專利名稱：雙極穿通半導(dǎo)體器件和制造這種半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率電子器件領(lǐng)域，并且更具體地說，涉及根據(jù)權(quán)利要求1前導(dǎo)部分用于制造雙極穿通半導(dǎo)體器件的方法和根據(jù)權(quán)利要求6前導(dǎo)部分的雙極穿通半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
功率半導(dǎo)體器件的趨勢已經(jīng)總是以開關(guān)瞬時條件下的軟關(guān)斷特性為目標(biāo)，以便最小化振蕩，并減少電磁干擾，同時還確保在開關(guān)期間沒有出現(xiàn)峰值過沖電壓。器件柔軟性通常與器件關(guān)斷期間在最后階段保留的總電荷(過量載流子)相關(guān)聯(lián)。當(dāng)器件關(guān)斷時并同時仍傳導(dǎo)比較高電流(> IAmp)時低水平電荷或電荷突然消失通常導(dǎo)致大振蕩和/或可超過器件安全操作阻斷電壓裕度的過沖電壓，并由此導(dǎo)致器件失效。這通常稱為器件活躍 (snappy)特性。當(dāng)空間電荷區(qū)域達(dá)到掃除在正向?qū)ㄆ陂g存儲的所有其余載流子的緩沖區(qū)時，電荷消失還與器件的穿通電壓Vpth相關(guān)。Vpth值依賴于基極區(qū)域厚度和電阻率，并且通常對于中間至低電壓范圍的器件(< 2000V)，Vpth值接近于標(biāo)稱DC鏈路值(即額定電壓的一半)，并且對于需要高電阻率基極區(qū)域的高電壓器件(> 2000V)，Vpth值更低。對于更厚和/或更低電阻率基極區(qū)域，Vpth更高。為了增大器件柔軟性，在功率器件中已經(jīng)實現(xiàn)了如下若干常規(guī)設(shè)計技術(shù)-如果允許的話，通過選擇更厚和/或更低電阻率基極區(qū)域來增大穿通電壓。極端的示例是非穿通(NPT)設(shè)計。這種方法通常導(dǎo)致更高的損耗和高宇宙射線失效率。-引入深且低摻雜的緩沖區(qū)輪廓以將電荷存儲在空間電荷區(qū)域所不能達(dá)到的緩沖區(qū)的更高摻雜部分以便提供載流子以用于軟關(guān)斷。通過使用這種緩沖區(qū)設(shè)計所提供的柔軟性在極端開關(guān)條件下已經(jīng)顯示為受限效應(yīng)。這種器件的示例是具有軟穿通(SPT)緩沖區(qū)的器件。-增大雙極器件中陽極區(qū)域的注入效率以提供附加過量載流子以用于柔軟性。這通常導(dǎo)致高關(guān)斷損耗并將器件限制在低頻應(yīng)用中使用。然而，以上所有技術(shù)都已經(jīng)證明是不充分的，因為在通常基于非常低穿通電壓值的現(xiàn)代低損耗技術(shù)設(shè)計中由于薄且高電阻率基極區(qū)域已經(jīng)保持活躍行為。而且，這種設(shè)計對于增大朝器件活躍恢復(fù)的趨勢的極端測試條件(包括低電流、高直流鏈路電壓、低溫、高換向電流水平和高雜散電感值)非常敏感。已經(jīng)實現(xiàn)了用于獲得二極管中軟恢復(fù)性能的不同現(xiàn)有技術(shù)，其相比以上常規(guī)技術(shù)基于不同的概念。該設(shè)計包括與主二極管的N+陰極區(qū)域交替布置的高摻雜P+區(qū)域。這個技術(shù)的操作機(jī)制基于在二極管反向恢復(fù)期間將在P+N結(jié)附近流向N+陰極區(qū)域的返回電子。 這導(dǎo)致在P+N結(jié)處增大的將超過P+N結(jié)內(nèi)置電壓的橫向電壓降，因此引起來自P+區(qū)域的空穴注入。注入或誘導(dǎo)的空穴將在反向恢復(fù)的最后階段期間提供用于軟性能的電荷而與器件基極區(qū)域和緩沖區(qū)設(shè)計參數(shù)無關(guān)。這種設(shè)計包含具有寬、即大于500μπι的P+區(qū)域尺寸的深擴(kuò)散、即幾微米厚的高摻雜交替P+和N+區(qū)域。還優(yōu)選的是具有比N+區(qū)域更深的P+區(qū)域以增大橫向電子流和隨后的空穴注入。已經(jīng)僅對于硅快速恢復(fù)二極管實現(xiàn)了該設(shè)計，因為過去認(rèn)為基本原理和過程僅適用于具有N+陰極區(qū)域的雙極器件，即二極管。