半导体元件制造技术

对一种在半导体衬底中具有各种不同掺杂层（２，３，４，５）的半导体元件进行了电气性能方面的改进，方法是用深腐蚀坑（１０）局部减少载流区衬底的厚度，同时基本上保持半导体衬底原有的机械稳定性。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术是关于一种半导体元件，特别是关于一种大面积半导体衬底在对向配置的电极之间具有多个不同掺杂层的半导体元件。半导体元件，无论是二极管、半导体开关元件或是金属氧化物半导体场效应晶体管或大电流晶体管，特别是大功率晶体管，占据日益扩大的能量发生和分配以及传动工程的领域。同时，象欧洲专利EP-AI 0，121，068介绍的周知的控制门断开(GTO)型半导体开关元件和场控型半导体开关元件(FCTh)之类的关断式半导体开关元件开辟了新的应用领域。目前，模拟计算结果表明，如果在相应的半导体衬底上加一个阻隔层并减少n型基区层的厚度，实质上可改善GTO和FCTh的导通电阻(即导通状态下的电阻)、关断时间和所谓“尾部”特性(即在“无缓冲器”关断时电流的衰减特性)。但若果采用传统的技术，则不能将n型基层的厚度减少到能影响元件的电气性能的程度，这是因为大面积半导体衬底在其直径达到几英寸的情况下会在元件的制造过程中变得过于易碎以致难以可靠地加以处理。甚至采用外延生长的所谓外延(EPI)层也不能解决问题，因为该EPI层还必须配备另外作为隆起的阴极指的厚度，而EPI层为达到此目的的100微米总厚度，不是制造不出质量合乎要求的产品，就是最起码是成本高，不经济。因此本专利技术的目的是提供一种能发挥在减少厚度方面的优点而又不致危害半导体衬底的机械稳定性或必须借助于不经济的方法制造的半导体元件。这个目的是通过引言中所述的那种半导体元件付诸实施的。在该半导体元件中，为改善元件的电气性能，至少在半导体衬底的一侧引入一定深度的腐蚀坑，以减少半导体衬底在载流区的厚度。因此本专利技术的实质是从半导体衬底一侧或两侧往半导体基片上引入一些腐蚀坑，从而以隆起物的形式继续保留原衬底在腐蚀坑周围的厚度，同时充分保留机械上的稳定性。本专利技术最好应用到这样的半导体元件，其半导体衬底在阳极与阴极之间配备有GTO或FCTh层系、在阴极侧制成阶梯式的栅-阴结构，在这种栅-阴结构中，有多个阴极指突出更深一层配置的栅极平面并形成带有中介栅区控制结构。在此情况下，腐蚀坑系配置在控制结构对过的阳极侧。其它最佳实施例有半导体衬底具有能通过栅极加以关断的(GTO型)半导体开关元件层系或场控制型半导体开关元件(FCTh)层系，该层系配置在阳极与阴极之间;半导体衬底在阴极侧具有一栅-阴结构，该栅-阴结构按阶梯形式构成，在该结构中，多个阴极指从更深配置的栅极平面突出，形成具有中介栅区的控制结构;腐蚀坑配置在控制结构对向的阳极侧;P掺杂阳极层和其上的n型轻掺杂的n型基区层系配置在阴极侧的半导体衬底中，且减少腐蚀坑部位中半导体衬底的厚度实质上是靠消耗n型基区层(3)的厚度而取得的;在阳极层与n型基区层之间设有n型强掺杂的阻隔层;n型基区层在腐蚀坑部位的厚度小于200微米，最好是在80和150微米之间的范围内;控制结构再划分为若干彼此分开的控制区，且在控制区对过配置有面积大致与控制区相等的腐蚀坑;半导体衬底在阳极侧钎焊到金属基片上，且腐蚀坑完全充满钎料。下面参照附图根据列举的实施例对本专利技术进行更详细的叙述和说明。附图中图1是可用现有技术带阶梯式栅-阴结构关断的(GTO或FCTh)型半导体开关元件的外形透视图;图2是图1(在此特别是如GTO)的半导体开关元件沿图1中A-A线所示的平面的横向剖视图;图3是对各种不同厚度的基区层的GTO型半导体开关元件在关断情况下的电流曲线进行模拟计算的结果;图4是图2根据本专利技术列举的一个最佳实施例在阳极侧上带腐蚀坑的GTO型半导体开关元件的示意图;图5A是具有多个平行阴极指因而可以关断的经过精细作出图形并钝化过的原型半导体开关元件阴极侧的平面图;图5B是图5A在控制结构对向具有腐蚀坑的半导体开关元件阳极侧的平面图;图6是本专利技术另一最佳实施例具有细分为若干控制区的控制结构因而可以关断的半导体开关元件的横向剖视图。虽然本专利技术并不局限于FCTh或GTO型可关断的半导体开关元件，但下面将特别就这类半导体元件进行介绍和说明。图1是欧洲专利EP-Al 0，121，068中介绍的那种具有阶梯式栅-阴结构可以关断的半导体开关元件外形的透视图。这种半导体开关元件主要包括一个在阳极与阴极之间具有不同掺杂层(图中未示出)的大面积半导体衬底1。