[发明专利]双极非穿通功率半导体装置

说明书

本发明涉及双极非穿通功率半导体装置(1)和对应制造方法。该装置包括半导体晶片(2)以及在晶片(2)的第一主侧(3)上形成的第一电极(35)和在与第一主侧相对的晶片的第二主侧(4)上形成的第二电极(45)。晶片包括不同导电类型的一对层，例如第一导电类型的漂移层(5)以及第二导电类型的第一层(6)，其对第一主侧设置在漂移层上，并且接触第一电极。晶片包括内区(7)以及包围内区的外区(8)。漂移层具有大于或等于外区中的厚度(562)的内区中的厚度(561)。第一层的厚度在内区与外区之间的过渡区(11)的范围上从内区中的第一层的第一段(61)的厚度(615)增加到外区中的最大厚度(625)，其中过渡区的宽度大于第一层的第一段的所述厚度的5倍。

技术领域

本发明涉及功率电子装置领域，以及更具体来说涉及阻塞电压为至少2500 V的双极非穿通功率半导体装置以及用于制造这种半导体装置的方法。

背景技术

由于对能量效率的增长需求，半导体装置、例如相控晶闸管处于能量传输和分配所需的许多设备的核心位置。这些装置允许成本、可靠性和效率方面的良好性能。特别地，双极半导体功率装置因其与极低导通损耗相组合的极高功率能力而用于应用中。例如，对于非穿通装置类型，低(n-)掺杂漂移层、即(n-)基区(其是装置的最厚层)无法减小到低于某个极限。但是，p掺杂第一层、即p阳极或p基区的厚度能够减小。这在负斜面结端接(negative bevel junction termination)的情况下会是有益的，其因为若干原因而消耗沿横向方向的大体积，并且第一层因此必须比在正斜面概念中要厚。

具有负斜面的结端接具有实际重要性，因为与正斜面相反，它在装置内部的阻塞条件下保持峰值电场。因此，表面钝化没有遭受极高电场，表面泄漏电流较小，并且取得高可靠性。这极为重要，因为例如在高压直流HVDC应用中的雪崩放电的条件下，反向电流的高幅值在雪崩反向击穿生成。换言之，保持负斜面具有如下优点：当显著电流可在周边流经结端接但是尚未接近装置表面时的达到击穿电压的健壮反向阻塞。因此，对于这类应用需要负斜面的使用。但是，晶闸管需要着眼于使总损耗为最小并且使装置的额定功率为最大来开发。

为了在具有厚阳极和基极层的现有技术装置保持正向和反向阻塞，能够在端接区使用局部深p掺杂端接层。深端接层允许具有带单或双负斜面(其基本上提供HVDC应用中所需的高雪崩放电能力)的结端接。

例如按照WO2012/041836 A1的早期晶闸管设计10建议包括内区7和外区8的晶片2。在第一主侧3上，具有内区7中的第一段和外区8中的第二段62的p掺杂第一层6设置在(n-)漂移层5上。第一层6的第二段62按照现有技术具有比第一层6的第一段61要大许多的深度。两个段61、62在第一主侧3上延伸到相同平坦平面，仅在外区8中以负斜面角倾斜。在与第一主侧3相对的第二主侧4上，第二层16按照与第一层6相同的方式来构成，其中具有第一段161和第二段162。在主侧3、4之一上，p+掺杂短流路（p+ shorts）18和n+掺杂阴极层23设置在p掺杂第一段61或161中，这些层18、23接触电极35或45。在外区8中，负斜面对晶片2的边缘端接装置。

与其他现有技术装置相比，第一和第二层6、16的这种设计产生内区中的第一段61、161的减小厚度，而没有增加泄漏电流和降低击穿电压，并且产生较低通态电压降V_T。另外，例如反向恢复电荷Q_rr、截止时间t_q和最大浪涌电流等的其他参数得到改进。总装置厚度因第一和第二层6、16的较薄第一段而能够减小，同时反向和正向阻塞能力通过具有轻掺杂P型端接层和负斜面的修改结端接来保持。

但是，早期设计导致装置中的局部高电场，因为第一层6的厚度从内区7中的第一厚度改变成外区8中的第二厚度，其可能厚达第一厚度的数倍。在生产过程期间，第一层6从内区7到外区8的阶跃变化在到漂移层5的结上创建。(n-)掺杂漂移层5与p掺杂第一层6之间的边界的这个变化引起装置的局部较大电场和较高泄漏电流。