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于制造雙極穿通半導(dǎo)體器件的方法，所述器件比現(xiàn)有技術(shù)雙極穿通半導(dǎo)體器件不太易受通態(tài)快回效應(yīng)的影響，并且所述器件提供對于以上提到的電氣性質(zhì)的更好控制，并且提供這種雙極穿通半導(dǎo)體器件。這個目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的用于制造雙極穿通半導(dǎo)體器件的方法和根據(jù)權(quán)利要求6的雙極穿通半導(dǎo)體器件來實現(xiàn)。用本發(fā)明的方法制造具有半導(dǎo)體襯底的雙極穿通半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件根據(jù)半導(dǎo)體類型至少包括具有第一和第二導(dǎo)電類型的層的兩層結(jié)構(gòu)，其中一層是第一導(dǎo)電類型的基極層。襯底包括其上布置第一電接觸的第一主側(cè)(發(fā)射極側(cè))和其上布置第二電接觸的第二主側(cè)(集電極側(cè))。第一主側(cè)布置在第二主側(cè)的相對側(cè)。第一導(dǎo)電類型的緩沖層布置在第二主側(cè)上的所述基極層上，所述緩沖層具有比所述基極層高的摻雜濃度。第一層布置在所述緩沖層與第二電接觸之間的襯底中。第一層交替包括至少一個第一導(dǎo)電類型的第一區(qū)域和至少一個第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)域。第二區(qū)域是激活區(qū)域，其具有最大2 μ m的深度，并且它具有結(jié)輪廓，其在至多Iym內(nèi)從最大摻雜濃度的90%降到10%。用于制造雙極穿通半導(dǎo)體器件第一層的制造方法，所述制造方法包括如下步驟-提供第一導(dǎo)電類型的襯底，-對于創(chuàng)建第一區(qū)域，在第二主側(cè)上施加具體地說是注入或沉積第一導(dǎo)電類型的微粒，-對于創(chuàng)建第二區(qū)域，在第二主側(cè)上施加具體地說是注入或沉積第二導(dǎo)電類型的微粒，-第二導(dǎo)電類型的微粒在如下這種條件下激活所述微粒擴(kuò)散到襯底中不大于 2 μ m,并且第二區(qū)域的結(jié)輪廓在最大1 μ m內(nèi)從最大摻雜濃度的90%降到10%，-通過掩膜執(zhí)行用于創(chuàng)建第一區(qū)域或注入第二微粒的步驟中的至少一個。在任何功率雙極穿通半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)中操作機(jī)制都基于上面提到的用于從與N+ 區(qū)域交替的P+區(qū)域提供額外空穴的相同原理。這種方法允許器件設(shè)計與用于增大Vpth或陽極注入效率的常規(guī)設(shè)計規(guī)則無關(guān)，得到更大設(shè)計自由和更薄的基極區(qū)域(更接近用于較低損耗的半導(dǎo)體設(shè)計限制)。本發(fā)明的半導(dǎo)體器件稱為具有用于軟關(guān)斷開關(guān)的關(guān)斷電荷誘導(dǎo)(TCI)。如圖11所示，與第一導(dǎo)電類型例如N+摻雜的區(qū)域交替的具有非常陡P+N結(jié)的第二導(dǎo)電類型例如P+ 摻雜的高摻雜區(qū)域在平面中確保在關(guān)斷期間通過的電子在P+區(qū)域結(jié)上誘導(dǎo)大電勢，迫使受控水平的空穴注入以進(jìn)行軟關(guān)斷。圖11中的點劃線標(biāo)記空間電荷區(qū)域(SCR)的邊緣。圖 9示出了相比現(xiàn)有技術(shù)器件(灰色線)在晶體管模式(黑色線)下在本發(fā)明反向?qū)↖GBT 關(guān)斷期間的電壓和電流。電壓和電流都顯示出本發(fā)明器件的更平滑行為。現(xiàn)有技術(shù)器件的最大過電壓大于3000V，并且對于本發(fā)明器件，對于操作在的器件，它小于^00V。對于相比現(xiàn)有技術(shù)器件(灰色線)在二極管模式(黑色線)下本發(fā)明反向?qū)?IGBT的反向恢復(fù)獲得類似結(jié)果，如圖10所示。對于這種情況，出現(xiàn)大約3700V的過電壓，而本發(fā)明器件再次更平滑，具有最大3000V的過電壓。
