[发明专利]反向导通功率半导体器件

说明书

提供反向导通功率半导体器件，包括多个二极管单元和多个GCT单元，每个GCT单元包括：晶闸管阴极电极、晶闸管阴极层、晶闸管基层、漂移层、晶闸管缓冲层、晶闸管阳极层以及晶闸管阳极电极。每个GCT单元还包括门电极。各二极管单元包括与二极管阳极层相接触的第一主侧上的二极管阳极电极、二极管漂移层、与晶闸管阳极层交替设置在第二主侧上的二极管阴极层和二极管阴极电极，该器件包括至少一个混合部分，其中二极管单元的二极管阳极层与GCT单元的第一阴极层交替。在各二极管单元中，二极管缓冲层设置在二极管阳极层与漂移层之间，使得二极管缓冲层覆盖从第一主侧至少到二极管阳极层的厚度的90%的深度的二极管阳极层的侧向面。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件领域。它涉及如本发明技术方案所述的反向导通功率半导体器件。

背景技术

反向导通GCT(RC-GCT)将一个或多个门极换向晶闸管(GCT)和一个或多个二极管与单个功率半导体器件相结合。双模门极换向晶闸管(BGCT)是RC-GCT，其在单个半导体晶圆中包括相互并联电连接的多个门极换向晶闸管(GCT)区以及分布在GCT单元之间的多个二极管单元。二极管单元也相互并联电连接并且并联连接到GCT单元，但是以相反的正向。

设置在半导体晶圆中的二极管单元允许在二极管模式操作BGCT；因而提供BGCT的反向导电性，其是功率电子器件中的多个应用所需的。

在WO2012/041958 A2中描述一种现有技术BGCT，通过引用将其完整地结合于此。图1以截面图示出WO2012/041958 A2的现有技术BGCT。

现有技术BGCT 1’包括：半导体晶圆，具有第一主侧11和第二主侧15，所述第二主侧1设置成与第一主侧11平行；以及n-掺杂漂移层3，位于第一主侧11与第二主侧15之间并且沿与其平行的方向延伸。现有技术BGCT 1’还包括多个GCT单元91，每个GCT单元91包括按照下列顺序的在晶圆中的第一主侧11与第二主侧15之间的层：n掺杂晶闸管阴极层4、p掺杂晶闸管基层6、晶闸管漂移层3’(其作为漂移层3的一部分)、n掺杂晶闸管缓冲层8以及p+掺杂晶闸管阳极层5。GCT单元91还包括：晶闸管阴极电极2，设置在第一主侧11的各晶闸管阴极层4上；晶闸管阳极电极25，设置在第二主侧15的各晶闸管阳极层5上；以及多个门电极7，设置在各晶闸管基层6，侧向于晶闸管阴极电极2和晶闸管阴极层4但是与其分隔。它接触p掺杂晶闸管基层6。

BGCT 1’还包括多个二极管单元96，其包括按照下列顺序的在半导体晶圆中的第一主侧11与第二主侧15之间的层：p掺杂二极管阳极层55、二极管漂移层3”(其作为漂移层3的一部分)以及n掺杂二极管阴极层45，其与晶闸管阳极层5交替地设置成与第二主侧15相邻。最后，BGCT 1’包括二极管阳极电极28，其设置在第一主侧11的各二极管阳极层55上。多个二极管单元96形成反向导通半导体器件100的二极管部分。

二极管单元96通过均匀分隔区350(其通过位于二极管单元96与GCT单元91之间的漂移层3的部分来形成，并且其中漂移层3延伸到第一主侧11)与GCT单元91分隔。

对于现有技术BGCT，在GCT模式操作中，在导通期间利用专用二极管区因等离子体(电荷)而扩展到那些区里。在二极管模式操作中，还利用专用GCT区域。图1中的倾斜箭头示出在GCT模式操作中扩展的预计等离子体，其对二极管模式能够反转。

GCT单元91的尺寸确定以及二极管与GCT单元91、96之间的分隔面积是面积利用的重要因素。分隔区350必须设计成实现门极驱动的所需阻断能力(门极-阴极阻断能力，即，GCT截止和阻断期间的-20 V)，同时将尺寸(分隔区距离)保持为总面积利用的最小数(以便实现在GCT操作模式中等离子体从GCT区91传播到专用二极管区96，反过来也是一样)。