場效應(yīng)功率晶體管的金屬化結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及一種基于在絕緣襯底或本征或摻雜半導(dǎo)體襯底上的橫向半導(dǎo)體層場效應(yīng)功率晶體管的金屬化結(jié)構(gòu)。所述橫向半導(dǎo)體層如此具有不同的帶間隔，使得在所述橫向半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體邊界層中能夠形成二維電子氣，所述二維電子氣在源極電極接觸面與漏極電極接觸面之間使電流在施加電壓在源極電極金屬化結(jié)構(gòu)與漏極電極金屬化結(jié)構(gòu)之間的情況下基于二維電子氣能夠流過橫向半導(dǎo)體邊界層。在源極電極接觸面與漏極電極接觸面之間的通道區(qū)域中的電流強(qiáng)度通過柵極電極接觸面借助于柵極電壓和作用的場效應(yīng)來控制。
【背景技術(shù)】
[0002]在源極電極接觸面、漏極電極接觸面和柵極電極接觸面上施加多層金屬化結(jié)構(gòu)，其中最上的功率金屬化結(jié)構(gòu)僅僅在源極電極接觸面和漏極電極接觸面上是需要的，所述源極電極接觸面和漏極電極接觸面然而相互間隔并且齒形地相互嚙合，而齒無需接觸。相互嚙合和相互間隔的齒也稱為接觸爪并且在常規(guī)場效應(yīng)功率晶體管中具有矩形輪廓，其中柵極電極接觸面的條形金屬化結(jié)構(gòu)在源極電極接觸面的金屬化結(jié)構(gòu)之下并且通過絕緣層與之絕緣地布置。
[0003]具有矩形接觸爪或齒的這樣的金屬化結(jié)構(gòu)由文獻(xiàn)US 7，550, 821 B2已知。延伸的接觸爪的缺點(diǎn)在于，電流密度由接觸爪底直至接觸爪尖減小，從而在接觸爪底的區(qū)域中的寬度限制源極電極接觸面和漏極電極接觸面的金屬化結(jié)構(gòu)的最大電流密度，而矩形接觸爪尖的寬度是超尺寸的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明基本目的在于，實(shí)現(xiàn)一種場效應(yīng)功率晶體管的金屬化結(jié)構(gòu)，該金屬化結(jié)構(gòu)利用半導(dǎo)體芯片的表面，使得功率金屬化結(jié)構(gòu)直至源極電極和漏極電極的金屬化結(jié)構(gòu)的接觸爪尖在避免電子迀移的情況下允許改善的電流密度分布。
[0005]該目的以獨(dú)立權(quán)利要求1的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)。有利的改進(jìn)由從屬權(quán)利要求給出。
[0006]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式具有一種基于在絕緣襯底或本征半導(dǎo)體襯底上的橫向半導(dǎo)體層場效應(yīng)功率晶體管的金屬化結(jié)構(gòu)。所述橫向半導(dǎo)體層具有不同的帶間隔，使得在所述橫向半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體邊界層中能夠形成二維電子氣。在源極電極接觸面與漏極電極接觸面之間或在源極電極與漏極電極之間施加電壓的情況下電流能夠流過橫向半導(dǎo)體邊界層。在源極電極接觸面與漏極電極接觸面之間的通道區(qū)域中的電流強(qiáng)度通過柵極電極接觸面借助于柵極電壓控制。
[0007]源極電極接觸面、漏極電極接觸面和柵極電極接觸面在半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體表面上的金屬化結(jié)構(gòu)具有多個(gè)金屬化層，在這多個(gè)金屬化層之間沿橫向布置絕緣層。金屬化層不僅對(duì)于源極電極金屬化結(jié)構(gòu)而且對(duì)于漏極電極金屬化結(jié)構(gòu)具有包括接觸爪的梳狀結(jié)構(gòu)。源極電極金屬化結(jié)構(gòu)和漏極電極金屬化結(jié)構(gòu)的接觸爪間隔地相互嚙合。每個(gè)接觸爪具有接觸爪底和接觸爪尖。接觸爪底的寬度在此大于接觸爪尖的寬度。
