具有增强的双极放大的功率半导体晶体管的制作方法

本说明书涉及功率半导体晶体管的实施方式。具体地，本说明书涉及具有使得在过载状态期间能够增加电荷载流子注入的装置的功率半导体晶体管的实施方式。

背景技术：

汽车、消费者和工业应用中的现代设备的许多功能(例如转换电能和驱动电动机或电机)都依赖于半导体器件。例如，举几个例子来说，绝缘栅双极晶体管(igbt)、金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)和二极管已经用于各种应用，包括但不限于电源和电力转换器中的开关。

这种功率半导体器件中的一些(例如功率半导体晶体管)能够在正向和反向两者上传导负载电流，例如反向导通igbt(rc-igbt)。

功率半导体晶体管通常被设计为在标称条件下连续工作，例如，根据该标称条件，负载电流通常不超出标称值超过预定时间段。

有时，功率半导体晶体管可能还是会经受显著高于标称负载电流的过载电流。在这种过载状态期间，通常不切换功率半导体晶体管；相反，最终的切换操作被推迟，直到过载电流已下降到某一值为止。

即使功率半导体晶体管可以不被设计为在过载状态下连续操作，也会需要功率半导体晶体管可以在一段时间内承受过载电流，而不会遭受任何损坏。

技术实现要素：

根据实施方式，一种功率半导体晶体管包括第一负载端子、第二负载端子以及耦接至第一负载端子和第二负载端子的半导体本体，其中，半导体本体包括：具有第一导电类型的掺杂剂的漂移区；配置成传导正向负载电流的晶体管区段，晶体管区段具有将第一负载端子耦接至漂移区的第一侧的控制头；以及配置成传导反向负载电流的二极管区段，其中，二极管区段具有将第二负载端子耦接至漂移区的第二侧的二极管端口，其中，二极管端口包括：第一发射极，其具有第一导电类型的掺杂剂并且被配置成将多数电荷载流子注入漂移区中，第一发射极被电连接至第二负载端子；以及第二发射极，其具有第二导电类型的掺杂剂并且被配置成将少数电荷载流子注入漂移区中，其中，第一发射极被布置为与第二发射极接触，并且其中，通过第一发射极与第二发射极之间的过渡形成的pn结而呈现小于10v的击穿电压。第一发射极和第二发射极中的每一个呈现至少5e18cm^-3的掺杂剂浓度。

根据另一实施方式，一种功率半导体晶体管包括第一负载端子、第二负载端子以及耦接至第一负载端子和第二负载端子的半导体本体，半导体本体包括：具有第一导电类型的掺杂剂的漂移区；多个有源单元，其被配置成实现用于传导正向负载电流的晶体管操作和用于传导反向负载电流的二极管操作二者，每个有源单元包括控制头和界面区，控制头将第一负载端子耦接至漂移区的第一侧，而界面区将第二负载端子耦接至漂移区的第二侧；其中，界面区包括：第一发射极，其具有第一导电类型的掺杂剂并且被配置成将多数电荷载流子注入漂移区中用于二极管操作；第二发射极，其具有第二导电类型的掺杂剂并且被配置成将少数电荷载流子注入漂移区中；以及第三发射极，其被布置为与第二发射极隔开并且电连接至第二负载端子，第三发射极具有第二导电类型的掺杂剂并且被配置成将少数电荷载流子注入漂移区中用于晶体管操作，其中，第二发射极的掺杂剂浓度大于第三发射极的掺杂剂浓度。第一发射极、第二发射极和第三发射极中的每一个电连接至第二负载端子。半导体本体还包括具有第一导电类型的掺杂剂的、与漂移区相比具有较大的掺杂剂浓度的场截止区，其中，场截止区将第一发射极、第二发射极和第三发射极中的每一个耦接至漂移区。

根据又另一实施方式，一种功率半导体晶体管包括第一负载端子、第二负载端子以及耦接至第一负载端子和第二负载端子的半导体本体，半导体本体包括：具有第一导电类型的掺杂剂的漂移区；多个有源单元，其被配置成实现用于传导正向负载电流的晶体管操作和用于传导反向负载电流的二极管操作二者，每个有源单元包括控制头和界面区，控制头将第一负载端子耦接至漂移区的第一侧，而界面区将第二负载端子耦接至漂移区的第二侧；其中，界面区包括：第一发射极，其具有第一导电类型的掺杂剂并且被配置成将多数电荷载流子注入漂移区中用于二极管操作；第二发射极，其具有第二导电类型的掺杂剂并且被配置成将少数电荷载流子注入漂移区中；以及第三发射极，其被布置为与第二发射极隔开，第三发射极具有第二导电类型的掺杂剂并且被配置成将少数电荷载流子注入漂移区中用于晶体管操作，其中，第一发射极、第二发射极和第三发射极中的每一个电连接至第二负载端子。第二发射极的掺杂剂浓度大于第三发射极的掺杂剂浓度。第三发射极使第二发射极与第一发射极隔离。

本领域技术人员在阅读下面的详细描述并且在查看附图时将意识到附加的特征和优点。

附图说明

附图中的部件不一定按比例绘制，而是重点在于说明本发明的原理。此外，在附图中，相同的附图标记表示相应的部件。在附图中：

图1示意性地示出了根据一个或更多个实施方式的功率半导体晶体管的垂直横截面的一部分；

图2示意性地示出了根据一个或更多个实施方式的功率半导体晶体管的垂直横截面的一部分；

图3示意性地示出根据一个或更多个实施方式的功率半导体晶体管的垂直横截面的一部分；

图4示意性地示出了根据一个或更多个实施方式的反向导通igbt的垂直横截面的一部分；

图5-11均示意性地示出了根据一个或更多个实施方式的功率半导体晶体管的发射极布置的垂直横截面的一部分；以及

图12-13均示意性地示出了根据一个或更多个实施方式的功率半导体晶体管的发射极布置的水平投影的截面。

具体实施方式

在下面的详细描述中，参照形成其一部分的附图，其中通过示例的方式示出了可以实施本发明的具体实施方式。

在这方面，诸如“顶部”、“底部”、“下面”、“前面”、“后面”、“背面”、“引导”、“跟随”、“之下”、“之上”等方向术语可以参考所描述的附图的取向来使用。由于实施方式的部件可以以多个不同的方向定位，所以方向性术语用于说明的目的，而绝不是限制性的。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施方式，并且可以进行结构或逻辑改变。因此，下面的详细描述不应被理解为限制性的，并且本发明的范围由所附权利要求限定。

现在将详细参考各种实施方式，在附图中示出了一个或更多个示例。每个实施方式以说明的方式提供，并不意味着对本发明的限制。例如，作为一个实施方式的一部分示出或描述的特征可以在其它实施方式上使用或与其它实施方式结合使用，以产生另一实施方式。意在本发明包括这样的修改和变化。使用不应被解释为限制所附权利要求的范围的特定语言来描述示例。附图不是按比例绘制的，并且仅用于说明目的。为了清楚起见，如果没有另外说明，相同的元件或制造步骤已在不同的附图中由相同的附图标记标明。

在本说明书中使用的术语“水平的”旨在描述基本上平行于半导体衬底或半导体本体的水平表面的取向。这可以是例如半导体晶片或芯片的表面。例如，以下提及的第一横向方向x和第二横向方向y均可以是水平方向，其中，第一横向方向x和第二横向方向y可以彼此垂直。

在本说明书中使用的术语“垂直的”旨在描述基本上垂直于水平表面布置的取向，即，平行于半导体晶片的表面的法线方向。例如，下面提到的延伸方向z可以是垂直于第一横向方向x和第二横向方向y两者的垂直方向。

在本说明书中，n掺杂被称为“第一导电类型”，而p掺杂被称为“第二导电类型”。或者，可以采用相反的掺杂关系，使得第一导电类型可以是p掺杂，而第二导电类型可以是n掺杂。

此外，在本说明书中，术语“掺杂剂浓度”可以指平均掺杂剂浓度，或者分别指特定半导体区域或半导体区(例如在沟槽内的半导体区域)的平均掺杂剂浓度或表层电荷载流子浓度。因此，例如，说明特定半导体区域呈现出与另一半导体区域的掺杂剂浓度相比较高或较低的特定掺杂剂浓度的陈述可以指示半导体区域的各个平均掺杂剂浓度彼此不同。

在本说明书的上下文中，术语“欧姆接触”、“电接触”、“欧姆连接”和“电连接”旨在描述在半导体器件的两个区域、区段、区、部或部分之间或在一个或更多个器件的不同端子之间或在端子或金属化或电极与半导体器件的部分或一部分之间存在低欧姆电连接或低欧姆的电流路径。此外，在本说明书的上下文中，术语“接触”旨在描述在相应半导体器件的两个元件之间存在直接物理连接；例如，彼此接触的两个元件之间的过渡可以不包括另外的中间元件等。

在本说明书中描述的具体实施方式涉及但不限于可以在电力转换器或电源内使用的功率半导体晶体管。例如，功率半导体晶体管可以包括一个或更多个有源功率半导体单元，例如单片集成二极管单元、和/或单片集成晶体管单元、和/或单片集成igbt单元、和/或单片集成rc-igbt单元、和/或单片集成mos栅控二极管(mgd)单元、和/或单片集成mosfet单元和/或其衍生物。这种二极管单元和/或这种晶体管单元可以集成在功率半导体模块中。

在本说明书中使用的术语“功率半导体晶体管”旨在描述具有高电压阻断和/或高电流承载能力的单个芯片上的半导体器件。换言之，这种功率半导体器件旨在用于高电流(通常在安培范围内，例如高达几十或几百安培)和/或高电压(通常高于15v，更典型地为100v及以上)。

图1示意性示出了根据一种或更多种实施方式的功率半导体晶体管1的垂直横截面的一部分，在下文中该功率半导体晶体管1还被简称为“晶体管”。所示出的垂直横截面可以平行于由垂直方向z和被布置成与垂直方向z正交的第一横向方向x所限定的平面。

晶体管1包括耦接至第一负载端子11和第二负载端子12的半导体本体10。在一种实施方式中，第一负载端子11被布置在半导体本体10的前侧，而第二负载端子12被布置在半导体本体10的后侧。例如，第一负载端子11包括前侧金属化，而第二负载端子12包括后侧金属化。

晶体管1可以被配置成：沿正向(例如与垂直方向z相反)以及沿与正向相反的反向(例如沿垂直方向z)在第一负载端子11与第二负载端子12之间传导负载电流。为此，晶体管1可以包括被配置成至少部分地传导正向负载电流的晶体管区段1-1。此外，晶体管1可以包括被配置成至少部分地传导反向负载电流的二极管区段1-2。例如，接近于第二负载端子12，例如，在晶体管1的后侧区域，二极管区段1-2可以被布置成横向邻近于晶体管区段1-1，如图1示意性所示。

晶体管1的半导体本体10可以包括具有第一导电类型的掺杂剂的漂移区100。例如，漂移区是弱掺杂n区。

晶体管1还可以具有将第一负载端子11耦接至漂移区100的第一侧100-1的控制头1-11。控制头1-11可以被布置在晶体管1的前侧区域。例如，控制头1-11可以形成所述晶体管区段1-1和所述二极管区段1-2中的每一个的一部分，其中，所述晶体管区段1-1被配置成至少部分地传导正向负载电流，所述二极管区段1-2被配置成至少部分地传导反向负载电流。将第一负载端子11耦接至漂移区100的第一侧100-1的控制头1-11可以呈现具有例如源区、本体区(还被称为沟道区)和绝缘栅的常规配置，将相对于图4更详细地说明其示例性实施方式。

