具有跑道型布置中的多个硅柱的高电压纵向半导体器件制造技术

一种半导体器件，包括虚设柱和多个跑道型柱。半导体材料的虚设柱沿第一横向方向延伸。包括半导体材料的多个跑道型柱围绕虚设柱。多个跑道型柱中的每一个均具有第一线性部段和第一圆形部段以形成跑道形状，该第一线性部段沿第一横向方向延伸。多个跑道型柱包括第一跑道型柱和第二跑道型柱。第一跑道型柱被设置成接近虚设柱，并且第二跑道型柱围绕第一跑道型柱。第一跑道型柱设置在虚设柱与第二跑道型柱之间。半导体器件包括多个间隔区，该多个间隔区包括第一间隔区，该第一间隔区围绕虚设柱并且设置在第一跑道型柱与虚设柱之间。

【技术实现步骤摘要】
具有跑道型布置中的多个硅柱的高电压纵向半导体器件相关申请的交叉引用本申请要求于2016年8月30日提交的美国临时申请第62/381,447号的权益。
本专利技术大体上涉及半导体器件，并且特别地但非排他性地涉及纵向半导体器件。
技术介绍
高电压应用诸如电机驱动器、不间断电源和太阳能逆变器可以使用功率半导体器件。根据应用的具体要求，各种功率半导体器件是可用的，诸如功率二极管、功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极结型晶体管(BJT)、绝缘栅极双极晶体管(IGBT)、晶闸管等。功率半导体器件的性能度量可以包括工作电流和电压、输入和输出阻抗、切换速度、反向偏置击穿电压等。所利用的功率半导体器件的类型可以部分地基于这些性能度量。附加因素诸如成本和器件面积也可以有助于确定所利用的功率半导体器件的类型。
技术实现思路
一方面，提供了一种半导体器件，包括：半导体材料的虚设柱，所述虚设柱沿第一横向方向延伸；包括所述半导体材料的多个跑道型柱，所述多个跑道型柱围绕所述虚设柱，其中所述多个跑道型柱中的每一个均具有第一线性部段和第一圆形部段(roundedsection，倒圆部段)以形成跑道形状，所述第一线性部段沿所述第一横向方向延伸，并且其中所述多个跑道型柱包括第一跑道型柱和第二跑道型柱，所述第一跑道型柱被设置成接近所述虚设柱，所述第二跑道型柱围绕所述第一跑道型柱，其中所述第一跑道型柱设置在所述虚设柱与所述第二跑道型柱之间；以及多个间隔区，所述多个间隔区包括第一间隔区和第二间隔区，其中所述第一间隔区围绕所述虚设柱并且设置在所述第一跑道型柱与所述虚设柱之间，并且其中所述第二间隔区围绕所述第一跑道型柱并且设置在所述第一跑道型柱与所述第二跑道型柱之间。另一方面，提供了一种高电压系统，包括多个运动场型结构，其中所述多个运动场型结构中的每个运动场型结构包括：半导体材料的虚设柱，所述虚设柱沿第一横向方向延伸；包括所述半导体材料的多个跑道型柱，所述多个跑道型柱围绕所述虚设柱，其中所述多个跑道型柱中的每一个均具有第一线性部段以及第一圆形部段以形成跑道形状，所述第一线性部段沿所述第一横向方向延伸，并且其中所述多个跑道型柱包括第一跑道型柱和第二跑道型柱，所述第一跑道型柱被设置成接近所述虚设柱，所述第二跑道型柱围绕所述第一跑道型柱，其中所述第一跑道型柱设置在所述虚设柱与所述第二跑道型柱之间；以及多个间隔区，所述多个间隔区包括第一间隔区和第二间隔区，其中所述第一间隔区围绕所述虚设柱并且设置在所述第一跑道型柱与所述虚设柱之间，并且其中所述第二间隔区围绕所述第一跑道型柱并且设置在所述第一跑道型柱与所述第二跑道型柱之间。另一方面，提供了一种薄硅半导体器件，包括半导体材料的柱，所述半导体材料的柱包括虚设柱、最内跑道、最外跑道以及多个中间跑道，所述多个中间跑道布置在所述最内跑道与所述最外跑道之间，所述最内跑道呈跑道形布局，具有基本上线性的部段和在所述基本上线性的部段的每一端处的圆形部段，所述基本上线性的部段沿第一横向方向延伸；所述最内跑道围绕所述虚设柱；以及所述最内跑道具有曲率半径。