具有不同的局部单元几何形状的半导体切换器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本文所述的实施例涉及半导体器件，且特别是涉及半导体切换器件，例如具有不同的局部单元几何形状(且特别是局部不同的栅极-漏极电容)的半导体功率开关。此外，本文所述的实施例涉及位于半导体器件的有源区域中的可切换单元的单元布局。
【背景技术】
[0002]具有大芯片区域的半导体切换器件被提供有栅极信号发射器或栅极滑道(runner)结构，例如用于将由外部电路提供的外部切换信号传递到布置在半导体切换器件的有源区域中的全体可切换单元的栅极焊盘、栅极环或栅极指状物。
[0003]位于芯片区域的外轮缘(其中设置例如栅极滑道结构的栅极金属化)处或附近的单元可在外部切换信号可到达位于芯片区域的内部区中的可切换单元之前的时间接收外部切换信号。特别是，如果短持续时间的瞬时切换信号出现，则只有接近于栅极信号发射器的那些单元被处理，且因此被切换。接近于栅极信号发射器的单元因此必须携带全负载电流，其可导致比额定电流更高的每单元电流。此外，跨越芯片区域的外部切换信号的这种不均一分布可阻止可切换单元同时切换。可切换单元的同时操作因此不被保证，且不均一切换可能出现。
[0004]鉴于上述内容，存在对改进的需要。
【发明内容】
[0005]根据实施例，半导体器件包括半导体衬底，其具有外轮缘、限定有源区域的多个可切换单元以及布置在限定有源区域的可切换单元和外轮缘之间的边缘终止区。可切换单元中每一个包括主体区、栅电极结构和源极区。源极金属化与可切换单元的源极区欧姆接触。栅极金属化与可切换单元的栅电极结构欧姆接触。由可切换单元限定的有源区域包括具有与第二可切换区的栅极-漏极比电容(specific gate-drain capacitance)不同的栅极-漏极比电容的至少第一可切换区。
[0006]根据实施例，半导体器件包括半导体衬底，其具有外轮缘、限定有源区域的多个可切换单元以及布置在限定有源区域的可切换单元和外轮缘之间的边缘终止区。可切换单元中的每一个包括主体区、栅电极结构和源极区。源极金属化与可切换单元的源极区欧姆接触。栅极金属化与可切换单元的栅电极结构欧姆接触。由可切换单元限定的有源区域包括至少第一可切换区和不同于第一可切换区的至少第二可切换区，其中在第一可切换区和第二可切换区中的每一个可切换单元具有特定覆盖率，其中在第一可切换区中的可切换单元的特定覆盖率不同于在第二可切换区中的可切换单元的特定覆盖率。
[0007]根据实施例，用于制造半导体器件的方法包括:提供具有外轮缘、有源区域以及布置在有源区域和外轮缘之间的边缘终止区的半导体衬底；在有源区域中形成多个可切换单元，其中可切换单元中的每一个包括主体区、栅电极结构和源极区，其中由可切换单元限定的有源区域包括具有与第二可切换区的栅极-漏极比电容不同的栅极-漏极比电容的至少第一可切换区；形成与可切换单元的源极区欧姆接触的源极金属化；以及形成与可切换单元的栅电极结构欧姆接触的栅极金属化。
[0008]本领域中的技术人员在阅读下面的详细描述后和在观看附图后将认识到附加的特征和优点。
【附图说明】
[0009]附图中的部件并不一定按比例，相反将重点放在图示本发明的原理上。而且在附图中，相似的参考符号标明对应的部分。
[0010]图1图示根据实施例的具有由边缘终止区包围的主可切换区的半导体切换器件。
[0011]图2图示根据实施例的具有第一可切换区和布置在第一可切换区与边缘终止区之间的第二可切换区的半导体切换器件。
[0012]图3图示根据又另一实施例的在半导体衬底中提供的半导体切换器件，其中栅极金属化包括栅极指状物。
[0013]图4是根据又另一实施例的图3所示的半导体切换器件的示意图，其中第二可切换区被提供为接近于栅极金属化。
[0014]图5是根据实施例的在边缘终止区处或附近的可切换单元的布局的示意图。
[0015]图6是根据另一实施例的在第一可切换区和第二可切换区之间的过渡区中的可切换单元的布局的示意图。
[0016]图7图示根据又另一实施例的在过渡区中的可切换单元的布局的细节。
[0017]图8图示根据又另一实施例的在第一和第二可切换区中的可切换单元的不同布局。
[0018]图9A是根据实施例的可切换单元的阵列的一部分的侧截面图。
[0019]图9B是根据另一实施例的可切换单元的阵列的一部分的侧截面图。
[0020]图10图不根据另一实施例的具有第一可切换区和布置在第一可切换区与边缘终止区之间的第二可切换区的半导体切换器件。
[0021]图11图示根据又另一实施例的具有第一可切换区、第二可切换区、第三可切换区和第四可切换区的半导体切换器件。
[0022]图12图示根据实施例的局部适应的栅极-漏极电容的效应。
【具体实施方式】
[0023]在下面的详细描述中，参考形成其一部分的附图，且其中作为例证示出本发明可被实践的特定实施例。在这个方面中，关于正被描述的(多个)附图的取向来使用诸如“顶部”、“底部”、“前面”、“后面”、“前端”、“结尾”、“横向”、“垂直”等的方向术语。因为实施例的部件可被定位在多个不同的取向中，所以方向术语用于例证的目的且决不是限制性的。应理解，其它实施例可被利用，且结构或逻辑改变可被做出而不偏离本发明的范围。下面的详细描述因此不应在限制性意义上被理解，且本发明的范围由所附权利要求限定。正被描述的实施例使用特定的语言，其不应被解释为限制所附权利要求的范围。
