一种半导体器件及一种制造半导体器件的方法技术

本发明专利技术涉及一种半导体器件及一种制造半导体器件的方法。一种半导体器件包括第一器件(100)，第二器件(200)；在其中横向彼此相邻地实施第一器件(100)和第二器件(200)的衬底(300)；以及复合区域(400)。所述复合区域(400)实施于第一器件(100)和第二器件(200)之间的衬底(300)中，从而在第一器件(100)和第二器件(200)之间扩散的电荷载流子复合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，并且尤其涉及一种制 造三端双向可控硅开关元件的方法和结构。
技术介绍
在近代半导体工艺技术的许多应用中，重要的是，一方面，在衬底中尽可能小的空 间内将半导体器件形成在一起，但是另一方面，要防止电荷载流子从一个器件漂移到邻近 的器件。该漂移可能，例如，对邻近的器件的开关性能具有负面影响，因为从一个器件漂移 到下一个的电荷载流子能引起延迟(例如开关时)。
技术实现思路
实施例涉及一种半导体器件，具有第一器件，第二器件，衬底和复合区域。在衬底 中，第一器件和第二器件彼此相邻的横向实施。复合区域被实施于第一器件和第二器件之 间的衬底中，以便在第一器件和第二器件之间扩散或漂移的电荷载流子复合。附图说明本专利技术的实施例结合附图更详细地说明，其中图la，b示出了按照本专利技术实施例的半导体器件的截面图和顶视图；图2示出了具有可选的背面照射区域的截面图；图3示出了具有可选的背面沟槽的半导体器件的截面图；图4示出了具有可选的背面沟槽和照射区域的半导体器件的截面图；图5示出了具有实施的沟槽结构的衬底的后视图；图6a_6c示出了按照实施例的三端双向可控硅开关元件的顶视图和两个截面图； 以及图7示出了按照实施例的三端双向可控硅开关元件的布局图。 具体实施例方式一种有效的防止电荷载流子扩散的可能性是初始在两个不同的芯片上设置两个 器件随后连接该两个芯片(通过外部线路)。一个示例涉及被称作光三端双向可控硅开关元件的应用，其中两个晶闸管反并联 连接，因此它们可被连接为通过所述晶闸管的栅极端子实现电流在两个方向上流动。为了 实现示例性晶闸管快速的开关操作，重要的是两个晶闸管相互尽可能绝缘，这可以，如上面 所述的，通过两个晶闸管独立地实施于芯片上来实现。另一方面，有利的是这所需的两个晶 闸管实施于一个芯片上。然而，如上面已提到的，存在这样的问题，即以这种方式实现的三 端双向可控硅开关元件相比于在两个分离的芯片上实现的器件实质上促进了更低的开关 速度。然而，在这个示例中，传统的单芯片变体可达到的开关频率实质上低于传统的二芯片变体(或双芯片变体)。其原因是如上所述的自由电荷载流子从开通的晶闸管向邻近的关 断的晶闸管的扩散。单芯片方案较慢的开关速度的结果是，示例性的60Hz的电源频率时， 可能在例如不大于30mA (85°C时)开关。然而另一方面，双芯片变体在60Hz时约300mA的 电流仍能被安全地控制。该问题的一种解决方案是，例如，下游连接一个更大功率的三端双 向可控硅开关元件，这在双芯片变体中是不需要的。由于明显的更高电流，不需要下游、更 大功率的三端双向可控硅开关元件，而可应用于多种领域。通过单芯片方案替换所述的双芯片方案能降低芯片的制造成本大约25% (例如 对于具有至少800V阻断电压的所述三端双向可控硅开关元件应用)或大约50% (具有至 少600V的阻断电压)。这里的这种节省归因于，例如，仅仅减少所需芯片的面积。因此，存在需求一方面在一个芯片上设置器件而另一方而有效地抑制从一个器件 到邻近器件的电荷载流子的漂移，以便在示例性的三端双向可控硅开关元件应用中60Hz 的电源频率下，较高的电流强度也能被安全地控制。防止在设置于公共衬底上两个器件之间的电荷载流子的漂移的一个可能的解决 方案是远距离设置器件使电荷载流子不能克服器件间的距离——至少不在一个例如由操 作频率(更准确的反转操作频率)给定的时间周期内。这意味着可以将在三端双向可控 硅开关元件内的两个示意性的晶闸管之间的电流距离如此大地增加以使得电荷载流子在 操作期间不能从一个晶闸管到另一个晶闸管。但是，这会导致实质上更大的空间需求并且 因此相比双芯片方案没有成本优势。