發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序的雙向功率半導(dǎo)體器件。

背景技術(shù)：

在諸如矩陣轉(zhuǎn)換器和直流（dc）斷路器的許多應(yīng)用中，要求雙向功率器件功能性來阻斷電壓并在兩個方向上傳導(dǎo)電流。功率半導(dǎo)體器件（例如從jp57-049269a已知的三端雙向可控硅開關(guān)或從ep0880182b1已知的雙向控制晶閘管（bct））提供此種功能性，但完全切換控制僅限于接通。此外，在這些功率器件中，只有一半的晶圓面積被用于每個電流方向或極性。

為了實現(xiàn)完全關(guān)斷控制，已經(jīng)報道了具有在兩側(cè)上采用發(fā)射極mos結(jié)構(gòu)同時使用金屬氧化物半導(dǎo)體（mos）單元p阱作為相對發(fā)射極的陽極的絕緣柵雙極晶體管（igbt）。然而，難以在igbt芯片的兩側(cè)上實現(xiàn)此種結(jié)構(gòu)，因為平面端子（termination）受到用于封裝的隨后的管芯附連的約束，并且柵極通路還增加了進(jìn)一步的復(fù)雜度。這個問題在具有高于1200v的額定電壓的較高電壓器件中尤其突出。因此，傳統(tǒng)上更容易在具有在標(biāo)準(zhǔn)壓接封裝中封裝的斜面端子的晶閘管或柵極換向晶閘管（gct）晶圓中實現(xiàn)反向阻斷（rb）或雙向器件。

對于雙向功率半導(dǎo)體器件功能性，現(xiàn)今通常以反并聯(lián)配置使用兩個反向阻斷（rb）功率半導(dǎo)體器件，或者以背對背配置使用兩個反向傳導(dǎo)（rc）功率半導(dǎo)體器件。

當(dāng)兩個rb功率半導(dǎo)體器件以反并聯(lián)配置連接時，這具有以下缺點：只有這兩個rb功率半導(dǎo)體器件中的一個的器件面積（devicearea）用于每個電流方向。相應(yīng)地，這種配置引起大的器件并且熱管理變得困難，因為熱生成不均勻分布在整個器件面積上。后者能夠容易地引起過熱問題。另一方面，具有以背對背配置的兩個rc功率半導(dǎo)體器件的配置具有高損耗的缺點，因為兩個器件的損耗在串聯(lián)連接中相加。

已知的反向傳導(dǎo)功率半導(dǎo)體器件是在單個功率半導(dǎo)體器件內(nèi)組合一個或多個柵極換向晶閘管（gct）和一個或多個二極管的反向傳導(dǎo)柵極換向晶閘管（rc-gct）。wo2012/041958a2中公開的雙模式柵極換向晶閘管（bgct）是rc-gct，其在單個半導(dǎo)體晶圓中包括彼此并聯(lián)電連接的多個柵極換向晶閘管（gct）單元，以及分布在gct單元之間的多個二極管單元。二極管單元也彼此并聯(lián)電連接并且連接到gct單元，盡管以相反的正向方向。已知的反向阻斷功率半導(dǎo)體器件是與rc-gct不同的反向阻斷柵極換向晶閘管（rb-gct），因為它不具有與gct單元并聯(lián)連接的二極管單元。

ep0110777a1示出兩個單反向阻斷gct單元區(qū)的反并聯(lián)配置。單個第一gct單元區(qū)和單個第二gct單元區(qū)之間的分離由從半導(dǎo)體晶圓的第一或第二主側(cè)通過形成兩個gct單元的陽極和基極層的p摻雜層穿透到漂移層的兩個溝槽形成。由溝槽（即由空氣）制成的第一和第二單元區(qū)之間的分離引起兩個單元區(qū)之間的低熱接觸，使得阻止熱量擴(kuò)散出單元區(qū)，在其中已經(jīng)產(chǎn)生熱。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點，本發(fā)明的目的是提供雙向功率半導(dǎo)體器件，其允許完全關(guān)斷和接通的切換控制，并且其有效地利用對于兩個電流方向的整個器件面積以提供具有良好電和熱特性的小的器件。

