專利名稱：功率晶體管的制作方法
功率晶體管技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種功率晶體管，特別地一種具有多個(gè)晶體管單元的功率晶體管。
背景技術(shù)：
晶體管，諸如MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)或者IGBT (絕緣柵雙極晶體管)，在不同種類的應(yīng)用諸如逆變器、電壓調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器或者用于驅(qū)動(dòng)電負(fù)載諸如燈、閥門(mén)、馬達(dá)等的驅(qū)動(dòng)電路中被廣泛地用作電子開(kāi)關(guān)。通常被采用作為電子開(kāi)關(guān)的晶體管是具有被布置在晶體管單元場(chǎng)中并且被并聯(lián)連接的多個(gè)相同的晶體管單元的功率晶體管。
現(xiàn)代功率晶體管被優(yōu)化為在高負(fù)載電流下具有低接通電阻(Rw)。然而，在這些晶體管中，當(dāng)它們并不作為開(kāi)關(guān)操作而是處于在低負(fù)載條件下的線性操作中時(shí)可能發(fā)生穩(wěn)定性問(wèn)題，這是當(dāng)在高漏極到源極電壓(Vds)下低負(fù)載電流通過(guò)晶體管流動(dòng)時(shí)。不可避免地，根據(jù)時(shí)間，能量在活動(dòng)的晶體管中耗散。能量的耗散引起在其中實(shí)現(xiàn)晶體管的半導(dǎo)體本體被加熱?，F(xiàn)代功率晶體管的特性曲線是使得在高負(fù)載條件下，當(dāng)在給定的高驅(qū)動(dòng)電壓(柵極-源極電壓Ves)下溫度增加時(shí)，負(fù)載電流降低。利用這個(gè)負(fù)的熱反饋，具有比其它晶體管單元更高的溫度的晶體管單元的進(jìn)一步的加熱被減小。然而，在低負(fù)載條件下，存在正的熱反饋從而在給定的低驅(qū)動(dòng)電壓下，溫度增加導(dǎo)致增加的負(fù)載電流。增加的負(fù)載電流導(dǎo)致溫度的進(jìn)一步增加，等等。當(dāng)存在具有比其它晶體管單元更高的溫度的晶體管單元時(shí)，通過(guò)這些晶體管單元的電流增加，從而導(dǎo)致總負(fù)載電流到各個(gè)晶體管單元的非平衡分布。在最差的情景中，總負(fù)載電流僅僅通過(guò)某些晶體管單元流動(dòng)，這些晶體管單元最終受到破壞。這種現(xiàn)象被稱作電流絲化(current filamentation)。
因此，需要提供一種在高負(fù)載條件下以及在低負(fù)載條件下健壯的晶體管。發(fā)明內(nèi)容
第一實(shí)施例涉及一種晶體管器件，該晶體管器件包括被布置在具有邊緣和中心的單元場(chǎng)中的多個(gè)器件單元，各個(gè)器件單元被并聯(lián)連接。該器件單元包括第一類型的器件單元并且包括第二類型的器件單元，該第一類型的器件單元具有帶有第一尺寸的本體區(qū)域和在本體區(qū)域中實(shí)現(xiàn)的、帶有第二尺寸的源極區(qū)域，該第二類型的器件單元具有本體區(qū)域，該本體區(qū)域具有第一尺寸并且在其中省略了源極區(qū)域或者在其中源極區(qū)域小于第二尺寸。該單元場(chǎng)包括多個(gè)非交迭單元區(qū)域，每一個(gè)非交迭單元區(qū)域包括相同多個(gè)器件單元，其中存在被布置在單元場(chǎng)的邊緣和中心之間的至少一個(gè)單元區(qū)域序列，在該至少一個(gè)單元區(qū)域序列中，第二類型的器件單元的頻率沿著中心的方向從單元區(qū)域到單元區(qū)域單調(diào)地增加，其中該單元區(qū)域序列中的一個(gè)單元區(qū)域包括或者鄰接該中心。
在閱讀以下詳細(xì)說(shuō)明 時(shí)并且在查看附圖時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到另外的特征和優(yōu)點(diǎn)。


現(xiàn)在將參考附圖解釋實(shí)例。附圖用于示意基本原理，從而僅僅示意了對(duì)于理解基本原理而言有必要的方面。附圖未按比例。在附圖中相同的附圖標(biāo)記表示同樣的特征。
圖1示意功率晶體管的示例性特性曲線。
圖2概略地示意在半導(dǎo)體本體中集成的功率晶體管的單元場(chǎng)，該單元場(chǎng)包括第一類型的晶體管單元和第二類型的晶體管單元。
