反向导通功率半导体器件的制作方法_3

文档序号:9472875阅读:来源:国知局
是低掺杂浓度的层。示范地,漂移层3具有恒定低掺杂浓度。其中,漂移层3的基本上恒定的掺杂浓度表示掺杂浓度在整个漂移层上是基本上同质的,但是没有排除大约为一至五倍的漂移层中的掺杂浓度的波动因例如外延生长过程中的波动而也许可能存在。因应用需要而选择最终漂移层厚度32和掺杂浓度。漂移层3的示范掺杂浓度在5 X 112 cm 3与5 X 10 14cm 3之间。
[0039]二极管单元的第一主侧层(即,二极管阳极层55)可对齐到所述二极管单元(即,二极管阴极层45)的第二主侧层。在未对齐的情况下,设置成最接近第一主侧层的二极管阴极层45将属于同一单元。因此,在未对齐的情况下,该器件可按照如下方式来设计:使得一个以上第二侧层可分配给单元或者其他一个第二侧层分配给两个单元。
[0040]二极管单元96通过分隔区35 (其由η掺杂层来形成)与GCT单元91分隔。示范地,在分隔区35中,漂移层3设置在二极管与GCT单元96、91之间,以及漂移层3延伸到第一主侧11。分隔区35也能够将标准边缘端接技术用于反向偏置条件下的改进场扩展。在一示范实施例中,分隔区35具有5?200 μm或者20?100 μπι的宽度。
[0041]在一备选实施例中,二极管缓冲层32可延伸到分隔区35中,它甚至可如图3所示在分隔区35中朝第一主侧11完全覆盖漂移层3。由此,二极管缓冲层32将二极管阳极层55与二极管漂移层3”分隔。
[0042]使用期限限制(lifetime killing)层可至少设置在二极管单元96中。这能够通过在创建期限使用掩模或者将侧向限制离子束应用到二极管单元96上将使用期限限制层限制到二极管单元96进行。在另一个示范实施例中,使用期限限制层可作为连续层在一个平面中的晶圆的整个面积之上形成,该平面设置成与主侧平行。与使用期限限制层是否限制到二极管单元96或者制作为连续层无关,该器件示范地采用质子或氦离子来辐射以供创建使用期限限制层,之后接着退火步骤。
[0043]“深度”将表示层从侧面延伸到并且其上设置层的最大距离,即,对于P晶闸管基层6,它是从第一主侧11并且沿与第一主侧11的正交投影的最大距离。第一主侧11将设置在那个平面中,门电极7从晶圆10投影到其上。
[0044]该器件包括至少一个混合部分99,其中二极管单元96与GCT单元91交替。在一示范实施例中,二极管单元96设置成使得一个二极管单元96设置在两个相邻GCT单元91之间。那就意味着,各二极管单元96设置成使得一个二极管阳极层55设置在两个相邻GCT单元91之间、即属于这些GCT单元91的晶闸管阴极层4和/或其门电极7之间。
[0045]在另一个示范实施例中,可存在多个GCT单元91,其设置成彼此直接相邻,使得二极管单元96与GCT单元91的比率在1: 一直到1:5之间改变。二极管单元96的数量定义为二极管阳极层55的数量,以及对于GCT单元91,定义为晶闸管阴极层4的数量。又对于混合部分99,二极管单元96将被理解为二极管阳极层55和GCT单元91的布置,作为晶闸管阴极层4的布置。
[0046]在针对二极管单元96的定位的本专利申请中,它将被理解为二极管阳极层55的定位,即,二极管单元96的第一主侧层的定位。针对GCT单元91的定位,它将被理解为晶闸管阴极层4(以及门电极7和晶闸管基层6)的定位、即GCT单元91的第一主侧层的定位。
[0047]在另一个示范实施例中,第一主侧11上的结构对齐到第二主侧15的结构。那就意味着,在二极管单元96中,二极管阳极层55设置成投影到二极管阴极层45/与二极管阴极层45相对。在GCT单元91中,晶闸管阴极层4和门电极7设置成正交投影到晶闸管阳极层5/与晶闸管阳极层5相对。在另一个示范实施例中,二极管阴极层45设置成正交投影到某个面积(其最多通过直接相邻GCT单元的晶闸管阴极层4的正交投影面积来限制)中的二极管阳极层55。备选地,在第一主侧层与第二主侧层之间没有存在对齐。