該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的雙向功率半導(dǎo)體器件來實現(xiàn)。

與已知bct相比，本發(fā)明的雙向功率半導(dǎo)體器件包括多個第一單元區(qū)（每個第一單元區(qū)具有第一柵極換向晶閘管（gct）單元）以及多個第二單元區(qū)（每個第二單元區(qū)具有第二柵極換向晶閘管（gct）單元），其中第一gct單元與第二gct單元交替，即第一單元區(qū)與第二單元區(qū)交替。在本發(fā)明的配置中，如果第一gct單元處于導(dǎo)通狀態(tài)中，則第一gct單元中的電子空穴等離子體能夠有效地擴(kuò)散到相鄰的第二gct單元的第二漂移層中，并且如果第二gct單元處于導(dǎo)通狀態(tài)中，則第二gct單元中的電子空穴等離子體能夠有效地擴(kuò)散到相鄰的第一gct單元的第一漂移層中。因此，本發(fā)明的雙向功率半導(dǎo)體器件有效地利用對于兩個電流方向的整個晶圓面積。這引起器件的良好的電和熱特性，并且能夠減小器件的大小。

此外，與已知的bct相比，每個第一gct單元的第一基極層通過第一導(dǎo)電類型的第一分離區(qū)域與相鄰的第二陽極層分離，并且每個第二gct單元的第二基極層通過第一導(dǎo)電類型的第二分離區(qū)域與相鄰的第一陽極層分離。這種分離允許在兩個電流方向上的完全關(guān)斷控制，即第一和第二gct單元的關(guān)斷控制，這在bct中是不可能的，其中連續(xù)的p型層連接第一晶閘管單元的陽極層到以反并聯(lián)配置連接到第一晶閘管單元的相鄰的第二晶閘管單元的基極層。

由于由第一導(dǎo)電類型的分離區(qū)域制成的第一和第二單元區(qū)之間的分離（示范性地通過第一和第二漂移層延伸到器件的表面，使得漂移層（即分離區(qū)域）分離第一基極層和第二陽極層以及第二基極層和第一陽極層。通過這些分離區(qū)域，熱量能夠有效地擴(kuò)散到相鄰的單元區(qū)中，使得熱快速傳遞到較冷的區(qū)域中，使得該器件不會升溫太多，并且因此，能夠在較高的條件（較高的頻率/電壓/電流）操作。

在示范性實施例中，由于第一和第二單元區(qū)的重復(fù)布置和單元區(qū)的小型化結(jié)構(gòu)，能夠使兩個相鄰的第一單元區(qū)或兩個相鄰的第二單元區(qū)之間的距離如此小，以至于這些相鄰的單元區(qū)的等離子體重疊，使得器件的完全晶圓面積被熱使用以及電使用。在圖1中，通過虛線對于兩個相鄰的第一單元區(qū)示意性地示出正向方向上的空穴密度分布。

在從屬權(quán)利要求中指定了本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展。

在示范性實施例中，對于每個第一柵極換向晶閘管單元（在第一單元區(qū)中），此第一柵極換向晶閘管單元的第一基極層中的任何點和相鄰的第二陽極層（在第二單元區(qū)中）之間的橫向距離小于第一最大距離，并且此第一柵極換向晶閘管單元的第一陽極層的任何點和相鄰的第二基極層之間的橫向距離小于第一最大距離，其中第一最大距離為1mm或500μm。在此示范性實施例中，導(dǎo)通狀態(tài)中的第二gct單元的電子空穴等離子體能夠基本上到達(dá)相鄰的第一gct單元的整個區(qū)域，以有效地利用對于從第一主側(cè)到第二主側(cè)的電流方向（其是通過導(dǎo)通狀態(tài)中的第二gct單元的電流的方向）的整個晶圓面積。

在另一示范性實施例中，對于每個第二gct單元，此第二gct單元的第二基極層中的任何點和相鄰的第一陽極層之間的橫向距離小于第二最大距離，并且此第二gct單元的第二陽極層的任何點和相鄰的第一基極層之間的橫向距離小于第二最大距離，其中第二最大距離為1mm，示范性地為500μm。在此示范性實施例中，處于導(dǎo)通狀態(tài)的第一gct單元的電子空穴等離子體能夠基本上到達(dá)相鄰的第二gct單元的整個區(qū)域，以有效地利用對于在從第二主側(cè)到第一主側(cè)的方向上（其是通過導(dǎo)通狀態(tài)中的第一gct單元的電流的方向）的電流的整個晶圓面積。