因此，上述问题的该显而易见的解决方案是很不明智 的。因此，本专利技术的实施例采取了不同的途径。在垂直方向充分延伸的有效复合层，形 成于芯片上容纳的两个器件(例如通过反并联方式连接的两个晶闸管)之间。该有效复合 层或结构(复合区域)可通过例如半导体结构的变化来形成，以便电荷载流子可通过发射 光子或声子(复合)从导带变化到价带。因此各自电荷载流子结合且不再是可用作电流的自由电荷载流子。这可以通过例 如半导体晶体结构中的缺陷来实现，缺陷是复合中常用的，其导致了位于导带和价带间的 能级并因此能使电荷载流子从导带跃迁到价带。特别地，缺陷的形成例如可通过照射(例 如，使用质子，氦原子，中子或电子)，其导致一个或多个半导体原子缺失从而形成于晶格中 的空位。可选择地，空位处氧也可占据，因此氧/空位复合体形成。多个空位的形成也是可 能的，其中多个晶格原子从晶格移除并且占据中间的晶格位置。重金属，类似例如钼或金， 也可局部地扩散到晶体结构以形成有效复合中心。因此，实施例提供一种半导体器件，具有在衬底中彼此相邻实施的第一器件和第 二器件。复合区域实施于第一和第二器件之间的衬底中，并且通过复合第一和第二器件之 间扩散的电荷载流子来分离器件。作为一个示例，以下，结合作为第一和第二器件的晶闸管解释本专利技术的实施例，该 晶闸管例如以反并联的方式连接以形成一个三端双向可控硅开关元件。然而，作为第一和 第二器件的晶闸管的使用只是一个示例，并且实施例不应受其限制。在以反并联的方式连接的两个邻近的示意性晶闸管之间，生成在垂直方向延伸的 增加复合的窄区域(复合区域)。如前所述，该区域具有充分的延伸以达到所述效果(防止 电荷载流子扩散)。例如如果衬底包括大约300 μ m的厚度，该复合区域典型地应当包括一个10至250 μ m(或衬底厚度的3% -90% )或50到150 μ m(或衬底厚度的20% -50% ) 的垂直延伸，以便电荷载流子很困难地仅从复合区域旁路或完全不能旁路，且横向扩散的 自由电荷载流子引起复合。该复合区域的横向延伸受限于，例如，以反并联方式连接的该两 个晶闸管(第一和第二器件)之间的电惰性区域。所述的复合区域可例如通过使用高能轻质量粒子的局部照射(三端双向可控硅 开关元件)来形成，其中质子尤其适合作为粒子，因为它们包括衬底中相对宽的范围。照射 中，可选择地使用掩模，其例如掩避该两个晶闸管且仅仅留下复合区域的区域用于照射，其 中，例如，称做模版掩模(stencil mask)被使用。该模版掩模可以，例如，通过具有合适孔 或者条纹的硅盘来实施。照射中，位于前面的将要被照射的区域不需要例如氧化层、掺杂或 未掺杂硅酸盐玻璃或聚酰亚胺的覆盖层是明智的，该覆盖层在照射期间防止不想要的高能 注入的照射。如果需要，例如，在照射后可沉积聚酰亚胺层，其中工艺温度应不超过350°C， 例如，与照射生成的有效复合效果一样——相似的，例如，双空位或者氧/空位复合体—— 在这些温度下实质上退火。例如，在150到350之间的范围或者200到320°C之间的范围内 发生回火或温度处理来稳定照射后的缺陷。使用该温度处理，稳定了形成的有效复合中心， 所以防止了器件操作期间可能的退火。可选择地，为了形成复合区域，也可发生使用电子的照射，其中由于电子的更高的 穿透深度，复合区域的深度可大约包括衬底的厚度。进一步可以通过有效复合重金属，例 如钼或者金来形成复合区域，所述重金属扩散或注入并且随后扩散到半导体衬底的复合区 域。当使用重金属来形成有效复合缺陷时，例如，本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种半导体器件，包括：第一器件（１００）；第二器件（２００）；在其中横向彼此相邻地形成第一器件（１００）和第二器件（２００）的衬底（３００）；以及形成于第一器件（１００）和第二器件（２００）之间的衬底（３００）中的复合区域（４００），从而在第一器件（１００）和第二器件（２００）之间扩散的电荷载流子复合。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·布赫贝格尔，HJ·舒尔策，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE