半导体器件制造技术

技术编号：40501000 阅读：3 留言：0更新日期：2024-02-26 19:28

半导体器件具有半导体本体，其具有第一表面和与第一表面沿垂直方向相对的第二表面、栅极区，和沿水平方向与栅极区相邻布置的有源区。第一导电类型的第一发射极、第二导电类型的第一基极和第一导电类型的第二基极沿垂直方向依次布置在第二表面与第一表面之间。半导体器件还具有：布置在有源区内第二导电类型的前侧发射极，其从第一表面沿垂直方向延伸到第二基极中；第一导电类型的多个短路区域，其从第一表面穿过前侧发射极延伸直至第二基极，其中有源区具有沿水平方向与栅极区相邻的第一边缘区、与第一边缘区相邻的失效区和与失效区相邻的第二边缘区，布置在失效区内的短路区域的平均密度低于分别布置在第一和第二边缘区内的短路区域的平均密度。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体器件、尤其是一种用于在故障情况下保护变流器的半导体器件。

技术介绍

1、诸如igbt模块(igbt＝绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolartransistor))那样的功率半导体模块通常具有一个或多个续流二极管。在此，越来越频繁地使用碳化硅(sic)二极管，作为续流二极管。由此，功率密度例如可以在变流器中被显著提高，以在光伏或风力发电设施中使用。然而，续流二极管、尤其是碳化硅二极管，只能在很小的程度上超载。在故障情况下，可能出现非常高的短路电流，该短路电流可能导致续流二极管的爆炸，由此，高导电等离子体可能会逸出，该高导电等离子体可能导致变流器中的进一步的后续短路。这可能导致相对应的设施的火灾并且最终导致彻底失效。

2、因而，功率半导体模块通常具有诸如磁功率开关或者熔断器等机械保护元件，在短路情况下，通过这些机械保护元件来切断模块。然而，这种保护元件所具有的500μs左右的切换时间是比较慢的，并且因而在故障情况下无法总是及时将模块切断，使得无法可靠地防止在该模块处的损坏。利用半导体器件可以实现明显更快的切换时间(例如<20μs)，这些半导体器件在故障情况下以所定义的方式将电网短接，由此，可靠地并且及时地切断功率半导体模块，并且避免由故障电流所造成的在功率半导体模块处的损坏。然而，由于在故障情况下出现的高故障电流，在这种半导体器件中可能形成等离子体，当该等离子体意外地从半导体器件中逸出并且损坏或破坏周围的器件时，该等离子体可能导致功率半导体模块的故障或者甚至失效。</p>

技术实现思路

1、因此，任务在于：提供一种快速切换的半导体器件，该半导体器件可以在故障情况下拦截所出现的高故障电流并且将模块及时切断，而并没有等离子体意外地从半导体器件中逸出，使得可以可靠地防止在模块处的损坏。

2、半导体器件具有半导体本体，该半导体本体具有第一表面和与第一表面沿垂直方向相对的第二表面、栅极区，以及沿水平方向与该栅极区相邻布置的有源区。第一导电类型的第一发射极、第二导电类型的第一基极和第一导电类型的第二基极沿垂直方向依次地布置在第二表面与第一表面之间。半导体器件还具有：布置在有源区内的第二导电类型的前侧发射极，该前侧发射极从第一表面沿垂直方向延伸到第二基极中；和第一导电类型的多个短路区域，这些短路区域从第一表面穿过该前侧发射极延伸直至第二基极，其中该有源区具有沿水平方向与栅极区相邻的第一边缘区、沿水平方向与第一边缘区相邻的失效区以及沿水平方向与失效区相邻的第二边缘区，而且布置在失效区内的短路区域的平均密度低于分别布置在第一边缘区和第二边缘区内的短路区域的平均密度。

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【技术保护点】

1.一种半导体器件，其具有：

2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述失效区(320)在水平面内的截面积介于所述半导体本体(100)的总面积的10％与50％之间。

3.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其中，所述多个短路区域(32)中的每个短路区域都被设计成柱状，并且沿水平方向具有圆形、椭圆形或多边形截面。

4.根据权利要求3所述的半导体器件，其中，所述多个短路区域(32)中的每个短路区域的延伸尺寸沿水平方向为最大200μm。

5.根据权利要求3或4所述的半导体器件，其中

6.根据权利要求3至5中任一项所述的半导体器件，其中，所述多个短路区域(32)中的每个短路区域在水平面内具有相同的截面积。

7.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其中，所述多个短路区域(32)中的每个短路区域都被设计成环形，使得所述前侧发射极(30)通过所述短路区域(32)被分成各个同心环。

8.根据权利要求7所述的半导体器件，其中，所述多个短路区域(32)中的每个短路区域沿水平方向的宽度为最大200μm或者最大500μm。

9.根据权利要求7或8所述的半导体器件，其中

10.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其中，所述多个短路区域(32)中的至少一个短路区域被设计成环形，而且所述多个短路区域(32)中的至少一个短路区域被设计成柱状并且沿水平方向具有圆形、椭圆形或多边形截面。

11.根据权利要求10所述的半导体器件，其中

12.根据上述权利要求中任一项所述的半导体器件，所述半导体器件还具有：

13.根据权利要求12所述的半导体器件，其中，所述阴极电极(42)在所述失效区(320)内具有至少一个环形中断。

14.根据权利要求12或13所述的半导体器件，所述半导体器件还具有带外壳盖(52)的外壳，其中

15.根据权利要求12至14中任一项所述的半导体器件，所述半导体器件还具有：

16.根据权利要求15所述的半导体器件，其中，所述第一接触盘(60)和/或所述第二接触盘(62)分别具有或者包括铜合金、铝合金或者碳。

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【技术特征摘要】

1.一种半导体器件，其具有：

2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述失效区(320)在水平面内的截面积介于所述半导体本体(100)的总面积的10％与50％之间。

4.根据权利要求3所述的半导体器件，其中，所述多个短路区域(32)中的每个短路区域的延伸尺寸沿水平方向为最大200μm。

5.根据权利要求3或4所述的半导体器件，其中

6.根据权利要求3至5中任一项所述的半导体器件，其中，所述多个短路区域(32)中的每个短路区域在水平面内具有相同的截面积。

8.根据权利要求7所述的半导体器件，其中，所述多个短路区域(32)中的每个短路区域沿...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·德罗德纳，C·德里林，U·凯尔纳韦尔德豪森，S·P·索莫，M·斯泰尔特，
申请(专利权)人：英飞凌科技两极有限两合公司，
类型：发明
国别省市：

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