另一方面，提供了一种在半导体晶圆上包括多个运动场型件的器件，每个运动场型件形成单独的半导体器件，所述单独的半导体器件为晶体管、二极管或IGBT；所述器件还包括半导体材料的柱，所述半导体材料的柱包括虚设柱、最内跑道、最外跑道以及多个中间跑道，所述多个中间跑道布置在所述最内跑道与所述最外跑道之间，所述最内跑道呈跑道形布局，具有基本上线性的部段和在所述基本上线性的部段的每一端处的圆形部段，所述基本上线性的部段沿第一横向方向延伸；所述最内跑道围绕所述虚设柱；所述最内跑道具有曲率半径；所述器件具有击穿电压，其中所述器件的所述击穿电压由所述最内跑道的所述曲率半径确定。另一方面，提供了一种纵向薄硅器件，包括：中央虚设柱，所述中央虚设柱呈跑道形布局，具有基本上线性的部段和在所述基本上线性的部段的每一端处的圆形部段，所述基本上线性的部段沿第一横向方向延伸；以及多个半导体材料的有源柱，所述多个半导体材料的有源柱以跑道形布局布置在所述中央虚设柱周围，所述多个半导体材料的柱中的每一个呈所述跑道形布局，具有基本上线性的部段和在所述基本上线性的部段的每一端处的圆形部段，所述多个半导体材料的柱中的每一个具有的所述基本上线性的部段在所述中央虚设柱的任一侧上沿所述第一横向方向延伸。另一方面，提供了一种纵向薄硅器件，包括：中央虚设柱，所述中央虚设柱呈跑道形布局，具有基本上矩形的部段和在所述基本上矩形的部段的每一端处的圆形部段；以及多个半导体材料的有源柱，所述多个半导体材料的有源柱以跑道形布局布置在所述中央虚设柱周围，所述多个半导体材料的柱中的每一个呈所述跑道形布局，具有在所述中央虚设柱的任一侧上的基本上矩形的部段以及在所述基本上矩形的部段的每个角部处的圆形部段。附图说明参照以下附图描述本专利技术的非限制性和非穷尽性的实施方案，其中除非另有说明，否则在各视图中相同的附图标记指代相同的部分。图1是根据本专利技术的教导的示例性纵向高电压场效应晶体管(HVFET)的截面图。图2A示出了根据本专利技术的教导的示例性半导体器件的俯视图。图2B示出了根据本专利技术的教导的图2A中的示例性半导体器件的放大的子部分。图3示出了根据本专利技术的教导的示例性半导体器件的俯视图。图4A示出了根据本专利技术的教导的示例性半导体器件的俯视图。图4B示出了根据本专利技术的教导的图4A中的示例性半导体器件的放大的子部分。在附图的若干视图中，对应的附图标记指示对应的部件。本领域技术人员将理解，附图中的元件是出于简单和清楚的目的示出的，并且不一定按比例绘制。例如，附图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大，以帮助增强对本专利技术的各实施方案的理解。而且，通常没有描绘在商业上可行的实施方案中有用或必要的常见但容易理解的元件，以便较少地阻碍对本专利技术的这些不同实施方案的见解。具体实施方式在下面的描述中，阐述了许多具体细节，以提供对本专利技术的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员而言明了的是，不一定要采用该具体细节来实践本专利技术。在其他情况下，没有详细描述公知的材料或方法，以避免使本专利技术模糊不清。贯穿本说明书对“一个实施方案”、“一实施方案”、“一个实施例”或“一实施例”的提及意指结合该实施方案或实施例描述的具体的特征、结构或特性包括在本专利技术的至少一个实施方案中。因此，贯穿本说明书在不同地方出现的措辞“在一个实施方案中”、“在一实施方案中”、“一个实施例”或“一实施例”不一定全部都指代同一实施方案或实施例。此外，具体的特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案或实施例中以任何合适的组合和/或子组合进行组合。