[发明专利]双极半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及双极半导体器件，特别涉及用于高反向电压的双极功率半导体器件以及用于生产双极半导体器件的相关方法。

背景技术

在汽车、消费和工业应用中的现代装置的许多功能诸如转换电能和驱动电动机或电机依赖半导体器件。绝缘栅双极晶体管（IGBT）将用于控制电流的隔离栅电极与双极晶体管的高电流和低饱和电压能力结合，并且因此已被用于包括但不限于牵引电动机控制的各种应用，并且被用作在电源和功率转换器中的开关，特别被用于中等功率到高功率的应用。

同时，诸如功率半导体器件的切换损耗和柔度（softness）的动态属性已变得更加重要。进一步，在高的切换速度下的鲁棒性（耐久性）经常希望是高的。甚至进一步，功率半导体的特性阻断曲线的退化经常要被避免。针对用于至少大约3kV的高反向电压（阻断电压）的功率IGBT和关联的续流二极管，n掺杂场停止层可以被提供来减小切换损耗，该n掺杂场停止层被布置成接近p掺杂背侧发射极或阴极区并且具有比邻近的n掺杂漂移或基底层更高的掺杂剂浓度。存在具有场停止层的双极功率半导体器件，该双极功率半导体器件具有高的切换鲁棒性。然而，制造的变化可以产生不太强的IGBT功率器件，在典型地以较低切换速度所实行的系列测试期间检测不到该IGBT功率器件。在操作期间，不太强的IGBT在大于10⁸ V/s或大于10⁹ V/s的高的切换速度下可能引起故障。因此，与在高的切换速度（硬换向）下的双极半导体器件的切换鲁棒性和合适的制造工艺有关的进一步改进是所希望的。

发明内容

根据功率半导体器件的实施例，功率半导体器件包含半导体基体，该半导体基体具有第一表面和与第一表面基本上平行伸延（run）的第二表面。第一金属化被布置在第一表面上。第二金属化被布置在第二表面上。半导体基体包含：n掺杂第一半导体区域，该n掺杂第一半导体区域与第一金属化间隔开并且具有第一最大掺杂浓度；n掺杂第二半导体区域，该n掺杂第二半导体区域具有比第一最大掺杂浓度更高的第二最大掺杂浓度并且邻近该第一半导体区域；和第三半导体区域，该第三半导体区域与第二金属化欧姆接触，被布置在第二金属化与第二半导体区域之间，并且邻近该第二半导体区域。第二半导体区域由包含作为施主的电活性硫族元素杂质的半导体材料制成。至少90％的电活性硫族元素杂质在半导体材料中形成孤立缺陷。

根据双极半导体器件的实施例，双极半导体器件包含单晶半导体材料的半导体基体，该半导体基体在第一表面和与第一表面基本上平行伸延的第二表面之间延伸。半导体基体包含：pn结；n掺杂场停止层，该n掺杂场停止层与第一表面和第二表面间隔开并且包含作为n型掺杂剂的硫族元素杂质；和n掺杂基底层，该n掺杂基底层具有比场停止层更低的最大掺杂浓度并且从场停止层延伸到pn结。至少90％的所述硫族元素杂质在单晶半导体材料中形成孤立缺陷并且在室温下具有至少大约1 s的再充电时间常数。

根据用于生产双极半导体器件方法的实施例，该方法包含：提供半导体衬底，该半导体衬底具有第一侧面和与第一侧面相反的第二侧面并且包括n型半导体层；注入硫族元素到n型半导体层的第一子层中；在第一温度下执行第一退火工艺至少大约10分钟；注入掺杂剂到接近第二侧面的n型半导体层的第二子层中；以及在不高于第一温度的第二温度下执行第二退火工艺。

通过阅读下面的详细描述以及通过查看附图，本领域技术人员将认识到附加的特征和优点。

附图说明

附图中的部件不必成比例，而是重点放在本文图示的原理上。

图1图示经过根据实施例的垂直半导体器件的半导体基体的横截面。

图2图示经过根据实施例的垂直半导体器件的半导体基体的横截面。

图3至图5图示在根据实施例的方法的方法步骤期间经过半导体基体的垂直横截面。

图6图示根据实施例的垂直半导体器件的半导体基体的掺杂轮廓。

图7图示根据实施例的作为退火温度的函数的掺杂浓度。

图8A和图8B图示根据实施例的垂直半导体器件的切换行为。

图9图示根据实施例的作为切换功率的函数的切换功率限制的累积频率分布。

具体实施方式