低热阻器件的形成方法和结构技术

形成一种半导体器件，以具有减小半导体器件的热阻的形状。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及电子设备，尤其是涉及半导体器件的形成方法和结构。
技术介绍
在过去，半导体工业利用各种方法和结构来形成半导体器件。形成功率器件通常考虑可以通过半导体器件散逸的最大功率。一般，将功率器件形成为半导体基板的单一固定区域。图1示意性地示出了在半导体基板201上具有功率器件202的半导体器件200的一般概念。图1的顶部示出了器件200的平面图，而图1的底部示出了沿着截面线1-1的截面图。虚线示出了经由基板201从功率器件202辐射的热量。如可以看到的，大部分的热量集中在了基板201的部分204中。将部分204称为热量的自交互作用区域。这种热量的自交互作用区域一般会造成半导体器件200具有高的热阻和减小的最大功率以便器件200可以散逸。在一些情况下，高热阻的半导体器件需要额外的冷却以保持半导体芯片的温度在最大容许限度以下，由此增加了使用半导体器件的成本。由于高的热阻，半导体芯片的温度经常增加到减小半导体器件的可靠性和寿命的温度。因此，希望具有一种有效地分布半导体器件内的热量的方法，以便不减小半导体器件的封装密度，并降低半导体器件的热阻。附图说明图1示意性地示出了现有技术的高热阻的半导体器件；图2示意性地示出了根据本专利技术的半导体器件实施例的单元的一部分；图3示意性地示出了根据本专利技术的基于单元的半导体器件的单元的实施例的一部分的平面图；和图4示意性地示出了根据本专利技术另一半导体器件的实施例的一部分的平面图。为了说明简单和清楚，图中的元件不必按规定比例，且不同图中的相同附图标记表示相同的元件。另外，为了说明简单省略了公知的步骤和元件的说明。如在此使用的载流电极指的是经由器件如MOS晶体管的源极或漏极、或者双极晶体管的反射极或集电极、或者二极管的阴极或阳极来运载电流的器件的元件，且控制电极指的是经由器件如MOS晶体管的栅极或者双极晶体管的基极控制电流的器件的元件。虽然在此将器件解释为具体的N沟道或P沟道器件，但本领域普通技术人员将意识到，根据本专利技术也可以是互补器件。为了各图清楚起见，将器件结构的掺杂区解释为通常具有直线边缘和精确的有角拐角。然而，本领域技术人员可理解，由于掺杂剂的扩散和活化，掺杂区的边缘通常不是直线的，且拐角不是精确的角度。具体实施例方式图2示意性地示出了形成于半导体基板11上的半导体器件10的实施例的一部分。图2的顶部示出了器件10的平面图，而图2的底部示出了沿着截面线2-2的截面图。器件10包括高功率散逸的半导体器件15，形成半导体器件15以具有提供用于器件10的热分布提高的形状或布局，使器件10的热阻值减到最小，并使半导体基板11的面积的利用率达到最大。已发现，具有周边比在约1.8和2.4之间的形状的种类或四边多角形的布局提供了提高的热分布。例如，多角形可以是矩形、平行四边形、梯形或菱形中的任意一种或者具有周边比的任一其它的四边多角形。如在此使用的，形状的周边比是形状的周边长度和具有面积等于该形状面积的等效圆的圆周长度之间的比。表示周边比的另一方式是具有周边长度比具有与该形状面积相同面积的等效圆的圆周长度大至少N倍的形状。对于具有周边比是约1.8至2.4的四边多角形的种类，N是约1.8至2.4。器件15是这种形状的实例。器件15可以是垂直功率金属氧化物半导体(MOS)晶体管、或横向的MOS功率晶体管、或高电流的二极管或双极晶体管。例如，器件15可以是横向的或垂直的LDMOS功率晶体管。器件10还可包括为了各图简化而未示出的其它有源或无源半导体元件。如下文将看到的，布置器件15的高功率散逸部分，以形成器件15的形状。器件15具有长边16和18、和短边17和19，将它们布置成形成器件15的形状的周边。对于器件15是非基于单元的双极晶体管或非基于单元的横向MOS功率晶体管的情况，边16-19一般通过器件15载流电极的掺杂区的外边(如在形成漏区的基板11内掺杂区的外边缘)形成。