反向?qū)üβ拾雽?dǎo)體器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域。它涉及如權(quán)利要求1所述的反向?qū)üβ拾雽?dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0002]反向?qū)ǚ聪驅(qū)℅CT (RC-GCT)將一個(gè)或多個(gè)門極換向晶閘管(GCT)和一個(gè)或多個(gè)二極管與單個(gè)功率半導(dǎo)體器件相結(jié)合。雙模門極換向晶閘管(BGCT)是RC-GCT，其在單個(gè)半導(dǎo)體晶圓中包括相互并聯(lián)電連接的多個(gè)門極換向晶閘管(GCT)區(qū)以及分布在GCT單元之間的多個(gè)二極管單元。二極管單元也相互并聯(lián)電連接并且并聯(lián)連接到GCT單元，但是以相反的正向。
[0003]設(shè)置在半導(dǎo)體晶圓中的二極管單元允許在二極管模式操作BGCT ;因而提供BGCT的反向?qū)щ娦?，其是功率電子器件中的多個(gè)應(yīng)用所需的。
[0004]在W02012/041958 A2中描述一種現(xiàn)有技術(shù)BGCT，通過(guò)引用將其完整地結(jié)合于此。圖1以截面圖示出W02012/041958 A2的現(xiàn)有技術(shù)BGCT。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)BGCT I’包括:半導(dǎo)體晶圓，具有第一主側(cè)11和第二主側(cè)15，所述第二主側(cè)I設(shè)置成與第一主側(cè)11平行；以及η-摻雜漂移層3，位于第一主側(cè)11與第二主側(cè)15之間并且沿與其平行的方向延伸?，F(xiàn)有技術(shù)BGCT I’還包括多個(gè)GCT單元91，每個(gè)GCT單元91包括按照下列順序的在晶圓中的第一主側(cè)11與第二主側(cè)15之間的層:η摻雜晶閘管陰極層4、P摻雜晶閘管基層6、晶閘管漂移層3’ (其作為漂移層3的一部分)、η摻雜晶閘管緩沖層以及P+摻雜晶閘管陽(yáng)極層5。GCT單元91還包括:晶閘管陰極電極2，設(shè)置在第一主側(cè)11的各晶閘管陰極層4上；晶閘管陽(yáng)極電極25，設(shè)置在第二主側(cè)15的各晶閘管陽(yáng)極層5上；以及多個(gè)門電極7，設(shè)置在各晶閘管基層6，側(cè)向于晶閘管陰極電極2和晶閘管陰極層4但是與其分隔。它接觸P摻雜晶閘管基層6。
[0006]BGCT I’還包括多個(gè)二極管單元96，其包括按照下列順序的在半導(dǎo)體晶圓中的第一主側(cè)11與第二主側(cè)15之間的層:ρ摻雜二極管陽(yáng)極層55、二極管漂移層3” (其作為漂移層3的一部分)以及η摻雜二極管陰極層45，其與晶閘管陽(yáng)極層5交替地設(shè)置成與第二主側(cè)15相鄰。最后，BGCT I’包括二極管陽(yáng)極電極28，其設(shè)置在第一主側(cè)11的各二極管陽(yáng)極層55上。多個(gè)二極管單元96形成反向?qū)ò雽?dǎo)體器件100的二極管部分。
[0007]二極管單元96通過(guò)均勻分隔區(qū)350 (其通過(guò)位于二極管單元96與GCT單元91之間的漂移層3的部分來(lái)形成，并且其中漂移層3延伸到第一主側(cè)11)與GCT單元91分隔。
[0008]對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)BGCT，在GCT模式操作中，在導(dǎo)通期間因等離子體(電荷)而利用專用二極管區(qū)。在二極管模式操作中，還利用專用GCT區(qū)域。圖1中的傾斜箭頭示出在GCT模式操作中擴(kuò)展的預(yù)計(jì)等離子體，其對(duì)二極管模式能夠反轉(zhuǎn)。
[0009]GCT單元91的尺寸確定以及二極管與GCT單元91、96之間的分隔面積是面積利用的重要因素。分隔區(qū)350必須設(shè)計(jì)成實(shí)現(xiàn)門極驅(qū)動(dòng)的所需阻斷能力(門極-陰極阻斷能力，即，GCT截止和阻斷期間的-20 V)，同時(shí)將尺寸(分隔區(qū)距離)保持為總面積利用的最小數(shù)(以便實(shí)現(xiàn)在GCT操作模式中等離子體從GCT區(qū)91傳播到專用二極管區(qū)96，反過(guò)來(lái)也是一樣)。
