[发明专利]反向导通半导体器件及用于制造这样的反向导通半导体器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及功率电子设备(power electronics)的领域，并且更加具体地涉及根据权利要求1的序言的用于制造反向导通半导体器件的方法和根据权利要求10的序言的反向导通半导体器件以及根据权利要求12的具有这样的反向导通半导体器件的变换器。

背景技术

在US2005/0017290中描述了反向导通半导体器件10，也叫作反向导通绝缘栅双极晶体管(RC-IGBT)，其在一片晶圆内包括具有内建续流二极管的绝缘栅双极晶体管。如在图1中示出，这样的反向导通半导体器件10包括形成为n型基极层的基极层1，其具有发射极侧101和在该发射极侧101相对侧的集电极侧102。第四p型层4设置在发射极侧101上。在第四层4上，具有比基极层1更高掺杂的第五n型层5设置在发射极侧101上。

第六电绝缘层6设置在发射极侧101上并且覆盖第四层4和基极层1并且部分覆盖第五层5。导电第七层7完全嵌入第六层6中。在第四层4的中心部分上方没有设置第五或第六层5、6。

在第四层4的该中心部分上设置第一电接触8，其覆盖第六层6。第一电接触8与第五层5和第四层4直接电接触，但与第七层7电绝缘。

在集电极侧102上，缓冲层13设置在基极层1上。在缓冲层13上，n型第三层3和p型第二层2交替地设置在平面中。第三层3和缓冲层13具有比基极层1更高的掺杂。第三层3直接设置在第四层4和第一电接触8下面(如果在正投影中看的话)。

第二电接触9设置在集电极侧102上并且它覆盖第二和第三层2、3并且与它们直接电接触。

在这样的反向导通半导体器件1中，续流二极管在第二电接触9(其的部分形成二极管中的阴极电极)、第三层3(其形成二极管中的阴极区)、基极层1(其的部分形成二极管中的基极层)、第四层4(其的部分形成二极管中的阳极区)和第一电接触8(其形成二极管中的阳极)之间形成。

绝缘栅双极晶体管在第二电接触9(其的部分形成IGBT中的集电极电极)、第二层2(其形成IGBT中的集电极区域)、基极层1(其的部分形成基极层)、第四层4(其的部分形成IGBT中的p基极区)、第五层5(其形成IGBT中的源极区)和第一电接触8(其形成发射极电极)之间形成。在IGBT的导通状态期间，沟道在发射极电极、源极区和朝向n基极层的p基极区之间形成。

在集电极侧102上的RC-IGBT层典型地通过注入和扩散p型离子制造。然后引入附着到晶圆的抗蚀剂掩模，通过其注入n型离子然后扩散。n型离子的注入剂量必须如此的高使得它补偿p型区域。p和n型注入步骤也可以颠倒。由于必要的过度补偿，有限选择第二和第三层2、3的后来制造的层的剂量和深度仅仅是可能的并且对于p和n区域注入效率的控制是不令人满意的。导通状态阶跃恢复(snap-back)效应可以发生，这对于IGBT模式的器件是不可取的，。该效应由导通电压和电流特性从MOS运行模式变成IGBT运行模式所在的点所限定。图7示出RC-IGBT电流I_c对电压V_ce的输出特性。虚线14示出由阶跃恢复效应引起的强烈的过冲，如在从MOS变成IGBT运行模式期间它对于现有技术RC-IGBT是典型的。图8示出在器件的反向恢复期间二极管模式中的RC-IGBT电流波形。现有技术的RC-IGBT示出在反向恢复(点线17)期间器件的急变行为(snappybehaviour)。在IGBT的关断期间以及二极管反向恢复期间也存在急变行为(snappy behaviour)。

发明内容

本发明的目的是提供用于制造反向导通半导体器件的方法(其比现有技术的RC-IGBT更不易受到导通状态阶跃恢复效应影响，并且其提供对上文提到的二极管和IGBT的电性质、特别是对薄的低电压RC-IGBT的更好的控制)、提供这样的反向导通半导体器件和具有这样的反向导通绝缘栅双极晶体管的变换器。

该目的通过根据权利要求1的用于制造反向导通半导体器件的方法、通过根据权利要求10的反向导通半导体器件和通过根据权利要求12的变换器实现。

对于用于在第一导电类型的共用晶圆上制造具有续流二极管和绝缘栅双极晶体管的反向导通半导体器件的发明性方法，其中绝缘栅双极晶体管包括发射极侧和集电极侧，其中提供具有第一侧和在第一侧相对侧的第二侧的晶圆。第一侧形成发射极侧，第二侧形成绝缘栅双极晶体管的集电极侧。

对于在集电极侧上反向导通半导体器件的制造，执行以下步骤：