這應(yīng)用于各種各樣的雙極穿通功率半導(dǎo)體器件，諸如IGBT、GCT和二極管。本發(fā)明中用于實現(xiàn)軟性能的重要特征不同于現(xiàn)有技術(shù)，因為它不需要寬且深的P+ 區(qū)域作為實現(xiàn)空穴注入和軟性能的基礎(chǔ)。本發(fā)明很大程度上基于在平面中提供與N+區(qū)域交替的具有非常陡結(jié)輪廓(突變結(jié))的P+區(qū)域，如圖7所示。N+區(qū)域通常也是淺的。非常陡的P+N結(jié)輪廓提供了更低的有效內(nèi)置電壓和更高的橫向電阻用于改進(jìn)的空穴注入，與P+ 區(qū)域相對于N+區(qū)域的寬度無關(guān)。這使本發(fā)明以更大設(shè)計自由應(yīng)用于大多數(shù)功率半導(dǎo)體器件。為了實現(xiàn)這種輪廓，使用具有高激活能量的第二導(dǎo)電類型的微粒如硼，其在熱處理期間沒有出現(xiàn)或出現(xiàn)極小的擴(kuò)散，由此可以實現(xiàn)直到或小于ι μ m的擴(kuò)散深度。這種突變結(jié)輪廓通常可在小于一小時內(nèi)以1000°c以下的溫度在硅襯底中用硼微?；蛲ㄟ^激光退火實現(xiàn)。P+型注入或沉積劑量可從1*1013變到高達(dá)l*1016cm_2，取決于柔軟性所需的電荷量。應(yīng)用本發(fā)明的典型示例在反向?qū)ò雽?dǎo)體器件中，也稱為反向?qū)ń^緣柵雙極晶體管(RC-IGBT)，在晶體管模式和二極管模式下，分別用于如圖1和2所示的軟關(guān)斷性能。 該概念還可容易地應(yīng)用在正常絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和柵極換向晶體管(GCT)中。在這種雙極器件中，P+區(qū)域尺寸相對于同一平面上的交替的N+區(qū)域更寬以確保在正常條件下的好雙極動作。在從屬權(quán)利要求中公開了本發(fā)明主題的另外優(yōu)選實施例。


在下文將參考附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明的主題，附圖中圖1示出了具有平面柵極電極的發(fā)明的穿通反向?qū)↖GBT上的橫截面視圖；圖2示出了具有溝槽柵極電極的發(fā)明的穿通反向?qū)↖GBT上的橫截面視圖；圖3示出了發(fā)明的IGCT上的橫截面視圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的IGCT另一實施例上的橫截面視圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的IGCT另一實施例上的橫截面視圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的IGCT另一實施例上的橫截面視圖；圖7示出了在深度方向第一或第二區(qū)域的摻雜濃度的梯度；圖8示出了發(fā)明的穿通二極管上的橫截面視圖；圖9示出了晶體管模式下的發(fā)明的反向?qū)↖GBT的關(guān)斷；圖10示出了晶體管模式下的發(fā)明的反向?qū)↖GBT的反向恢復(fù)；以及圖11示出了在關(guān)斷期間具有緩沖層的發(fā)明器件的第二主側(cè)(集電極側(cè))。在附圖標(biāo)記列表中概況了附圖中使用的附圖標(biāo)記及其意義。一般而言，給相似或相似的功能部分相同的附圖標(biāo)記。所描述的實施例是指示例，并且不應(yīng)限定本發(fā)明。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的雙極穿通半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底1，也稱為半導(dǎo)體晶片，具有第一主側(cè)11和第二主側(cè)12，第二主側(cè)12布置在第一主側(cè)11的相對側(cè)。第一電接觸2布置在第一主側(cè)11上，并且第二電接觸3布置在第二主側(cè)12上。該器件至少包括具有第一和第二導(dǎo)電類型的層的兩層結(jié)構(gòu)，其中一層是第一導(dǎo)電