被配置成至少部分地传导反向负载电流的二极管区段1-2可以包括将第二负载端子12耦接至漂移区100的第二侧100-2的二极管端口1-22。二极管端口1-22可以包括第一发射极101，该第一发射极101具有第一导电类型的掺杂剂并且被配置成将多数电荷载流子注入漂移区中，其中，第一发射极101可以电连接至第二负载端子12。例如，第一发射极是高掺杂n区(n⁺区)

如图1所示，漂移区100的第一侧100-1可以面向第一负载端子11，例如，面向晶体管1的前侧，而漂移区100的第二侧100-2可以面向第二负载端子12，例如，面向晶体管1的后侧。

晶体管区段1-1还可以包括还将第二负载端子12耦接至漂移区100的第二侧100-2的漏极端口1-12。该漏极端口1-12可以包括第三发射极103，该第三发射极103可以被布置成横向邻近于第一发射极101并且也电连接至第二负载端子12。第三发射极103可以具有第二导电类型的掺杂剂并且可以被配置成将少数电荷载流子注入漂移区100中。

在一种实施方式中，第一发射极101、第二发射极102和第三发射极103形成晶体管1的后侧发射极。

例如，二极管端口1-22形成二极管区段1-2的阴极的一部分。二极管区段1-2的阳极的一部分可以被包括在控制头1-11内。

根据图1中示意性示出的实施方式，二极管端口1-22还可以包括第二发射极102，该第二发射极102具有第二导电类型的掺杂剂并且被配置成将少数电荷载流子注入漂移区100。第一发射极101可以被布置成和第二发射极102接触。例如，由于该接触，由第一发射极101与第二发射极102之间的过渡形成了pn结105。根据一种实施方式，所述pn结105的击穿电压相当于小于10v。pn结105的击穿电压甚至可以低于10v，例如，低于8v，低于7v，或者甚至低于5v。例如，击穿电压的方向可以从第二负载端子12指向第一负载端子11，例如，与垂直方向z相反，例如，在第二发射极102是p掺杂并且第一发射极101是n掺杂的情况下。

第二发射极102可以被配置成至少部分地运送负载电流，例如，反向负载电流和正向负载电流中至少之一。从而，第二发射极102可以形成晶体管1的负载电流运送元件。换言之，负载电流的路径，例如，反向负载电流的路径和正向负载电流的路径中至少之一可以穿过第二发射极102。

此外，如图1示意性示出的，pn结105可以与第二负载端子12隔离。例如，为此，第一发射极101可以被布置成将第二发射极102与第二负载端子12隔离。此外，第二发射极102可以借助于漂移区100和第一发射极101中至少之一与第三发射极103空间地隔离。

根据一种实施方式，pn结105上的电压可以取决于由晶体管1传导的负载电流的大小。例如，如果负载电流超过标称阈值，则pn结105上的电压可能达到或者甚至超过pn结105的击穿电压，这会导致增加少数电荷载流子注入漂移区100中。从而，根据一种实施方式，第一发射极101和第二发射极102被配置成作为齐纳二极管进行工作。为此，第一发射极101和第二发射极102中的每一个的掺杂剂浓度会相当于至少5e18cm^-3，例如，接近于pn结105。换言之，第二发射极102可以电浮动，并且可以被布置成和第一发射极接触并且呈现足够高的掺杂剂浓度，以使得可以使用齐纳效应。在一种实施方式中，第一发射极101和第二发射极102中的每一个可以呈现至少5e18cm^-3的最大掺杂剂浓度，接近于pn结105。

半导体本体10还可以包括可以覆盖第一发射极101、第二发射极102和第三发射极103中的每一个的场截止层(图1中未示出)。例如，场截止层可以以与漂移区100相比较高的掺杂剂浓度包括第一导电类型的掺杂剂。从而，应当理解的是，可以借助于所述场截止层以及第一发射极101、第二发射极102和第三发射极103中的一个或更多个将漂移区100的第二侧100-2耦接至第二负载端子12。将相对于图4更详细地阐明该可选的方面。

图2示意性示出了根据一种或更多种另外的实施方式的功率半导体晶体管1的垂直横截面的一部分。如果没有其它说明，上面关于根据图1所述的实施方式已经陈述的内容可以等同地应用于根据图2所述的实施方式。

例如，晶体管1可以以常规方式包括有源区和围绕有源区的无源边缘区，该无源边缘区还被称为“结终止区”。例如，有源区被配置成沿正向和反向中的每一个方向传导负载电流，并且根据一种实施方式，包围有源区的边缘区未被配置成传导所述负载电流。由于有源区与边缘区之间的区别对普通技术人员而言常见，所以附图没有单独示出晶体管1的这些元件。

有源区可以包括多个有源单元，其中，每个有源单元可以包括至少一个所述晶体管区段1-1和至少一个所述二极管区段1-2。从而，每个有源单元可以被配置成实现用于传导正向负载电流的晶体管操作和用于传导反向负载电流的二极管操作两者。每个有源单元还可以至少包括被耦接至漂移区100的第一侧100-1的控制头1-11以及包括第一发射极101、第二发射极102和第三发射极103并且将第二负载端子耦接至漂移区100的第二侧100-2的界面区。

例如，在晶体管1的有源区中包括的有源单元的数量总计至少100、总计至少1000或者甚至多于10000。此外，这些有源单元中的每一个可以呈现基本上相同的配置。从而，应当理解的是，在晶体管1的有源区中包括的第二发射极102的数量可以与在晶体管1的有源区中包括的有源单元的数量相等。

例如，界面区的第一发射极101具有第一导电类型的掺杂剂，并且被配置成将多数电荷载流子注入漂移区100中以用于二极管操作。第一发射极101可以电连接至第二负载端子12。此外，第一发射极101可以被分成可以与例如后侧晶体管区段1-1和二极管区段(1-2)对准的两个或更多个第一子区段101-1、101-2。