圖3概略地示意根據(jù)第一實(shí)施例的第一類型和第二類型晶體管單元的豎直截面視圖。
圖4概略地示意根據(jù)第一實(shí)施例的第一類型和第二類型晶體管單元的水平截面視圖。
圖5概略地示意根據(jù)第二實(shí)施例的第一類型和第二類型晶體管單元的水平截面視圖。
圖6概略地示意根據(jù)第二實(shí)施例的第一類型和第二類型晶體管單元的豎直截面視圖。
圖7概略地示意根據(jù)第三實(shí)施例的第一類型和第二類型晶體管單元的豎直截面視圖。
圖8示意圖7的晶體管單元的水平截面視圖。
圖9示意根據(jù)第一實(shí)施例的第二類型的晶體管單元在單元場(chǎng)中的分布。
圖10概略地示意根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例的功率晶體管的單元場(chǎng)。
具體實(shí)施方式
在以下詳細(xì)說(shuō)明中，對(duì)附圖進(jìn)行參考，所述附圖形成它的一個(gè)部分并且在附圖中通過(guò)示意方式示出可以在其中實(shí)踐本發(fā)明的具體實(shí)施例。在這方面，方向術(shù)語(yǔ)諸如“頂”、“底”、“前”、“后”、“首”、“尾”等是參考所描述的圖的定向使用的。因?yàn)閷?shí)施例的構(gòu)件能夠被以多種不同的定向定位，所以方向術(shù)語(yǔ)是為了示意的意圖使用的而絕非加以限制。要理解，可以利用其它的實(shí)施例并且可以作出結(jié)構(gòu)或者邏輯變化而不偏離本發(fā)明的范圍。因此，以下詳細(xì)說(shuō)明不要被以限制性的意義理解，并且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。要理解，在這里描述的各種示例性實(shí)施例的特征可以相互組合，除非具體地另有指出。
圖1概略地示意MOS晶體管諸如MOSFET或者IGBT的特性輸入曲線。在圖1中，示出了三條不同的特性曲線，每一條特性曲線示意了負(fù)載電流Ids關(guān)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)或者驅(qū)動(dòng)電壓Ves的依賴性。負(fù)載 電流例如是MOSFET中的漏極-源極電流或者IGBT中的集電極-發(fā)射極電流。驅(qū)動(dòng)信號(hào)例如是MOSFET中的柵極-源極電壓或者IGBT的柵極-發(fā)射極電壓。圖1示意在三個(gè)不同的溫度Tl、T2、T3下獲得的三條特性曲線，其中T1〈T2〈T3。如能夠從圖1看到地，是晶體管在此處開(kāi)始傳導(dǎo)負(fù)載電流Ids的驅(qū)動(dòng)電壓的閾值電壓依賴于溫度并且隨著溫度降低而降低。在驅(qū)動(dòng)電壓Ves的更高的值下，當(dāng)溫度T增加時(shí)，負(fù)載電流Ids降低。這起因于在更高溫度下電荷載流子遷移率更低。這兩個(gè)效應(yīng)，即閾值電壓隨著溫度增加而降低和在溫度增加時(shí)負(fù)載電流Ids降低，導(dǎo)致由驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vestl限定的溫度穩(wěn)定點(diǎn)，在該溫度穩(wěn)定點(diǎn)處負(fù)載電流Ids獨(dú)立于溫度。
如能夠從圖1看到地，在低于Veso的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ves下上升的溫度導(dǎo)致負(fù)載電流Ids增加。因?yàn)樯仙呢?fù)載電流可以導(dǎo)致晶體管的溫度上升，所以在低于穩(wěn)定點(diǎn)Vestl的驅(qū)動(dòng)信號(hào)下存在正的熱反饋。在高于Vestl的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ves下，存在負(fù)的熱反饋，因?yàn)樵谶@些驅(qū)動(dòng)信號(hào)下，負(fù)載電流Ids隨著溫度增加而降低。