在另一示范性實施例中，在與第一和第二主側(cè)正交的方向上的投影中，在每個第一gct單元中第一陽極層與第一陰極層重疊，并且在每個第二gct單元中第二陽極層與第二陰極層重疊。在此示范性實施例中，改進(jìn)了第一和第二gct單元的電特性。

示范性地，在與第一和第二主側(cè)正交的方向上的投影中，第一陽極層與第一陰極層對齊，以在每個第一柵極換向晶閘管單元中的這兩個層之間具有最大重疊，并且第二陽極層與第二陰極層對齊以在每個第二柵極換向晶閘管單元中的這兩層之間具有最大重疊。這允許在第一或第二gct單元的導(dǎo)通狀態(tài)中的最大電流以及器件的電特性的最優(yōu)化。

在另一示范性實施例中，每個第一柵極電極形成為第一基極層上的第一柵極金屬化層的部分，與第一基極層相對的第一柵極金屬化層的表面限定第一平面，每個第二柵極電極形成為在第二基極層上的第二柵極金屬化層的部分，與第二基極層相對的第二柵極金屬化層的表面限定第二平面，與第一陰極層相對的第一陰極電極的表面以及與第二陽極層相對的第二陽極電極的表面限定第三平面，與第一陽極層相對的第一陽極電極的表面以及與第二陰極層相對的第二陰極電極的表面限定第四平面，第一平面平行于第三平面，并且在從第一主側(cè)到第二主側(cè)的方向上從第三平面移位，以及第二平面平行于第四平面，并且在從第二主側(cè)到第一主側(cè)的方向上從第四平面移位。在此示范性實施例中，斜面端子允許促進(jìn)在標(biāo)準(zhǔn)壓接封裝中陽極和陰極電極的接觸。

在另一示范性實施例中，第一和第二陰極層中的每個包含由第一或第二基極層彼此分離的至少兩個陰極層區(qū)域。在此示范性實施例中，能夠使陰極層區(qū)域和相應(yīng)的柵極觸點的距離最小化，以優(yōu)化gct的接通和關(guān)斷控制。

在另一示范性實施例中，陰極層區(qū)域中的每個都是條形的，其具有在縱向軸線中的長度以及在垂直于縱向軸線的方向上的寬度，其中寬度小于長度。條形陰極層區(qū)域的使用允許晶圓面積的有效使用。

在另一示范性實施例中，第一和第二陰極層中的每個包括2至6個條形陰極層區(qū)域。在每第一和第二陰極層此數(shù)量的條形陰極層區(qū)域的情況下，實現(xiàn)對于兩個電流方向的整個晶圓面積的有效使用是可能的。示范性地，每個條形陰極半導(dǎo)體層區(qū)域的寬度在50μm和500μm之間。通過具有如此小數(shù)量的陰極層區(qū)域，能夠使單元區(qū)如此小，使得能夠在兩個直接相鄰的第一（或第二）單元區(qū)之間有效地實現(xiàn)等離子體重疊，并且熱仍然能夠有效地傳遞到其它單元區(qū)中。

在示范性實施例中，條形陰極層區(qū)域放置在圍繞器件的中心的同心環(huán)中，每個條的縱向軸線沿著徑向方向延伸，該徑向方向是從器件的中心延伸并且平行于第一和第二主側(cè)的方向。這種幾何形狀允許整個晶圓面積的最有效使用。

在示范性實施例中，第一基極層的橫向?qū)挾群偷谝魂枠O層的橫向?qū)挾戎g的比率以及第二基極層的橫向?qū)挾群偷诙枠O層的橫向?qū)挾戎g的比率分別在0.5和2之間。