第二发射极102可以具有第二导电类型的掺杂剂，并且可以被配置成：例如，如果负载电流(例如正向负载电流和反向负载电流中至少之一)超过所述标称阈值，则将少数电荷载流子注入漂移区100。

此外，第三发射极103可以被布置成与第二发射极102分离，并且可以电连接至第二负载端子12。第三发射极103可以具有第二导电类型的掺杂剂，并且可以被配置成将少数电荷载流子注入漂移区100中以用于晶体管操作。可选地，第三发射极103可以被分成两个或更多个第三子区段103-1、103-2。应当理解的是，在一种实施方式中，例如，考虑到上面提到的有源区与边缘区之间的过渡，第三发射极103或者相应地第三子区段103-1、103-2可以包括沿第一横向方向x的不均匀掺杂剂分布。

在一种实施方式中，第二发射极102的掺杂剂浓度大于第三发射极103的掺杂剂浓度。例如，第二发射极102的掺杂剂浓度比第三发射极103的掺杂剂浓度大至少10倍。

根据图2中示意性示出的实施方式并且与图1的实施方式对比，第二发射极102可以电连接至第二负载端子12，并且可以被布置成邻近于第一发射极101的两个第一子区段101-1和101-2。从而，沿第一横向方向x，第一发射极101与第二发射极102之间的过渡可以包括两个pn结105-1和105-2。由于第一发射极101和第二发射极102之间的横向相邻关系，pn结105-1和105-2中的每一个可以基本上平行于垂直方向z而延伸。

此外，如图2所示，第一子区段101-1和101-2中的每一个可以通过相应的第三子区段103-1、103-2横向地相邻。第一发射极101、第二发射极102和第三发射极103中的每一个可以呈现沿垂直方向z的相同的总延伸。

根据又一实施方式，在图3中示意性示出了该实施方式的示例，由第二发射极102与第一发射极101之间的过渡形成的pn结105-1和105-2可以借助于绝缘体15与第二负载端子12电绝缘。例如，绝缘体15可以被布置在第二发射极102与第二负载端子12之间，使得由第二发射极102与第一发射极101之间的过渡形成的pn结105-1和105-2都不与第二负载端子12接触，而是与第二负载端子12隔离。

例如，根据图1至图3示意性示出的实施方式中的每一种实施方式，晶体管1的每个有源单元包括所述第二发射极102，所述第二发射极102掺杂有第二导电类型的掺杂剂并且可以被配置成：如果负载电流(例如正向负载电流和反向负载电流中至少之一)的大小超过标称阈值，则将少数电荷载流子注入漂移区100。例如，第二发射极102不一定被布置在晶体管1的边缘区中，而是仅被布置在晶体管1的有源单元中。例如，由于晶体管1的有源单元中的第二发射极102的存在，晶体管1可以在过载状态期间(例如，在负载电流例如正向负载电流和反向负载电流中至少之一超过标准阈值的情况下)呈现增大的双极放大。此外，根据一种实施方式，第二发射极102可以被配置成：如果负载电流(例如正向负载电流和反向负载电流中至少之一)低于所述标称阈值，则不将少数电荷载流子注入漂移区100。

在一种实施方式中，标称阈值相当于标称负载电流，例如，针对其设计了功率半导体晶体管1的标称正向负载电流或标称反向负载电流乘以某个因子。例如，该因子可以根据应用来选择，并且可以等于例如1.2、1.5、3.0或4.0，仅举几个例子。从而，标称阈值可以与针对其设计了功率半导体晶体管1的标称负载电流的1.2、1.5、3.0或4.0倍相对应。

根据一种实施方式，图1至图3中之一示例性和示意性示出的结构可以用于形成反向导通igbt(rc-igbt)。在图4中示意性示出了这样的rc-igbt的示例性实施方式，现在将参照图4。

图4示意性示出了根据一种或更多种实施方式的rc-igbt1的垂直横截面的截面。图4的示例性实施方式利用先前已相对于图1所说明的结构。然而，应当理解的是，由发射极101至103形成的界面区还可以呈现图2示意性示出的配置或者相应地图3示出的配置。

在rc-igbt1的前侧，可以布置电连接至第一负载端子11的多个源区109-1至109-4，其中，这些源区109-1至109-4可以是以与漂移区100相比以较高的掺杂剂浓度包括第一导电类型的掺杂剂的半导体源区。例如，源区109-1至109-4中的每一个可以是高掺杂n区(n⁺区)。根据另一实施方式，源区109-1至109-4可以是金属源区。

此外，rc-igbt1可以包括多个本体区108-1至108-3，本体区108-1至108-3包括第二导电类型的掺杂剂，并且使源区109-1至109-4与半导体漂移区100隔离。

此外，rc-igbt1可以包括多个沟道栅电极13-1和13-2，所述多个沟道栅电极13-1和13-2借助于相应的沟道绝缘体14-1和14-2与半导体本体10电绝缘。例如，沟道栅电极13-1和13-2还与第一负载端子11电绝缘。在另一实施方式中，电极13-1、13-2中至少之一可以例如通过将该电极电连接至第一负载端子11来用作场板。

在一种实施方式中，上面关于图1至图3提到的控制头1-11可以由沟道栅电极13-1、13-2中至少之一、沟道绝缘体14-1、14-2中至少之一、源区109-1至109-4中至少之一以及本体区108-1至108-3中至少之一来形成。

沟道栅电极13-1和13-2可以彼此电连接，并且耦接至控制端子131以用于接收控制信号。例如，rc-igbt1被配置成：根据控制信号被设置成阻断状态和导通状态中的一个。可以例如通过在第一负载端子11与控制端子131之间施加电压来提供控制信号。例如，当处于阻断状态下时，在本体区108-1至108-3与漂移区100之间形成的耗尽区可以被配置成阻断在第一负载端子11与第二负载端子12之间施加正向电压。例如，当处于导通状态下时，在与沟道绝缘体14-1和14-2邻近的本体区108-1至108-3内反向通道被导通，以允许正向负载电流的导通。