在低于穩(wěn)定點(diǎn)Vestl的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ves下操作晶體管可以導(dǎo)致不穩(wěn)定性從而上升的負(fù)載電流Ids可以導(dǎo)致溫度上升，這再次可以導(dǎo)致電流增加。特別地在帶有單元結(jié)構(gòu)的晶體管(這是具有并聯(lián)連接的多個(gè)晶體管單元的晶體管)中，在晶體管中的溫度分布可能不是均勻的。在此情形中，在正熱反饋可以發(fā)生所處的驅(qū)動(dòng)信號(hào)下操作晶體管可能具有以下效應(yīng):具有最聞溫度的晶體管單兀占有通過(guò)晶體管流動(dòng)的電流的最聞份額。占有電流的最聞份額可以導(dǎo)致這些晶體管單元的進(jìn)一步加熱，這繼而可以導(dǎo)致通過(guò)這些晶體管單元流動(dòng)的電流的更高的份額，直至某些晶體管單元受到破壞。這種效應(yīng)被稱作電流絲化。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)被產(chǎn)生為總是高于溫度穩(wěn)定點(diǎn)\so時(shí)，能夠防止電流絲化問(wèn)題。然而，例如當(dāng)MOS晶體管在線性電流或者電壓調(diào)節(jié)器中或者在箝位電路(有源齊納電路)中操作時(shí)，可能發(fā)生其中這不能得到保證的MOS晶體管的操作情景，在所述箝位電路中MOS晶體管被用于耗散在電感負(fù)載中存儲(chǔ)的能量。此外，在某些類型的MOS晶體管中，溫度穩(wěn)定點(diǎn)Vestl處于相當(dāng)高的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ves的值，這使得這個(gè)問(wèn)題甚至更差。
雖然當(dāng)晶體管在正熱反饋在此處可以發(fā)生的區(qū)域中操作時(shí)負(fù)載電流Ids是低的，但是負(fù)載電壓(在MOSFET中的漏極-源極電壓Vds)能夠是相當(dāng)高的。在晶體管中耗散的功率由負(fù)載電流Ids和負(fù)載電壓Vds的乘積給出，從而即使在低負(fù)載電流下，當(dāng)負(fù)載電壓Vds是高的時(shí)，也能夠在晶體管中耗散相當(dāng)大的功率。
圖2概略地示意其中在單元場(chǎng)10中實(shí)現(xiàn)多個(gè)器件單元例如晶體管單元的半導(dǎo)體本體100的水平截面視圖。只是為了示意的意圖，在于圖2中示意的實(shí)施例中，單元場(chǎng)10具有矩形形狀。
該晶體管器件包括第一類型的器件單元13和第二類型的器件單元14。以下參考圖3到8解釋了在第一類型器件單 元13和第二類型器件單元14之間的差異。在圖2中，各個(gè)器件單元13、14被繪制成矩形。然而，這僅僅是一個(gè)實(shí)例并且僅僅用于示意第一類型器件單元13和第二類型器件單元14在單元場(chǎng)10中的分布。此外，在圖2中，各個(gè)器件單元13、14被繪制成是相互遠(yuǎn)離的。然而，這僅僅是一個(gè)實(shí)例。器件單元13、14還能夠被實(shí)現(xiàn)為使得相鄰的器件單元彼此鄰接。
單元場(chǎng)10是半導(dǎo)體本體100的、其中實(shí)現(xiàn)器件單元13、14的區(qū)域。在于圖2中示意的實(shí)施例中，單元場(chǎng)10基本上具有矩形形狀。然而，這僅僅是一個(gè)實(shí)例。也能夠以除了矩形形狀之外的形狀實(shí)現(xiàn)單元場(chǎng)10。單元場(chǎng)10具有包圍單元場(chǎng)10的邊緣11和遠(yuǎn)離邊緣11的中心12。邊緣11和中心12不是結(jié)構(gòu)特征，而是僅僅是由單元場(chǎng)10的形式限定的幾何特征。中心11能夠包括僅僅一個(gè)點(diǎn)，能夠包括多個(gè)鄰接點(diǎn)(線)或者能夠包括遠(yuǎn)離的兩個(gè)或者更多的點(diǎn)。中心12到邊緣11在單元場(chǎng)10的相對(duì)側(cè)上的至少兩個(gè)片段是等距的。在于圖2中示意的其中單元場(chǎng)10具有矩形形狀的實(shí)施例中，中心12是平行于在單元場(chǎng)10的相對(duì)側(cè)上的第一和第二邊緣片段Il1Ul11的線。中心線12到第一和第二邊緣片段Il1Ul11是等距的。中心線12的第一縱向端部面對(duì)第三邊緣片段Ilm，并且第二縱向端部面對(duì)第四邊緣片段Iliv，其中在第一縱向端部和第三邊緣片段Il111之間的距離等于在第二縱向端部和第四邊緣片段Iliv之間的距離，并且這些距離等于在中心線12與第一和第二邊緣片段Il1Ul11之間的距離。依賴于單元場(chǎng)10的幾何形狀，中心12的形狀當(dāng)然可以改變。
