'的宽度可以满足以下条件:
[0043]Whs 0> W hs_0+1……Whs _，并且
[0044]Whs 0〉W hs 0-1......Whs—0_m;
[0045]其中m是器件边缘处(或邻近边缘处)的SOI器件I的列整数。
[0046]导热性定义为在绝对温度变化I度的情况下，单位时间内流经一个具有特定面积和厚度的断面的热量的多少。导热性由以下公式计算:
[0047]kA/L......公式 I
[0048]其中k是散热器的材料的热传导率，A是面积，L是材料的厚度。
[0049]由以上公式1，所属领域的人员可以得知，任何散热器的导热性都取决于材料的体积(面积*厚度，其中面积由宽度乘以幅度)，其中假设材料的热传导率k保持不变。因此，由于散热器的宽度的变化，所属领域的人员可以理解，将会导致散热器的体积的变化(假设其他的尺寸都保持不变)，因此自高功率SOI器件20的中央到边缘，每个散热元件16'的导热性也会有变化。
[0050]在各个散热元件16'之间的导热性的不同会产生这样的效果，在SOI器件20工作时，高功率SOI器件20的中央SOI器件I所产生的热量比边缘器件更有效地得到耗散，从而在各个SOI器件I之间可以得到更为均匀的温度峰值分布。换言之这，在形成高功率SOI器件20的各个SOI器件I之间的温度都大体相同。
[0051]高功率SOI器件20的中央区域的散热器16的宽度可以是在2_3微米，而从高功率SOI器件20的中央区域向边缘区域来看，后续的各个散热器的宽度可以比前一散热器的宽度减小4/5。当然，可以理解的是，可以为散热器的宽度设置一个最小限度，这个最小限度可以由所使用的刻蚀工艺来决定。例如，典型地在CMOS工艺中，散热器16的深度可以是2.5微米。然而，由于散热器是从SOI层14的顶部通过BOX层12延伸到衬底的，任何符合取决于所在的器件中的SOI层14和BOX层12的厚度的深度都是可以的。
[0052]可选地，根据本发明的其他实施方式，并基于以上所述的基本原则，可以理解的是，散热元件的体积以及随之的散热元件的导热性可以通过改变散热元件的深度来改变。因此，从SOI元件20的中央散热元件开始，各个散热元件的体积也可以逐渐递减到边缘处的最小体积。从而，各散热元件的体积Vhs tl可以满足以下条件:
[0053]Vhs—(I〉V hs—(1+1......Vhs—Cl+m，并且
[0054]Vhs—O〉V hs—o-l......Vhs—o-m;
[0055]其中m是器件边缘处的SOI器件I的列整数。
[0056]哦改变每个散热元件的体积，可以理解的是，在掩模设计时，每个散热元件的开窗面积也可以作出相应的改变。
[0057]如图4a和4b所示的实施方式中，不同于为每个SOI器件I都设置一个单独的散热元件16'，散热元件16'被进一步分解为更小的散热器，或称为插塞。在这种情况下，插塞的密度，亦即每个插塞之间的距离自SOI器件I的中央向边缘处逐步增大。换言之，在SOI器件I的中央处相邻的插塞之间的距离小于在SOI器件I的远离中心处的相邻插塞之间的距离。
[0058]可以理解的是，自高功率SOI器件20的边缘m列处向中央，相邻插塞之间的距离会变小。
[0059]两个相邻插塞之间的距离可以遵循一个几何级数。从中央至边缘，相邻插塞之间，一个插塞与其相邻的列m的插塞之间的距离的增长因数是0.8。该因数可以相应于器件的尺寸不同而变化，并取决于高功率SOI器件的所需的工作条件。由于用来定义每个此类SOI器件I的这些插塞的掩模窗口的尺寸是固定的，这种结构变得易于制造。换言之，用来形成散热器16'的掩模的窗口尺寸是固定的，但是窗口之间的距离将随着所需的密度而变化。
[0060]在其他实施方式中，在SOI器件20的周缘，还提供隔离环。该隔离环地形成为一种氧化物环，以防止施加到器件上的高电压损伤其他相连接的低电压元件。
[0061]尽管可以理解的是，本发明优选的实施方式中使用常规的n*m阵列，以最大化地使用高功率SOI器件20的布图面积，但是，以上所述的各种原则也适用于不常规的阵列，如以圆形、三角形或任何SOI器件I的其他布置形式出现的阵列。
[0062]图5a、6a和7a示出了工作在5.2瓦的高功率SOI器件的以绝对温度表示的二维(2D)器件表面的图形仿真。在这些附图中，X轴和Y轴相应于高功率SOI器件20的顶端和侧面的边缘距离中心处的长度。整体而言，图5b、6b和7b所示的是高功率SOI器件20的中心到边缘的温度随着距离变化的图线。
[0063]图5a和5b所示的是现有技术中的一种前面所述的器件的器件温度。现有技术中的每个SOI器件I的工作温度介乎于中心器件的517K至边缘器件的470K。由此可以看出，现有技术中的高功率SOI器件20的热量分布在各个SOI器件I之间是不均匀的，可以看到，可能引起器件失效的热点出现在中心器件处。
[0064]图6a和6b所示的是一种如前所述的本发明的实施方式中的高功率SOI器件20的器件温度。相比于现有技术中的器件而言，该实施方式中的每个SOI器件I的工作温度都较低，并且从中心的SOI器件I到边缘的SOI器件I上都差不多稳定在420K至440K之间。可以看到，与现有技术相反的是，器件运行中所产生的热量均匀分布于各个器件中，没有出现热点。