在后侧，rc-igbt1可以包括所述界面区，所述界面区包括第一发射极101、第二发射极102和第三发射极103。如图4所示，第一发射极101可以包括第一(发射极)子区段101-1至101-4，第二发射极102可以包括第二(发射极)子区段102-1至102-4、以及第三发射极103可以包括第三(发射极)子区段103-1至103-3。

此外，rc-igbt1可以包括上面相对于图1已经提到的场截止层107。因此，场截止层107可以例如以与漂移区100相比较高的掺杂剂浓度包括第一导电类型的掺杂剂。例如，场截止区107是高掺杂n区(n⁺区)。场截止区107可以覆盖第一发射极101、第二发射极102和第三发射极103中的每一个。

每个晶体管区段1-1可以包括第三发射极子区段103-1至103-3中至少之一，而每个二极管区段1-2可以包括第一发射极子区段101-1至101-4中至少之一以及所述第二发射极子区段102-1至102-4中至少之一两者。在一些实施方式中，第一发射极101的第一子区段101-1至101-4还可以被称为“n短路”。

根据图4示意性示出的rc-igbt1的实施方式，第二发射极102，即，其第二子区段102-1至102-4借助于第一发射极101的第一子区段101-1至101-4中相应之一与第二负载端子12电绝缘。根据一种实施方式，如上面相对于图1已经说明的，由第一发射极101的第一子区段中之一和第二发射极102的第二子区段中之一形成的每个发射极对被配置成作为齐纳二极管进行工作。

应当理解的是，在图4中所描绘的截面的左侧边框和右侧边框中的每一个形成对称轴的情况下，图4示意性示出了第二子区段102-1至102-4以及n短路101-1至101-4的布置的变型，根据该变型在由两个相邻的沟道13-1和13-2限定的横向截面之间布置的n短路的数量与所述横向截面的外部布置的n短路的数量相比可以不同。例如，如果在前侧处形成的反向通道的密度不均匀，则这样的布置将是适当的。

此外，应当理解的是，第一发射极(例如，n短路)101-1至101-4可以呈现彼此不同的横向延伸，并且第二发射极102-1至102-4的数量可以相应地变化。此外，第二发射极102-1至102-4可以呈现带条形状，例如，由于沿第二横向方向y的总延伸相当于大量的沿第一横向方向x的总延伸。

参照其余的图5至图13，将对晶体管1的有源单元的所述第一发射极101、所述第二发射极102和所述第三发射极103的示例性布置的另外的可选特征进行描述；即，应当更详细地给出包括第一发射极101、第二发射极102和第三发射极103的界面区的示例性实施方式。如果没有另外的说明，则上面关于已经相对于图1至图4所说明的晶体管1的实施方式的其余特征所陈述的内容可以等同地应用于下面将描述的实施方式。

虽然图5至图13的大部分示出了具有沿垂直方向z的相同的总延伸的第一发射极101和第三发射极103，但是应当理解的是，根据一种或更多种实施方式，所述总延伸可以彼此不同。仅参照图7作为示例，第一发射极101沿垂直方向z的总延伸可以大于邻近的第三子区段103-1和103-2沿垂直方向z的总延伸，例如，相当于邻近的第三子区段103-1和103-2的总延伸的至少120％。根据另一实施方式，第一发射极101沿垂直方向z的总延伸可以小于邻近的第三子区段103-1和103-2沿垂直方向z的总延伸，例如，相当于小于邻近的第三子区段103-1和103-2的总延伸的80％。

例如，根据下面给出的一种或更多种实施方式，包括第一发射极101、第二发射极102和第三发射极103的界面区可以构成晶体管1的后侧发射极。此外，可以选择第二发射极的位置、其空间尺寸及其掺杂剂浓度，以使得如果负载电流例如正向负载电流和反向负载电流中至少之一超过所述标称阈值，则第二发射极102仅变得活跃。从而，可以对第二发射极102进行配置，使得仅当负载电流例如正向负载电流和反向负载电流中至少之一足够高(例如足够高于标称负载电流)时，其将所述少数电荷载流子注入漂移区100，并且只要不满足该条件，其就基本上保持不活跃。