在另一示范性實施例中，第一和第二柵極換向晶閘管單元的第一和第二漂移層形成平行于晶圓的第一和第二主側(cè)并在其之間延伸的一個連續(xù)的半導(dǎo)體層。

在另一示范性實施例中，第一和第二基極層在與第一和第二主側(cè)正交的方向上具有比第一和第二陽極層更大的厚度。

在另一示范性實施例中，每對相鄰的第一基極層和第二陽極層之間的距離以及每對相鄰的第二基極層和第一陽極層之間的距離在20μm和100μm之間的范圍中。

附圖說明

下面將參照附圖解釋本發(fā)明的詳細(xì)實施例，其中：

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的雙向功率半導(dǎo)體器件的截面圖;

圖2示出在圖1中所示的雙向功率半導(dǎo)體器件的第一主側(cè)上的俯視圖;

圖3示出圖2中所示的俯視圖的放大的剪切（cut-out）;以及

圖4示出在圖1中所示的雙向功率半導(dǎo)體器件的第二主側(cè)上的俯視圖。

附圖中使用的參考符號及其含義概括在參考符號列表中。通常，在說明書通篇中，類似的元件具有相同的參考符號。所描述的實施例意味著作為示例并且不應(yīng)限制本發(fā)明的范圍。

具體實施方式

在圖1至圖4中，示出有根據(jù)本發(fā)明的雙向功率半導(dǎo)體器件的實施例。圖1示出沿圖3中的線aa'的雙向功率半導(dǎo)體器件的部分截面圖。圖2示出在雙向功率半導(dǎo)體器件的第一主側(cè)上的俯視圖，以及圖3示出圖2中所示的俯視圖的放大的部分視圖。圖4示出在雙向功率半導(dǎo)體器件的第二主側(cè)上的俯視圖。

根據(jù)第一實施例的雙向功率半導(dǎo)體器件1包括半導(dǎo)體晶圓10，示范性地為硅晶圓，其具有第一主側(cè)11和平行于第一主側(cè)11布置的第二主側(cè)12。雙向功率半導(dǎo)體器件1包括：多個第一單元區(qū)（即至少兩個或至少三個），其中的每個具有第一柵極換向晶閘管（gct）單元20；以及多個第二單元區(qū)（即，至少兩個或至少三個），其中的每個具有第二gct單元40。第一和第二單元區(qū)交替。每個第一gct單元20以從第一主側(cè)11到第二主側(cè)12的順序包括第一陰極電極21、n型第一陰極層22、p型第一基極層23、n型第一漂移層24、p型第一陽極層25以及第一陽極電極26。每個第一gct單元20還包括第一柵極電極27，其布置成橫向于第一陰極層22并通過第一基極層23與第一陰極層22分離。這個專利說明書通篇中，術(shù)語“橫向”涉及橫向方向（其為與第一主側(cè)11平行的方向）。雙向功率半導(dǎo)體器件1還包括多個第二gct單元40。每個第二gct單元以從第一主側(cè)11到第二主側(cè)12的順序包括第二陽極電極46、p型第二陽極層45、n型第二漂移層44、p型第二基極層43、n型第二陰極層42以及第二陰極電極41。每個第二gct單元40還包括第二柵極電極47，其布置成橫向于第二陰極層42，并且通過第二基極層43與第二陰極層42分離。

第一和第二漂移層24、44具有示范性地在n=5.0·10¹¹cm^-3和n=1.0·10¹⁴cm^-3之間的或者示范性地小于5·10¹³cm^-3的凈摻雜濃度。在此說明書通篇中，層的凈摻雜濃度是最大摻雜濃度。示范性地，第一和第二漂移層24、44都具有相同的凈摻雜濃度。第一和第二基極層23、43以及第一和第二陽極層25、45具有示范性地在p=1·10¹⁶cm^-3和p=1·10¹⁹cm^-3之間的凈摻雜濃度，并且第一和第二陰極層22、42具有示范性地在n=1·10¹⁸cm^-3和n=1·10²¹cm^-3之間的凈摻雜濃度。示范性地，第一和第二基極層23、43都具有相同的凈摻雜濃度。此外，第一和第二陽極層25、45都可以具有相同的凈摻雜濃度。此外，第一和第二基極層以及第一和第二陽極層可以都具有相同的凈摻雜濃度。同樣地，第一和第二陰極層22、42可以都具有相同的凈摻雜濃度。