7類型的基極層10。具有比基極層10高的摻雜濃度的第一導(dǎo)電類型的緩沖層4在第二主側(cè) 12上布置在基極層10上。第一層5布置在襯底1中且在緩沖層4與第二電接觸12之間， 第一層5交替包括至少一個第一導(dǎo)電類型的第一區(qū)域51、51'和至少一個第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)域52、52'。第二區(qū)域52、52'是激活區(qū)域，其具有最大2 μ m的深度，并且第二區(qū)域具有結(jié)輪廓53，其在深度方向即在第二區(qū)域52與緩沖層4之間至多1 μ m內(nèi)從最大摻雜濃度的90%降到10%，如圖7中所看到的。在優(yōu)選實施例中，第一區(qū)域51、51'是具有最大2 μ m深度的區(qū)域。第一和/或第二區(qū)域(51、51'、52、52'可設(shè)計為規(guī)則幾何形狀，如細(xì)胞形或條形。細(xì)胞可具有任何形狀， 如方形、矩形或圓形或任何其它規(guī)則或不規(guī)則形狀。緩沖層4具有最大5*1016cnT3的摻雜濃度。發(fā)明的雙極穿通半導(dǎo)體器件通常是雙極開關(guān)的反向?qū)ㄩ_關(guān)或二極管。這種發(fā)明的雙極穿通半導(dǎo)體器件例如可用在轉(zhuǎn)換器中。在圖8中，示出了雙極二極管101形式的發(fā)明的雙極穿通半導(dǎo)體器件。二極管101 包括第一導(dǎo)電類型即N型的基極層10，具有第一主側(cè)11和在第一主側(cè)11相對側(cè)的第二主側(cè)12。第二 P摻雜層6布置在第一主側(cè)11上。通常以金屬層形式的第一電接觸2布置在第二層6頂上，即在第二層6的那側(cè)上，其位于基極層10的相對側(cè)。在第二主側(cè)12上，交替布置了兩個區(qū)域，具有比基極層10更高摻雜濃度的多個第一(N+)摻雜區(qū)域51'和多個第二(P+)摻雜區(qū)域52'。通常以金屬層形式的第二電接觸3布置在第一和第二區(qū)域頂上， 即在區(qū)域的那側(cè)上，其位于基極層10的相對側(cè)。(N+)摻雜緩沖層4布置在基極層10與第一和第二區(qū)域51' ,52'之間。這個緩沖層4具有比基極層10高的摻雜濃度和比第一區(qū)域 51'低的摻雜濃度。在優(yōu)選實施例中，二極管中所有第二(P+)摻雜區(qū)域52'的總面積在總襯底面積的1與25%之間。第一區(qū)域51'的寬度通常至少為50 μ m，而第二區(qū)域52'的寬度至少為 5 μ m0緩沖層4的摻雜濃度最大為5*1016/cm3。發(fā)明的雙極穿通半導(dǎo)體器件還可以是雙極開關(guān)，例如圖1所示的穿通絕緣柵雙極晶體管100。絕緣柵雙極晶體管100包括具有發(fā)射極側(cè)形式的第一主側(cè)11和在發(fā)射極側(cè)相對側(cè)的集電極側(cè)形式的第二主側(cè)12的N型基極層10。P型第二層6布置在發(fā)射極側(cè)上。 至少一個η型源極區(qū)域7布置在發(fā)射極側(cè)上并且由第二層6包圍。至少一個源極區(qū)域7比基極層10具有更高的摻雜。電絕緣層8布置在基極層10、第二層6和源極區(qū)域7頂上的發(fā)射極側(cè)上。它至少部分覆蓋源極區(qū)域7、第二層6和基極層10。導(dǎo)電柵極電極9布置在通過電絕緣層8與至少一個第二層6、源極區(qū)域7和基極層10電絕緣的發(fā)射極側(cè)上。優(yōu)選地，柵極電極9嵌入在電絕緣層8中。通常，電絕緣層8包括優(yōu)選由二氧化硅制成的第一電絕緣區(qū)域81和也優(yōu)選由二氧化硅制成的第二電絕緣區(qū)域82，第二電絕緣區(qū)域82的材料優(yōu)選與第一電絕緣區(qū)域81相同。 第二電絕緣區(qū)域82覆蓋第一電絕緣區(qū)域81。對于柵極電極形成為如圖1所示的平面柵極電極9的IGBT，第一電絕緣區(qū)域81布置在發(fā)射極側(cè)頂上。在形成電絕緣層8的第一與第二電絕緣區(qū)域81、82之間，嵌入柵極電極9，通常它被完全嵌入。由此，柵極電極9通過第一電絕緣區(qū)域81與基極層10、第二層6和源極區(qū)域7分開。柵極電極9通常由重?fù)诫s多晶硅或金屬如鋁制成。以在第二層6上創(chuàng)建開口的這種方式形成至少一個源極區(qū)域7、柵極電極9和電絕緣層8。開口由至少一個源極區(qū)域7、柵極電極9和電絕緣層8包圍。第一電接觸2布置在開口內(nèi)的發(fā)射極側(cè)，使得它直接電接觸第二層6和源極區(qū)域 7。這個第一電接觸2通常還覆蓋電絕緣層8，但通過第二電絕緣區(qū)域82與柵極電極9分開并與之電絕緣。備選地，對于具有平面柵極電極9的本發(fā)明IGBT，本發(fā)明IGBT可包括柵極電極，形成為如圖2所示的溝槽柵極電極9'。