0032]用于在柵極電極和本體區域之間形成電介質區域或電介質層的電介質材料的示例包括但并不局限于氧化硅(Si02)、氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(S1xNy)、氧化鋯(Zr02)、氧化鉭(Ta205)、氧化鈦(Ti02)和二氧化鉿(Hf02)，以及包括不同絕緣材料的層疊的其組合形式。
[0033]術語“電連接”和“電連接的”描述了兩個元件之間的歐姆連接。
[0034]在本說明書的上下文中，術語“柵極信號發射極”描述了向可開關單元的柵極電極結構