在本實施例中，第一和第二基極層23、43以及第一和第二陽極層25、45示范性地具有在垂直于晶圓10的第一和第二主側(cè)11、12的方向上的在2μm和250μm之間的或者示范性地在10μm到150μm之間的深度。示范性地，第一和第二基極層都具有相同的深度。同樣地，第一和第二陽極層25示范性地都具有相同的深度。在其中，第一和第二基極層23、43的深度能夠與第一和第二陽極層25、45的深度相同（如圖1中所示的），或者第一和第二陽極層25、45的深度能夠小于第一和第二基極層的深度。在此說明書通篇中，術(shù)語“深度”應(yīng)指示從與被布置的層鄰近的那個主側(cè)所述層延伸到的最大距離，即對于第一基極層23，其是在與第一主側(cè)11垂直的方向上離第一主側(cè)11的最大距離。在與晶圓10的第一主側(cè)和第二主側(cè)11、12垂直的方向上的第一漂移層和第二漂移層24、44的厚度取決于器件的額定電壓。對于3.3kv器件，其示范性地在350μm和440μm之間，或?qū)τ?.5kv器件在480μm和570μm之間。示范性地，第一和第二漂移層24、44都具有相同的厚度。在其中，第一（第二）gct單元20（40）中的第一（第二）漂移層24（44）的厚度是此第一（第二）gct單元20（40）的第一（第二）基極層23（43）與第一（第二）陽極層25（45）之間的最小距離。

第一單元區(qū)中的第一gct單元20與第二單元區(qū)中的第二gct單元40交替。每個第一gct單元20的第一基極層23分別通過n型第一分離區(qū)域50與相鄰的第二陽極層45分離。同樣地，每個第二gct單元40的第二基極層43分別通過n型第二分離區(qū)域60與相鄰的第一陽極層25分離。在本實施例中，多個第一和第二gct單元20和40的第一和第二漂移層24和44形成平行于晶圓10的第一和第二主側(cè)11、12并在其之間延伸的連續(xù)的n型層。第一和第二單元區(qū)之間的分離由n摻雜分離區(qū)域50、60構(gòu)成（示范性地通過第一和第二漂移層24、44延伸到器件的表面，使得漂移層24、44（即分離區(qū)域50）分離p摻雜第一基極和第二陽極層23、45以及p摻雜第二基極和第一陽極層25、43，使得熱能夠擴(kuò)散到相鄰的單元區(qū)中。

第一和第二分離區(qū)域50、60具有示范性地在20μm和100μm之間的橫向?qū)挾龋ㄆ涫堑谝换虻诙枠O層25、45與相鄰的第二或第一基極層23、43之間的橫向距離）。第一和第二分離區(qū)域50、60的寬度必須足夠大以避免穿通效應(yīng)來阻斷對于關(guān)斷或在阻斷期間所要求的柵極電壓。在另一側(cè)上，橫向?qū)挾葢?yīng)該足夠小以允許在第一漂移層24中形成的每個第一gct單元20的電子空穴等離子體擴(kuò)散到相鄰的第二gct單元40中，并允許在第二漂移層44中形成的每個第二gct單元40的電子空穴等離子體擴(kuò)散到相鄰的第一gct單元20中。如圖1中所示的，在每個第一分離區(qū)域50上形成第一鈍化層51，并且在每個第二分離區(qū)域60上形成第二鈍化層61。

在示范性實施例中，對于每個第一柵極換向晶閘管單元，第一柵極換向晶閘管單元的第一基極層23中的任何點與相鄰的第二陽極層45之間的橫向距離小于第一最大距離（圖1中第一基極層23下面的虛線箭頭線）。此第一柵極換向晶閘管單元的第一陽極層25的任何點與相鄰的第二基極層43之間的橫向距離也可以小于第一最大距離。示范性地，第一最大距離為1mm或500μm。那意味著第一最大距離對應(yīng)于第一基極層23的寬度加上布置在第一基極層23和相鄰的第二陽極層45之間的此種分離區(qū)域50的寬度。對應(yīng)地，第一最大距離也對應(yīng)于第一陽極層25的寬度加上布置在第一陽極層25和相鄰的第二基極層43之間的此種分離區(qū)域60的寬度。