具体的特征、结构或特性可以包括在提供所描述功能的集成电路、电子电路、组合逻辑电路或其他合适的部件中。另外，要理解，本文提供的附图是出于向本领域普通技术人员进行说明之目的，并且附图不一定是按比例绘制的。贯穿本说明书，使用了若干技术术语。除非在本文中明确限定或在使用这些术语的上下文中清楚地表明，否则这些术语将采用这些术语在它们所来自的领域中的普通含义。应注意，元素名称和符号(例如，Si与硅)在本文档中可以互换使用；然而，两者具有相同的含义。图1是根据本专利技术的教导的示例性纵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：半导体材料的虚设柱，所述虚设柱沿第一横向方向延伸；包括所述半导体材料的多个跑道型柱，所述多个跑道型柱围绕所述虚设柱，其中，所述多个跑道型柱中的每一个均具有第一线性部段和第一圆形部段以形成跑道形状，所述第一线性部段沿所述第一横向方向延伸，并且其中，所述多个跑道型柱包括：第一跑道型柱，所述第一跑道型柱被设置成接近所述虚设柱；和第二跑道型柱，所述第二跑道型柱围绕所述第一跑道型柱，其中，所述第一跑道型柱设置在所述虚设柱与所述第二跑道型柱之间；以及多个间隔区，所述多个间隔区包括第一间隔区和第二间隔区，其中，所述第一间隔区围绕所述虚设柱并且设置在所述第一跑道型柱与所述虚设柱之间，并且其中，所述第二间隔区围绕所述第一跑道型柱并且设置在所述第一跑道型柱与所述第二跑道型柱之间。

【技术特征摘要】
2016.08.30 US 62/381,447;2017.06.08 US 15/617,9921.一种半导体器件，包括：半导体材料的虚设柱，所述虚设柱沿第一横向方向延伸；包括所述半导体材料的多个跑道型柱，所述多个跑道型柱围绕所述虚设柱，其中，所述多个跑道型柱中的每一个均具有第一线性部段和第一圆形部段以形成跑道形状，所述第一线性部段沿所述第一横向方向延伸，并且其中，所述多个跑道型柱包括：第一跑道型柱，所述第一跑道型柱被设置成接近所述虚设柱；和第二跑道型柱，所述第二跑道型柱围绕所述第一跑道型柱，其中，所述第一跑道型柱设置在所述虚设柱与所述第二跑道型柱之间；以及多个间隔区，所述多个间隔区包括第一间隔区和第二间隔区，其中，所述第一间隔区围绕所述虚设柱并且设置在所述第一跑道型柱与所述虚设柱之间，并且其中，所述第二间隔区围绕所述第一跑道型柱并且设置在所述第一跑道型柱与所述第二跑道型柱之间。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一跑道型柱的第一内边缘与所述第二跑道型柱的第二内边缘之间的距离对应于所述多个跑道型柱的间距，并且其中，所述第一跑道型柱的所述第一圆形部段具有的最小曲率半径等于所述间距的二分之三倍。3.根据权利要求2所述的半导体器件，其中，所述第一跑道型柱的所述最小曲率半径为二十一微米。4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述虚设柱与所述第一跑道型柱之间的第一距离是恒定的，并且其中，所述第一距离等于所述第一间隔区的第一宽度。5.根据权利要求4所述的半导体器件，其中，所述第一跑道型柱与所述第二跑道型柱之间的第二距离是恒定的，并且其中，所述第二距离等于所述第二间隔区的第二宽度，并且其中，所述第一宽度不同于所述第二宽度。6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述多个间隔区包括围绕所述第二跑道型柱区的第三间隔区，并且其中，所述第二跑道型柱设置在所述第二间隔区与所述第三间隔区之间。7.