[0065]图7a和7b所示的是一种如前所述的本发明的实施方式中的器件温度。相比于现有技术中的器件而言，该实施方式中的每个SOI器件I的工作温度都较低，并且从中心的SOI器件I到边缘的SOI器件I上都差不多稳定在438K。可以看到，与现有技术相反的是，器件运行中所产生的热量均匀分布于各个器件中，没有出现热点。
[0066]根据本发明的实施方式，散热器16通过已有的技术形成在SOI器件I中。穿过SOI层14和BOX层12直至衬底10，蚀刻有相应于散热器的尺寸的沟槽。该沟槽随后利用多晶硅散热材料填充，随后形成SOI器件I的结构，如栅极G、源极S和漏极D。为避免对于SOI器件I的特性产生负面影响，例如结泄漏电流和寄生器件电容，沟槽都位于源极端附近，通过将散热器设置在SOI器件的与源极S触点相同的一侧而接地。
[0067]通过本发明所提供的散热器，优化了散热器的结构，从而在高功率SOI器件20上牺牲了较小的面积，却保持了足够的热耗散性能。相应地，高功率SOI器件20将会有较低的 Rdson。
[0068]本发明所述的各实施方式，可以单独实施，亦可组合实施，并可应用于例如汽车领域，如继电器驱动器应用，或者应用于其他任何器件温度的非均匀上升会影响器件可靠性的功率驱动器当中。
[0069]本发明包括了明示或暗示的诸多新颖的特征或特征组合，其范围或其泛化范围无关乎其是否与权利要求中的技术方案相关，亦无关乎其减轻或解决了本发明所提出的任何或全部问题。申请人谨此说明，在本申请或其他派生的申请的后续过程中，可由上述的技术特征及/或其集合形成为新的权利要求。特别地，对于本发明的权利要求，独立权利要求中的特征可以与从属权利要求中的特征相结合；从属权利要求中的特征可以以任何合适的方式结合，并不一定如权利要求书中所记述的特定组合方式。
[0070]本申请上下文所述的各实施方式中的技术特征也可以在单一实施方式中组成其集合。反之亦然，为简化说明而在某一实施方式中描述的各个技术方案也可以分开形成为任意合适的单一实施方式或子集组合。
[0071]出于完整性，申请人同时说明，本申请中所述“包括”并不排除其他元件或步骤；所述“一”或“一个”并不排除多个；可以由一个处理器或其他单元来完成权利要求中记述的多个装置的功能，且权利要求中的参考标记不应当被理解为限制本发明权利要求的范围。
【主权项】
1.一种半导体器件，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强于外部散热元件的导热性。
2.如权利要求1的半导体器件，其特征在于:内部散热元件具有第一体积，外部散热元件具有第二体积；其中第一体积大于第二体积。
3.如权利要求2的半导体器件，其特征在于:内部散热元件具有第一截面面积，外部散热元件具有第二截面面积，其中第一截面面积大于第二截面面积。
4.如权利要求1至2中任一项的半导体器件，其特征在于:多个内部散热元件具有第一密度；多个外部散热元件具有第二密度；其中第一密度大于第二密度。
5.如权利要求1至4中任一项的半导体器件，其特征在于:进一步包括中间散热元件，中间散热元件设于内部散热元件与外部散热元件之间，并具有介于内部散热元件和外部散热元件之间的导热性。
6.如在先任一权利要求的半导体器件，其特征在于:每个散热元件设于相应的半导体管芯上。
7.如权利要求6的半导体器件，其特征在于:半导体管芯配置为阵列。
8.如权利要求7的半导体器件，其特征在于:半导体管芯为绝缘体上硅结构。
9.如权利要求8的半导体器件，其特征在于:半导体管芯为MOSFET。
10.如权利要求7至9中任一项的半导体器件，其特征在于:配置为阵列的每一个半导体管芯共享公共的衬底。
11.如权利要求1至7中任一项的半导体器件，其特征在于:散热器阵列和半导体管芯的阵列为常规阵列。
12.如权利要求11的半导体器件，其特征在于:常规阵列为n*m阵列，其中η和m为正整数。
13.如权利要求1至7中任一项的半导体器件，其特征在于:散热器阵列和半导体管芯的阵列为常规阵列。
14.如在先任一权利要求的半导体器件，其特征在于:进一步包括设置于半导体器件周缘的隔离环。
【专利摘要】本发明提出了一种半导体器件。在具有多个元胞的SOI功率器件中引入集成的散热器阵列，其可用于减小温度的升高，以在器件区域的所有元胞之间得到更为均匀的温度峰值，从而避免出现易于导致击穿的热点的出现，因此能够改善器件的安全工作区域。另外，该阵列还消耗较少的器件面积，并具有较低的Rdson。
【IPC分类】H01L29-423, H01L29-78, H01L29-06
【公开号】CN104637989
【申请号】CN201410610444
【发明人】严亮, 罗埃尔·达门, 安可·赫琳哈, 埃尔文·海曾
【申请人】恩智浦有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2014年11月3日
【公告号】EP2871673A1, US20150123200