半导体器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件，其包括散热器阵列。特别地，涉及一种绝缘体上硅(Silicon-on-1nsulator, SOI)高功率器件，其包括此种散热器阵列。
【背景技术】
[0002]在半导体器件中，散热器是一种被动元件，其配置用来通过自器件的有源区将热量耗散出去而冷却器件，有源区例如PN结界面。通常地，当基本的半导体器件的内在散热能力不足以在其工作时控制自身温度时，需要使用散热器。对于高功率半导体器件，例如通过SOI工艺制作的功率晶体管，可能就存在这种固有的散热能力缺失。
[0003]SOI工艺使用一个硅层，其后在硅衬底上形成绝缘材料层，以代替传统的半导体制造中的硅衬底，以提升器件性能。当用于功率晶体管器件时，SOI工艺相比于体硅器件而言具有显著的优势，例如，小面积的沟槽隔离，较低的结泄漏电流，通过降低寄生的器件电容来实现快速反向恢复能力，增强的鲁棒性以及与闸流管和绝缘栅双极晶体管集成的能力。
[0004]图1a所示的是一种典型的SOI晶体管器件I。通常地，这种器件可包括硅衬底10，其典型地为N型导电类型，然而P型导电类型的硅衬底也是可以的，其后还具有氧化物层12。该氧化物层，称为埋氧化物(BOX)可以是任何合适的氧化物层，例如二氧化硅(S12)。BOX层12后，具有SOI层14，在其上形成栅极G、源极S和漏极D接触。这种器件结构的制造可以通过所谓的SIMOX制程或圆片粘接法形成。
[0005]如图2a和图2b所示的高功率SOI器件20，典型地可以由单独的SOI晶体管器件1(如图1a所示的类型或如下所述的图1b所示的类型)形成的对所构成的阵列来形成。
[0006]各对单独SOI晶体管器件I可以如图2c所示地被安置。各对单独的SOI器件I共享公共的漏极端D，而各个单独的SOI器件I都有自己的源极S和栅极G。在这种结构中，源极S和栅极G相对于漏极D是对称的。例如，利用栅极G、源极S和漏极D的标号来命名的话，它们按照S-G-D-G-S的顺序。
[0007]典型地，如图1b所示，在SOI晶体管器件I中还集成散热器16。散热器16典型地配置为自器件I的有源区将热量传导到衬底10。散热器可以从邻近源极S的有源区，穿过SOI层14和BOX层12，直至衬底10。典型地，对于每个源极S (或栅极G)，都有一个相应的散热器16，如图2c所示。
[0008]散热器可以由任何合适的材料形成，例如多晶硅、硅或金属，或者任何传导率比BOX层12低的合适的材料。散热器可以是实质上的长方体形状。
[0009]在高功率SOI器件20中，每个单独的SOI晶体管器件I称为所谓高功率SOI器件20的“元胞”。如图2b的剖视图所示，高功率器件20可以形成在单个衬底10 (例如硅)上，在圆片粘接的情况下其上形成有单一的BOX层12，在SMOX情况下其中可以形成BOX层12。通过这种方式，对于所有的单独元胞SOI晶体管器件I来说，都共享衬底10和BOX层12。
[0010]如图2a的平面视图所示，高功率SOI器件还包括隔离环22，其在高功率SOI器件20的周缘延伸。对于高压、高功率器件来说，隔离环是较为常见的，其可以形成为在器件有源区周围的氧化物环，以阻止施加到器件上的高电压损伤其他可能连接的低压元件。应当说明的是，为清楚起见，图2a和图2b中的散热器16尽管显示为单一的，实际上其是一对散热器16，该对散热器中的每个散热器16都对应于一个单独的元胞SOI晶体管器件I。
[0011]通常而言，在具有BOX层的高功率SOI器件中围绕较差的散热性能的问题要比体硅器件中的更严重，因为BOX层的导热性较低，典型地，其导热性只有可比较的体硅器件的
[0012]图5a所示的是图2a至2c中的典型高功率SOI器件的二维器件表面温度仿真(其中温度为绝对温度)。其中的温度是从工作于5.2W功率的高功率SOI器件20的中心(显示为X轴(Ldev/2)和Y轴(Wdev/2)的起点)至相应相邻的边缘所采集的。从图5b可以看出，其中所示的是沿X轴的一维方向的温度曲线，温度的最高点出现在高功率SOI器件的中心处，对于每个SOI器件I而言，温度由中心沿X轴向高功率SOI器件20的边缘处(即隔离环22)出现下降。
[0013]该仿真显示，在工作时，高功率SOI器件20中的各个不同的元胞或者组成高功率SOI器件20的不同区域的元胞之间的温度出现不均匀的分布。如图5a和5b所示，由于以上所述的散热的问题，最高的运行温度高峰集中在了高功率SOI器件20的中央区域，并逐渐地向高功率SOI器件的边缘处降低至较低的运行温度。该温度峰值的出现缘于器件中央区域的散热不畅，这是由于具有BOX层的SOI器件的传热问题所造成的。
[0014]在运行时出现在高功率SOI器件20中央的温度峰值(也称为热点)点是器件可靠性的最薄弱点，它可能会导致在热点处或其附近的一个或多个SOI器件I的击穿。器件击穿的结果是SOI功率器件20完全失效，或可能地，单个SOI器件的击穿会降低整体高功率SOI器件的性能下降。