如以下將進(jìn)一步詳細(xì)解釋地，第二類型器件單元14被實(shí)現(xiàn)為使得在這些器件單元中，與在第一類型器件單元13中相比較少的能量被耗散。為了更加同等地在單元場(chǎng)10中分布能量的耗散，第二類型器件單元14的頻率朝向單元場(chǎng)10的中心12增加。具體地，單元場(chǎng)10包括多個(gè)非交迭單元區(qū)域15，其中每一個(gè)單元區(qū)域15包括相同多個(gè)器件單元。存在被布置在單元場(chǎng)10的邊緣11和中心12之間的至少一個(gè)單元區(qū)域序列，在該單元區(qū)域序列中，第二類型器件單元14的頻率沿著中心12的方向從單元區(qū)域15到單元區(qū)域15單調(diào)地增加，其中該單元區(qū)域序列中的一個(gè)單元區(qū)域包括或者鄰接中心12。在圖2中，為了示意的意圖，概略地示意了三個(gè)單元區(qū)域15的序列(以虛線示意)。這些單元區(qū)域15是非交迭的并且每一個(gè)包括相同數(shù)目的九個(gè)器件單元。在這些單元區(qū)域15中的第二類型器件單元14的數(shù)目單調(diào)地增加，其中在這個(gè)具體實(shí)施例中，鄰接邊緣11的第一單元區(qū)域15包括零個(gè)第二類型器件區(qū)域14，鄰接第一單元區(qū)域的第二單元區(qū)域包括兩個(gè)第二類型器件區(qū)域14，并且鄰接第二單元區(qū)域和中心12的第三單元區(qū)域包括三個(gè)第二類型器件單元14。利用九個(gè)器件單元實(shí)現(xiàn)各個(gè)單元區(qū)域15僅僅是一個(gè)實(shí)例。也能夠利用任何其它數(shù)目的器件單元實(shí)現(xiàn)各個(gè)單元區(qū)域15?！皢握{(diào)地增加”意味著在單元區(qū)域15的序列中，比相鄰單元區(qū)域15更加靠近中心12的一個(gè)單元區(qū)域具有比該相鄰單元區(qū)域15更多的第二類型器件單元14或者至少具有與該相鄰單元區(qū)域15相同數(shù)目的第二類型器件單元14。此外，該序列的、最遠(yuǎn)離中心12的單元區(qū)域具有比包括中心12的單元區(qū)域15更少的第二類型器件區(qū)域14。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第二類型器件單元14的數(shù)目沿著中心12的方向嚴(yán)格單調(diào)地增力口。在此情形中，比相鄰單元區(qū)域15更加靠近中心12的一個(gè)單元區(qū)域具有比該相鄰單元區(qū)域15更多的第二類型器件單元14。
各個(gè)器件單元13、14每一個(gè)具有帶有第一尺寸的本體區(qū)域。第一類型器件13單元進(jìn)一步每一個(gè)具有在本體區(qū)域中實(shí)現(xiàn)的、第二尺寸的源極區(qū)域，并且第二類型器件單元14或者具有小于第二尺寸的源極區(qū)域或者被實(shí)現(xiàn)為使得源極區(qū)域被省略(源極區(qū)域的尺寸為零)。本體和源極區(qū)域未在圖2中示意。以下參考圖3到8解釋了實(shí)現(xiàn)第一類型器件單元和第二類型器件單元的某些不同的實(shí)施例。
圖3概略地示意根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體本體100的豎直截面視圖。圖3示意單元場(chǎng)10的在其中實(shí)現(xiàn)四個(gè)器件單元13、14即三個(gè)第一類型器件單元13和一個(gè)第二類型器件單元14的片段。
圖3的晶體管器件被實(shí)現(xiàn)為豎直(功率)晶體管器件。第一類型和第二類型器件單元(晶體管單元)13,14中的每一個(gè)包括第一尺寸的本體區(qū)域22。本體區(qū)域22的“尺寸”是在水平平面中的尺度，該水平平面是垂直于圖3所示的豎直平面的平面。第一類型器件單元13每一個(gè)進(jìn)一步包括在本體區(qū)域22中實(shí)現(xiàn)的源極區(qū)域23。源極區(qū)域23在水平平面中具有第二尺寸，其中第二尺寸小于本體區(qū)域22的第一尺寸。本體區(qū)域22和源極區(qū)域23是摻雜半導(dǎo)體區(qū)域。源極區(qū)域22被與本體區(qū)域22互補(bǔ)地?fù)诫s，并且源極區(qū)域23的摻雜類型限定晶體管的類型。在η型晶體管(η型M0SFET)中，源極區(qū)域23是η摻雜的并且本體區(qū)域22是P摻雜的，而在P型晶體管(P型M0SFET)中，源極區(qū)域23是ρ摻雜的，而本體區(qū)域22是η摻雜的。