溝槽柵極電極9'布置在與第二層6相同的平面中， 并鄰近源極區(qū)域7，通過第一絕緣區(qū)域81彼此分開，第一絕緣區(qū)域81還將柵極電極9與基極層10分開。第二絕緣區(qū)域82布置在形成為溝槽柵極電極9'的柵極電極頂上，由此將溝槽柵極電極9'與第一電接觸2絕緣。IGBT還包括N型緩沖層4，其布置在基極層10與第二電接觸3之間，緩沖層4具有比基極層10高的摻雜和比第一區(qū)域51低的摻雜。至少一個第一和第二區(qū)域51、52布置在緩沖層4與第二主電極3之間的集電極側(cè)上。在優(yōu)選實施例中，滿足至少一個或多個或所有如下幾何規(guī)則-第二區(qū)域52的總面積是總晶片面積的90到99%，-第二區(qū)域52的寬度至少是50μ m，或者-第一區(qū)域51的寬度至少是5μ m。在第一區(qū)域面積進(jìn)一步增強(qiáng)到10到30%以上的值并且第二區(qū)域面積相應(yīng)地減小到整個襯底面積的90%到70%以下的情況下，絕緣柵雙極晶體管充當(dāng)反向?qū)ò雽?dǎo)體器件(RC-IGBT)。在這種發(fā)明的RC-IGBT中，二極管形成在形成二極管中陽極電極的第一電接觸2、 部分形成陽極層的第二層6、部分形成二極管中基極層的基極層10、緩沖層4、區(qū)域形成陰極層的第一區(qū)域51與形成陰極電極的第二電接觸3之間。在本發(fā)明RC-IGBT中，絕緣柵雙極晶體管(IGBT)形成在形成IGBT中發(fā)射極電極的第一電接觸2、源極區(qū)域7、部分形成溝道區(qū)域的第二層6、部分形成IGBT中基極區(qū)域的基極層10、緩沖層4、形成集電極層的第二區(qū)域52與部分形成集電極電極的第二電接觸3之間。本發(fā)明雙極穿通半導(dǎo)體器件也可以是雙極開關(guān)，形式如圖3所示的穿通集成柵極換向晶閘管(IGCT)。在這種情況下，半導(dǎo)體襯底包括具有不同導(dǎo)電類型層的四層PNPN結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)定義柵極換向晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，該晶閘管可經(jīng)柵極電極關(guān)斷。所述結(jié)構(gòu)包括如下層外部(N+)摻雜陰極區(qū)域15，接觸第一電接觸2 (形成陰極金屬化)；第二 P摻雜層6，具有P雜質(zhì)，接觸陰極區(qū)域15，在陰極金屬化相對側(cè)的那側(cè)上；(N-)摻雜基極層10，接觸第二層6，在陰極區(qū)域15相對側(cè)的那側(cè)上；-N摻雜緩沖層4，接觸基極層10，在第二層6相對側(cè)的那側(cè)上；及第一層5，包括陽極層形式的第一 N摻雜區(qū)域51和第二 P摻雜區(qū)域52，二者都接觸陽極金屬化形式的第二電接觸3。
柵極電極9布置在襯底1的陰極側(cè)上，并且電接觸第二層6。至少一個第一和第二區(qū)域51、52布置在緩沖層4與第二電接觸3之間的集電極側(cè)上。在優(yōu)選實施例中，滿足至少一個或多個或所有如下幾何規(guī)則-第二區(qū)域52的總面積是總襯底面積的75到99%，-第二區(qū)域52的寬度至少是50μ m，或者-第一區(qū)域51的寬度至少是5μ m。在另一個示范實施例中，本發(fā)明雙極穿通半導(dǎo)體器件也可以是如圖4到6所示的反向?qū)ù┩蓶艠O換向晶閘管。這種器件在一個公共襯底1內(nèi)包括集成柵極換向晶閘管和與它鄰近的續(xù)流二極管。在這種情況下，IGCT可交替包括第一和第二區(qū)域51、52，第二區(qū)域52優(yōu)選具有總晶片面積的75到99%的總面積(圖4)，并且二極管包括單個N摻雜第三區(qū)域55。備選地，二極管可交替包括第一和第二區(qū)域51' ,52'，第二區(qū)域52'優(yōu)選具有總晶片面積的1到25%的總面積(圖幻。在這種情況下，IGCT包括單個P摻雜第四區(qū)域 56。在這些情況下，第一層分別包括單個第三區(qū)域55或單個第四區(qū)域56。在又一個實施例中，分別根據(jù)上面對于IGCT和二極管給出的規(guī)則(圖6)，IGCT和二極管都交替包括第一和第二區(qū)域51、52、51'、52'。通常，為了制造發(fā)明的雙極穿通半導(dǎo)體器件，制造第一主側(cè)11上的各層，得到半制成的半導(dǎo)體器件。