根据图5中示意性示出的界面区的变型(1)至(4)，第一发射极101、第二发射极102和第三发射极103中的每一个可以电连接至第二负载端子12。例如，三个发射极101至103中的每一个沿着垂直方向z呈现相同的总延伸。在变型(1)中，第二发射极102沿着第一横向方向x借助于第一发射极101的第一子区段101-1和101-2与第三发射极103的第三子区段103-1和103-2空间地隔离。第二发射极102沿着第一横向方向x的总延伸可以显著地小于第三发射极103或相应地其第三子区段103-1和103-2沿着第一横向方向x的总延伸。在变型(2)中，第二发射极102包括在空间上彼此隔开布置的第二子区段102-1至102-3，其中每个第二子区段102-1至102-3沿着第一横向方向x通过第一发射极101的子区段101-1至101-4与第三发射极103隔离。在变型(3)中，第二发射极102的第二子区段102-1和102-3被横向布置成邻近于第三发射极103的子区段103-1和103-2。因此，第二发射极可以与第三发射极103接触。在变型(4)中，第一发射极101没有被第二发射极102或相应地被第二发射极102的第二子区段中断。总之，根据图5中示意性地示出的界面区的实施方式，第一发射极101可以由第二发射极102或相应地由第二发射极102的第二子区段102-1至102-3横向侧接。此外，根据实施方式，在晶体管1的每个有源单元中，第二发射极102的沿着第一横向方向x的总延伸或相应地第二发射极102的所有第二子区段的沿着第一横向方向x的累积的总延伸小于每个有源单元中的第三发射极103的总延伸的75％或相应地第三发射极103的所有第三子区段的累积的总延伸的75％。此外，根据实施方式，在晶体管1的每个有源单元中，第二发射极102的沿着第一横向方向x的总延伸或相应地第二发射极102的所有第二子区段沿着第一横向方向x的累积的总延伸小于每个有源单元中的第一发射极101的总延伸的75％或相应地第一发射极101的所有第一子区段的累积的总延伸的75％。但是，第二发射极102的沿着第一横向方向x的所述横向延伸甚至可以显著小于第一发射极101或第三发射极103的横向延伸的75％；例如，根据图5所示的变型，沿着第一横向方向x的第二发射极102的总延伸可以在第三发射极103的总延伸的10％至50％的范围内。例如，根据图5所示的变型，沿着第一横向方向x的第二发射极102的总延伸还可以在第三发射极103的总延伸的10％至110％的范围内。此外，根据在图5中示意性地示出的实施方式，第二发射极102的掺杂剂浓度或者相应地其第二子区段的每一个中存在的掺杂剂浓度是第三发射极103的掺杂剂浓度的至少十倍高。例如，第三发射极103的掺杂剂浓度在1e17cm^-3至1e18cm^-3的范围内，并且第二发射极102的掺杂剂浓度在1e18cm^-3至1e22cm^-3的范围内。根据另一实施方式，掺杂剂浓度可以更低，例如，第三发射极103的掺杂剂浓度可以在1e15cm^-3至1e18cm^-3的范围内，并且第二发射极102的掺杂剂浓度可以在1e17cm^-3至1e22cm^-3的范围内。

根据图6中示意性示出的界面区的示例性实施方式的变型(1)至(2)，三个发射极101、102和103的空间尺寸可以对应于相对于图5的实施方式已经说明的那些，其中，第二发射极102的掺杂剂浓度或相应地其第二子区段102-1至102-3的掺杂剂浓度基本上等于第三发射极103的第三子区段103-1、103-2的掺杂剂浓度，其可以在例如2e17cm^-3至1e18cm^-3的范围内。因此，根据图6中示意性地示出的实施方式，晶体管1的每个有源单元可以包括第三发射极103和第一发射极101，其中，第三发射极103被配置为将少数电荷载流子注入漂移区100用于晶体管1的晶体管操作，第一发射极101被配置成将多数电荷载流子注入漂移区100用于二极管操作，其中，第一发射极101可以被第二发射极102或相应地被其第二子区段102-1至102-3中断，其中，第二发射极102可以被配置为：如果由晶体管1传导的负载电流超过所述标称阈值时，将少数电荷载流子注入到漂移区中。

根据图7中示意性示出的界面区的示例性实施方式的变型(1)至(3)，第一发射极101可以将第二发射极102与第三发射极103和第二负载端子12中的每一个隔开。例如，第二发射极102或相应地其第二子区段102-1至102-3可以以岛结构被布置在第一发射极101的顶部上。例如，第二子区段102-1至102-3中的每一个沿着第一横向方向x的总延伸不超过第一发射极101的沿着第一横向方向x的总延伸的30％。根据图7中示意性示出的变型(1)至(3)，第二发射极102没有被布置在第三发射极103上方的区域中，使得沿着平行于垂直方向z的从第三子区段103-1和103-2中的一个开始的路径不穿过第二发射极102或其子区段。换言之，在实施方式中，第二发射极102(或者相应地其第二子区段)和第三发射极103(或者相应地其第三子区段)被布置成使得它们沿着第一横向方向x不呈现出共同的横向延伸范围。在变型(1)中，在每个有源单元中，第一发射极101仅被一个第二发射极102覆盖。在变型(2)中，每个第一发射极101可以被第二发射极102的一个以上的第二子区段102-1至102-3覆盖，其中，这些子区段102-1至102-3可以彼此隔开地布置。根据变型(3)，第一发射极101可以覆盖第三发射极103。例如，在变型(3)中，在第二子区段102-1至102-3与第三发射极103之间在垂直方向z上的第一发射极101的层状部分可以用于确保(或者相应地支持)在阻断状态下的阻断要求。例如，第一发射极101的所述部分可以被布置为沿着垂直方向z使第三发射极103(例如其第三子区段103-1和103-2)与漂移区100隔开。如参照图1已经说明的，第二发射极102与第一发射极101之间的过渡可以形成pn结105，其中，pn结105可以呈现出小于10v的击穿电压。例如，第一发射极101和第二发射极102被配置为作为齐纳二极管操作。这还可以应用于根据变型(2)和(3)在第二子区段102-1至102-3中的每一个与第一发射极101之间形成的pn结105-1至105-3。

根据图8中示意性示出的界面区的实施方式的变型(1)至(2)，第二发射极102的第二子区段102-1至102-3可以沿着第一横向方向x与第三发射极103呈现小的交叠。例如，在变型(1)中，第二发射极102的第二子区段102-1和102-3与第三发射极103的第三子区段103-1至103-3接触。在变型(2)中，第二子区段102-1和102-3仍然呈现出沿着第一横向方向x与第三发射极103的小的交叠；然而，借助于可以至少部分地覆盖第三发射极103的第一发射极101，第二发射极102与第三发射极103空间地隔开。例如，沿着第一横向方向x减小在第二子区段102-1至102-3与第三子区段103-1、103-2之间的间隙可以导致减小的阈值电流，其引起第二子区段102-1至102-3的触发(ignition)，如上所说明的，其可以是p⁺⁺区域。

