功率晶体管制造技术

本发明专利技术涉及功率晶体管。一种单元场具有边缘和中心，各个器件单元被并联连接。第一类型的器件单元具有带有第一尺寸的本体区域和在本体区域中实现的、带有第二尺寸的源极区域，并且第二类型的器件单元具有第一尺寸的并且其中省略了源极区域或者源极区域小于第二尺寸的本体区域。该单元场包括非交迭单元区域，每一个非交迭单元区域包括相同多个的器件单元。至少一个单元区域序列被布置在单元场的边缘和中心之间，其中第二类型的器件单元的频率沿着中心的方向从单元区域到单元区域单调地增加，并且该单元区域序列中的一个单元区域包括或者邻接该中心。

【技术实现步骤摘要】
功率晶体管
本专利技术的实施例涉及一种功率晶体管，特别地一种具有多个晶体管单元的功率晶体管。
技术介绍
晶体管，诸如MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)或者IGBT (绝缘栅双极晶体管)，在不同种类的应用诸如逆变器、电压调节器、电流调节器或者用于驱动电负载诸如灯、阀门、马达等的驱动电路中被广泛地用作电子开关。通常被采用作为电子开关的晶体管是具有被布置在晶体管单元场中并且被并联连接的多个相同的晶体管单元的功率晶体管。现代功率晶体管被优化为在高负载电流下具有低接通电阻(Rw)。然而，在这些晶体管中，当它们并不作为开关操作而是处于在低负载条件下的线性操作中时可能发生稳定性问题，这是当在高漏极到源极电压(Vds)下低负载电流通过晶体管流动时。不可避免地，根据时间，能量在活动的晶体管中耗散。能量的耗散引起在其中实现晶体管的半导体本体被加热。现代功率晶体管的特性曲线是使得在高负载条件下，当在给定的高驱动电压(栅极-源极电压Ves)下温度增加时，负载电流降低。利用这个负的热反馈，具有比其它晶体管单元更高的温度的晶体管单元的进一步的加热被减小。然而，在低负载条件下，存在正的热反馈从而在给定的低驱动电压下，温度增加导致增加的负载电流。增加的负载电流导致温度的进一步增加，等等。当存在具有比其它晶体管单元更高的温度的晶体管单元时，通过这些晶体管单元的电流增加，从而导致总负载电流到各个晶体管单元的非平衡分布。在最差的情景中，总负载电流仅仅通过某些晶体管单元流动，这些晶体管单元最终受到破坏。这种现象被称作电流丝化(current filamentation)。因此，需要提供一种在高负载条件下以及在低负载条件下健壮的晶体管。
技术实现思路
第一实施例涉及一种晶体管器件，该晶体管器件包括被布置在具有边缘和中心的单元场中的多个器件单元，各个器件单元被并联连接。该器件单元包括第一类型的器件单元并且包括第二类型的器件单元，该第一类型的器件单元具有带有第一尺寸的本体区域和在本体区域中实现的、带有第二尺寸的源极区域，该第二类型的器件单元具有本体区域，该本体区域具有第一尺寸并且在其中省略了源极区域或者在其中源极区域小于第二尺寸。该单元场包括多个非交迭单元区域，每一个非交迭单元区域包括相同多个器件单元，其中存在被布置在单元场的边缘和中心之间的至少一个单元区域序列，在该至少一个单元区域序列中，第二类型的器件单元的频率沿着中心的方向从单元区域到单元区域单调地增加，其中该单元区域序列中的一个单元区域包括或者邻接该中心。在阅读以下详细说明 时并且在查看附图时，本领域技术人员将会认识到另外的特征和优点。附图说明现在将参考附图解释实例。附图用于示意基本原理，从而仅仅示意了对于理解基本原理而言有必要的方面。附图未按比例。在附图中相同的附图标记表示同样的特征。图1示意功率晶体管的示例性特性曲线。图2概略地示意在半导体本体中集成的功率晶体管的单元场，该单元场包括第一类型的晶体管单元和第二类型的晶体管单元。图3概略地示意根据第一实施例的第一类型和第二类型晶体管单元的竖直截面视图。图4概略地示意根据第一实施例的第一类型和第二类型晶体管单元的水平截面视图。图5概略地示意根据第二实施例的第一类型和第二类型晶体管单元的水平截面视图。图6概略地示意根据第二实施例的第一类型和第二类型晶体管单元的竖直截面视图。图7概略地示意根据第三实施例的第一类型和第二类型晶体管单元的竖直截面视图。图8示意图7的晶体管单元的水平截面视图。图9示意根据第一实施例的第二类型的晶体管单元在单元场中的分布。图10概略地示意根据进一步的实施例的功率晶体管的单元场。具体实施方式在以下详细说明中，对附图进行参考，所述附图形成它的一个部分并且在附图中通过示意方式示出可以在其中实践本专利技术的具体实施例。在这方面，方向术语诸如“顶”、“底”、“前”、“后”、“首”、“尾”等是参考所描述的图的定向使用的。因为实施例的构件能够被以多种不同的定向定位，所以方向术语是为了示意的意图使用的而绝非加以限制。要理解，可以利用其它的实施例并且可以作出结构或者逻辑变化而不偏离本专利技术的范围。因此，以下详细说明不要被以限制性的意义理解，并且本专利技术的范围由所附权利要求限定。