[发明专利]半导体元件

说明书

本发明是关于一种半导体元件，特别是关于一种大面积半导体衬底在对向配置的电极之间具有多个不同掺杂层的半导体元件。

半导体元件，无论是二极管、半导体开关元件或是金属氧化物半导体场效应晶体管或大电流晶体管，特别是大功率晶体管，占据日益扩大的能量发生和分配以及传动工程的领域。

同时，象欧洲专利EP-AI0，121，068介绍的周知的控制门断开（GTO）型半导体开关元件和场控型半导体开关元件（FCTh）之类的关断式半导体开关元件开辟了新的应用领域。

目前，模拟计算结果表明，如果在相应的半导体衬底上加一个阻隔层并减少n型基区层的厚度，实质上可改善GTO和FCTh的导通电阻（即导通状态下的电阻）、关断时间和所谓“尾部”特性（即在“无缓冲器”关断时电流的衰减特性）。

但若果采用传统的技术，则不能将n型基层的厚度减少到能影响元件的电气性能的程度，这是因为大面积半导体衬底在其直径达到几英寸的情况下会在元件的制造过程中变得过于易碎以致难以可靠地加以处理。

甚至采用外延生长的所谓外延（EPI）层也不能解决问题，因为该EPI层还必须配备另外作为隆起的阴极指的厚度，而EPI层为达到此目的的100微米总厚度，不是制造不出质量合乎要求的产品，就是最起码是成本高，不经济。

因此本发明的目的是提供一种能发挥在减少厚度方面的优点而又不致危害半导体衬底的机械稳定性或必须借助于不经济的方法制造的半导体元件。

这个目的是通过引言中所述的那种半导体元件付诸实施的。在该半导体元件中，为改善元件的电气性能，至少在半导体衬底的一侧引入一定深度的腐蚀坑，以减少半导体衬底在载流区的厚度。因此本发明的实质是从半导体衬底一侧或两侧往半导体基片上引入一些腐蚀坑，从而以隆起物的形式继续保留原衬底在腐蚀坑周围的厚度，同时充分保留机械上的稳定性。

本发明最好应用到这样的半导体元件，其半导体衬底在阳极与阴极之间配备有GTO或FCTh层系在阴极侧制成阶梯式的栅-阴结构，在这种栅-阴结构中，有多个阴极指突出更深一层配置的栅极平面并形成带有中介栅区控制结构。在此情况下，腐蚀坑系配置在控制结构对过的阳极侧。

其它最佳实施例有：

半导体衬底具有能通过栅极加以关断的（GTO型）半导体开关元件层系或场控制型半导体开关元件（FCTh）层系，该层系配置在阳极与阴极之间;

半导体衬底在阴极侧具有一栅-阴结构，该栅-阴结构按阶梯形式构成，在该结构中，多个阴极指从更深配置的栅极平面突出，形成具有中介栅区的控制结构;

腐蚀坑配置在控制结构对向的阳极侧;

P掺杂阳极层和其上的n型轻掺杂的n型基区层系配置在阴极侧的半导体衬底中，且减少腐蚀坑部位中半导体衬底的厚度实质上是靠消耗n型基区层（3）的厚度而取得的;

在阳极层与n型基区层之间设有n型强掺杂的阻隔层;

n型基区层在腐蚀坑部位的厚度小于200微米，最好是在80和150微米之间的范围内;

控制结构再划分为若干彼此分开的控制区，且在控制区对过配置有面积大致与控制区相等的腐蚀坑;

半导体衬底在阳极侧钎焊到金属基片上，且腐蚀坑完全充满钎料。

下面参照附图根据列举的实施例对本发明进行更详细的叙述和说明。

附图中：

图1是可用现有技术带阶梯式栅-阴结构关断的（GTO或FCTh）型半导体开关元件的外形透视图;

图2是图1（在此特别是如GTO）的半导体开关元件沿图1中A-A线所示的平面的横向剖视图;

图3是对各种不同厚度的基区层的GTO型半导体开关元件在关断情况下的电流曲线进行模拟计算的结果;

图4是图2根据本发明列举的一个最佳实施例在阳极侧上带腐蚀坑的GTO型半导体开关元件的示意图;

图5A是具有多个平行阴极指因而可以关断的经过精细作出图形并钝化过的原型半导体开关元件阴极侧的平面图;

图5B是图5A在控制结构对向具有腐蚀坑的半导体开关元件阳极侧的平面图;

图6是本发明另一最佳实施例具有细分为若干控制区的控制结构因而可以关断的半导体开关元件的横向剖视图。

虽然本发明并不局限于FCTh或GTO型可关断的半导体开关元件，但下面将特别就这类半导体元件进行介绍和说明。