[0048]在另一个实施例中,至少存在与二极管单元91同样多的GCT单元96。比率例如能够至少为1:3,以便实现良好GCT性能。甚至通过这种比率,仍然存在足够的二极管单元96,以确保在二极管模式的良好性能。
[0049]二极管单元96可具有这种小尺寸,使得在GCT模式的器件的操作期间,等离子体在二极管单元96中是可形成的。这种效应可通过在与第一主侧11平行的平面中具有50 —直到500 μπι的最大侧向延伸的二极管单元96的至少一个或全部来实现。为了实现该效应,GCT单元91的至少一个或全部也可在与第一主侧11平行的平面中具有50 —直到500μ m的最大侧向延伸。在另一个示范实施例中,GCT和二极管单元的至少一个或全部在与第一主侧11平行的平面中具有50 —直到500 μπι的最大侧向延伸。单元的侧向延伸能够被理解为两个相邻单元之间的距离,即,二极管阳极层55与直接相邻GCT单元的第一主侧层其中之一之间或者两个直接相邻GCT单元的第一主侧层之间的距离。
[0050]晶闸管阴极层4包括一个第一半部分,其设置成比第二半部分要更接近二极管阴极层45。其中设置二极管阴极层45的面积可通过二极管单元面积惯用语直接相邻GCT单元91的第一阴极层4的第一半部分的正交投影面积进一步限制。那就意味着,二极管阴极层45设置成正交投影到面积(其最多通过直接相邻GCT单元91 (其设置到所述二极管阴极层45)的晶闸管阴极层4的那个半部分的正交投影面积来限制)中二极管阳极层55。
[0051]与第一主侧11平行的平面中的二极管阴极层45的总面积能够示范地选择为总晶圆面积的10至30%。
[0052]如图4所示,二极管阴极层45可由与第二导电类型的ρ+掺杂阳极短区51交替的分布式阴极区451来形成。阳极短区51不必与第一主侧11上的器件的结构、即二极管阴极层45以及晶闸管阳极层5对齐,并且阳极短区51不必定位成分别正交投影到二极管阳极层55或晶闸管阴极层4。
[0053]为了允许GCT到二极管模式之间的快速切换,二极管单元96(即,二极管阳极层55)可均匀地分布在混合部分99中的晶圆面积之上。
[0054]如图6所示,具有晶圆10上的引导GCT部分9也可以是有利的,其仅由GCT单元91 (示范地为6个或更多、示范地为至少10个)组成,其彼此直接相邻,并且在引导GCT部分9中没有二极管单元。那就意味着,多个第一阴极层4、晶闸管基层6和门电极7设置成相互直接相邻,而在它们之间无需具有二极管阳极层4。这种引导GCT部分9在第一主侧11上由晶闸管阴极层4和门电极7(连同公共连续晶闸管基层6)组成,其设置成彼此直接相邻,而在它们之间无需具有二极管阳极层4。
[0055]这种引导GCT部分9能够是单个引导GCT部分,或者可存在设置在器件中的多个、即两个或更多这类GCT部分。GCT引导部分9的总面积能够是总晶圆面积的10至50%。通过这种引导GCT部分9,能够改进器件的导通性能。
[0056]在又一实施例中,晶圆10具有圆形的形状,以及第一阴极层4和二极管阳极层55作为带径向设置到圆的中心。二极管单元96可按照规则方式设置在如图5所示的圆的中心。在另一个备选方案中,存在引导GCT部分9,其与段交替地设置在圆的段中,其中GCT单元95与二极管单元91交替,因而形成与GCT单元91和二极管单元96相混合的面积99。
[0057]在另一个实施例中,切换导电类型,即,第一导电类型
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