提供外部開關信號傳送的電極配置。在本說明書內，同義地使用術語“柵極金屬化層”和“柵極信號發射極”。通常，柵極金屬化層形成于柵極電極結構上以改善開關信號的分布。例如，柵極電極結構由多晶硅所形成并且可以具有覆蓋有源區域的類似網狀的結構，而柵極金屬化層則在半導體器件的外圍一例如在邊緣端接區域一形成于柵極電極結構上并且與柵極電極結構形成歐姆接觸。柵極金屬化層例如可以包括柵極環，或者柵極環和從該柵極環延伸到有源區域之中的柵極指狀物。柵極電極結構的網狀結構包括用于源極插頭或源極接觸的開口。柵極信號發射極通常具有比柵極電極結構更低的特定電阻。例如，柵極信號發射極可以由比柵極電極結構更具傳導性的材料所制成和/或能夠被制作為比柵極電極結構更厚以減小電阻。
[0035]在本說明書中，η摻雜被稱作第一導電類型，而p摻雜被稱作第二導電類型。可替換地，半導體器件可以利用相反的摻雜關系而形成，而使得第一導電類型可以是Ρ摻雜而第二導電類型可以是η摻雜。此外，一些附圖通過在摻雜類型附近指示或“ + ”而圖示出相對的摻雜濃度。例如，“η_”表示比“η”摻雜區域的摻雜濃度小的摻雜濃度，而“η+”則具有比“η”摻雜區域的摻雜濃度更大的摻雜濃度。然而，指示相對摻雜濃度并非意味著相同的相對摻雜濃度的摻雜區域必然具有相同的絕對摻雜濃度，除非另外有所指示。例如，兩個不同的Π+摻雜區域可以具有不同的絕對摻雜濃度。這例如同樣適用于Π+摻雜和P+摻雜區域。
[0036]當描述可開關單元更接近于柵極金屬化層時，這可以是指相應可開關單元到柵極金屬化層的幾何距離或者是指該可開關單元所具有的柵極電阻的電氣值。例如，可開關單元被布置得越接近于柵極金屬化層，其柵極電阻就越低。由于柵極結構的電阻還根據布置在柵極金屬化層和特定可開關單元之間的可開關單元的布局而變化，所以兩個特定的可開關單元的柵極電阻即使在二者具有距柵極金屬化層的相同幾何距離時也可以有所不同。因此，在使用電阻圖形時，“更接近于柵極金屬化層”描述了特定可開關單元比另一個特定可開關單元具有更低的柵極電阻。
[0037]參考圖1，描述了具有在半導體襯底301中設置的多個可開關單元101的半導體開關器件300的第一實施例。半導體開關器件300具有有源區域10，該有源區域10具有被邊緣端接區域600所包圍的主要或第一可開關區域100。
[0038]半導體襯底301包括外緣604、有源區域10以及布置在有源區域10和外緣604之間的邊緣端接區域600。可開關單元101布置在有源區域10之內并限定了該有源區域10。每個可開關單元101可以包括柵極電極結構和源極區域。此外，提供了源極金屬化層，該源極金屬化層通過經柵極電極結構中的開口進行延伸的相應插塞而與可開關單元101的源極區域形成歐姆接觸。此外，每個可開關單元101包括本體區域，在本體區域中可以形成反向溝道和/或通過應用于柵極電極的電壓控制反向溝道。
[0039]無源單元201定位在邊緣端接區域600中。無源單元201不是可開關的或者無法攜帶負載電流。雖然無源單元201對于負載電流并無貢獻，但是它們出于工藝的原因而被形成并且促進邊緣端接區域600中的電壓釋放。
[0040]在具有高d(Vds)/dt的情況下，其中Vds是漏極-源極電壓，或者在體二極管的換向的情形中，具有來自邊緣端接區域600的大的(空穴)電流貢獻。接近于邊緣端接區域600的單元收集該電流。如果大的空穴電流沿η摻雜源極區域進行流動，則其能夠觸發電子從η區域發射到ρ摻雜本體區域中。這樣的發射會導致極高電流以及器件的損壞。為了防止這種情況，處于有源區域10的外側邊界處的單元經常被設計為沒有η摻雜源極區域，從而它們無法對負載電流有所貢獻。因此，這些單元201是“無源”的。
[0041]柵極金屬化層305在該實施例中形成于有源區域10之外的區域中并且包括柵極環或柵極流道304以及柵極焊盤302。