第二類型器件單元14或者具有小于第一類型器件單元中的源極區(qū)域23的第二尺寸的源極區(qū)域，或者(如在圖3中所示意地)并不包括源極區(qū)域(具有零尺寸的源極區(qū)域)。
參考圖3，各個(gè)器件單元13、14進(jìn)一步包括漂移區(qū)域21和漏極區(qū)域25。漂移區(qū)域21鄰接本體區(qū)域22并且具有與源極區(qū)域23相同的摻雜類型，并且漏極區(qū)域25鄰接漂移區(qū)域21。漂移區(qū)域21位于漏極區(qū)域25和本體區(qū)域22之間。在于圖3中示意的實(shí)施例中，各個(gè)器件單元13、14共享一個(gè)公共漂移區(qū)域21并且共享一個(gè)公共漏極區(qū)域25。晶體管能夠被實(shí)現(xiàn)為MOSFET或者能夠被實(shí)現(xiàn)為IGBT。在MOSFET中，漏極區(qū)域25具有與源極區(qū)域23和漂移區(qū)域21相同的摻雜類型并且與漂移區(qū)域21相比被更加高度地?fù)诫s。在IGBT中，漏極區(qū)域25具有與源極區(qū)域23和漂移區(qū)域21的摻雜類型互補(bǔ)的摻雜類型。
至少第一類型器件單元13進(jìn)一步包括鄰近本體區(qū)域22并且被柵介質(zhì)27從本體區(qū)域22以介電方式絕緣的柵電極26。以傳統(tǒng)的方式，柵電極26用于控制在源極區(qū)域23和漂移區(qū)域21之間在本體區(qū)域22中的導(dǎo)電溝道。在于圖3中示意的實(shí)施例中，各個(gè)晶體管單元被實(shí)現(xiàn)有平面柵電極26。在此情形中，在半導(dǎo)體本體100的第一表面101上方實(shí)現(xiàn)柵電極26。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，晶體管器件包括各個(gè)器件單兀公共的一個(gè)柵電極26。在圖3中，示出這個(gè)公共柵電極26的幾個(gè)片段。柵電極26被連接到晶體管器件的柵極端子G，漏極區(qū)域25被連接到漏極端子D并且源電極24形成或者被連接到源極端子S。源電極24被電連接到第一類型和第二類型器件單元13、14的本體區(qū)域22并且被連接到第一類型器件單元13中的源極區(qū)域23。當(dāng)?shù)诙愋推骷卧?4也被實(shí)現(xiàn)有源極區(qū)域時(shí)，源電極24也被連接到第二類型器件單元14中的源極區(qū)域23。
在水平平面中，各個(gè)器件單元13、14的不同的形狀是可能的。參考在水平截平面A-A中示出圖3的晶體管器件的水平截面視圖的圖4，能夠以三角形形狀實(shí)現(xiàn)各個(gè)器件單元。在水平平面A-A中器件單元的形狀由在水平平面中本體區(qū)域22的形狀限定。在圖4的實(shí)施例中，各個(gè)器件單元被實(shí) 現(xiàn)為使得六個(gè)器件單元的本體區(qū)域22形成六邊形。然而，這僅僅是一個(gè)實(shí)例。也可以由多個(gè)三角形本體區(qū)域形成任何其它類型的多邊形。此外，各個(gè)器件單元不被限制于實(shí)現(xiàn)有三角形本體區(qū)域。各個(gè)器件單元也能夠被實(shí)現(xiàn)有矩形本體區(qū)域、圓形本體區(qū)域或者橢圓形本體區(qū)域。
在圖4中，示出一個(gè)第二類型器件單元14。在圖4中示意的其它器件單元是第一類型器件單元13。在圖4的實(shí)施例中，能夠在一個(gè)六邊形結(jié)構(gòu)內(nèi)實(shí)現(xiàn)不同類型的器件單元，從而一個(gè)六邊形結(jié)構(gòu)包含在100%和0%之間的第一器件單元13比對(duì)在0%和100%之間的第二類型器件單元14。根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例，形成一個(gè)六邊形結(jié)構(gòu)的各個(gè)器件單元具有相同的類型，從而一個(gè)六邊形結(jié)構(gòu)或者包括第一類型器件單元13或者包括第二類型器件單元14。