要理解，在这里描述的各种示例性实施例的特征可以相互组合，除非具体地另有指出。图1概略地示意MOS晶体管诸如MOSFET或者IGBT的特性输入曲线。在图1中，示出了三条不同的特性曲线，每一条特性曲线示意了负载电流Ids关于驱动信号或者驱动电压Ves的依赖性。负载 电流例如是MOSFET中的漏极-源极电流或者IGBT中的集电极-发射极电流。驱动信号例如是MOSFET中的栅极-源极电压或者IGBT的栅极-发射极电压。图1示意在三个不同的温度Tl、T2、T3下获得的三条特性曲线，其中T1〈T2〈T3。如能够从图1看到地，是晶体管在此处开始传导负载电流Ids的驱动电压的阈值电压依赖于温度并且随着温度降低而降低。在驱动电压Ves的更高的值下，当温度T增加时，负载电流Ids降低。这起因于在更高温度下电荷载流子迁移率更低。这两个效应，即阈值电压随着温度增加而降低和在温度增加时负载电流Ids降低，导致由驱动信号Vestl限定的温度稳定点，在该温度稳定点处负载电流Ids独立于温度。如能够从图1看到地，在低于Veso的驱动信号Ves下上升的温度导致负载电流Ids增加。因为上升的负载电流可以导致晶体管的温度上升，所以在低于稳定点Vestl的驱动信号下存在正的热反馈。在高于Vestl的驱动信号Ves下，存在负的热反馈，因为在这些驱动信号下，负载电流Ids随着温度增加而降低。在低于稳定点Vestl的驱动信号Ves下操作晶体管可以导致不稳定性从而上升的负载电流Ids可以导致温度上升，这再次可以导致电流增加。特别地在带有单元结构的晶体管(这是具有并联连接的多个晶体管单元的晶体管)中，在晶体管中的温度分布可能不是均匀的。在此情形中，在正热反馈可以发生所处的驱动信号下操作晶体管可能具有以下效应:具有最闻温度的晶体管单兀占有通过晶体管流动的电流的最闻份额。占有电流的最闻份额可以导致这些晶体管单元的进一步加热，这继而可以导致通过这些晶体管单元流动的电流的更高的份额，直至某些晶体管单元受到破坏。这种效应被称作电流丝化。当驱动信号被产生为总是高于温度稳定点\so时，能够防止电流丝化问题。然而，例如当MOS晶体管在线性电流或者电压调节器中或者在箝位电路(有源齐纳电路)中操作时，可能发生其中这不能得到保证的MOS晶体管的操作情景，在所述箝位电路中MOS晶体管被用于耗散在电感负载中存储的能量。此外，在某些类型的MOS晶体管中，温度稳定点Vestl处于相当高的驱动信号Ves的值，这使得这个问题甚至更差。虽然当晶体管在正热反馈在此处可以发生的区域中操作时负载电流Ids是低的，但是负载电压(在MOSFET中的漏极-源极电压Vds)能够是相当高的。在晶体管中耗散的功率由负载电流Ids和负载电压Vds的乘积给出，从而即使在低负载电流下，当负载电压Vds是高的时，也能够在晶体管中耗散相当大的功率。图2概略地示意其中在单元场10中实现多个器件单元例如晶体管单元的半导体本体100的水平截面视图。只是为了示意的意图，在于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体管器件，包括：被布置在具有边缘和中心的单元场中的多个器件单元，各个器件单元被并联连接；所述器件单元包括第一类型的器件单元并且包括第二类型的器件单元，所述第一类型的器件单元具有带有第一尺寸的本体区域和在所述本体区域中实现的、带有第二尺寸的源极区域，所述第二类型的器件单元具有第一尺寸的并且其中省略了源极区域或者其中源极区域小于所述第二尺寸的本体区域；所述单元场包括多个非交迭单元区域，每一个所述非交迭单元区域包括相同多个器件单元，其中存在被布置在所述单元场的所述边缘和所述中心之间的至少一个单元区域序列，在所述至少一个单元区域序列中，所述第二类型的器件单元的频率沿着所述中心的方向从单元区域到单元区域单调地增加，并且其中所述单元区域序列中的一个单元区域包括或者邻接所述中心。

【技术特征摘要】
2012.01.24 US 13/356,7051.一种晶体管器件，包括:被布置在具有边缘和中心的单元场中的多个器件单元，各个器件单元被并联连接；所述器件单元包括第一类型的器件单元并且包括第二类型的器件单元，所述第一类型的器件单元具有带有第一尺寸的本体区域和在所述本体区域中实现的、带有第二尺寸的源极区域，所述第二类型的器件单元具有第一尺寸的并且其中省略了源极区域或者其中源极区域小于所述第二尺寸的本体区域； 所述单元场包括多个非交迭单元区域，每一个所述非交迭单元区域包括相同多个器件单元，其中存在被布置在所述单元场的所述边缘和所述中心之间的至少一个单元区域序列，在所述至少一个单元区域序列中，所述第二类型的器件单元的频率沿着所述中心的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：H罗特莱特纳，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：