在另一示范性實施例中，第二gct單元的第二基極層43中的任何點與相鄰的第一陽極層25之間的橫向距離小于第二最大距離（圖1中在第二基極層43上方的虛線箭頭線）。此第二gct單元的第二陽極層45的任何點與相鄰的第一基極層23之間的橫向距離小于第二最大距離。示范性地，第二最大距離為1mm或500μm。那意味著第二最大距離對應(yīng)于第二基極層43的寬度加上布置在第二基極層43和相鄰的第一陽極層25之間的此種分離區(qū)域60的寬度。對應(yīng)地，第二最大距離也可以對應(yīng)于第二陽極層45的寬度加上布置在第二陽極層45和相鄰的第一基極層23之間的此種分離區(qū)域50的寬度。

在本實施例中，第一陰極層22中的每個包含通過第一基極層23彼此分離的三個條形陰極層區(qū)域22a、22b和22c。同樣地，第二陰極層42中的每個包含通過第二基極層43彼此分離的三個條形陰極層區(qū)域42a、42b和42c。那意味著每個第一（第二）gct單元20（40）包括僅一個第一（第二）陰極層22（42），但是包括多個第一（第二）陰極層區(qū)域22a、22b、22c（42a、42b、42c）。在本說明書通篇中，條形意味著縱向形狀，其中縱向方向上的長度比在垂直于縱向方向且平行于晶圓的第一或第二主側(cè)的寬度方向上的條形區(qū)域的寬度要長。示范性地，布置三個條形陰極層區(qū)域22a、22b和22c，使得它們的長度側(cè)面向彼此。

第一和第二陽極層25和45也是條形的，但是具有比條形陰極層區(qū)域22a、22b和22c更寬的橫向?qū)挾?。這能夠在圖1中最好地看出，其中橫向?qū)挾仁窍鄳?yīng)的左端和相應(yīng)的右端之間的距離。

在本實施例中，每個第一柵極電極27形成為在第一基極層23上的第一柵極金屬化層81（見圖2）的一部分，其中與第一基極層23相對的第一柵極金屬化層81的表面限定第一平面。此外，每個第二柵極電極47形成為第二基極層43上的第二柵極金屬化層82（見圖4）的一部分，其中與第二基極層43相對的第二柵極金屬化層82的表面限定第二平面。與第一陰極層22相對的第一陰極電極21的表面以及與第二陽極層45相對的第二陽極電極46的表面限定/形成第三平面，并且與第一陽極層25相對的第一陽極電極26的表面以及與第二陰極層42相對的第二陰極電極41的表面限定/形成第四平面。換言之，所有第一陰極電極21和所有第二陽極電極46都布置在相同平面中。同樣地，所有第二陰極電極41和所有第一陽極電極26都布置在相同平面中。在其中，第一平面平行于第三平面，并且在從第一主側(cè)11到第二主側(cè)12的方向上從第三平面移位，并且第二平面平行于第四平面并在從第二主側(cè)12到第一主側(cè)11的方向上從第四平面移位。此臺式結(jié)構(gòu)在標(biāo)準(zhǔn)壓接封裝中促使第一主側(cè)11上的第一陰極電極21和第二陽極電極46與第一金屬板（例如鉬盤）接觸，并且使在第二主側(cè)12上的第二陰極電極41和第一陽極電極26與第二金屬板（例如鉬盤）接觸。

在本實施例中，在與第一和第二主側(cè)11、12正交的投影中，每個第一gct單元20的第一陽極層25與相同第一gct單元20的第一陰極層22對齊，以在每個第一gtc單元20中的這兩層之間具有最大重疊（即，第一陽極層25和第一陰極層區(qū)域22a、22b、22c之間的最大重疊面積），并且每個第二gct單元40的第二陽極層45與相同第二gct單元40的第二陰極層42對齊，以在每個第二gtc單元40中的這兩個層之間具有最大重疊（即，第二陽極層25和第二陰極層區(qū)域42a、42b、42c之間的最大重疊面積）。