在于圖4中示意的水平截平面中柵電極26不可見(jiàn)。這個(gè)柵電極26能夠被實(shí)現(xiàn)為使得它覆蓋各個(gè)器件單元并且包括在源極區(qū)域23上方的接觸孔，在接觸孔處源電極24接觸源極區(qū)域23和本體區(qū)域22。
圖5示意根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例的晶體管器件的截平面A-A中的水平視圖。在該實(shí)施例中，各個(gè)器件單元13、14的本體區(qū)域具有矩形形狀，其中多個(gè)器件單元的本體區(qū)域被布置成行從而形成細(xì)長(zhǎng)本體結(jié)構(gòu)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，這些細(xì)長(zhǎng)本體結(jié)構(gòu)之一從單元場(chǎng)10的一個(gè)邊緣到相對(duì)的邊緣(未在圖5中示意)諸如在圖2的邊緣I1U11之間延伸。在圖5的實(shí)施例中，第一類型器件單元13的源極區(qū)域也具有矩形形狀。在第二類型器件單元14中，在該實(shí)施例中源極區(qū)域被省略。在圖5中，示意了六個(gè)第二類型器件單元14，在圖5中示意的其它器件單元是第一類型器件單元13。
圖6示意根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例的晶體管器件的豎直截面視圖。在這個(gè)晶體管器件中，在從第一表面101延伸到半導(dǎo)體本體100中的溝槽中實(shí)現(xiàn)柵電極26。在水平平面中，能夠利用以上參考圖4和5解釋的任何形狀實(shí)現(xiàn)如在圖6中所示意的晶體管器件。
圖7示意根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例的晶體管器件的豎直截面視圖。圖7的晶體管器件是橫向晶體管器件，這意味著各個(gè)器件單元13、14的本體區(qū)域22和漏極區(qū)域25沿著半導(dǎo)體本體100的橫向方向遠(yuǎn)離。圖7示出具有公共漏極區(qū)域25的兩個(gè)器件單元的豎直截面視圖。根據(jù)在圖7中示意的該兩個(gè)器件單元，一個(gè)器件單元是第一類型器件單元13并且在本體區(qū)域22中包括源極區(qū)域23，并且另一個(gè)器件單元是其中省略了源極區(qū)域23的第二類型器件單元14。在該實(shí)施例中，漂移區(qū)域21從本體區(qū)域22延伸到漏極區(qū)域25并且包圍漏極區(qū)域25?？蛇x地，與漂移區(qū)域21的摻雜類型互補(bǔ)的摻雜類型的半導(dǎo)體區(qū)域31沿著半導(dǎo)體本體100的豎直方向位于漂移區(qū)域21以下并且鄰接本體區(qū)域22。半導(dǎo)體本體100的其余片段33可以具有與漂移區(qū)域21相同的摻雜類型的基本摻雜。然而，這些片段33的摻雜濃度能夠低于漂移區(qū)域21的摻雜濃度。
參考圖7，共享一個(gè)漏極區(qū)域25的器件單元能夠被沿著半導(dǎo)體本體100的豎直方向從第一表面101延伸的介電區(qū)域32從其它器件單兀(未被意)分離。
圖8示出圖7的晶體管器件的水平視圖。圖8在平行于第一表面101延伸并且通過(guò)本體區(qū)域22和源極區(qū)域23與漏極區(qū)域25的水平截平面B-B中示出圖7的晶體管器件。圖8示出兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)摻雜半導(dǎo)體區(qū)域，其中這些半導(dǎo)體區(qū)域中的每一個(gè)形成多個(gè)晶體管單元的本體區(qū)域22。第二類型晶體管單元14僅僅包括本體區(qū)域22，第一類型晶體管單元13包括本體區(qū)域22和源極區(qū)域23。在該實(shí)施例中，多個(gè)器件單元13、14沿著形成本體區(qū)域22的細(xì)長(zhǎng)半導(dǎo)體區(qū)域的縱向方向相鄰。