根据权利要求6所述的半导体器件，其中，所述第一间隔区、所述第二间隔区和所述第三间隔区包括介电材料，其中，所述第一间隔区和所述第二间隔区被设置成电隔离所述第一跑道型柱，并且其中，所述第二间隔区和所述第三间隔区被设置成电隔离所述第二跑道型柱。8.根据权利要求7所述的半导体器件，其中，所述半导体器件是高电压纵向晶体管，并且所述半导体器件包括：第一导电类型的源极区，所述源极区设置在所述第二跑道型柱内且接近所述第二跑道型柱的第一表面；第二导电类型的体区，所述体区设置在所述第二跑道型柱内；所述第一导电类型的漏极区，所述漏极区设置在所述第二跑道型柱内，其中，所述体区设置在所述源极区与所述漏极区之间；以及栅极电极，所述栅极电极设置在所述第三间隔区内，其中，所述栅极电极设置在与所述第二跑道型柱接近的所述介电材料内，并且其中，栅极氧化物设置在所述栅极电极与所述体区之间。9.根据权利要求8所述的半导体器件，其中，所述第一跑道型柱电耦合至所述第二跑道型柱，使得所述半导体器件的击穿电压由所述第一跑道型柱的最小曲率半径确定。10.根据权利要求8所述的半导体器件，还包括被所述介电材料围绕的多个场板，所述多个场板包括设置在所述第三间隔区内的第一场板，其中，所述第一场板设置在与所述第二跑道型柱接近的所述介电材料内，并且其中，所述栅极电极设置在所述第一场板与所述体区之间。11.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述跑道形状具有四重旋转对称性。12.根据权利要求10所述的半导体器件，其中，所述多个跑道型柱中的每一个还包括第二线性部段、第三线性部段和第四线性部段，其中，所述第一线性部段和所述第二线性部段沿所述第一横向方向延伸，并且其中，所述第三线性部段和所述第四线性部段沿第二横向方向延伸，并且其中，所述第一横向方向垂直于所述第二横向方向。13.根据权利要求11所述的半导体器件，其中，所述多个跑道型柱中的每一个还包括第二圆形部段、第三圆形部段和第四圆形部段，并且其中，所述第一跑道型柱的所述第一圆形部段、所述第二圆形部段、所述第三圆形部段和所述第四圆形部段具有相等的相应曲率半径。14.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述多个跑道型柱包括第三跑道型柱和第四跑道型柱，其中，所述第三跑道型柱设置在所述第二跑道型柱与所述第四跑道型柱之间，并且其中，包括在所述多个间隔区中的第四间隔区围绕所述第三跑道型柱，并且其中，所述第四间隔区设置在所述第三跑道型柱与所述第四跑道型柱之间。15.一种高电压系统，包括：多个运动场型结构，其中，所述多个运动场型结构中的每个运动场型结构包括：半导体材料的虚设柱，所述虚设柱沿第一横向方向延伸；包括所述半导体材料的多个跑道型柱，所述多个跑道型柱围绕所述虚设柱，其中，所述多个跑道型柱中的每一个均具有第一线性部段以及第一圆形部段以形成跑道形状，所述第一线性部段沿所述第一横向方向延伸，并且其中，所述多个跑道型柱包括：第一跑道型柱，所述第一跑道型柱被设置成接近所述虚设柱；和第二跑道型柱，所述第二跑道型柱围绕所述第一跑道型柱，其中，所述第一跑道型柱设置在所述虚设柱与所述第二跑道型柱之间；以及多个间隔区，所述多个间隔区包括第一间隔区和第二间隔区，其中，所述第一间隔区围绕所述虚设柱并且设置在所述第一跑道型柱与所述虚设柱之间，并且其中，所述第二间隔区围绕所述第一跑道型柱并且设置在所述第一跑道型柱与所述第二跑道型柱之间。16.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿列克谢·安库季诺夫，索林·杰奥尔杰斯库，维贾伊·帕塔萨拉蒂，凯利·马库姆，卜俭康，
申请(专利权)人：电力集成公司，
类型：发明
国别省市：美国,US