專利名稱：雙極非穿通功率半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率電子器件的領(lǐng)域并且更具體地涉及根據(jù)權(quán)利要求1的序言的雙極非穿通功率半導(dǎo)體裝置和用于制造這樣的功率半導(dǎo)體裝置的方法。
背景技術(shù)：
在US 5，710，442中描述具有晶片2的相控晶閘管(PCT)IO，在其上在陰極側(cè)31上布置陰極接觸3。陽極接觸4在與陰極側(cè)31相對(duì)的晶片的陽極側(cè)41上形成。在晶片2內(nèi)，布置有(n_)摻雜的漂移層26。在該漂移層26上朝陰極側(cè)31提供ρ摻雜的基極層5，其接觸陰極接觸3。(Ν+)摻雜的陰極層7和(ρ+)短區(qū)8嵌入基極層5內(nèi)。它們還接觸陰極電極3。橫向于陰極接觸3的并且通過漂移層26與它分開的是布置的柵極接觸95。在陽極側(cè)41上，布置ρ摻雜的陽極層6，其接觸陽極電極4。陰極和陽極側(cè)31、41應(yīng)該是平面的，在其處分別安置陽極層6和基極層5的外側(cè)并且在該平面上布置接觸3、4。晶片2包括具有在陰極和陽極側(cè)31、41之間測(cè)量的晶片厚度23的內(nèi)區(qū)22，和環(huán)繞該內(nèi)區(qū)22的終止區(qū)24。在終止區(qū)24中，存在ρ摻雜的第一和第二邊緣層58、68，其分別布置有比基極層5和陽極層6更低的摻雜濃度。邊緣層58、68還分別在比基極層5和陽極層6更小的深度59、69中終止?；鶚O層5布置直到基極層深度51，該深度從陰極側(cè)31測(cè)量并且正交投影到它。布置在陰極側(cè)31上的基極層5和第一邊緣層58具有基極層深度51和第一邊緣層深度59。深度51、59測(cè)量為層5、58從陰極側(cè)31延伸到的最大深度的距離。從陽極側(cè)41測(cè)量陽極層深度61和第二邊緣層深度69，該第二邊緣層68布置在陽極側(cè)41上。邊緣層厚度50、60測(cè)量為正交投影到陰極(或陽極)側(cè)31、41的層的最大厚度。邊緣層58、68具有這樣的厚度:其隨著離內(nèi)區(qū)22的距離上升而連續(xù)減小，即，邊緣層具有負(fù)斜角53。終止區(qū)24中晶片的表面由此分別與陰極側(cè)31或陽極側(cè)41的平面形成負(fù)角。由于該角(邊緣層的厚度50、60在其處減小)小(大約2° )以便緩慢地朝裝置的橫向邊緣減小電場(chǎng)，并且由于基極層深度51選擇為比第一邊緣層深度59更深，在裝置的內(nèi)區(qū)22 (有源區(qū)域)中形成高損耗。US 7187058描述具有陡的負(fù)斜角的功率二極管。P+摻雜的基極層達(dá)到裝置的邊緣。弱摻雜的終止層延伸到裝置的背面，使得它達(dá)到背面處的η+摻雜層。這樣的裝置具有“結(jié)終止擴(kuò)展”(JTE)。反向偏置的p-n結(jié)的空間電荷區(qū)沿低摻雜終止層朝邊緣處的背面n+層耗盡，其是所謂的溝道截?cái)唷Ｘ?fù)斜角使終止層與垂直裝置相比更長(zhǎng)，其提供更高的擊穿電壓。將終止層延伸到相對(duì)側(cè)的必要性意味它只可以應(yīng)用于二極管，因?yàn)槎O管在背面上具有η摻雜層，并且它意味斜角是非常陡的以便延伸到背面。在EP 0485059中，描述目前技術(shù)發(fā)展水平的具有14-70Mm的P+型陽極層的二極管，而沒有公開任何成斜角的終止結(jié)構(gòu)。同樣US 2007/108558描述具有3Mm的陽極層而沒有成斜角的終止結(jié)構(gòu)的另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)二極管。
在US 4079403中，具有單側(cè)的負(fù)斜角的晶閘管，該負(fù)斜角再次延伸到裝置的另一個(gè)主側(cè)，即裝置具有陡的終止斜角?；鶚O層和陽極層延伸到裝置的橫向邊緣。這些層在離第一主側(cè)的恒定深度終止(該第一主側(cè)給定為晶片的前側(cè)表面在內(nèi)區(qū)中延伸到的那個(gè)平面)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供具有減少的損耗和低導(dǎo)通狀態(tài)壓降Vt和反向恢復(fù)電荷Q 的雙極非穿通功率半導(dǎo)體裝置，以及提供這樣的裝置的制造方法。該目的由根據(jù)權(quán)利要求1的雙極非穿通功率半導(dǎo)體裝置和根據(jù)權(quán)利要求12的制造方法實(shí)現(xiàn)。發(fā)明性的雙極非穿通功率半導(dǎo)體裝置包括半導(dǎo)體晶片和在該晶片的第一主側(cè)的頂部上形成的第一電接觸和在與該第一主側(cè)相對(duì)的該晶片的第二主側(cè)的頂部上形成的第二電接觸。所述半導(dǎo)體晶片包括具有不同的電導(dǎo)率類型的層的至少兩層結(jié)構(gòu)，其中:
-第一電導(dǎo)率類型的漂移層，
-第二電導(dǎo)率類型的第一層，其布置在該漂移層上并且朝第一主側(cè)直接連接該漂移層并且接觸第一電接觸，該第一層布置直到第一層深度，該第一層深度測(cè)量為該層從第一主側(cè)延伸到并且正交投影到第一主側(cè)的最大深度。如專家眾所周知的，非穿通功率PCT是其中第一電導(dǎo)率類型的漂移層與陽極層(第三層)接觸而在其之間不具有第一電導(dǎo)率類型的高摻雜的層(叫做緩沖層)的裝置。非穿通裝置的阻斷條件下的電場(chǎng)是三角形的并且在漂移層內(nèi)截?cái)唷？臻g電荷區(qū)沒有達(dá)到陽極層。包括這樣的緩沖層的裝置叫做穿通裝置。以更高的阻斷電壓，在漂移和緩沖層之間的邊界處的電場(chǎng)將不會(huì)達(dá)到零。沿緩沖層中的短距離，它然后由于高摻雜濃度急劇減小到零。晶片包括具有在第一和第二主側(cè)之間測(cè)量的晶片厚度的內(nèi)區(qū)，和終止區(qū)，其環(huán)繞該內(nèi)區(qū)并且其中晶片厚度至少在第一主側(cè)上通過負(fù)斜角而減小。晶片厚度從第一電接觸安置在其上的晶片的外側(cè)減小，即晶片具有負(fù)斜角，示范性地具有至少一個(gè)角。在終止區(qū)中的晶片的表面由此與第一主側(cè)的平面形成至少一個(gè)負(fù)角。第二電導(dǎo)率類型的第二層布置在第一主側(cè)上的終止區(qū)中直到第二層深度。該第二層深度測(cè)量為離該第二層延伸到的第一主側(cè)并且正交投影到第一主側(cè)的最大距離。該第二層深度大于第一層深度，然而它的摻雜濃度低于第一層的摻雜濃度。第一層深度是至多45Mm，示范性地至多30Mm。在示范性實(shí)施例中，第一層深度可以達(dá)到第二層深度的至少1/4、特別地1/10或甚至至少1/15。這樣的裝置用于至少1000V、特別地至少1600V的阻斷電壓。給出的漂移層厚度確保裝置直到這樣的阻斷電壓的操作。在優(yōu)選實(shí)施例中，提供第一電導(dǎo)率類型的晶片，并且弱摻雜的第二層通過在第一主側(cè)上應(yīng)用第一掩模而在第一主側(cè)上形成，該第一掩模覆蓋晶片的內(nèi)區(qū)。然后離子應(yīng)用在第一主側(cè)上環(huán)繞內(nèi)區(qū)的終止區(qū)中。 這些離子在終止區(qū)中擴(kuò)散進(jìn)入晶片直到第二層深度。其后去除第一掩模。
然后比第二層更高摻雜的第一層通過在第一主側(cè)上應(yīng)用離子并且將這些離子擴(kuò)散進(jìn)入晶片進(jìn)入離第一主側(cè)至多45 Mm、特別地30 Mffl的第一層深度而形成。從而，第一層深度低于第二層深度。然后第一和第二電接觸應(yīng)用在晶片上內(nèi)區(qū)上。晶片的負(fù)斜角通過在終止區(qū)中從第一主側(cè)部分去除晶片材料而在終止區(qū)中第一主側(cè)上形成。在裝置具有四層結(jié)構(gòu)(例如晶閘管)的情況下，相同的方法可以應(yīng)用于在第二主側(cè)上形成層，示范性地與第一側(cè)上的層同時(shí)形成，即第二層與第四層一起在終止區(qū)中形成，并且第一層與第三層形成為基極和陽極層。因?yàn)椴恍枰性S多掩模，這樣的制造方法容易執(zhí)行。雖然第一(和第三)層也延伸進(jìn)入終止區(qū)，它的更高摻雜濃度對(duì)電性質(zhì)具有很小的影響，因?yàn)榭梢栽谄矫婢谋砻嫔习l(fā)現(xiàn)(在成斜角之前)的最高的摻雜濃度在斜角步驟中去除，使得終止區(qū)中的摻雜濃度與內(nèi)區(qū)中的摻雜濃度相比在橫向上(在遠(yuǎn)離內(nèi)區(qū)的方向上，即平行于第一主側(cè))并且在垂直于該方向的方向上(即從第一主側(cè)垂直)快速下降。與現(xiàn)有技術(shù)裝置相比第一層減小的厚度帶來減小的導(dǎo)通狀態(tài)壓降VT。像反向恢復(fù)電荷Q 、關(guān)斷時(shí)間t,和最大浪涌電流的其他參數(shù)也改進(jìn)了。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該改進(jìn)由第一層的積極變薄實(shí)現(xiàn)?？傃b置厚度可以由于更薄的第一層而減小，同時(shí)反向和正向阻斷能力借助于具有輕摻雜的P型終止層和負(fù)斜角的修改的結(jié)終止而維持。維持負(fù)斜角具有直到擊穿電壓的健壯性反向阻斷的優(yōu)點(diǎn)，這時(shí)顯著的電流可在外圍流過結(jié)終止，但仍然不接近裝置的表面。這例如是HVDC的晶閘管中的高雪崩閃電測(cè)試能力所需的，其可以在反向1-V曲線的拐點(diǎn)之后以高電流操作。例如，相控晶閘管(PCT)與具有第二電導(dǎo)率類型的層(分別地第二邊緣層和陽極層，或第一邊緣層和基極層)的共同深度或邊緣層的甚至更低的深度的現(xiàn)有晶閘管相比同時(shí)具有直到非常高的電流的更低的導(dǎo)通狀態(tài)壓降Vt與非常高的正向和反向阻斷能力。