帶有第一類型器件單元13和第二類型器件單元14的晶體管器件能夠如同傳統(tǒng)MOS晶體管地操作。以下簡(jiǎn)要地解釋了操作原理。為了解釋的意圖，假設(shè)MOS晶體管是η型MOSFET0 MOSFET能夠被正向偏置和反向偏置。當(dāng)在漏極端子D和源極端子S之間施加正電壓時(shí)，η型MOSFET被正向偏置。在正向偏置狀態(tài)中，通過(guò)向柵極端子G施加適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電勢(shì)，MOSFET能夠被接通和切斷。當(dāng)被施加到柵極端子G的驅(qū)動(dòng)電勢(shì)使得在源極區(qū)域23和漂移區(qū)域21之間在第一類型器件單元13的本體區(qū)域22中存在導(dǎo)電溝道時(shí)，MOSFET被接通。當(dāng)被施加到柵極端子G的驅(qū)動(dòng)電勢(shì)中斷本體區(qū)域22中的導(dǎo)電溝道時(shí)，MOSFET被切斷。當(dāng)MOSFET處于正向偏置狀態(tài)中時(shí)，其中省略源極區(qū)域的第二類型器件區(qū)域14是不活動(dòng)的，這意味著在第二類型器件單元14中沒(méi)有電流流動(dòng)，從而在第二類型器件單元14中沒(méi)有耗散能量。因此，通過(guò)朝向在此處傳統(tǒng)晶體管器件被強(qiáng)烈地加熱的、單元場(chǎng)10的中心12增加第二類型器件單元14的頻率，有助于更加同等地在單元場(chǎng)10中分布溫度。
當(dāng)在源極端子S和漏極端子D之間施加正電壓時(shí)，η型MOSFET被反向偏置。在此情形中，MOSFET具有二極管(被稱作體二極管)的功能并且獨(dú)立于被施加到柵極端子G的驅(qū)動(dòng)電壓地傳導(dǎo)電流。在反向偏置狀態(tài)中，電流通過(guò)第一類型器件單元13和第二類型器件單元14流動(dòng)。
參考圖9， 第二類型器件單元14的頻率能夠沿著單元區(qū)域15的序列正態(tài)地分布。圖9示意在沿著垂直于邊緣11并且從一個(gè)邊緣片段延伸到相對(duì)的片段的線諸如在圖2中示意的線L定位的單元區(qū)域15中第二類型器件單元的頻率N14。在圖9中，‘xO’是一個(gè)邊緣片段諸如在圖2中的邊緣片段Il11的位置，‘χΓ是相對(duì)的邊緣片段諸如在圖2中的邊緣片段Il1的位置，并且‘x2’是單元場(chǎng)10的中心12的位置。各個(gè)單元場(chǎng)15的寬度‘W，是沿著線L。N14是在各個(gè)單元場(chǎng)15中的第二類型器件單元14的頻率。因此，N14對(duì)應(yīng)于相對(duì)于在單元場(chǎng)中的器件單元的總數(shù)的在一個(gè)單元場(chǎng)15中的第二類型器件單元14的數(shù)目。例如，N_MAX是第二類型器件單元14的最大頻率。在該實(shí)施例中這個(gè)最大值是在包括中心12的單元區(qū)域15中。為了示意的意圖，在圖9中，除了第二類型器件單元14的頻率，還示意了高斯曲線。在圖9的實(shí)施例中，根據(jù)高斯曲線選擇沿著線L的第二類型器件單元14的頻率。圖9描繪具有均勻環(huán)境條件(比如在晶體管之上、之下或者圍繞晶體管的恒定溫度)的理想晶體管。在影響晶體管的橫向或者豎直干擾熱波的情形中，高斯形狀必須被以如下方式改變:在施加規(guī)定的能量之后實(shí)現(xiàn)恒定的表面溫度。
在一個(gè)單元場(chǎng)15中的器件單元13、14的數(shù)目是任意的。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在各個(gè)單元區(qū)域15中的器件單元的數(shù)目在4和100之間。在單元場(chǎng)10中的器件單元的總數(shù)依賴于晶體管器件的所期電流阻攔能力。器件單元的總數(shù)能夠在幾千上至幾百萬(wàn)之間。
參考圖10，單元場(chǎng)10能夠被細(xì)分成幾個(gè)子場(chǎng)IO1-1O515在此情形中，各個(gè)子場(chǎng)IO1-1O5的中心12^125被確定，并且第二類型器件區(qū)域14根據(jù)之前給出的解釋而分布在各個(gè)子場(chǎng)IO1-1O5中。
為了易于說(shuō)明，使用了空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)諸如“下面”、“之下”、“下”、“之上”、“上”等以解釋一個(gè)元件相對(duì)于第二元件的定位。除了不同于在圖中描繪的那些定向的定向，這些術(shù)語(yǔ)旨在涵蓋器件的不同的定向。此外，術(shù)語(yǔ)諸如“第一”、“第二”等也被用于描述各種元件、區(qū)域、片段等，并且也并非旨在是限制性的。貫穿說(shuō)明書(shū)，同樣的術(shù)語(yǔ)提及同樣的元件。