[0042]半導體開關器件可以包括但并不局限于M0S (金屬氧化物半導體)晶體管，諸如MIS(金屬絕緣體半導體)器件。因此，MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)可以包括例如氧化物的柵極絕緣體。柵極金屬化層305可以包括柵極流道結構或柵極環、柵極焊盤、柵極指狀物或者它們的任意組合。柵極電極結構可以包括高度摻雜的多晶硅。柵極金屬化層305可以包括金屬、金屬合金和金屬層堆疊中的至少一種。根據又一種修改，柵極金屬化層305可以具有比柵極電極結構更高的特定傳導性。
[0043]形成于單個芯片中的半導體開關器件可以由于個體可開關單元101的布局以及在半導體芯片上提供的全體可開關單元101的開關處理的組合而具有高電壓和/或高電流開關能力。因此，如果個體可開關單元的開關行為能夠被有效控制，則這樣的半導體功率開關可以在許多應用中使用。
[0044]特別地，非均勻開關會主要在接近于柵極信號發射極一例如接近于柵極金屬化層結構一的那些可開關單元進行開關的情況下在短的持續時間或短的開關過程內出現。例如，可開關單元的柵極處由于漏極-源極電壓的快速變化所導致的寄生電流會在柵極產生持續時間短的電壓升高。柵極-源極電壓Vgs能夠相當于以下等式⑴所給出的值。
[0045]Vgs ^ Rg*Cgd*dV/dt, (1)
[0046]其中Rg是柵極電阻，Cgd是局部柵極-漏極電容，并且dV/dt是電壓變化速率。如以上所描述的，柵極電極結構不僅形成實際的柵極電極，而且還形成到柵極金屬化層的用于分布柵極信號的電連接。由于柵極電極結構具有給定的特定電阻(Ω/_2)，所以與更接近于柵極金屬化層305進行布置的可開關單元101相比，以對于距柵極金屬化層305更遠的可開關單元101而言，由于距柵極金屬化層305的距離更大，所以主要由柵極電極結構所限定的電阻Rg更高。在某些狀況下，例如，在雪崩模式中，不同柵極電阻Rg在不同時間點使得可開關單元101導電，從而在該變換時間期間，通過半導體器件的整個電流由已經呈現導電的少數可開關單元101所承載。這會導致這些可開關單元101的局部過應力。通常，柵極金屬化層305或邊緣端接區域600附近的區域中的可開關單元101首先呈現導電并且因此必須承載大約整個開關電流，而有源區域10中更為中心的可開關區域中的可開關單元101則并未或并未完全開啟或者在稍后開啟。該非同一的行為有時被稱作電流細絲的電流分割或形成。電流細絲的形成對所涉及的可開關單元產生應力并且會使得器件無法進行工作。
[0047]根據能夠與這里所描述的其它實施例相結合的實施例，位于邊緣端接區域600和柵極信號發射極305附近的可開關單元的物理屬性可以與在有源區域10中更為中心地進行定位的可開關單元101的物理屬性有所不同。這樣的修改被用來至少部分地對非均勻的柵極信號滲透進行補償。典型地，使更接近于柵極信號發射極305進行布置的可開關單元101的開關延遲，使得柵極信號在接近于柵極信號發射極305的可開關單元101在變為導電之前可以更深入地滲透到有源區域10之中。這增加了在由短周期的開關信號所限定的短時間周期期間導通(變為導電)的可開關單元101的數目。能夠避免或者至少減少呈現導電的可開關單元101的區域中的局部過應力。
[0048]根據一個實施例，用于對變化的信號滲透進行補償的局部變化的物理屬性是閾值電壓Vth。與距離柵極金屬化層305更遠的可開關單元101的閾值電壓Vth相比，更接近于柵極金屬化層305的可開關單元101可以具有更高的閾值電壓Vth。特別地，可開關單元101的閾值電壓可以處于從7伏特到2伏特的范圍內，并且對于接近于柵極金屬化層305的可開關單元101而言尤其可以處于4伏特至5.5伏特之間，并且對于更為遠離柵極金屬化層305的可開關單元101而言可以處于3伏特至3.5伏特之間。不同子區域之間的閾值電壓的差異可以至少為0.2伏特，通常為0.5伏特至2伏特，例如1伏特至2伏特。