圖2示出在晶圓10的第一主側(cè)11上的俯視圖。在圖2中所示的俯視圖中，能夠看到有分別在第一gct單元20的陰極層區(qū)域22a、22b和22c形成的頂部表面上的第一陰極電極21和在第二陽極層45的頂部表面上形成的陽極電極46的圖案。每個第一陰極電極21包括與相應(yīng)的第一gct單元20的三個陰極層區(qū)域22a、22b和22c對應(yīng)的三個條形電極部分。因此，每個第一gct單元20包括僅一個第一陰極電極21（包含彼此分離的多個電極部分）。陽極電極46是條形的，其對應(yīng)于相應(yīng)的第二gct單元的第二陽極層45的條形。

條形陽極電極46和每個第一陰極電極21的條形電極部分的縱向方向具有它在徑向方向上對齊的縱向方向，該方向是從器件的中心延伸并平行于晶圓10的第一主側(cè)11的方向。其中，器件的中心是圓形晶圓10的第一主側(cè)11的中心。

在垂直于相同第一或第二gct單元20、40的條形陰極層區(qū)域的縱向軸線的方向上的每個第一和第二基極層23、43的橫向?qū)挾龋丛趦蓚€分離區(qū)域50、60之間的第一或第二基極層23、43的延伸，其是在圖1中相應(yīng)的左端和相應(yīng)右端之間的距離）示范性地小于1mm，或者示范性地小于500μm。同樣地，在垂直于其縱向軸線的方向上的第一和第二陽極層25、45的橫向?qū)挾龋矗瑑蓚€分離區(qū)域60、50之間的第一或第二陽極層25、45的延伸）示范性地小于1mm，或者示范性地小于500μm。每個第一gct單元20中的第一基極層23的橫向?qū)挾扰c第一陽極層25的橫向?qū)挾戎g的比率以及每個第二gct單元40的第二基極層43的橫向?qū)挾扰c第二陽極層45的橫向?qū)挾戎g的比率示范性地在0.5和2之間，或者它示范性地為1。

每個條形陰極半導(dǎo)體層區(qū)域22a、22b、22c、42a、42b和42c的橫向?qū)挾仍诖怪庇谄淇v向軸線的方向上在50μm至500μm之間。

多個第一gct單元20和多個第二gct單元40布置在圍繞器件中心的三個同心環(huán)中。在每個環(huán)中，第一gct單元20與第二gct單元40交替。因此，在圖2中，第二陽極電極46與分別包括三個條形電極部分的第一陰極電極21交替，如上所述的。在圖2中，第二陽極電極46能夠識別為具有垂直于其縱向軸線的較大橫向?qū)挾鹊臈l，并且形成第一陰極電極21的條形電極部分能夠被識別為具有垂直于其縱向軸線的較小橫向?qū)挾鹊臈l。

在圓形晶圓10的第一主側(cè)11上的中心區(qū)域中，布置有第一公共柵極觸點71，多個第一gct單元20的所有第一柵極電極27電連接到第一公共柵極觸點71。第一gct單元20的第一柵極電極27及其之間的連接被實現(xiàn)為第一柵極金屬化層81。

在圖4中，示出有在雙向功率半導(dǎo)體器件1的第二主側(cè)12上的俯視圖。由于第一和第二gct單元20、40的對稱布置，能夠看到有第一陽極電極26和第二陰極電極41的電極圖案，其與圖2中所示的第一陰極電極21和第二陽極電極46的電極圖案類似。

在圖4中，第一陽極電極26與分別包括三個條形電極部分的第二陰極電極41交替。每個第二gct單元40包括僅一個第二陰極電極41（包含彼此分離的多個電極部分）。在圖4中，第一陽極電極26能夠識別為具有垂直于其縱向軸線的較大橫向?qū)挾鹊臈l，并且形成第二陰極電極41的條形電極部分能夠識別為具有垂直于其縱向軸線的較小橫向?qū)挾鹊臈l。