更低的Vt暗示例如HVDC系統(tǒng)更高的節(jié)能和銷售價(jià)格，但對(duì)于其他應(yīng)用中的其他參數(shù)也可以是有益的。利用本發(fā)明，對(duì)于給定的電壓級(jí)，PCT可以以薄得多的起始硅晶片處理，從而帶來更低的\和1。因?yàn)樵揚(yáng)CT是具有對(duì)稱阻斷(即正向和反向阻斷)的非穿通裝置，具有場(chǎng)截?cái)?緩沖)層的更薄漂移層的應(yīng)用是不可應(yīng)用的。因此，對(duì)于給定的電壓級(jí)必須保留漂移層的厚度。利用本發(fā)明，裝置還可包括在晶片的兩個(gè)主側(cè)上的內(nèi)區(qū)中的第二電導(dǎo)率類型的積極變薄的層，即陽極和基極層。例如，如果陽極和P-基極層的厚度減小到大約現(xiàn)有技術(shù)裝置的厚度的25%，具有Vkkm=8.5kV的PCT的晶片厚度可以減小大約10%。為了將正向和反向阻斷均維持在具有厚陽極和基極層的現(xiàn)有技術(shù)裝置的水平，可以在終止區(qū)使用第二電導(dǎo)率類型的局部的深終止層。該深終止層允許具有結(jié)終止(帶有單或雙負(fù)斜角)，其原則上提供HVDC應(yīng)用中需要的高雪崩閃電能力。盡管改進(jìn)了相關(guān)裝置參數(shù)(VT、Qrr、tq和浪涌電流能力)，本發(fā)明保持HVDC相關(guān)的其他參數(shù)(像雪崩閃電能力)在關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)裝置的水平。本發(fā)明的另外的優(yōu)點(diǎn)是減小熱預(yù)算(生產(chǎn)成本)，因?yàn)楦〉膶拥纳a(chǎn)需要更短的擴(kuò)散時(shí)間。由于摻雜劑沉積可 以由離子束注入代替，需要更短的高溫吸雜(時(shí)間)，由此也節(jié)省了熱預(yù)算。


本發(fā)明的主題將在下文中參照附圖更詳細(xì)地解釋，其中:
圖1示出現(xiàn)有技術(shù)相控晶閘管；
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的相控晶閘管；
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)相控晶閘管；
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的二極管；
圖5-12示出用于制造根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的方法的不同步驟。在圖中使用的標(biāo)號(hào)和它們的意思在標(biāo)號(hào)列表中總結(jié)。一般，相似或者相似功能的部件給予相同的標(biāo)號(hào)。描述的實(shí)施例意為示例并且不應(yīng)該限制本發(fā)明。
具體實(shí)施例方式在圖2中示出根據(jù)本發(fā)明的采用具有至少1000V的阻斷電壓的相控晶閘管(PCT)I的形式的雙極非穿通功率半導(dǎo)體裝置。該裝置包括具有不同電導(dǎo)率類型的層的半導(dǎo)體晶片2，在該晶片2上陰極接觸3在晶片的陰極側(cè)31上形成并且陽極接觸4在該陰極側(cè)31相對(duì)的晶片的陽極側(cè)41上形成。(n_)摻雜的漂移層26在晶片中形成。ρ摻雜的基極層5在該漂移層26上朝陰極側(cè)31布置。它接觸陰極接觸3。基極層5直接鄰近漂移層26布置，其意味沒有其他的第二電導(dǎo)率類型的中間層布置在基極層5和漂移層26之間?；鶚O層5和漂移層26彼此連接，即它們彼此觸及?；鶚O層5在晶片2中延伸直到基極層深度51。該基極層深度51測(cè)量為基極層5從陰極側(cè)31延伸到并且正交投影到陰極側(cè)31的最大距離?；鶚O層示范性地形成為具有恒定基極層深度的連續(xù)層，并且基極層5可延伸進(jìn)入終止區(qū)24，即在終止區(qū)24中也維持基極層深度51。在任何情況下，陰極側(cè)31應(yīng)該是平面的，基極層5的外側(cè)(即與漂移層26相對(duì)的基極層5的那側(cè))安置在其中。晶片2包括具有測(cè)量為在陰極和陽極側(cè)31、41之間正交投影的最大厚度的晶片厚度23的內(nèi)區(qū)22，和終止區(qū)24，其環(huán)繞該內(nèi)區(qū)22并且其中晶片厚度23至少在一側(cè)31、41上減小。第一和第二電接觸3、4在該內(nèi)區(qū)22內(nèi)橫向終止。第一 ρ摻雜的終止層54布置在終止區(qū)24中的陰極側(cè)31處，其布置直到第一終止層深度55，該第一終止層深度55測(cè)量為離該第一終止層54延伸到的陰極側(cè)31并且正交投影到陰極側(cè)31的最大距離。該第一終止層深度55大于基極層深度51，然而第一終止層54的最大摻雜濃度低于基極層5的最大摻雜濃度。對(duì)于延伸進(jìn)入終止區(qū)24的基極層5，該第一終止層54布置在基極層5和漂移層26之間?；鶚O層5的最大摻雜濃度測(cè)量為該層在內(nèi)區(qū)內(nèi)的最大摻雜濃度，然而第二層的最大摻雜濃度應(yīng)該估計(jì)為與第一層在終止區(qū)中的摻雜濃度重疊的該層的最大摻雜濃度。這意味第二層的最大摻雜濃度將出現(xiàn)在終止區(qū)中在或靠近晶片的表面并且在或靠近內(nèi)區(qū)。在該地方，斜角開始并且因此去除了最少的材料，其意味在為了形成第一和第二層擴(kuò)散離子后維持了最高摻雜濃度。在終止區(qū)內(nèi)，在更靠近第一主側(cè)的區(qū)域中布置第一層，但該層的更高摻雜濃度部分由成斜角去除(該部分與在下面提到的低摻雜的部分的離子重疊，即該部分是雙擴(kuò)散層)，并且第二部分對(duì)應(yīng)于低摻雜的部分(第二層)，其布置在第一部分下面，即其在終止區(qū)中布置在第一層和漂移層之 間。
基極層深度51是至多45Mm,示范性地至多30Mm,至多25 Mm或甚至低于20 Mm。
選擇最小的基極層深度(一般來說第一層深度)使得確保裝置的期望的阻斷電壓。對(duì)于是晶閘管的發(fā)明性裝置，終止區(qū)在漂移層26內(nèi)終止是重要的，因?yàn)榉駝t陽極將連接到基極層5并且裝置將像用第二電導(dǎo)率類型的半導(dǎo)體制成的電阻器那樣工作并且不再工作為晶閘管。因此，更深的低摻雜的終止層總是在漂移層中結(jié)束并且不可以合并陽極層。示范性地，第一終止層54延伸到漂移層的深度的至多20%的深度。第一層可與第二層重疊使得第一層形成為部分延伸進(jìn)入終止區(qū)并且甚至延伸直到裝置的橫向邊緣的連續(xù)層(橫向應(yīng)該意味在垂直于第一主側(cè)的平面中)。第一層延伸到恒定深度，其中該深度應(yīng)該從其中第一主側(cè)布置在內(nèi)區(qū)內(nèi)的平面測(cè)量。第二層限制于終止區(qū)中的區(qū)域。第二層布置在第一層下面并且從而在第一層和漂移層之間。第二層應(yīng)該理解為其中僅第二層的驅(qū)入離子存在而沒有來自第一層的離子的區(qū)域。在終止區(qū)內(nèi)的第一層部分中，來自第一和第二層的離子重疊，因?yàn)閮蓚€(gè)離子種類從第一側(cè)擴(kuò)散進(jìn)入晶片。第二層的最大摻雜濃度應(yīng)該理解為第一主側(cè)上終止區(qū)中存在的第二電導(dǎo)率類型的摻雜濃度的最大值，其超過內(nèi)區(qū)中第一層在相同深度的摻雜濃度，即其通過擴(kuò)散第二層的離子而增加。該最大值將在靠近晶片的表面并且靠近內(nèi)區(qū)的邊界處發(fā)現(xiàn)。第二層從第一主側(cè)延伸到比第一層更大的深度，但比漂移層更小的深度。在圖中，沒有指示層在終止區(qū)中的重疊，但可以通過將基極層5的邊界橫向延伸到裝置的邊緣從而使基極層5與第一終止層54重疊而增加。再次，更大的深度意味離該平面更大的深度，其中第一主側(cè)布置在內(nèi)區(qū)內(nèi)。第二層的最大摻雜濃度低于第一層的(在內(nèi)區(qū)中)。這意味第一層是高摻雜但淺的層，然而第二層是低摻雜但深的層。在示范性實(shí)施例中，基極層深度51達(dá)到第一終止深度的至少1/4、特別地1/10或甚至至少1/15。第一終止層54可具有小于140 Mm的厚度56。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一終止層具有超過50 Mm的厚度56。除了陰極側(cè)31上之前提到的層之外，PCT具有η摻雜的陰極層7，其嵌入ρ摻雜的基極層5，使得陰極電極3接觸基極層5和陰極層7?；鶚O層5和陰極層7在晶片的外側(cè)上相同平面中終止。備選地，陰極層可從基極層5的平面伸出。典型地，(ρ+)摻雜的短區(qū)8布置在與ρ摻雜的基極層5相同的平面中并且對(duì)于陰極層7是橫向的。柵極接觸95布置在橫向于陰極接觸3的陰極側(cè)31上，但由漂移層26與它分開?；鶚O層深度51比陰極層深度71更深，并且如果存在的話，也比陰極短區(qū)深度81更深，使得基極層5將陰極層/陰極短區(qū)7、8與漂移層26分開。在示范性實(shí)施例中，這由至少8Mm、在另一個(gè)實(shí)施例中至少IOMm的基極層深度51確保。這些層的最小深度還取決于制造過程期間晶片的表面粗糙度。晶片厚度23在陰極側(cè)31上的終止區(qū)24中連續(xù)減小。這在如在圖2中示出的示范性實(shí)施例中通過以下進(jìn)行:晶片表面從陰極側(cè)31的平面傾斜至多5°和15°、在另一個(gè)示范性實(shí)施例 中3°和15°并且在再另一個(gè)實(shí)施例中1.5°和15°的兩個(gè)恒定角。較小的角是位于更靠近內(nèi)區(qū)22的角，然而較大的角是更靠近晶片的邊緣的角。通過這樣的兩個(gè)傾斜角形成雙負(fù)斜角。