在阴极侧(图1中的上边)可以看到，例如，两排各含有六个突出围绕其四周更深的栅极平面设置的平行阴极指8。阴极指8与中介栅区一起，构成控制结构，流经半导体开关元件的电流即可借助于此控制结构使其导通或截止。同时，显然电流实质上局限在半导体衬底1为阴极指8所限定的部位上。半导体衬底1内部层系的固有性能视其为GTO型抑或FCTh型而定。下面将以GTO型为例进行介绍。因此，在图2中展示了图1元件沿图1中A-A线表示的平面的横截面。从图2中可以看到，在细分成对应于阴极指8各个部位的金属阳极9与金属阴极7之间配置有一P+掺杂阳极层2、一n-掺杂n型基区层3、一P掺杂P-基区层4，且在各阴极指8顶部配置有一n+掺杂阴极层5。金属栅极触片6围绕阴极指周围，供控制元件之用，在更深层配置的栅极平面上与P型基区层4接触。在上述专利中介绍了GTO的工作原理。为改善电气性能，可按周知的方式在n型基区层3与阳极层2之间另外加一n+掺杂阻隔层3a，如图2中虚线所示。前面已经讲过，为了对图2所示的元件进行以阻隔层3a的厚度作为随n型基区层3与阻隔层3a的特定恒定厚度和而变化的参量的关断特性模拟计算，采用了适当的计算程序。此模拟计算的结果如图3当GTO截止时阳极电流IA随时间t而变化的关系曲线图。在此关系中，取导通状态电流为7.3A，阳极电压为1600伏。对这三种不同曲线a、b和c，选用下列阻隔层厚度值曲线a∶10微米曲线b∶30微米曲线c∶90微米厚度和是不变的，因此阻隔层3a厚度值的增加与对应于n型基区层3厚度的相应减少。现在从图3可以清楚地显示出由于n型基区层3厚度减小了，阳极电流在关断之后下降得越来越快。另一方面，相应的关断时间Tf，曲线a超过5微秒，曲线b减少到2.9微秒，曲线c则最后减少到1.7微秒，这相当于缩短了三分之二以上的时间。从这一点甚至还可以知道，相应厚度的减小实质上改善了元件的电气性能。对n型基区层3和阻隔层3a恒定厚度和进行模拟计算所提出的假设是基于下述模型的一种人为限制。GTO就FCTh的电气性能实际上可通过下列事实加以改善在阻隔层厚度保持不变的情况下，n型基区层，从而半导体衬底，经上述处理过后，从整体来讲是变得更薄了。于是图2所示的元件就成了具有图4所示横截面的那种元件。在阴极方面，与图2中的普通元件比较，并没有改变阴极指8的结构、阴极层5和P型基区层4。相反，在图4的新型GTO中，n型基区层3在形成控制结构的阴极指8部位设计得更薄了，但阻隔层3a和阳极层2的厚度与图2的比较实质上没有变化。局部厚度的减小是通过从阳极侧往半导体基片中引入深腐蚀坑10实现的。腐蚀可采用例如周知的反应离子腐蚀(RIE)法或适当的湿式化学法(例如，辊蚀)进行。在这方面，重要的是，腐蚀要达到必要的均匀度，以防厚度变化达到不能容许的程度。此外，若腐蚀坑10的底部边缘呈圆形，则在机械上和电气上都有好处。腐蚀是在起始的n掺杂衬底上进行的，这便于以后扩散入阻隔层3a和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有大面积半导体衬底（１）在对向配置的电极之间有多个不同掺杂层的半导体元件，其特征在于，为了改善该元件的电气性能，至少在半导体衬底（１）的一侧引入深腐蚀坑（１０），以减少半导体衬底（１）载流区的厚度。

【技术特征摘要】
CH 1986-10-1 3919/86-91.一种具有大面积半导体衬底(1)在对向配置的电极之间有多个不同掺杂层的半导体元件，其特征在于，为了改善该元件的电气性能，至少在半导体衬底(1)的一侧引入深腐蚀坑(10)，以减少半导体衬底(1)载流区的厚度。2、如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于(甲)半导体衬底(1)具有能通过栅极加以关断的(GTO型)半导体开关元件层系或场控制型半导体开关元件(FCTh)层系，该层系配置在阳极与阴极之间，(乙)半导体衬底(1)在阴极侧具有一栅-阴结构，该栅-阴结构按阶梯形式构成，在该结构中，多个阴极指(8)从更深配置的栅极平面突出，形成具有中介栅区的控制结构;(丙)腐蚀坑(10)配置在控制结构对向的阳极侧。3.如权利要求2所述的半导体元件，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：C克里斯蒂安阿巴斯，延斯戈布雷希特，霍斯特格吕宁，扬福博利尔，
申请(专利权)人：BBC勃朗勃威力有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]