根据图9中示意性示出的界面区的实施方式的变型(1)至(2)，第二发射极102的第二子区段102-1至102-7中的每一个可以被第一发射极101的两个第一子区段或被第三发射极103的两个第三子区段横向侧接。因此，根据图9的实施方式，晶体管1的每个有源单元可以呈现：第一发射极101，其具有彼此隔开布置的多个第一子区段101-1至101-4，并且每个第一子区段连接至第二负载端子12；第二发射极102，其包括彼此隔开布置的多个第二子区段102-1至102-7，每个第二子区段102-1至102-7电连接至第二负载端子12；以及第三发射极103，其具有彼此隔开布置的多个第三子区段103-1至103-6，并且每个第三子区段103-1至103-6电连接至第二负载端子12。所有上述发射极子区段可以沿着垂直方向z呈现相同的总延伸。

现在参照图9中示意性示出的界面区的实施方式的变型(3)，发射极101、102和103中的每一个可以被布置成与第二负载端子12电接触。此外，第三发射极103可以被布置为使第二发射极102与第一发射极101隔开，例如沿着第一横向方向x。因此，在实施方式中，第二发射极102没有布置成与第一发射极接触；例如，借助于这些发射极101和102之间的过渡没有形成pn结。因此，例如，例如具有比第三发射极103(例如p发射极)的掺杂剂浓度高的掺杂剂浓度的第二发射极102(例如p⁺发射极可以与第一发射极101(例如n发射极)隔离，并且同时，第一发射极101、第二发射极102和第三发射极103中的每一个可以被布置成与第二负载端子12电接触。此外，应当理解，根据变型(3)，第二发射极102和/或第三发射极103可以被划分为相应的子区段102-1至102-n/103-1至103-n，同时借助于第三发射极103保持第二发射极102与第一发射极101之间的所述隔离。此外，这种构造(constellation)可以存在于晶体管1的有源区的每个有源单元中。

根据图10中示意性示出的界面区的实施方式的变型(1)至(3)，第二发射极102的第二子区段102-1至102-7可以借助于第一发射极101和第三发射极103中的每一个与第二负载端子12隔离。例如，在变型(1)至(2)中，第二子区段102-1至102-7中的至少一些可以与第三发射极103接触。此外，在变型(1)至(3)中，第二发射极102中的子区段102-1至102-7中的至少一些可以与第一发射极101接触，从而形成pn结105或相应地pn结105-1至105-7(参照变型(2)和(3))。以上参照图1中示意性示出的实施方式的pn结105已经陈述的内容的可以同样地应用于图10中示意性地示出的pn结105和105-1至105-7中的每一个。在图10中示意性示出的界面区的实施方式的变型(1)至(3)中，第二发射极102的第二子区段也可以布置在从第一负载端子11到第二负载端子12沿着垂直方向z的路径内，第二负载端子12跨越由第三子区段103-1和103-2构成的第三发射极103。换言之，第二发射极102(或相应地其第二子区段)和第三发射极103(或相应地其第三子区段)可以呈现出沿着第一横向方向x的共同的横向延伸范围。

图11示意性地示出了晶体管1的界面区的示例性实施方式的另外的变型(1)至(5)。例如，在变型(1)中，界面区包括绝缘体15，其使第二发射极102与第二负载端子12绝缘。因此，通过在具有两个第一子区段101-1和101-2的第一发射极101与第二发射极102之间沿着第一横向方向x的过渡形成的两个pn结105-1和105-2与第二负载端子12电绝缘。根据该变型(1)，第一发射极101和第三发射极103中的每一个保持电连接至第二负载端子12。

在变型(2)中，第一发射极101的第一子区段101-1和101-2与第二负载端子12之间的沿着垂直方向z的过渡形成了相应的肖特基接触16-1和16-2。在该变型中，第二发射极102可以电连接至第二负载端子12。

根据变型(3)，在具有第一发射极子区段101-1和101-2的第一发射极101中的每一个与第二发射极102之间沿着垂直方向z的过渡到第二负载端子12构成了连续的肖特基接触16。因此，可以在第一发射极101和第二发射极102中的每一个与第二负载端子12之间形成肖特基势垒，而第三发射极103电连接至第二负载端子12。

根据变型(4)，肖特基接触16仅设置在第一发射极101与第二负载端子12之间，其中，第二发射极102借助于第一发射极101与第二负载端子12隔离。

例如，具有所述肖特基接触16或相应地所述肖特基接触16-1和16-2的结构可以用于形成反向阻断igbt(rb-igbt)。

根据变型(5)，第一发射极101可以包括多个第一子区段101-1至101-5，第一子区段101-1至101-5中的每一个具有相应的薄翅片的形状，其具有沿着横向方向x的在20nm至1μm的范围内的总延伸。由于这种小的横向延伸，电场可以被该区域中的横向分量屏蔽，并且晶体管1可以被配置为提供反向阻断能力。第一子区段101-1至101-5中的每一个可以由第二子区段102-1至102-4中的一个或更多个以及/或者由第三发射极103的第三子区段103-1至103-2中的一个来横向地邻接。

图12和图13中的每一个示意性地示出根据一些实施方式的晶体管1的界面区的水平投影的截面。例如，所述投影可以平行于由第一横向方向x和垂直于第一横向方向x和垂直方向z中的每一个的第二横向方向y所限定的平面。根据在图12和图13中的每一个示意性示出的实施方式，第一发射极101可以呈现为条状结构，并且第二发射极102也可以呈现为基本上垂直于第一发射极101的条状结构而布置的条状结构。此外，第三发射极103可以呈现为基本上平行于并且邻近于第一发射极101的条状结构而布置的条状结构。例如，如图12示意性所示，第二发射极102的条状结构可以布置在第一发射极101的条状结构和第三发射极103的条状结构中的每一个的顶部上并且与其接触。因此，第二发射极102的条状结构可以借助于第一发射极101和第三发射极103的条状结构与第二负载端子12隔离。例如，图12中示意性示出的界面区的实施方式对应于图10中示意性示出的界面区的实施方式的变型(2)。