晶片厚度也可以在終止區(qū)24中減小，使得晶片表面從陰極側(cè)31的平面傾斜至多5° (在另一個(gè)示范性實(shí)施例中3°并且在再另一個(gè)實(shí)施例中1.5°)的一個(gè)單個(gè)角，從而導(dǎo)致均勻的厚度減小。當(dāng)然，同樣具有多于兩個(gè)角的厚度減小或者厚度的任何非線性減小也是可能的。晶片厚度23在終止區(qū)24中它的表面上隨離內(nèi)區(qū)22的距離上升不斷進(jìn)一步減小，示范性連續(xù)地。示范性地，選擇終止層的厚度使得終止層延伸直到晶片的橫側(cè)，即到垂直于陰極或陽極側(cè)31,41的側(cè)。如在圖2中示出的第一終止層54連接到基極層5。第一終止層54也可直接連接到陰極接觸3或如在圖2中示出的它可橫向終止于陰極電極3。PCT在它的陽極側(cè)41上另外包括ρ摻雜的陽極層6，其布置直到從陽極側(cè)41測(cè)量并且正交投影到它的陽極層深度61。由于裝置是非穿通裝置，漂移層26接觸陽極層6，即其之間沒有第一電導(dǎo)率類型的高摻雜的緩沖層。電場(chǎng)在阻斷條件下在漂移層內(nèi)截?cái)酁槿切巍摻雜的第二終止層64可布置在陽極側(cè)41上的終止區(qū)24中直到第二終止層深度65，其從陽極側(cè)41測(cè)量并且正交投影到它。第二終止層深度65像第一終止層深度55大于陽極層深度61。陽極層深度61可像基極層深度51選擇為至多45 Mffl，特別地30 Mm。陽極層深度61在示范性實(shí)施例中是至少8 Mm，在另一個(gè)實(shí)施例中至少10 Mm。在示范性實(shí)施例中，陽極層深度61達(dá)到第二終止深度65的至少1/4、特別地1/10或甚至至少1/15。第二終止層64可具有小于140 Mm的厚度66。在另一個(gè)實(shí)施例中，第二終止層64具有多于50 Mm的厚度66。如在圖2中示出的第二終止層64可連接到陽極層6。第二終止層64也可直接連接到陽極電極3或它可橫向終止于陽極電極3 (圖2)。在另一個(gè)示范性實(shí)施例中，裝置包括至少兩個(gè)或三個(gè)護(hù)環(huán)，在再另一個(gè)實(shí)施例中多達(dá)20或甚至24個(gè)護(hù)環(huán)。這些護(hù)環(huán)的寬度和間距可以優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)高擊穿電壓。示范性地，如先前描述的，PCT在它的陽極側(cè)41上包括ρ摻雜的陽極層6。布置至少一個(gè)ρ摻雜的護(hù)環(huán)9橫向于終止區(qū)24中陽極層6。在包括多個(gè)護(hù)環(huán)9的裝置的情況下，它們由漂移層26彼此分開(圖3)。從而，護(hù)環(huán)9包圍彼此。對(duì)于這樣的裝置，在陽極側(cè)41的終止區(qū)24中沒有晶片的負(fù)斜角53存在，但裝置厚度23在陽極側(cè)41保持恒定。同樣對(duì)于該實(shí)施例，陽極層深度61可選擇為至多30Mm。為了限制用于沉積摻雜劑的掩模和步驟的數(shù)量，護(hù)環(huán)9可具有與陽極層6相同的摻雜濃度。備選地，護(hù)環(huán)9可具有不同于陽極層6的摻雜濃度和/或深度的摻雜濃度和/或深度。在陰極側(cè)31上具有如先前公開的這樣的護(hù)環(huán)9并且在陽極側(cè)41上具有小于30Mm的薄陽極層6與更深的第二終止層64和負(fù)斜角，這也是可能的。在另一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)明性的PCT裝置僅在陰極或陽極側(cè)(第一主側(cè))上包括至多30Mm的基極或陽極層5、6和在相同側(cè)上更深的第一或第二終止層54、64 (第二層)。另一側(cè)可通過由根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的裝置已知的任何結(jié)構(gòu)終止。在圖4中，示出發(fā)明 性二極管I’。如先前公開的，該二極管I’在陽極側(cè)41上包括基極層5，其起二極管的陽極層和第一終止層的作用。關(guān)于發(fā)明性PCT選擇這些層的摻雜濃度和深度。在陰極側(cè)31上，沒有布置ρ摻雜的層。漂移層26通過與漂移層26相比具有高施主濃度的陰極層7接觸陰極電極3。該陰極層7示范性地作為連續(xù)層在陰極側(cè)31上的整個(gè)晶片區(qū)域之上延伸。本發(fā)明還可以應(yīng)用于像GCT和反向阻斷GCT的多個(gè)其他半導(dǎo)體類型。當(dāng)然，所有層的電導(dǎo)率類型可以反過來，即像漂移層26的第一電導(dǎo)率類型的層在該情況下是P型，并且像基極層5的第二電導(dǎo)率類型的層是η型。包括陰極側(cè)31上的陰極接觸3和與該陰極側(cè)31相對(duì)的陽極側(cè)41上的陽極接觸4并且包括具有不同電導(dǎo)率類型的層的至少兩層結(jié)構(gòu)的發(fā)明性PCT可以由至少包括下列制造步驟的方法制造:
提供具有陰極側(cè)31和與該陰極側(cè)31相對(duì)的陽極側(cè)41的(η_)摻雜的晶片2 (圖5)。第一終止層54通過在該陰極側(cè)31上應(yīng)用第一掩模57而在該陰極側(cè)31上形成，該第一掩模57覆蓋晶片的內(nèi)區(qū)22。然后離子例如通過離子注入或沉積應(yīng)用在該陰極側(cè)31上環(huán)繞該內(nèi)區(qū)22的終止區(qū)24中(圖6)。其后這些離子在該終止區(qū)24中擴(kuò)散進(jìn)入晶片2，從而形成第一終止層54 (圖7)并且去除第一掩模57。第二終止層64可采用相同的方式通過在陽極側(cè)41上應(yīng)用第二掩模67而在該陽極側(cè)41上形成，該第二掩模67覆蓋內(nèi)區(qū)22。然后離子例如通過注入或沉積應(yīng)用在該陽極側(cè)41上環(huán)繞該內(nèi)區(qū)22的終止區(qū)24中(圖6)。這些離子在終止區(qū)24中擴(kuò)散進(jìn)入晶片2，從而形成第二終止層64 (圖7)。其后去除第二掩模67。第一和第二終止層54、64可一個(gè)接一個(gè)形成，或如在圖中示出的，它們可同時(shí)形成。當(dāng)然，還可以應(yīng)用像獨(dú)立的注入步驟(但共同擴(kuò)散)的其他制造步驟，并且形成第一和第二終止層的順序可以顛倒。然后基極層5通過在陰極側(cè)31上應(yīng)用離子(例如通過離子植入或沉積而不用掩模)(圖8)，并且然后將這些離子擴(kuò)散進(jìn)入晶片2進(jìn)入離陰極側(cè)31至多45 Mm、示范性地至多30 Mffl的深度51而形成，該深度比第一終止層深度55更低(圖9)。第一終止層54可具有小于140 Mm的厚度56。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一終止層54具有多于50 Mm的厚度56。陽極層6通過在陽極側(cè)41上應(yīng)用離子并且將這些離子擴(kuò)散進(jìn)入晶片2進(jìn)入陽極層深度61而在第二主側(cè)41上形成，該陽極層深度61比第二終止層深度65更低。同樣基極和陽極層5、6可一個(gè)接一個(gè)形成或它們可完全或部分同時(shí)形成，例如通過在第一側(cè)上注入離子，其后在另一側(cè)上并且然后在一個(gè)步驟中將這些離子擴(kuò)散進(jìn)入晶片2。像η+摻雜的陰極層7的其他層、ρ摻雜的陰極短區(qū)和柵極接觸95可現(xiàn)在或在任何其他適當(dāng)?shù)闹圃觳襟E通過專家眾所周知的任何方法在陰極側(cè)31上形成(圖9)。陰極和陽極接觸3、4然后在晶片2上內(nèi)區(qū)22中形成(圖10)。其后晶片的一部分在終止區(qū)24中從陰極側(cè)31去除，例如通過蝕刻、磨削或研磨，使得形成具有從陰極側(cè)31(或陽極側(cè)41，分別地)傾斜的至少一個(gè)角的負(fù)斜角53。在另一個(gè)示范性實(shí)施例中連續(xù)去除晶片材料來在終止區(qū)24中形成晶片厚度的減小，使得晶片表面從陰極側(cè)31的平面傾斜至多5° (在另一個(gè)示范性實(shí)施例中3°并且在再另一個(gè)實(shí)施例中1.5°)的單個(gè)恒定角，從而導(dǎo)致均勻的厚度減小(圖11)。在另一個(gè)實(shí)施例中，連續(xù)去除晶片材料來在終止區(qū)24中形成晶片厚度23的減小，使得晶片側(cè)從陰極側(cè)31 (或陽 極側(cè)41，分別地)的平面傾斜至多5°和15°、在另一個(gè)示范性實(shí)施例中3°和15°并且在再另一個(gè)實(shí)施例中1.5°和15°的兩個(gè)恒定角。通過這樣的傾斜角形成雙負(fù)斜角。單個(gè)負(fù)斜角的一個(gè)角示范性地用于具有較低擊穿電壓(例如高達(dá)6.5kV)的裝置，并且示范性地雙負(fù)斜角的兩個(gè)角用于具有較高擊穿電壓(例如高于6.5kV)的裝置。當(dāng)然，非線性斜角對(duì)于制造也是可能的。發(fā)明性PCT裝置還僅在一側(cè)(即陰極或陽極側(cè)(第一主側(cè)))上包括至多45Mm、示范性地30Mm的基極或陽極層5、6 (第一層)并且在相同側(cè)上包括具有負(fù)斜角的更深的第一或第二終止層54、64(第二層)。另一側(cè)可由專家已知的任何方法和任何結(jié)構(gòu)制造(像護(hù)環(huán)9)。如果在該申請(qǐng)沒有另外陳述，在像晶閘管(示范性地PCT或GCT)的具有四層結(jié)構(gòu)的裝置的情況下，關(guān)于第一和第二層鑒于設(shè)計(jì)或制造方法陳述的所有性質(zhì)也可對(duì)第三和第四層應(yīng)用。本發(fā)明也可應(yīng)用于像GCT (柵極換向晶閘管)的具有四層結(jié)構(gòu)的任何種類的晶閘管。二極管采用與PCT相似的方式制造，但僅有P摻雜的基極層5 (二極管的陽極層)在陽極側(cè)41上形成，然而沒有ρ摻雜的層在二極管的陰極側(cè)31上形成。相反，在陰極側(cè)31上形成有高η摻雜的陰極層7用于良好接觸。參考列表
