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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及功率半导体器件领域。它涉及如权利要求1所述的反向导通功率半导体器件。
技术介绍
反向导通反向导通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W02012/041958 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W02012/041958 A2的现有技术BGCT。现有技术BGCT I’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I设置成与第一主侧11平行；以及η-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 I’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:η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)、η掺杂晶闸管缓冲层以及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 I’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:ρ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η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 I’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，在导通期间因等离子体(电荷)而利用专用二极管区。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)。在高电压器件、例如BGCT I’中，N-基(N漂移层)经过极低掺杂，以及如果分隔区距离较小，则存在穿通效应，并且这个区域最终无法阻断所需门极驱动电压。即使小分隔距离足以阻断所需门极驱动电压(在截止和阻断期间)，也将存在高门极-阴极泄漏电流，因为PNP (P晶闸管基层6、N漂移层3、P 二极管阳极层55)增益因低掺杂N漂移层3以及晶闸管基层6与二极管阳极层55之间的N漂移层3的小距离、即分隔区350的宽度而过高。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种反向导通功率半导体器件，其中在分隔区具有改进的降低侧向PNP增益。此问题通过具有权利要求1的特性的反向导通功率半导体器件来解决。专利技术的反向导通功率半导体器件包括晶圆(又称作半导体芯片)，其具有第一主侧以及设置成与第一主侧平行的第二主侧。该器件包括多个二极管单元和多个GCT单元((集成)门极换向晶闸管单元)，其中每个GCT单元包括按照下列顺序的在第一主侧与第二主侧之间的层: -晶闸管阴极电极， -第一导电类型的晶闸管阴极层， -与第一导电类型不同的第二导电类型的晶闸管基层， -第一导电类型的晶闸管漂移层， -第一导电类型的晶闸管缓冲层， -第二导电类型的晶闸管阳极层，以及 -晶闸管阳极电极。每个GCT单元还包括门电极，其设置成侧向于晶闸管阴极层并且通过晶闸管基层与其分隔。这种GCT单元是专业人员众所周知的。它们在其构造方面与GTO单元相似，它们是从其中的进一步发展，但是在门极控制以及接通和关断方面与其不同。针对GCT单元的定位，它将被理解为晶闸管阴极层(以及门电极和晶闸管基层)的定位、即IGCT单元的第一主侧层的定位。各二极管单元包括:第一主侧上的二极管阳极电极，其与第二导电类型的第二阳极层相接触，该二极管阳极层通过漂移层与晶闸管基层分隔；二极管漂移层；第二主侧上的第一导电类型的二极管阴极层，其与晶闸管阳极层交替设置；以及二极管阴极电极，其作为与晶闸管阳极电极的公共电极来形成。晶闸管漂移层和二极管漂移层形成漂移层，其是与第一主侧平行的平面中的晶圆的整个平面之上的连续层。在针对二极管单元的定位的本专利申请中，它将被理解为二极管阳极层的定位，SP，二极管单元的第一主侧层的定位。在各二极管单元中，第一导电类型的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。该器件包括至少一个混合部分，其中二极管单元(S卩，二极管单元的二极管阳极层)与GCT单元(即，GCT单元的晶闸管阴极层(以及门电极和晶闸管基层))交替。由于二极管缓冲层的引入，在分隔区的寄生BJT的侧向PNP增益并且因此门极阴极泄漏电流极大地降低，如图7所示。对于-20 V的电压，泄漏电流从现有技术GBCT到专利技术的RC-GCT能够降低2/3。对于图7至图9，从具有最大掺杂浓度为IXlO17 cm 3并且从晶圆表面到pn结的二极管阳极的厚度为20 μ m的二极管阳极层55的RC-GCT得到图表。在这个示例中，二极管缓冲层具有IXlO15 cm 3的最大掺杂浓度以及从二极管阳极结到η漂移层的17 ym的二极管缓冲层的厚度。二极管缓冲器的表面载流子浓度为7X1011 cm2o图10示出这个示例中使用的专利技术RE-GCT的二极管阳极层55、二极管缓冲层32和二极管漂移层3”的二极管单元中的掺杂剖面。在一示范实施例中，侧向PNP增益可通过二极管阳极效率的弱化进一步降低。这可通过提供比晶闸管基层要低的厚度和/或要低的深度的二极管阳极层来实现。BGCT的二极管阳极层的N 二极管缓冲层不仅降低侧向PNP增益(二极管p阳极层、η漂移层和GCT P晶闸管基层之间)，而且还降低垂直PNP增益(ρ型GCT阳极层、η漂移层、二极管P阳极层)，由此当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种使用具有第一主侧(11)和设置成与所述第一主侧(11)平行的第二主侧(15)的晶圆(10)的反向导通功率半导体器件(1)，所述器件包括多个二极管单元(96)和多个GCT单元(91)，其中每个GCT单元(91)包括按照下列顺序的在所述第一与第二主侧(11，15)之间的层：‑ 晶闸管阴极电极(2)，‑ 第一导电类型的晶闸管阴极层(4)，‑ 与所述第一导电类型不同的第二导电类型的晶闸管基层(6)，‑ 所述第一导电类型的漂移层(3)，‑ 所述第一导电类型的晶闸管缓冲层(8)，‑ 所述第二导电类型的晶闸管阳极层(5)，‑ 晶闸管阳极电极(25)，其中每个GCT单元(91)还包括门电极(7)，其设置成侧向于所述晶闸管阴极层(4)并且通过所述晶闸管基层(6)与所述晶闸管阴极层(4)分隔，各二极管单元(96)包括所述第一主侧(11)上的二极管阳极电极(28)、通过所述漂移层(3)与所述晶闸管基层(6)分隔的所述第二导电类型的二极管阳极层(55)、漂移层(3)、与所述晶闸管阳极层(5)交替设置在所述第二主侧(15)上的所述第一导电类型的二极管阴极层(45)和二极管阴极电极，并且所述器件包括至少一个混合部分(99)，其中所述二极管单元(96)的所述二极管阳极层(55)与所述GCT单元(91)的所述第一阴极层(4)交替，其特征在于，在至少一个二极管单元(96)中，所述第一导电类型的二极管缓冲层(32)设置在所述二极管阳极层(55)与所述漂移层(3)之间，使得所述二极管缓冲层(32)覆盖从所述第一主侧(11)至少到所述二极管阳极层(55)的厚度的90%的深度的所述二极管阳极层(55)的侧向面。...
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：M拉希莫，M阿莫德，J沃贝基，U维穆拉帕蒂，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH
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