[0049]通常，第一和第二可開關區域的閾值電壓低于柵極驅動器所提供的用于使半導體器件導通的標準電壓。
[0050]根據能夠與這里所描述的其它實施例相結合的實施例，與距離柵極金屬化層305更遠的可開關單元101的本體區域相比，更接近于柵極金屬化層305的可開關單元101的本體區域可以具有更高的摻雜濃度(例如，附加的ρ注入)。例如，有源區域10可以包括均具有源極區域和本體區域的多個可開關單元101，其中每個可開關單元101具有特定的本體注入濃度，并且其中布置在有源區域10的外圍區域中的可開關單元101的本體注入濃度比被該外圍區域所包圍的有源區域10的中心區域中更高。該外圍區域可以在邊緣端接區域600附近形成。
[0051]根據能夠與這里所描述的其它實施例相結合的實施例，有源區域(有源單元區域)的結構能夠被設計為使得可開關單元101的閾值電壓Vth從有源區域10中接近于柵極金屬化層305的子區域向有源區域10中距離柵極金屬化層305更遠的中心區域持續減小。根據能夠與這里所描述的其它實施例相結合的另一個實施例，有源區域10能夠被設計為使得可開關單元101的閾值電壓Vth從有源區域10中接近于柵極金屬化層305的子區域向有源區域10中距離柵極金屬化層305更遠的中心區域分步減小。
[0052]用于從柵極驅動器電路向可開關單元101傳送開關信號的柵極金屬化層305能夠形成于邊緣端接區域600中。柵極金屬化層305與可開關單元101的柵極電極結構形成歐姆接觸。柵極金屬化層305可以包括在半導體襯底301的外部區域中所設置的柵極環304，以及柵極焊盤302。柵極環304尤其被用于具有多個可開關單元101的大面積的半導體器件以將所有可開關單元101的柵極電極結構與共用的柵極焊盤結構電連接。
[0053]根據例如圖2所示的示例的一個實施例，可開關單元101、202所限定的有源區域10至少包括具有第一閾值的第一可開關區域100以及具有與第一閾值不同的第二閾值的第二可開關區域。例如，第一可開關區域100中的所有可開關單元101都具有相同的閾值電壓，該閾值電壓不同于第二可開關區域200中的所有單元202的閾值電壓。
[0054]例如，第二可開關區域200被布置在柵極金屬化層305和第一可開關區域100之間，其中第二可開關區域200具有比第一可開關區域100更高的閾值電壓。
[0055]有源區域10包括可以由具有第一可開關單元101的第一可開關區域100所形成的第一可開關區域100，以及至少可以由具有第二可開關單元202的第二可開關區域200所形成的第二可開關區域200，其中第二可開關區域200至少部分包圍第一可開關區域100。第一可開關區域100或主要可開關區域包括主要或第一可開關單元101，而第二可開關區域200包括第二可開關單元202。
[0056]如圖2所示，半導體開關器件300a的第二可開關區域200接近或鄰近邊緣端接區域600進行布置，例如布置在第一可開關區域100與包括柵極金屬化層306的邊緣端接區域600之間。還可以提供第二可開關區域202，除了不同閾值之外，其還具有比第一可開關區域100中的第一可開關單元101更高的柵極-漏極電容。雖然第二可開關單元202在開關信號完全被分布至第一可開關單元101之前對開關信號進行接收，但是第二可開關單元202有所增大的閾值使得第二可開關單元的開關相對于第一可開關單元101有所延遲，從而第一可開關單元101和第二可開關單元202大致同時進行開關。第二可開關單元200可選地有所增大的柵極-漏極電容也使得第二可開關單元202的開關相對于第一可開