權(quán)利要求
1.一種雙極非穿通功率半導(dǎo)體裝置，包括半導(dǎo)體晶片(2)和在所述晶片的第一主側(cè)上形成的第一電接觸和在與所述第一主側(cè)相對(duì)的所述晶片的第二主側(cè)上形成的第二電接觸， 所述半導(dǎo)體晶片(2)包括具有不同的電導(dǎo)率類型的層的至少兩層結(jié)構(gòu)， 所述至少兩層結(jié)構(gòu)包括 -第一電導(dǎo)率類型的漂移層(26)， -第二電導(dǎo)率類型的第一層，其朝所述第一主側(cè)直接連接到所述漂移層(26)并且接觸所述第一電接觸，并且 所述晶片(2)包括具有在所述第一和第二主側(cè)之間測(cè)量的恒定晶片厚度(23)的內(nèi)區(qū)(22)，和 終止區(qū)(24)，其環(huán)繞所述內(nèi)區(qū)(22)并且其中所述晶片厚度(23)至少在所述第一主側(cè)上通過負(fù)斜角而減小， 其中所述第一層延伸到第一層深度，所述第一層深度從平面測(cè)量，其中所述第一主側(cè)布置在所述內(nèi)區(qū)(22)內(nèi)，并且 其中所述漂移層延伸到漂移層深度，所述漂移層深度在所述內(nèi)區(qū)(22 )內(nèi)從所述平面測(cè)量，其中所述第一主側(cè)布置在所述內(nèi)區(qū)(22)內(nèi)， 其特征在于 第二電導(dǎo)率類型的第二層布置在所述第一主側(cè)上所述終止區(qū)(24)中，所述第二層布置直到第二層深度，所述第二層深度從平面測(cè)量，其中所述第一主側(cè)布置在所述內(nèi)區(qū)(22)內(nèi)，并且其中所述第二層深度大于所述第一層深度并且淺于所述漂移層深度，其中所述第二層的最大摻雜濃度低于所述第一層的最大摻雜濃度，并且其中所述第一層深度是至多45Mm,特別地至多30Mm。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述裝置包括 -在所述第一側(cè)上的第一電導(dǎo)率類型的陰極層(7)，其布置使得所述第一電接觸接觸所述第一層和所述陰極層(7)，以及 -在所述第二主側(cè)上的第二電導(dǎo)率類型的第三層，其布置直到從所述第二主側(cè)測(cè)量的第三層深度，并且其中 -第二電導(dǎo)率類型的第四層布置在所述第二主側(cè)上所述終止區(qū)(24)中直到從所述第二主側(cè)測(cè)量的第四層深度，并且其中所述第四層深度大于所述第三層深度，所述第三層深度特別地至多45Mm并且特別地30Mm。
3.如權(quán)利要求1或2中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述晶片厚度(23)在所述終止區(qū)(24)中通過負(fù)斜角而減小，其具有特別地至多5°的單個(gè)角，或通過特別地至多5"的更靠近所述內(nèi)區(qū)(22)的第一角和特別地至多15°的更靠近所述晶片的邊緣的第二角而減小。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第一層深度達(dá)到所述第二層深度的至少1/4、特別地達(dá)到1/10，和所述第三層深度達(dá)到所述第四層深度的至少1/4、特別地達(dá)到1/10中的至少一個(gè)。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第一和所述第三層深度中的至少一個(gè)是至少8 Mm、特別地至少10 Mm。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第一層形成為具有恒定第一層深度的連續(xù)層，并且所述第一層橫向延伸進(jìn)入所述終止區(qū)(24)，并且其中所述第二層布置在所述第一層和所述漂移層之間。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第二層連接到所述第一層和所述第四層連接到所述第三層中的至少一個(gè)。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第二層連接到所述第一電接觸和所述第四層連接到所述第二電接觸中的至少一個(gè)。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第四層具有比所述第三層更低的最大摻雜濃度。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，裝置在所述第一或第二主側(cè)中的一個(gè)上包括具有陰極層深度(71)的第一電導(dǎo)率類型的陰極層(7)，并且其中布置在與所述陰極層(7)相同的主側(cè)的所述第一或第三層深度比所述陰極層深度(71)更大。