[0010]在高電壓器件、例如BGCT I’中，N-基(N漂移層)經(jīng)過(guò)極低摻雜，以及如果分隔區(qū)距離較小，則存在穿通效應(yīng)，并且這個(gè)區(qū)域最終無(wú)法阻斷所需門極驅(qū)動(dòng)電壓。即使小分隔距離足以阻斷所需門極驅(qū)動(dòng)電壓(在截止和阻斷期間)，也將存在高門極-陰極泄漏電流，因?yàn)镻NP (P晶閘管基層6、N漂移層3、P 二極管陽(yáng)極層55)增益因低摻雜N漂移層3以及晶閘管基層6與二極管陽(yáng)極層55之間的N漂移層3的小距離、即分隔區(qū)350的寬度而過(guò)高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種反向?qū)üβ拾雽?dǎo)體器件，其中在分隔區(qū)具有改進(jìn)的降低側(cè)向PNP增益。
[0012]此問(wèn)題通過(guò)具有權(quán)利要求1的特性的反向?qū)üβ拾雽?dǎo)體器件來(lái)解決。發(fā)明的反向?qū)üβ拾雽?dǎo)體器件包括晶圓(又稱作半導(dǎo)體芯片)，其具有第一主側(cè)以及設(shè)置成與第一主側(cè)平行的第二主側(cè)。該器件包括多個(gè)二極管單元和多個(gè)GCT單元((集成)門極換向晶閘管單元)，其中每個(gè)GCT單元包括按照下列順序的在第一主側(cè)與第二主側(cè)之間的層:
-晶閘管陰極電極，
-第一導(dǎo)電類型的晶閘管陰極層，
-與第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型的晶閘管基層，
-第一導(dǎo)電類型的晶閘管漂移層，
-第一導(dǎo)電類型的晶閘管緩沖層，
-第二導(dǎo)電類型的晶閘管陽(yáng)極層，以及 -晶閘管陽(yáng)極電極。
[0013]每個(gè)GCT單元還包括門電極，其設(shè)置成側(cè)向于晶閘管陰極層并且通過(guò)晶閘管基層與其分隔。這種GCT單元是專業(yè)人員眾所周知的。它們?cè)谄錁?gòu)造方面與GTO單元相似，它們是從其中的進(jìn)一步發(fā)展，但是在門極控制以及接通和關(guān)斷方面與其不同。針對(duì)GCT單元的定位，它將被理解為晶閘管陰極層(以及門電極和晶閘管基層)的定位、即IGCT單元的第一主側(cè)層的定位。
[0014]各二極管單元包括:第一主側(cè)上的二極管陽(yáng)極電極，其與第二導(dǎo)電類型的第二陽(yáng)極層相接觸，該二極管陽(yáng)極層通過(guò)漂移層與晶閘管基層分隔；二極管漂移層；第二主側(cè)上的第一導(dǎo)電類型的二極管陰極層，其與晶閘管陽(yáng)極層交替設(shè)置；以及二極管陰極電極，其作為與晶閘管陽(yáng)極電極的公共電極來(lái)形成。晶閘管漂移層和二極管漂移層形成漂移層，其是與第一主側(cè)平行的平面中的晶圓的整個(gè)平面之上的連續(xù)層。
[0015]在針對(duì)二極管單元的定位的本專利申請(qǐng)中，它將被理解為二極管陽(yáng)極層的定位，SP，二極管單元的第一主側(cè)層的定位。在各二極管單元中，第一導(dǎo)電類型的二極管緩沖層設(shè)置在二極管陽(yáng)極層與漂移層之間，使得二極管緩沖層覆蓋從第一主側(cè)至少到二極管陽(yáng)極層的厚度的90%的深度的二極管陽(yáng)極層的側(cè)向面。
[0016]該器件包括至少一個(gè)混合部分，其中二極管單元(S卩，二極管單元的二極管陽(yáng)極層)與GCT單元(即，GCT單元的晶閘管陰極層(以及門電極和晶閘管基層))交替。
[0017]由于二極管緩沖層的引入，在分隔區(qū)的寄生BJT的側(cè)向PNP增益并且因此門極陰極泄漏電流極大地降低，如圖7所示。對(duì)于-20 V的電壓，泄漏電流從現(xiàn)有技術(shù)GBCT到發(fā)明的RC-GCT能夠降低2/3。
[0018]對(duì)于圖7至圖9，從具有最大摻雜濃度為IXlO17 cm 3并且從晶圓表面到pn結(jié)的二極管陽(yáng)極的厚度為20 μ m的二極管陽(yáng)極層55的RC-GCT得到圖表。
[0019]在這個(gè)示例中，二極管緩沖層具有IXlO15 cm 3的最大摻雜濃度以及從二極管陽(yáng)極結(jié)到η漂移層的17 ym的二極管緩沖層的厚度。二極管緩沖器的表面載流子濃度為7X1011 cm2o圖10示出這個(gè)示例中使用的發(fā)明RE-GCT的二極管陽(yáng)極層55、二極管緩沖層32和二極管漂移層3”的二極管單元中的摻雜剖面。
[0020]在一示范實(shí)施例中，側(cè)向PNP增益可通過(guò)二極管陽(yáng)極效率的弱化進(jìn)一步降低。這可通過(guò)提供比晶閘管基層要低的厚度和/或要低的深度的二極管陽(yáng)極層來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0021]BGCT的二極管陽(yáng)極層的N 二極管緩沖層不僅降低側(cè)向PNP增益(二極管p陽(yáng)極層、η漂移層和GCT P晶閘管基層之間)，而且還降低垂直PNP增益(ρ型GCT陽(yáng)極層、η漂移層、二極管P陽(yáng)極層)，由此