為了在第一主側(cè)11上創(chuàng)建這些層，可以執(zhí)行半導(dǎo)體專業(yè)眾所周知的任何制造方法。通常，但不一定，制造第一側(cè)11上各層之后，或者在創(chuàng)建第一電接觸2之前或之后，或者在制造第二主側(cè)12上的各層期間的任何階段，制造襯底1的第二側(cè)12上的各層。 通常在創(chuàng)建第一和第二區(qū)域之前制造緩沖層。在下文說明用于在第二主側(cè)12上制造半導(dǎo)體器件第一層5的發(fā)明方法。為了制造發(fā)明的雙極穿通半導(dǎo)體器件，給半導(dǎo)體襯底1提供第一主側(cè)11和在第一主側(cè)11相對側(cè)的第二主側(cè)12。最終化的半導(dǎo)體器件至少包括具有第一和第二導(dǎo)電類型層的兩層結(jié)構(gòu)，其中一層是第一導(dǎo)電類型的基極層10。第一電接觸2布置在第一主側(cè)11上，并且第二電接觸 3布置在第二主側(cè)12上。第一導(dǎo)電類型的緩沖層4布置在第二主側(cè)12上的基極層10上， 緩沖層4具有比基極層10高的摻雜濃度。第一層5布置在緩沖層4與第二電接觸3之間的襯底1中，第一層5交替包括至少一個第一導(dǎo)電類型的第一區(qū)域51、51'和至少一個第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)域52、52'。用于創(chuàng)建第一層5的制造方法包括如下步驟對于創(chuàng)建第一區(qū)域51、51'，在第二主側(cè)12上施加具體地說是注入或沉積第一導(dǎo)電類型的微粒。對于創(chuàng)建第一區(qū)域52、52'， 在第二主側(cè)12上施加具體地說是注入或沉積第二導(dǎo)電類型的微粒。通過掩膜執(zhí)行用于施加第一導(dǎo)電類型的微?；蚴┘拥诙?dǎo)電類型的微粒的步驟中的至少一個。第二導(dǎo)電類型的微粒之后在如下這種條件下激活微粒擴(kuò)散到襯底1中不大于2 μ m，并且第二區(qū)域的結(jié)輪廓在至多Iym內(nèi)從最大摻雜濃度的90%降到10%。在優(yōu)選實施例中，第一導(dǎo)電類型的微粒在如下這種條件下被激活微粒擴(kuò)散到襯底1中不大于2 μ m。在其它優(yōu)選實施例中，滿足至少一個或多個或所有如下幾何規(guī)則-創(chuàng)建第一區(qū)51、51'使得第一區(qū)域51的結(jié)輪廓在最大1μ m內(nèi)從最大摻雜濃度的90%降到10%,-第一區(qū)域51、51'的深度等于或高于第二區(qū)域52、52'的深度。注入或沉積用于創(chuàng)建第一區(qū)域51、51'或第二區(qū)域52、52'或兩個區(qū)域51、51'、 52,52'的微粒。用于創(chuàng)建第一區(qū)域51、51'的微粒的摻雜濃度是1*1017直到l*102°cnT3，而用于創(chuàng)建第二區(qū)域52、52'的微粒的摻雜濃度是NlO"5直到l*1018cm_3。根據(jù)要制造的半導(dǎo)體器件類型，改變第一和第二區(qū)域的總面積，具體地說從而改變到上面對于各種半導(dǎo)體類型給出的值?？赏ㄟ^激光退火或熱處理激活用于創(chuàng)建第一區(qū)域51、51'或第二區(qū)域52、52'或兩個區(qū)域51、51'、52、52'的微粒。在400°C與1000°C之間的溫度和/或在至多60分鐘內(nèi)執(zhí)行熱處理?？赏瑫r或交替激活用于創(chuàng)建第一區(qū)域51、51'以及第二區(qū)域52、52'的微粒， 對于一層接一層，可以連續(xù)激活微粒。最好，用于創(chuàng)建第二區(qū)域的微粒是硼微粒，因為硼微粒具有高激活能量，沒有或極少發(fā)生擴(kuò)散。為了最終化雙極穿通半導(dǎo)體器件，在第一和第二區(qū)域51、51'、52、52'以及第三或第四區(qū)域55、56(如果可應(yīng)用的話)上的第二主側(cè)12上創(chuàng)建第二電接觸3，使得第二接觸3直接電接觸第一和第二區(qū)域51、51'、52、52'(如果可應(yīng)用的話還有第三或第四區(qū)域 55,56)。通常，在第二主側(cè)12上沉積金屬以便創(chuàng)建第二電接觸3。參考列表
權(quán)利要求