[0008]場效應(yīng)功率晶體管的金屬化結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于多層金屬化層，該多層金屬化層可以優(yōu)化如下:作為最外的功率金屬化層應(yīng)用耐腐蝕的材料，而對(duì)于布置在其下并且由環(huán)境保護(hù)的金屬化層如例如場板金屬化可以應(yīng)用如下金屬化層，該金屬化層具有優(yōu)化的導(dǎo)電能力和由金屬層到金屬層的最小接觸電阻，而無需使用自身腐蝕保護(hù)裝置。除此之外可以設(shè)有用于到半導(dǎo)體層的優(yōu)化過渡的金屬化材料，而無需考慮與場效應(yīng)功率晶體管的外部環(huán)境的可能的反應(yīng)。
[0009]另一優(yōu)點(diǎn)在于不僅對(duì)于源極電極接觸面、漏極電極接觸面而且柵極電極接觸面的金屬化在此使用的梳狀結(jié)構(gòu)的幾何結(jié)構(gòu)。通過金屬化層匹配于源極電極接觸面、漏極電極接觸面的結(jié)構(gòu)和輪廓，其中接觸爪底的寬度大于接觸爪尖的寬度，并且省去金屬化結(jié)構(gòu)在以常規(guī)的平行延伸的梳狀結(jié)構(gòu)形式的半導(dǎo)體層上的平行引導(dǎo)，可以附加地確保:避免在各個(gè)金屬接觸層之間的電子迀移。
[0010]此外可以通過在接觸底區(qū)域中幾微米的寬度和朝接觸爪尖不斷減小的寬度的逐漸尖銳的接觸爪使得金屬化的電流負(fù)載均勻化。附加地通過導(dǎo)入小角度伽馬需要的面積相比于常規(guī)梳狀結(jié)果的常規(guī)矩形爪設(shè)計(jì)保持幾乎不變。假如晶體管結(jié)構(gòu)通過強(qiáng)力金屬設(shè)計(jì)規(guī)則限制，那么可以通過接觸面大小的變化甚至實(shí)現(xiàn)面積更易協(xié)調(diào)的晶體管。
[0011]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，接觸爪在接觸爪尖的區(qū)域中的寬度趨向于零，其中源極電極金屬化結(jié)構(gòu)和漏極電極金屬化結(jié)構(gòu)的接觸爪具有等邊三角形，所述等邊三角形具有相對(duì)于底邊的頂角γ，該頂角為0°彡Y彡3°之間，優(yōu)選為0.1°彡Y彡1.5°之間，特別優(yōu)選為0.1° ^ γ ^Ξ0.5°之間。對(duì)此接觸爪底視為底邊。在接觸爪尖的區(qū)域中極其尖銳的角能實(shí)現(xiàn)對(duì)于按照本發(fā)明的梳狀結(jié)構(gòu)的相互嚙合的接觸爪延伸的細(xì)長的結(jié)構(gòu)。
[0012]在此所述底邊可以滿足30 μπι彡c彡40 μπι之間、優(yōu)選c = 36 μπι的底邊寬C。為此源極電極金屬化結(jié)構(gòu)和漏極電極金屬化結(jié)構(gòu)可以如此布置，使得在源極電極金屬化結(jié)構(gòu)的兩個(gè)三角形接觸爪的接觸爪底的區(qū)域中設(shè)置漏極電極金屬化結(jié)構(gòu)的三角形接觸爪的接觸爪尖，并且反之亦然。
[0013]在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中設(shè)置，多個(gè)金屬化層首先具有在用于第一絕緣層的源極電極、漏極電極和柵極電極的相應(yīng)的第一接觸窗口中在半導(dǎo)體表面上的第一選擇性接觸層。在該第一接觸層上布置另一所謂的歐姆接觸層。對(duì)于第一選擇性接觸層通過接觸窗在第一絕緣層中選擇地構(gòu)造，而歐姆接觸層首先全面地沉積在第一絕緣層上并且緊接著選擇性地構(gòu)造，以便提供幾何結(jié)構(gòu)方面匹配于第一接觸層的歐姆接觸層。這樣的歐姆接觸層設(shè)有如下材料，該材料具有高度導(dǎo)電能力以及對(duì)于布置在其下的第一選擇性接觸層的最小接觸電阻。