[0015]再次参考图1b和图2a、图2b，可以看到，在SOI器件I中集成散热器16。该散热器16作用为将热量从SOI层14通过BOX层12传导到衬底。这种包括了散热器16的SOI器件I可以形成为上述的大规模的高功率SOI器件20的一部分(如图2a和2b所示)。然而，为每个单独的SOI器件I加上散热器16以通过这种方式形成高功率SOI器件20，同样会消耗相当大的器件面积。并且，器件面积越大，高功率SOI器件20的导通电阻(Rdson)越大。
[0016]本发明提供一种半导体器件，其减小或克服了以上提及的至少一个问题。
【发明内容】
[0017]—种半导体器件，其特征在于，包括:散热器阵列，散热器阵列包括:一个或多个内部散热元件和一个或多个外部散热元件；内部散热元件与外部散热元件各具有导热性；其中至少一个内部散热元件的导热性大于外部散热元件的导热性。
[0018]该散热器结构可以使得半导体器件在运行中得到大体上均匀的温度分布。其结果是，半导体器件可以均匀地传递能量，从而每个SOI器件都同样地工作，因此可以在更大的电路规模中实现半导体器件的性能的提升。
[0019]该结构还可以保证各SOI器件不会出现高于击穿温度的温度。
[0020]与没有散热器的器件或只有统一的散热器的器件相比，在半导体器件的边缘处可以具有较小的散热器。有利的是，这可以节省面积来用于SOI器件而不是散热器，并可以得到较低的Rdsm。
【附图说明】
[0021]在附图和以下的说明中，相同的标记指代的是相同的特征。以下将结合附图对于本发明的实施方式进行进一步描述。
[0022]图1a所示的是一种典型的SOI器件的剖面示意图；
[0023]图1b是一个具有集成的散热器的单独的SOI器件的剖面示意图；
[0024]图2a是由多个单独的图1b所示的SOI器件所形成的典型的高功率SOI器件的剖面示意图；
[0025]图2b是由多个单独的图1b所示的SOI器件所形成的典型的高功率SOI器件的平面示意图；
[0026]图2c是由一对单独的图1b所示的SOI器件所形成的典型的高功率SOI器件的爆炸平面图；
[0027]图3a是本发明一种实施方式的高功率SOI器件的平面视图；
[0028]图3b是本发明一种实施方式的高功率SOI器件的截面视图；
[0029]图4a是本发明一种实施方式的高功率SOI器件的平面视图；
[0030]图4b是本发明一种实施方式的高功率SOI器件的截面视图；
[0031]图5a是现有技术中一种SOI器件的二维器件表面温度图形仿真；
[0032]图5b是现有技术中一种SOI器件的温度随中央到边缘距离的变化图线；
[0033]图6a是本发明一种实施方式中SOI器件的二维器件表面温度图形仿真；
[0034]图6b是本发明一种实施方式中SOI器件的温度随中央到边缘距离的变化图线；
[0035]图7a是本发明一种实施方式中SOI器件的二维器件表面温度图形仿真；
[0036]图7b是本发明一种实施方式中SOI器件的温度随中央到边缘距离的变化图线。
【具体实施方式】
[0037]图3a和3b所示的是由多个元胞SOI器件I形成的高功率SOI器件20的示意图。在图3a中，其为高功率SOI器件20的平面视图，SOI器件I (在此设置为以上所述的各对)配置为常规的n*m阵列，其中η是阵列的行数，m是阵列的列数。该SOI器件可以形成为半导体器件管芯，典型地为SOI MOS器件，其中阵列中的每个半导体管芯共享衬底10、SOI层14以及BOX层12。
[0038]应当理解的是，阵列的行数η和列数m可以是由器件的特定应用所确定的正整数。还应当理解的是，“常规”的阵列指的是在阵列的所有η行中，SOI器件I的数目是一样的；在阵列的所有m列中，SOI器件的数目也是一样的。图3b所示的是沿图3a中的A-A线所得到的SOI器件20的截面视图，其示出了形成在BOX层和衬底上的相应于列数η的数目的SOI MOS器件I。这种层的设置在下面将会进一步描述。阵列中的行数η可以，也可以不，与阵列中的列数m相等。例如，当阵列为1*24的阵列时，意味着每列m中有一个SOI器件，而每行有24个SOI器件。
[0039]在每个，或者部分SOI器件I上，可以集成散热元件16'。将散热元件16'与SOI器件I相集成，将在以下进一步描述。在高功率SOI器件20的边缘处，可以从SOI器件I中省去散热元件16'，这是因为边缘处的SOI器件相比于中央区域设置的SOI器件而言不易发热。这缘于高功率SOI器件20的边缘处的散热效果提升。
[0040]请参考图3a，与中央处，或者内部的SOI器件I 一起的内部散热元件W的宽度设为Whs C1。与其后的，或外围的SOI器件I 一起的随后的或外围的散热元件W的宽度设为Whs _，其中m是与相应的SOI器件I相关的阵列数中的列整数。具体地，Whs」和Whs H可以指定相邻于高功率SOI器件20的中央SOI器件I (或多个器件)的散热元件W的宽度。
[0041]与中央SOI器件I 一起的散热元件16'的宽度Whs。可以大于与各个组成高功率SOI器件20的后续非中央SOI器件I 一起的每个散热元件W的宽度。
[0042]自中央散热元件W开始，向外的各个散热元件W的宽度可以逐渐地、递进地减小，直至SOI器件20的边缘处(或如以上所述的，至与SOI器件20的边缘相邻的SOI器件处)达到最小。从而，各散热元件16