一般，这种掺杂区延伸到基板11的表面，且具有在表面上的形状。还可形成边16-19作为形成器件15的高功率散逸区的基板11的掺杂区的外边缘。对于横向MOS功率晶体管的实例，在工作期间，高功率散逸一般出现在漏极和源极之间的沟道区中。由于将沟道限定为源极和漏极之间的区域，所以形成源极并面向漏极的掺杂区的边缘是该形状的一边，如边16。而且，面向源极的漏极的掺杂区的边缘可以是该形状的另一边，如边18。由此，形成漏极或源极的掺杂区的一边变为器件15的一边。器件10的截面图示出了该结构将器件10形成到高功率散逸的区域中。没有位于器件15下面的基板11的部分是基板11的较低功率散选区域。虚线示出了从器件15的掺杂区辐射的高的热散逸区。由此，在周边比是约1.8至2.4的四边多角形的形状中形成器件15使热量跨越更大面积的基板11分散出去，减小了自交互作用区域的大小，并减小了必须在器件15下面的基板11的任一点处散逸的热量，由此降低了器件10的热阻。在一个实例实施例中，器件15具有约一个单位的边16和18、以及约8.1个单位的边17和19。所得到的周边约为18.2个单位，且该面积约为8.1个单位。相同面积的圆当量具有约10.09个单位的圆周。由此示范性的器件15的周边比约为1.804(用10.09除18.2)。形成具有周边比为1.8至2.4之间的器件15提供了减小热阻的不希望的结果。当该形状很接近于四方形或圆形时，通常认为现有技术的器件更有效。现有的器件不具有在1.8至2.4范围内的周边比。由此该范围的周边比提供了不希望的热阻减小。图3示意性地示出了用于形成基于单元的横向MOS功率晶体管的晶体管单元26的实施例的一部分。晶体管单元如单元26一般包括形成于半导体基板上并用作晶体管单元26漏区的第一掺杂区30和第二掺杂区29。另外，第三掺杂区27和第四掺杂区28形成在半导体基板上，并用作单元26的源极。由于区域27、28、29和30一般被导体36和37覆盖，所以它们由虚线示出。栅极33一般形成在基板的表面上和区域27与29之间以及区域28和30之间。使栅极导体34与栅极33电接触，并促使单元26与可形成在基于单元晶体管中的其它相邻晶体管单元电连接。同样，漏极导体37促使区域29和30一起与相邻晶体管单元中的相似漏极电连接。源极导体36，由虚线示出，一般延伸过单元26并使区域27和28电接触，并且促使将区域27和28电连接到相邻晶体管单元中的其它相似的源极。单元26具有如线42、43、44和45所示的四边。线42是沿着形成源极的掺杂区27和28以及形成漏极的掺杂区29和30的边缘延伸的线。线42表示在其上形成了单元26的半导体基板内的掺杂区的一边。同样，线44沿着区域27和28的相对边和以与线42相似的方式相对的区域29和30延伸。线42和44恰好很少接触掺杂区的最外面或远侧边缘。线43沿着区域30的外部边缘延伸，并形成单元26的另一边。同样，线45沿着区域29的外部边缘延伸。线42-45延伸过单元26的边界，以辅助识别线42-45。对于垂直单元，线43和45一般沿着栅极33的外部边缘延伸且恰好很少接触栅极33的外部边缘。至少，线43和45沿着在单元26工作期间散逸最大功率的单元26的部分，如沿着覆盖最大电流出现的漏极部分的沟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的形成方法，包括：以具有在半导体基板的表面上具有第一长度的第一周边并具有第一面积的器件形状，形成半导体器件的掺杂区；以及布置所述掺杂区，以形成四边多角形的器件形状，其中第一长度是围绕具有第一面积的圆的圆周的第一 距离的约１．８至２．４倍。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：纳拉扬拉贾，罗杰P斯托特，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]