[0024]现在将详细参考各种实施例，其一个或多个示例在附图中图示。每一个示例通过解释的方式被提供，且并不意味着作为本发明的限制。例如，被图示或描述为一个实施例的部分的特征可在其它实施例上使用或结合其它实施例使用以产出又一另外的实施例。意图是本发明包括这样的修改和变化。使用不应被解释为限制所附权利要求的范围的特定语言描述了示例。附图并不按比例且仅为了例证性目的。为了清楚起见，相同的元件或制造步骤在不同的附图中已经由相同的参考符号标明，如果没有另外说明。
[0025]在这个说明书中，半导体衬底的第二表面被考虑为由下或背侧表面形成，而第一表面被考虑为由半导体衬底的上、前或主表面形成。考虑到这个取向，如在这个说明书中使用的术语“在…上方”和“在…下方”因此描述结构特征与另一结构特征的相对位置。
[0026]在本说明书的上下文中，术语“M0S”(金属氧化物半导体)应被理解为包括更一般的术语“MIS”(金属绝缘体半导体)。例如，术语MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)应被理解为也包括具有不是氧化物的栅极绝缘体的FET，即术语MOSFET分别在IGFET (绝缘栅场效应晶体管)和MISFET (金属绝缘体半导体场效应晶体管)的更一般的术语含义上被使用。MOSFET的栅极材料的术语“金属”应被理解为包括导电材料，诸如但不限于金属、合金、掺杂多晶硅半导体和例如金属硅化物的金属半导体化合物。
[0027]场效应控制的切换器件(例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT))已经用于各种应用，包括作为在电源和功率转换器、电动汽车、空调和甚至立体声系统中的开关的使用。特别是关于能够切换大电流和/或在较高电压下操作的功率器件，在传导导通状态中低电阻常常是期望的。这意味着例如，对于待切换的给定电流，在接通的FET两端的电压降(例如源极-漏极电压)被期望是低的。另一方面，在FET的切断或换向期间出现的损耗常常也被保持小以最小化总损耗。
[0028]如在这个说明书中使用的术语“半导体功率开关”描述具有高电压和/或高电流切换能力的在单个芯片上的半导体器件。换句话说，功率半导体器件为一般在安培范围内的高电流而设计。在这个说明书内，术语“半导体功率开关”、“半导体切换器件”和“功率半导体器件”被同义地使用。
[0029]在本说明书的上下文中，术语“有源单元区”或“有源区域”描述半导体切换器件的半导体衬底的区，其中布置携带负载电流的可切换单元。在有源区域中的可切换单元限定半导体切换器件的切换行为。具体地，有源区域可包括至少主或第一可切换区和第二可切换区，可选地多于两个不同的可切换区。在不同可切换区中的可切换单元可在至少一个物理性质(例如栅极-漏极电容或阈值电压)处不同于彼此。单元也可在有源区域的不同可切换区中具有不同的单元布局。有源区域的不同可切换区也被称为有源区域的“子区”，并描述具有可切换单元或可切换单元的部分的区，其具有与其它子区的可切换单元的物理性质不同的物理性质。特别是，不同的子区可被制造有不同的栅极多晶硅覆盖，使得局部栅极-漏极电容Cgd (例如个别单元或一组各个单元的电容)变化。
[0030]在本说明书的上下文中，术语“单元节距”或“纵向节距”描述沿着可切换单元的纵向延伸的在有源区域中的可切换单元的节距。
[0031]在本说明书的上下文中，术语“栅电极结构”描述紧接于半导体衬底布置并通过电介质区或电介质层与半导体衬底绝缘的导电结构。当在半导体衬底的表面上被看时，栅电极结构覆盖半导体器件的不同区，例如主体区和漂移区。栅电极结构包括紧接于主体区的可切换单元的栅电极以及还有在彼此电连接的邻近栅电极之间的电连接。栅电极被配置成例如通过在可切换单元的相应源极区和漂移区之间的主体区中的“反型沟道”的电场居间形成来形成和/或控制在主体区中的沟道区的导电性。当形成反型沟道时，沟道区的导电类型一般被改变，即反转，以形成在源极和漏极区之间的单极电流路径。栅电极结构常常方便地被称为栅极多晶硅。
[0032]用于形成在栅电极和主体区之间的电介质区或电介质层的电介质材料的示例包括(而没有对其进行限制):氧化硅(Si02)、氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(S1xNy)、氧化锆(ZrO2)、氧化钽(Ta2O5)、氧化钛(T12)和氧化铪(HfO2)以及包括不同绝缘材料的堆叠的其组合。
[0033]术语“电连接”和“电连接的”描述在两个元件之间的欧姆连接。
[0034]在本说明书的上下文中，术语“栅极信号发射器”描述提供外部切换信号到可切换单元的栅电极结构的传递的电极配置。在这个说明书内，术语“栅极金属化”和“栅极信号发射器”同义地被使用。通常，栅极金属化在栅电极结构上形成以改进切换信号的分布。例如，栅电极结构由多晶硅形成，并可具有覆盖有源区域的网状结构，同时栅极金属化在半导体器件的外围中(例如在边缘终止区域中)的栅电极结构上形成并与该栅电极结构欧姆接触。栅极金属化可包括例如栅极环或者栅极环和从栅极环延伸到有源区域中的栅极指状物。栅电极结构的网状结构包括源极接触的开口。栅极信号发射器通常具有比栅电极结构低的比电阻。例如，栅极信号发射器可由比栅电极结构更导电的材料制成和/或可被制造得比栅电极结构厚以减小电阻。
[0035]在这个说明