1.用于制造具有半導(dǎo)體襯底(1)的雙極穿通半導(dǎo)體器件的方法，所述半導(dǎo)體器件至少包括具有第一和第二導(dǎo)電類型的層的兩層結(jié)構(gòu)，其中一層是第一導(dǎo)電類型的基極層(10)，-其中所述襯底(1)包括第一主側(cè)(11)和第二主側(cè)(12)， -其中第一主側(cè)(11)布置在第二主側(cè)(1 的相對側(cè)， -其中第一電接觸( 布置在第一主側(cè)(11)上， -其中第二電接觸C3)布置在第二主側(cè)(1 上，-其中第一導(dǎo)電類型的緩沖層(4)在第二主側(cè)(1 上布置在所述基極層(10)上，所述緩沖層(4)具有比所述基極層(10)高的摻雜濃度，第一層( 布置在所述襯底(1)中的緩沖層(4)與第二電接觸C3)之間，第一層(5) 交替包括至少一個第一導(dǎo)電類型的第一區(qū)域(51，51')和至少一個第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)域(52，52')，所述制造方法包括如下步驟 提供所述襯底(1)，其中 對于創(chuàng)建第一層(5)，執(zhí)行如下步驟-對于創(chuàng)建第一區(qū)域(51，51')，在第二主側(cè)(1 上施加第一導(dǎo)電類型的微粒， -對于創(chuàng)建第二區(qū)域(52，52')，在第二主側(cè)(1 上施加第二導(dǎo)電類型的微粒， -之后在如下這種條件下激活第二導(dǎo)電類型的微粒所述微粒擴(kuò)散到所述襯底(1)中不大于2μπι，并且第二區(qū)域(52，52')的結(jié)輪廓在至多Iym內(nèi)從最大摻雜濃度的90%降到 10%,-通過掩膜執(zhí)行用于創(chuàng)建第一區(qū)域(51，51')或第二區(qū)域(5 的微粒施加步驟中的至少一個。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于-第一導(dǎo)電類型的微粒在如下這種條件下激活所述微粒擴(kuò)散到所述襯底(1)中不大于 2 μ m0
3.如權(quán)利要求1或2中任一項所述的方法，其特征在于滿足至少一個如下幾何規(guī)則 -創(chuàng)建第一區(qū)域(51，51')使得第一區(qū)域(51，51')的結(jié)輪廓在最大Iym內(nèi)從最大摻雜濃度的90%降到10%，-第一區(qū)域(51)的深度等于或高于第二區(qū)域(52，52')的深度。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，施加用于創(chuàng)建至少一個所述區(qū)域的微粒，所述區(qū)域是第一區(qū)域和第二區(qū)域(51，51' ,52,52')，其中施加摻雜濃度為 1*1017直到l*102°cnT3的用于創(chuàng)建第一區(qū)域(51，51')的微粒和/或NlO"5直到l*1018Cm_3 的用于創(chuàng)建第二區(qū)域(52，52')的微粒。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，用于創(chuàng)建至少一個作為第一區(qū)域和第二區(qū)域(51，51' ,52,52')的所述區(qū)域的所述微粒通過如下方式激活-通過激光退火，或者-通過溫度在400°C與1000°C之間的熱處理， -通過至多60分鐘的熱處理，同時或一個接連一個地激活用于創(chuàng)建第一區(qū)域(51，51')和第二區(qū)域(5 的微粒。
6.具有半導(dǎo)體襯底(1)的雙極穿通半導(dǎo)體器件，其至少包括具有第一和第二導(dǎo)電類型的層的兩層結(jié)構(gòu)，其中一層是第一導(dǎo)電類型的基極層(10)，-其中所述襯底包括第一主側(cè)(U)和第二主側(cè)(12)， -其中第一主側(cè)(11)布置在第二主側(cè)(1 的相對側(cè)， -其中第一電接觸( 布置在第一主側(cè)(11)上， -其中第二電接觸C3)布置在第二主側(cè)(1 上，-其中第一導(dǎo)電類型的緩沖層(4)在第二主側(cè)(1 上布置在所述基極層(10)上，所述緩沖層(4)具有比所述基極層(10)高的摻雜濃度，其中第一層( 布置在所述襯底(1)中的在所述緩沖層(4)與第二電接觸C3)之間， 第一層( 交替包括至少一個第一導(dǎo)電類型的第一區(qū)域(51，51')和至少一個第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)域(52，52')，-其中第二區(qū)域(52，52')是激活區(qū)域，其具有最大2μπι的深度，并且所述第二區(qū)域 (52,52')具有結(jié)輪廓，其在至多Iym內(nèi)從最大摻雜濃度的90%降到10%。