如在這里所使用地，術(shù)語(yǔ)“具有”、“含有”、“包含”、“包括”等是指示所陳述的元件或者特征的存在但是并不排除另外的元件或者特征的開(kāi)放式術(shù)語(yǔ)。冠詞“一”、“一個(gè)”和“該”旨在包括復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非上下文清楚地另有指示。
考慮到以上改變和應(yīng)用范圍，應(yīng)該理解本發(fā)明不受前面的說(shuō)明所限制，它也不受附圖所限制。相反， 本發(fā)明僅僅受所附權(quán)利要求和它們的法律等價(jià)物所限制。
權(quán)利要求
1.一種晶體管器件，包括:被布置在具有邊緣和中心的單元場(chǎng)中的多個(gè)器件單元，各個(gè)器件單元被并聯(lián)連接；所述器件單元包括第一類型的器件單元并且包括第二類型的器件單元，所述第一類型的器件單元具有帶有第一尺寸的本體區(qū)域和在所述本體區(qū)域中實(shí)現(xiàn)的、帶有第二尺寸的源極區(qū)域，所述第二類型的器件單元具有第一尺寸的并且其中省略了源極區(qū)域或者其中源極區(qū)域小于所述第二尺寸的本體區(qū)域； 所述單元場(chǎng)包括多個(gè)非交迭單元區(qū)域，每一個(gè)所述非交迭單元區(qū)域包括相同多個(gè)器件單元，其中存在被布置在所述單元場(chǎng)的所述邊緣和所述中心之間的至少一個(gè)單元區(qū)域序列，在所述至少一個(gè)單元區(qū)域序列中，所述第二類型的器件單元的頻率沿著所述中心的方向從單元區(qū)域到單元區(qū)域單調(diào)地增加，并且其中所述單元區(qū)域序列中的一個(gè)單元區(qū)域包括或者鄰接所述中心。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管器件，其中在所述單元區(qū)域序列中所述第二類型器件單元的頻率嚴(yán)格單調(diào)地增加。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管器件，其中所述單元場(chǎng)的所述中心到至少兩個(gè)相對(duì)的邊緣片段是等距的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管器件，其中所述第二類型器件單元的頻率的單調(diào)增加是根據(jù)高斯曲線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管器件，其中所述各個(gè)器件單元被實(shí)現(xiàn)為豎直器件單J Li ο
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管器件，其中所述各個(gè)器件單元被實(shí)現(xiàn)為橫向器件單J Li ο
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管器件，其中由于來(lái)自相鄰電路區(qū)域的橫向熱波干擾，所述第二類型器件單元 的頻率的單調(diào)增加不是根據(jù)高斯曲線。
全文摘要
本發(fā)明涉及功率晶體管。一種單元場(chǎng)具有邊緣和中心，各個(gè)器件單元被并聯(lián)連接。第一類型的器件單元具有帶有第一尺寸的本體區(qū)域和在本體區(qū)域中實(shí)現(xiàn)的、帶有第二尺寸的源極區(qū)域，并且第二類型的器件單元具有第一尺寸的并且其中省略了源極區(qū)域或者源極區(qū)域小于第二尺寸的本體區(qū)域。該單元場(chǎng)包括非交迭單元區(qū)域，每一個(gè)非交迭單元區(qū)域包括相同多個(gè)的器件單元。至少一個(gè)單元區(qū)域序列被布置在單元場(chǎng)的邊緣和中心之間，其中第二類型的器件單元的頻率沿著中心的方向從單元區(qū)域到單元區(qū)域單調(diào)地增加，并且該單元區(qū)域序列中的一個(gè)單元區(qū)域包括或者鄰接該中心。
文檔編號(hào)H01L27/07GK103219338SQ20131002678
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月24日
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