[0014]在此應(yīng)用歐姆接觸金屬化和柵極電極金屬化結(jié)構(gòu)。柵極電極金屬化結(jié)構(gòu)必須可以僅僅承載再充電流，該再充電流可以在沒有強(qiáng)力金屬化的情況下實(shí)現(xiàn)。對(duì)于引導(dǎo)功率的漏極電極金屬化結(jié)構(gòu)和源極電極金屬化結(jié)構(gòu)需要另外的金屬化層。
[0015]在源極電極金屬化結(jié)構(gòu)和漏極電極金屬化結(jié)構(gòu)的相應(yīng)歐姆接觸層上在第二絕緣層的相應(yīng)的第二接觸窗口中設(shè)有場板金屬化層，該場板金屬化層平面地在第二絕緣層上延伸并且覆蓋第二絕緣層的第二接觸窗口的面積的多倍。
[0016]第二接觸窗口的平面面積本質(zhì)上與第一絕緣層的第一接觸窗口沒有區(qū)別，而特別是源極電極金屬化結(jié)構(gòu)的場板金屬化層懸置第二接觸窗，使得源極電極金屬化結(jié)構(gòu)的場板金屬化層完全重疊柵極電極金屬化結(jié)構(gòu)。
[0017]這具有的優(yōu)點(diǎn)在于，在朝漏極側(cè)方向的柵極邊棱上的高電場大幅減小。通過安裝該場板可以確保對(duì)該構(gòu)件的壽命和可靠性要求。場板金屬化層優(yōu)選由銅合金構(gòu)成。為了優(yōu)化該屏蔽作用，優(yōu)選地場板金屬化層由銅合金構(gòu)成。
[0018]即使其增大的面積擴(kuò)展，源極電極金屬化結(jié)構(gòu)的場板金屬化層與漏極電極金屬化結(jié)構(gòu)的場板金屬化層均勻地間隔并且平面地相互嚙合地根據(jù)源極電極接觸面和漏極電極接觸面的結(jié)構(gòu)布置。為此必須遵循如下最小間隔，該最小間隔用于:在源極與漏極電極金屬化結(jié)構(gòu)之間的電場不太高，以便可以確保該電子構(gòu)件的壽命和可靠性要求。如果所述間隔太小地選擇，那么可以已經(jīng)在需要的壽命內(nèi)導(dǎo)致在應(yīng)用的絕緣層中的電弧或擊穿/短路。
[0019]在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，源極電極金屬化結(jié)構(gòu)和漏極電極金屬化結(jié)構(gòu)的多個(gè)金屬化層在第三絕緣層的相應(yīng)的第三接觸窗口中相應(yīng)的場板金屬化層上具有源極電極接觸面和漏極電極接觸面的功率金屬化層，所述功率金屬化層平面地在第三絕緣層上延伸并且覆蓋第三絕緣層的第三接觸窗口的面積的多倍。
[0020]而且對(duì)于源極電極金屬化結(jié)構(gòu)和漏極電極金屬化結(jié)構(gòu)的功率金屬化層首先第三接觸窗口的面積大小等于第二和第一接觸窗口，從而源極電極金屬化結(jié)構(gòu)和漏極電極金屬化結(jié)構(gòu)的第一、第二和第三接觸窗口具有相同大小的梳狀和爪結(jié)構(gòu)。
[0021]因?yàn)楣β式饘倩Y(jié)構(gòu)必須接收在源極電極與漏極電極之間可切換的總電流，這兩個(gè)梳狀結(jié)果大約完全覆蓋半導(dǎo)體層直至在源極電極金屬化結(jié)構(gòu)與漏極電極金屬化結(jié)構(gòu)的邊緣之間預(yù)定的間隔。源極電極接觸面的相互嚙合的功率金屬化結(jié)構(gòu)和漏極電極接觸面的功率金屬化結(jié)構(gòu)之間的該間隔a根據(jù)其150V/ μπι的電壓等級(jí)位于在優(yōu)選Ιμπι彡a彡ΙΟμπι并且特別優(yōu)選lym<a<6ym。
[0022]在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中設(shè)置，漏極電極接觸面的功率金屬化結(jié)構(gòu)從漏極電極接觸面相互嚙合的場板金屬化的三角形接觸爪的邊緣伸出，而源極電極接觸面的場板金屬化從源極電極接觸面的功率金屬化結(jié)構(gòu)的邊緣伸出。該區(qū)別支持通過用于柵