[发明专利]关断型功率半导体器件及其制造方法

说明书

本发明涉及一种关断型功率半导体器件，该器件包含多个晶闸管单元，各个晶闸管单元包含：阴极区；基极层；漂移层；阳极层；栅极电极，布置成横向于与基极层接触的阴极区；阴极电极；以及阳极电极。多个晶闸管单元的基极层与栅极电极之间的交界面以及阴极区与阴极电极之间的交界面为扁平且共面的。另外，基极层包括栅极阱区，栅极阱区从它与栅极电极的接触部延伸至深度，深度是阴极区的深度的至少一半，其中，对于任何深度，该深度处的栅极阱区的最小掺杂浓度是该深度处且横向位置处的位于阴极区与栅极阱区之间的基极层的掺杂浓度的1.5倍，其中，在到与第一主侧平行的平面上的正交投影中，该横向位置具有从阴极区起2µm的距离。

技术领域

本发明涉及关断型功率半导体器件，并且，涉及用于制造这样的关断型功率半导体器件的方法。

背景技术

从DE 26 25 917 A1得知一种半导体器件，该半导体器件包括半导体主体，该半导体主体具有交替的P传导类型和N传导类型的四个层，这些层构成晶闸管，晶闸管的最外层与邻接的层一起形成发射结(emitter junctions)。半导体主体还包括集成场效应晶体管部分，该部分用于桥接晶闸管的发射结之一。场效应晶体管的源极和漏极包括相同的传导性类型的区，这些区中的一个区形成与桥接的发射结邻接的发射极层，而这些区中的另一个区包含如下的区：欧姆连接至与发射极层邻接的层，并且，具有与发射极层相同类型的传导性。场效应晶体管具有控制电极，并且，在半导体主体中提供保护性二极管，保护性二极管用于限制半导体主体与场效应晶体管的控制电极之间的电压。布置有晶闸管，以用于光学点火（optical ignition）。为了提供用于晶闸管的点火的栅极电极与P型基极层之间的良好的欧姆接触，在电极的下方提供高掺杂的P⁺型阱区。

从EP 0 002 840 A1得知晶闸管，其中，N型阴极发射极区域和高掺杂的P⁺型栅极区嵌入在P型基极层中。P⁺型栅极区和N型阴极发射极区域的深度为大约15 µm。

从EP 0 283 788A1得知一种GTO晶闸管，其中，高掺杂的P⁺区布置于P掺杂基极区的下方。该P基极区的掺杂剂浓度低于前面提到的P⁺区中的掺杂剂浓度。该方面的优点是，N发射极区域与P基极区之间的击穿电压很大程度上独立于N发射极区域的穿透的深度以及独立于P基极区域的横向传导性的选择。

从US 5 369 291 A得知一种电压控制式晶闸管，该电压控制式晶闸管包括阳极与阴极之间的材料本征层。本征层与阴极之间的栅极区包含轻掺杂的P型层，其中，更重掺杂的P型区穿过轻掺杂的层而延伸至本征层中。更重掺杂的P型区散布于阴极的较浅的N掺杂区中。

从JP 3 334509 B2得知栅极关断型晶闸管，其无论阴极电极的位置如何都允许相应的区中的统一的关断操作，由此改进它的关闭抗扰度(shutdown immunity)。晶闸管包括阴极侧上的N发射极层、P基极层、N基极层以及阳极侧上的P发射极层。N发射极层由多个区组成，这些区在P基极层中彼此分离，且沿半径方向延长，并且，阴极电极沉积于发射极层的各个分离区上。栅极电极沉积于P基极层上，以便环绕N发射极层的相应的区。采取板的形式的栅极导线金属形成在如与其相对的栅极电极的几乎整个表面上，并且在中提供有多个开口，以便于环绕阴极电极的区，以及电连接至栅极电极。

从JP H04 320374 A得知，通过在栅极电极上提供绝缘膜，并且，将金属薄膜和绝缘膜的厚度之和设定为比阴极金属电极更厚，从而在短时间内将晶闸管中的高阳极电流关断。通过铝沉积而在阳极表面上形成大约15µm厚的电极。此外，将铝以大约9µm厚度沉积于阴极表面上，以形成薄的阴极电极。进一步将铝以大约2µm厚度沉积于阴极表面上，以形成第一和第二金属栅极电极。同时，将铝以大约11µm厚度沉积于阴极电极上。然后，用绝缘体覆盖阴极侧表面，除了栅极电极和阴极电极的外部端子去除部分（take-out part）之外。能够借助于热缓冲区（不具有凹槽）而紧压阴极电极，以及，能够实现与具有混合结构的GTO的那些特性等效或比其更好的特性。