根据图13中示意性地示出的实施方式，与图12的实施方式相比，第一发射极101和第三发射极103的设置没有改变，其中，第二发射极102的条状结构被一个或更多个中断区104-1至104-4中断，该中断区104-1至104-4可以是第一导电类型或第二导电类型的区域。例如，在n掺杂的情况下，反向传导模式中的发射极效率可以由于一个或更多个中断区104-1至104-4的较低掺杂水平或者由于对由一个或更多个中断区104-1至104-4中的非欧姆接触引起的流动到第一发射极101的电流进行限制而降低。降低的发射极效率可能导致较低的反向恢复损耗。在p掺杂一个或更多个中断区104-1至104-4的情况下，根据实施方式，提供用于在正向操作期间的空穴注入的附加区域。

如果没有另外说明，第一发射极101(或者相应地其第一子区段中的每一个)可以具有在2e16cm^-3至1e22cm^-3的范围内的掺杂剂浓度。此外，第三发射极103(或者相应地其第三子区段中的每一个)可以具有在1e15cm^-3至1e18cm^-3的范围内的掺杂剂浓度，并且第二发射极102(或者相应地其第二子区段中的每一个)可以具有在1e17cm^-3至1e22cm^-3的范围内的掺杂剂浓度。

如果没有另外说明，第二发射极102沿着第一横向方向x的横向延伸可以小于第一发射极101在第一横向方向x上的横向延伸的75％，并且还小于第三发射极103在第一横向方向x上的横向延伸的75％。如上所述，第二发射极102的横向延伸甚至可以显著小于第三发射极的横向延伸的75％，例如小于50％或小于30％。例如，第二发射极102在第一横向方向x上的横向延伸在5μm至200μm的范围内，在7μm至120μm的范围内，或在8μm至80μm的范围内，或在10μm至20μm的范围内。此外，第二发射极102的掺杂剂浓度可以比第三发射极103的掺杂剂浓度大至少十倍。例如，第二发射极102的第一横向方向x的横向延伸可以根据功率半导体器件1的标称负载电流和阻断电压中的至少一个来选择。例如，如果功率半导体器件1呈现出1200v的阻断电压，则第二发射极102在第一横向方向x上的横向延伸在10μm至20μm的范围内。如果功率半导体器件1呈现出大于1200v(例如6500v)的阻断电压，则第二发射极102在第一横向方向x上的横向延伸可以更大。因此，在实施方式中，第二发射极102在第一横向方向x上的横向延伸可以与功率半导体器件1的阻断电压成比例。

根据一个或更多个实施方式，提供了一种功率半导体晶体管的背面发射极结构，其允许与在标称状态期间的双极放大相比在过载状态期间的双极放大增加，由此提供在标称操作期间的良好的短路电路鲁棒性和仍然低的切换损耗。

其他实施方式的特征在从属权利要求中限定。另外的实施方式的特征和上述实施方式的特征可以彼此组合用于形成另外的实施方式，只要该特征没有被明确地描述为彼此替代。

在上文中，对与功率半导体晶体管有关的实施方式进行了说明。例如，这些半导体晶体管基于硅(si)。因此，单晶半导体区域或层(例如示例性实施方式的半导体区域10、100、101、101-1、101-2、101-3、……、102、102-1、102-2、102-3、……、103、103-1、103-2、103-3、……、107、108-1、108-2、108-3、109-1、109-2、109-3和109-4)可以是单晶si区或si层。在其他实施方式中，可以使用多晶硅或非晶硅。

然而，应当理解的是，半导体区域10、100、101、101-1、101-2、101-3、……、102、102-1、102-2、102-3、……、103、103-1、103-2、103-3、……、107、108-1、108-2、108-3、109-1、109-2、109-3和109-4可以由任何适用于制造半导体器件的半导体材料制成。这种材料的示例包括但不限于：诸如硅(si)或锗(ge)的元素半导体材料，诸如碳化硅(sic)或硅锗(sige)的iv族化合物半导体材料，二元、三元或四元iii-v族半导体材料诸如氮化镓(gan)、砷化镓(gaas)、磷化镓(gap)、磷化铟(inp)、磷化铟镓(ingapa)、氮化铝镓(algan)、氮化铝铟(alinn)、氮化铟镓(ingan)、氮化铝镓铟(algainn)或磷化铟镓(ingaasp)，以及诸如碲化镉(cdte)和碲化镉汞(hgcdte)的二元或三元ii-vi半导体材料，仅举几例。上述半导体材料也被称为“同质结半导体材料”。当将两种不同的半导体材料组合时，形成异质结半导体材料。异质结半导体材料的示例包括但不限于：氮化铝镓(algan)-氮化铝镓铟(algainn)、氮化铟镓(ingan)-氮化铝镓铟(algainn)、氮化铟镓(ingan)-氮化镓(gan)、镓氮化铝镓(algan)-氮化镓(gan)、氮化铟镓(ingan)-铝镓氮化物(algan)、硅-碳化硅(sixc1-x)和硅-sige异质结半导体材料。对于功率半导体器件应用，目前主要使用si、sic、gaas和gan材料。

为了便于描述，使用诸如“下方”、“之下”、“下部”、“上方”、“上部”等之类的空间相对术语来说明一个元件相对于第二元件的位置。这些术语旨在包括除了与图中所示的方向不同的取向之外的相应装置的不同取向。此外，诸如“第一”、“第二”等术语也用于描述各种元件、区域、部分等，并且也不意在进行限制。贯穿说明书，相同的术语指代相同的元件。

如本文所使用的，术语“具有”、“含有”、“包括”、“包含”、“呈现”等是开放式术语，其指示存在所述元件或特征，但不排除附加的元件或特征。除非上下文另有明确说明，否则冠词“一个”、“一种”和“该”旨在包括复数以及单数。

考虑到上述变化和应用的范围，应当理解，本发明不受前述描述的限制，也不受附图的限制。而是，本发明仅由所附权利要求及其法律等同内容来限制。