在晶圓10的第二主側(cè)12上的中心區(qū)域中，布置有第二公共柵極觸點72，多個第二gct單元40的所有第二柵極電極47電連接到第二公共柵極觸點72。第二gct單元40的第二柵極電極47及其之間的連接被實現(xiàn)為第二柵極金屬化層82。

本發(fā)明的雙向功率半導(dǎo)體器件提供了雙向關(guān)斷晶閘管（btt），其允許對在垂直于晶圓10的第一和第二主側(cè)11、12的兩個方向上流動的電流的接通和關(guān)斷兩者的完全柵極控制。由于第一和第二gct單元20、40的交錯布置，晶圓10的完全硅面積被電利用和熱利用。對于第一和第二gct單元20、40的接通和關(guān)斷的柵極控制取決于應(yīng)用要求能夠采用低電感柵極控制（像在集成柵極換向晶閘管（igct）中），或者能夠采用用于軟切換的標(biāo)準(zhǔn)gto晶閘管柵極控制。示范性地，對于第一和第二gct單元采用兩個單獨(dú)的柵極控制單元。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，在不脫離如由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的構(gòu)思的情況下，上述實施例的修改是可能的。

在上述實施例中，雙向功率半導(dǎo)體器件1描述有分別包括三個條形陰極層區(qū)域22a、22b、22c或42a、42b、42c的第一和第二陰極層22、42。然而，每個第一或第二陰極層中僅具有一個連續(xù)的陰極層區(qū)域，或者每個第一或第二陰極層中具有任何其它數(shù)量的陰極層區(qū)域也是可能的。示范性地，每個第一和第二陰極層22、42包括2至6個條形陰極層區(qū)域。

在上述實施例中，雙向功率半導(dǎo)體器件1描述有圓形硅晶圓10。然而，晶圓10可以具有任何其它形狀，例如矩形形狀，或者可以由不同的半導(dǎo)體材料例如硅碳化物或iii族氮化物，例如（algaln）n構(gòu)成。

本發(fā)明的實施例描述有條形第一和第二gct單元的非常特定的布置。然而，可以采用其它布置，例如在矩形晶圓上的條形第一和第二gct單元的平行布置，或蜂窩形第一和第二gct單元的蜂窩布置，或圓形第一和第二gct單元的規(guī)則布置或者在規(guī)則圖案中的多邊形的第一和第二gct單元的布置。

通過特定的導(dǎo)電類型解釋了上面實施例?？梢郧袚Q上述實施例中的半導(dǎo)體層的導(dǎo)電類型，使得被描述為p型層的所有層都將會是n型層，并且被描述為n型層的所有層都將會是p型層。例如，在修改的實施例中，第一/第二gct單元20、40能夠包含p摻雜的第一/第二陰極半導(dǎo)體層22、42，n摻雜的第一/第二基極層23、43，p摻雜的第一/第二漂移層24、44以及n摻雜的第一/第二陽極層25、45。

所有實施例描述有中央第一和第二公共柵極觸點71、72。然而，本發(fā)明不限于此類中央公共柵極觸點71、72。在晶圓10的周邊處或甚至在晶圓10的周邊和中心之間的某處的兩個環(huán)之間具有環(huán)形的第一和第二公共柵極觸點也將會是可能的。

應(yīng)該注意到，術(shù)語“包括”不排除其它元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個”不排除復(fù)數(shù)。還可以組合與不同實施例相關(guān)聯(lián)的所描述的元件。

參考符號列表

1雙向功率半導(dǎo)體器件

10晶圓

11第一主側(cè)

12第二主側(cè)

20第一柵極換向晶閘管（gct）單元

21第一陰極電極

22第一陰極層

22a，22b，22c陰極層區(qū)域

23第一基極層

24第一漂移層

25第一陽極層

26第一陽極電極

27第一柵極電極

40第二柵極換向晶閘管（gct）單元

41第二陰極電極

42第二陰極層

42a，42b，42c陰極層區(qū)域

43第二基極層

44第二漂移層

45第二陽極層

46第二陽極電極

47第二柵極電極

50第一分離區(qū)域

51第一鈍化層

60第二分離區(qū)域

61第二鈍化層

71第一公共柵極觸點

72第二公共柵極觸點

81第一金屬化層

82第二金屬化層