7.如權(quán)利要求6所述的雙極穿通半導(dǎo)體器件，其特征在于第一區(qū)域(51，51')是具有最大2μπ 深度的區(qū)域。
8.如權(quán)利要求6所述的雙極穿通半導(dǎo)體器件，其特征在于第一和/或第二區(qū)域(51， 51' ,52,52')設(shè)計為規(guī)則幾何形狀，具體地說是細(xì)胞形或條形。
9.如權(quán)利要求6至8中任一項所述的雙極穿通半導(dǎo)體器件，其特征在于所述緩沖層 (4)具有至多5*IO16CnT3的摻雜濃度。
10.如權(quán)利要求6至9中任一項所述的雙極穿通半導(dǎo)體器件，其特征在于所述雙極器件是雙極開關(guān)，具體地說是絕緣柵雙極晶體管(100)或絕緣柵極換向晶間管(102)。
11.如權(quán)利要求10所述的雙極穿通半導(dǎo)體器件，其特征在于滿足至少一個如下幾何規(guī)則-第二區(qū)域(52，52')的寬度至少是50 μ m， -第一區(qū)域(51，51')的寬度至少是5 μ m，-在所述半導(dǎo)體器件是絕緣柵極換向晶閘管(10 的情況下，第二區(qū)域(52，52')的總面積在總襯底面積的75到99%之間，-在所述半導(dǎo)體器件是絕緣柵雙極晶體管(100)的情況下，第二區(qū)域(52，52')的總面積在總晶片面積的90到99%之間。
12.如權(quán)利要求6至9中任一項所述的雙極穿通半導(dǎo)體器件，其特征還在于所述雙極器件是雙極二極管(101)。
13.如權(quán)利要求12所述的雙極穿通半導(dǎo)體器件，其特征在于滿足至少一個如下幾何規(guī)則-第二區(qū)域(52，52')的總面積是總晶片面積的1到25%， -第一區(qū)域(51，51')的寬度至少是50 μ m， -第二區(qū)域(52，52')的寬度至少是5 μ m。
14.如權(quán)利要求6至9中任一項所述的雙極穿通半導(dǎo)體器件，其特征在于所述半導(dǎo)體器件是在公共襯底(1)上包括絕緣柵極換向晶閘管(10 和二極管(101)形式的雙極開關(guān)的反向?qū)ò雽?dǎo)體器件，其中-所述絕緣柵極換向晶閘管(10 根據(jù)權(quán)利要求10或11設(shè)計，或者 -所述二極管(101)根據(jù)權(quán)利要求12或13設(shè)計，或者-所述絕緣柵極換向晶閘管(10 根據(jù)權(quán)利要求10或11設(shè)計，并且所述二極管(101) 根據(jù)權(quán)利要求12或13設(shè)計。
15.如權(quán)利要求6至9中任一項所述的雙極穿通半導(dǎo)體器件，其特征在于所述半導(dǎo)體器件是在公共襯底(1)上包括絕緣柵雙極晶體管和二極管的反向?qū)ò雽?dǎo)體器件，其中第二區(qū)域(52，52')的總面積是總襯底面積的70到90%。
全文摘要
提供一種具有半導(dǎo)體襯底(1)的雙極穿通半導(dǎo)體器件，其至少包括兩層結(jié)構(gòu)，其中一層是第一導(dǎo)電類型的基極層(10)。襯底包括具有第一電接觸(2)的第一主側(cè)(11)和具有第二電接觸(3)的第二主側(cè)(12)。第一導(dǎo)電類型的緩沖層(4)布置在所述基極層(10)上。交替包括第一導(dǎo)電類型的第一區(qū)域(51，51′)和第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)域(52，52′)的第一層(5)布置在緩沖層(4)與第二電接觸(3)之間。第二區(qū)域(52，52′)是具有最大2μm的深度和結(jié)輪廓的激活區(qū)域，其在至多1μm內(nèi)從最大摻雜濃度的90％降到10％。
文檔編號H01L29/74GK102318071SQ200980157041
公開日2012年1月11日 申請日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月15日
發(fā)明者A·科普塔, M·拉希莫, U·施拉普巴赫 申請人:Abb技術(shù)有限公司