11.如權(quán)利要求1或3至10中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述裝置包括第二電導(dǎo)率類型的第三層，其布置在所述第二主側(cè)上直到從所述第二主側(cè)測(cè)量的第三層深度，并且其中第二電導(dǎo)率類型的護(hù)環(huán)(9)布置在所述終止區(qū)(24)中所述第二主側(cè)上。
12.一種用于制造雙極非穿通功率半導(dǎo)體裝置的方法，其包括第一主側(cè)上的第一電接觸和在與所述第一主側(cè)相對(duì) 的第二主側(cè)上的第二電接觸以及具有不同的電導(dǎo)率類型的層的至少兩層結(jié)構(gòu)，所述方法至少包括下列制造步驟: 提供第一電導(dǎo)率類型的晶片(2)，弱摻雜的第二層通過在所述第一主側(cè)上應(yīng)用第一掩模(57)而在所述第一主側(cè)上形成，所述第一掩模(57)覆蓋所述晶片的內(nèi)區(qū)(22)，在所述第一主側(cè)上環(huán)繞所述內(nèi)區(qū)(22)的終止區(qū)(24)中應(yīng)用離子，并且將所述離子在所述終止區(qū)(24)中擴(kuò)散進(jìn)入所述晶片直到第二層深度， 去除所述第一掩模(57), 比所述第二層更高摻雜的第一層通過在所述第一主側(cè)上應(yīng)用離子并且將所述離子擴(kuò)散進(jìn)入所述晶片(2)進(jìn)入離所述第一主側(cè)至多45 Mm、特別地30 Mffl的第一層深度而形成，所述第一層深度低于第二層深度，所述第一和第二電接觸應(yīng)用在所述晶片(2)上所述內(nèi)區(qū)(22)上， 所述晶片的負(fù)斜角通過在所述終止區(qū)(24)中從所述第一主側(cè)部分去除晶片材料在所述第一主側(cè)上所述終止區(qū)(24)中形成。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于 第四層通過在所述第二主側(cè)上應(yīng)用第二掩模(67 )而在所述第二主側(cè)上形成，所述第二掩模(67 )覆蓋所述內(nèi)區(qū)(22 )，在所述第二主側(cè)上環(huán)繞所述內(nèi)區(qū)(22 )的所述終止區(qū)(24 )中應(yīng)用離子，并且將所述離子在所述終止區(qū)(24)中擴(kuò)散進(jìn)入所述晶片(2)直到第四層深度，去除所述第二掩模(67)，并且其中第三層通過在所述第二主側(cè)上應(yīng)用離子并且將所述離子擴(kuò)散進(jìn)入所述晶片(2)進(jìn)入第三層深度而在所述第二主側(cè)上形成，所述第三層深度低于第四層深度，所述晶片的負(fù)斜角通過在所述終止區(qū)(24)中從所述第二主側(cè)部分去除晶片材料在所述第二主側(cè)上所述終止區(qū)(24)中形成。
14.如權(quán)利要求12或13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第二層具有小于140Mm的深度或所述第四層具有小于140Mm的深度中的至少一個(gè)。
15.如權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第一終止層具有超過50Mm的深度或所述第二終止層具有超過50Mm的深度中的至少一個(gè)。
全文摘要
提供雙極非穿通功率半導(dǎo)體裝置。它包括半導(dǎo)體晶片(2)和在第一主側(cè)上的第一電接觸和在第二主側(cè)上的第二電接觸。該晶片(2)包括具有晶片厚度(23)的內(nèi)區(qū)(22)，和終止區(qū)(24)，其環(huán)繞該內(nèi)區(qū)(22)并且其中晶片厚度(23)至少在第一主側(cè)上通過負(fù)斜角而減小。該半導(dǎo)體晶片(2)包括具有不同的電導(dǎo)率類型的層的至少兩層結(jié)構(gòu)-第一電導(dǎo)率類型的漂移層(26)，第二電導(dǎo)率類型的第一層，其在第一主側(cè)上直接連接到該漂移層(26)并且接觸第一電接觸，該第一層延伸到第一層深度，和-第二電導(dǎo)率類型的第二層，其布置在第一主側(cè)上終止區(qū)(24)中直到第二層深度。該第二層深度大于該第一層深度，該第一層深度是至多45μm。該第二層的摻雜濃度低于該第一層的摻雜濃度。
文檔編號(hào)H01L29/87GK103222056SQ201180056961
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者J.福貝基, M.拉希莫 申請(qǐng)人:Abb 技術(shù)有限公司