一種半導體器件及一種制造半導體器件的方法

技術領域

本發明涉及一種半導體器件及一種制造半導體器件的方法，并且尤其涉及一種制造三端雙向可控硅開關元件的方法和結構。

背景技術

在近代半導體工藝技術的許多應用中，重要的是，一方面，在襯底中盡可能小的空間內將半導體器件形成在一起，但是另一方面，要防止電荷載流子從一個器件漂移到鄰近的器件。該漂移可能，例如，對鄰近的器件的開關性能具有負面影響，因為從一個器件漂移到下一個的電荷載流子能引起延遲(例如開關時)。

發明內容

實施例涉及一種半導體器件，具有第一器件，第二器件，襯底和復合區域。在襯底中，第一器件和第二器件彼此相鄰的橫向實施。復合區域被實施于第一器件和第二器件之間的襯底中，以便在第一器件和第二器件之間擴散或漂移的電荷載流子復合。

附圖說明

本發明的實施例結合附圖更詳細地說明，其中：

圖1a，b示出了按照本發明實施例的半導體器件的截面圖和頂視圖；

圖2示出了具有可選的背面照射區域的截面圖；

圖3示出了具有可選的背面溝槽的半導體器件的截面圖；

圖4示出了具有可選的背面溝槽和照射區域的半導體器件的截面圖；

圖5示出了具有實施的溝槽結構的襯底的后視圖；

圖6a-6c示出了按照實施例的三端雙向可控硅開關元件的頂視圖和兩個截面圖；以及

圖7示出了按照實施例的三端雙向可控硅開關元件的布局圖。

具體實施方式

一種有效的防止電荷載流子擴散的可能性是初始在兩個不同的芯片上設置兩個器件隨后連接該兩個芯片(通過外部線路)。

一個示例涉及被稱作光三端雙向可控硅開關元件的應用，其中兩個晶閘管反并聯連接，因此它們可被連接為通過所述晶閘管的柵極端子實現電流在兩個方向上流動。為了實現示例性晶閘管快速的開關操作，重要的是兩個晶閘管相互盡可能絕緣，這可以，如上面所述的，通過兩個晶閘管獨立地實施于芯片上來實現。另一方面，有利的是這所需的兩個晶閘管實施于一個芯片上。然而，如上面已提到的，存在這樣的問題，即以這種方式實現的三端雙向可控硅開關元件相比于在兩個分離的芯片上實現的器件實質上促進了更低的開關速度。然而，在這個示例中，傳統的單芯片變體可達到的開關頻率實質上低于傳統的二芯片 變體(或雙芯片變體)。其原因是如上所述的自由電荷載流子從開通的晶閘管向鄰近的關斷的晶閘管的擴散。單芯片方案較慢的開關速度的結果是，示例性的60Hz的電源頻率時，可能在例如不大于30mA(85℃時)開關。然而另一方面，雙芯片變體在60Hz時約300mA的電流仍能被安全地控制。該問題的一種解決方案是，例如，下游連接一個更大功率的三端雙向可控硅開關元件，這在雙芯片變體中是不需要的。由于明顯的更高電流，不需要下游、更大功率的三端雙向可控硅開關元件，而可應用于多種領域。

通過單芯片方案替換所述的雙芯片方案能降低芯片的制造成本大約25％(例如對于具有至少800V阻斷電壓的所述三端雙向可控硅開關元件應用)或大約50％(具有至少600V的阻斷電壓)。這里的這種節省歸因于，例如，僅僅減少所需芯片的面積。

因此，存在需求一方面在一個芯片上設置器件而另一方而有效地抑制從一個器件到鄰近器件的電荷載流子的漂移，以便在示例性的三端雙向可控硅開關元件應用中60Hz的電源頻率下，較高的電流強度也能被安全地控制。

防止在設置于公共襯底上兩個器件之間的電荷載流子的漂移的一個可能的解決方案是遠距離設置器件使電荷載流子不能克服器件間的距離——至少不在一個例如由操作頻率(更準確的：反轉操作頻率)給定的時間周期內。這意味著可以將在三端雙向可控硅開關元件內的兩個示意性的晶閘管之間的電流距離如此大地增加以使得電荷載流子在操作期間不能從一個晶閘管到另一個晶閘管。但是，這會導致實質上更大的空間需求并且因此相比雙芯片方案沒有成本優勢。因此，上述問題的該顯而易見的解決方案是很不明智的。

因此，本發明的實施例采取了不同的途徑。在垂直方向充分延伸的有效復合層，形成于芯片上容納的兩個器件(例如通過反并聯方式連接的兩個晶閘管)之間。該有效復合層或結構(復合區域)可通過例如半導體結構的變化來形成，以便電荷載流子可通過發射光子或聲子(復合)從導帶變化到價帶。

因此各自電荷載流子結合且不再是可用作電流的自由電荷載流子。這可以通過例如半導體晶體結構中的缺陷來實現，缺陷是復合中常用的，其導致了位于導帶和價帶間的能級并因此能使電荷載流子從導帶躍遷到價帶。特別地，缺陷的形成例如可通過照射(例如，使用質子，氦原子，中子或電子)，其導致一個或多個半導體原子缺失從而形成于晶格中的空位。可選擇地，空位處氧也可占據，因此氧/空位復合體形成。多個空位的形成也是可能的，其中多個晶格原子從晶格移除并且占據中間的晶格位置。重金屬，類似例如鉑或金，也可局部地擴散到晶體結構以形成有效復合中心。

因此，實施例提供一種半導體器件，具有在襯底中彼此相鄰實施的第一器件和第二器件。復合區域實施于第一和第二器件之間的襯底中，并且通過復合第一和第二器件之間擴散的電荷載流子來分離器件。

作為一個示例，以下，結合作為第一和第二器件的晶閘管解釋本發明的實施例，該晶閘管例如以反并聯的方式連接以形成一個三端雙向可控硅開關元件。然而，作為第一和第二器件的晶閘管的使用只是一個示例，并且實施例不應受其限制。

在以反并聯的方式連接的兩個鄰近的示意性晶閘管之間，生成在垂直方向延伸的增加復合的窄區域(復合區域)。如前所述，該區域具有充分的延伸以達到所述效果(防止電荷載流子擴散)。例如如果襯底包括大約300μm的厚度，該復合區域典型地應當包括一 個10至250μm(或襯底厚度的3％-90％)或50到150μm(或襯底厚度的20％-50％)的垂直延伸，以便電荷載流子很困難地僅從復合區域旁路或完全不能旁路，且橫向擴散的自由電荷載流子引起復合。該復合區域的橫向延伸受限于，例如，以反并聯方式連接的該兩個晶閘管(第一和第二器件)之間的電惰性區域。

所述的復合區域可例如通過使用高能輕質量粒子的局部照射(三端雙向可控硅開關元件)來形成，其中質子尤其適合作為粒子，因為它們包括襯底中相對寬的范圍。照射中，可選擇地使用掩模，其例如掩避該兩個晶閘管且僅僅留下復合區域的區域用于照射，其中，例如，稱做模版掩模(stencil?mask)被使用。該模版掩模可以，例如，通過具有合適孔或者條紋的硅盤來實施。照射中，位于前面的將要被照射的區域不需要例如氧化層、摻雜或未摻雜硅酸鹽玻璃或聚酰亞胺的覆蓋層是明智的，該覆蓋層在照射期間防止不想要的高能注入的照射。如果需要，例如，在照射后可沉積聚酰亞胺層，其中工藝溫度應不超過350℃，例如，與照射生成的有效復合效果一樣——相似的，例如，雙空位或者氧/空位復合體——在這些溫度下實質上退火。例如，在150到350之間的范圍或者200到320℃之間的范圍內發生回火或溫度處理來穩定照射后的缺陷。使用該溫度處理，穩定了形成的有效復合中心，所以防止了器件操作期間可能的退火。

可選擇地，為了形成復合區域，也可發生使用電子的照射，其中由于電子的更高的穿透深度，復合區域的深度可大約包括襯底的厚度。進一步可以通過有效復合重金屬，例如鉑或者金來形成復合區域，所述重金屬擴散或注入并且隨后擴散到半導體襯底的復合區域。當使用重金屬來形成有效復合缺陷時，例如，溫度處理可以在700到900℃之間的溫度范圍里執行例如15分鐘到6小時之間或30分鐘到幾小時之間。該溫度處理最終也服務于穩定缺陷，所以在操作期間不會發生退火效應且實現穩定的操作。

使用的照射的一個可能的照射劑量可以，例如，足在1011-1014質子/cm2之間或在1012和1013質子/cm2之間。也可以使多個照射步驟彼此相繼地對襯底發生作用，其中單獨的照射步驟可包括不同的能量和/或不同的劑量。當使用質子照射時，例如可使用大約2MeV到4MeV的能量或可在1-10MeV的范圍內。

在進一步的實施例中，也可以在半導體中形成同樣能有效抑制或防止在第一和第二器件之間自由電荷載流子的漂移(擴散)的溝槽，孔或其它結構。該溝槽或孔可以，例如，填充氧化物、金屬或多晶硅。進一步的實施例中也可以在襯底的背面實施該溝槽，例如在復合區域的位置。因此，可被自由電荷載流子利用的第一和第二器件之間的漂移路徑的橫截面進一步減少。任選的，也可以照射背面，然而，在這里，整個面的照射是可能的，并且背面的照射深度可以例如這樣選擇，一方面，不引起對第一和第二器件的負面影響，并且另一方面，獲得與復合區域的接觸，以便沿著整個襯底厚度在第一和第二器件之間的電荷載流子輸送變得不可能。在進一步的實施例中，也可以從背面形成一個或幾個溝槽且同時從背面發生照射，以便沿著溝槽有效地實現更高的照射深度。當使用這些溝槽時，可以實現前面所述的目標，即，盡可能低的影響第一和第二器件，且同時關閉第一和第二器件之間的可能的電流通路。

因此實施例的優勢包括，一方面，第一和第二器件可以在同一襯底上非常接近的設置，并且另一方面，在第一和第二器件之間的電荷載流子的漂移被有效阻止。如前所述--相對于在分布區域里增大電荷載流子的分布，該抑制第一和第二器件之間的電荷載 流子輸送通過復合實現。當形成分布區域，電流將僅能通過增加電阻來降低。復合不能導致減慢通過在第一和第二器件間的擴散中心處擴散的電流，但會中止電流，因為復合區域起到電荷載流子阱的作用。

因此，在實施例中可以使用上面提到的成本優勢，其起因于將兩個器件實施于同一芯片的很小的空間上，并且其中因而導致節省了芯片面積。

圖1a和1b示出了按照第一實施例的半導體器件的截面圖和頂視圖。

圖1a示出了具有第一器件100，第二器件200，襯底300和復合區域400的半導體器件。第一和第二器件100，200橫向彼此相鄰地實施于襯底300上，并且復合區域400實施于第一器件100和第二器件200之間的襯底300中，以便在第一器件100和第二器件200之間擴散的電荷載流子復合。

第一器件100可以，例如，包括雙極半導體器件(例如晶閘管)。第二器件200也可包括類似的雙極器件，例如，第二晶閘管。因此，第一和第二器件100，200可以是各自具有一個陽極端子和一個陰極端子的可開關器件。這里可通過控制端子(例如柵極)發生開關或者也光學的發生開關。例如，圖1a中示出了第一器件100的第一端子110和第二器件200的第一端子210。襯底300包括，例如，厚度d0的層，其中該層厚度d0可以，例如在200μm到500μm之間的范圍內或者是大約300μm。復合區域400包括垂直襯底表面310的深度d1，其中d1可以，例如，在20到300μm之間或50到150μm之間的范圍。從而第一器件100和第二器件200都沿著襯底表面310橫向彼此相鄰地設置且是可接觸的。端子也可作為接觸端子實施。

圖1b示出了如圖1a所示的半導體器件的頂視圖。這里圖1b中的截面線1-1’表明如圖1a所示的橫截面。圖1b中因此可以得出第一器件100和第二器件200橫向彼此相鄰地實施于襯底300內或上面并且第一器件100包括也可以從表面310接觸到的第一端子110和第二端子120。同樣地，第二器件200包括也可以從襯底300的表面310接觸到的第一端子210和第二端子220。在第一器件100和第二器件200之間實施該復合區域400。

從圖1a可以看出，復合區域400包括深度d1，其是，例如，大于第一和第二器件100，200的電性有源區域R1，R2(圖1a中的陰影線區域)。從而復合區域400示出了電荷載流子輸送的阱，以便如果擴散路徑未被阻擋層完全中斷，那么第一和第二器件100，200之間的剩余的電荷載流子可以只是流過該阱(復合區域400)。

圖2示出了包括第一器件100和第二器件200和復合區域400的半導體器件的進一步的截面圖。如圖2所示，該復合區域400可以，例如，通過照射500形成，其中復合區域400的面積由掩模550限定。這里掩模550保護第一器件100的有源區域R1和第二器件200的電性有源區域R2，以便第一器件100和第二器件200都免于照射500并且因而關于它們的操作不會被照射500限制。照射500可以關于它的能量且也關于它的劑量設定，以便復合區域400延伸到襯底300內的深度d1，其中深度d1按照前面描述的選擇。

可選擇地，也可以從背面320將襯底暴露于照射510。因此背面照射510導致形成背面復合層410，其可以，例如，在復合區域400下面以及在第一器件100和第二器件200下面都延伸。例如，可憑借背面復合區域410照射整個襯底300。對于背面復合區域410選擇的能量以及劑量可以，例如，選擇使得背面復合層410延伸至h2的高度，以便d1+h2大于d0(襯底的層厚度)。

可選擇的背面照射510(例如也是用質子)的目的是進一步減少第一器件100和第二器件200之間自由電荷載流子漂移路徑的橫截面。背而照射510可以，例如，在未覆蓋的硅背面的整個區域上執行。背面照射510的照射能量以及劑量在整個區域的情況下，可以選擇或優化為使得第一和第二器件100，200的操作不受影響。例如，在第一和第二器件100，200是晶閘管的情況下正向電壓不能不必要地劇烈地增加。照射能量例如可以在2到4MeV的范圍內。

當時用質子照射作為照射500和/或背面照射510時，最大能量可以，例如，是大約4MeV，其例如引起大約150μm的質子的范圍。如果需要，可以使用多個或者不同的照射能量來增加復合區域400的復合效率。引起充分復合效率的照射劑量(質子劑量)典型地在幾個1012到幾個1013氫原子/cm2的范圍內。

圖3示出了半導體器件的進一步的實施例，其中從背面320形成溝槽430取代圖2中示出的背面照射510。該溝槽包括，例如深度d3(從背面320測定)，其可以例如這樣選擇，以便d3+d1大于d0。這意味著該溝槽430例如從該背面320向上延伸至一深度，直到其接觸到該復合區域400。另一方面，首先形成具有深度d3的溝槽430，隨后從襯底300的表面310進行照射500，其如此設定以便該復合區域的深度d1足夠大以至延伸到該溝槽底面。如此，可以實現完全中斷擴散。

圖4示出進一步實施例，其中如圖3所示的溝槽430和如圖2所示的背面照射510相互組合。因此，在如圖4所示的實施例中，從背面320也形成一個包括深度h2的溝槽430。另外，執行背面照射510，其導致形成具有深度h1的背面復合層410。有利地，在形成溝槽430后執行背面照射510，以便背面照射510可在溝槽430的位置更深地穿透襯底300，并且基本上在該位置得到與復合區域400的接觸。這再次導致了電荷載流子漂移的有效中斷。然而在進一步的實施例中，不形成背面復合層410與復合區域400之間的接觸，但是僅減少在第一器件100和第二器件200之間可能的未復合擴散路徑的橫截面，以便沒有或幾乎沒有電荷載流子在器件之間擴散(如提及的，由于那里發生復合，穿過復合區域400的擴散是不可能的或很有限的)。

圖5示出了具有第一器件100的電有源區域R1和第二器件200的電有源區域R2的背面320的視圖(圖5中未示出器件)。如圖5所示的實施例中，在電有源區域R1和R2之間形成第一溝槽430a和第二溝槽430b。第一溝槽430a和第二溝槽430b都可以，例如，連續地橫向地形成，其中溝槽430a和430b例如平行于復合區域400伸展。然而，可選擇地，也可以橫向中斷地形成第一溝槽430a和/或第二溝槽430b，由此也能保證在第一器件100的電有源區域R1和第二器件200的電有源區域R2之間的電流的有效地抑制。如圖5所示，在該方面，第一溝槽430a和第二溝槽430b可相互偏移地中斷并且包括相互間的橫向距離。可再次如此選擇溝槽430的深度和寬度以使它們對第一和第二器件100，200操作的影響沒有或非常小。

因此如圖3至5所示的實施例導致了背面照射510(例如通過質子)的穿透深度被局部地增大(圖4中h1+h2)的事實。這里，如前所述，從盤狀背面310在復合區域400之下的區域向襯底300(或板)內刻蝕溝槽，其中它們的厚度例如設定為使照射質子的穿透深度和溝槽深度之和稍微小于板厚度d0。溝槽430的深度h2例如可以是在10到100μm的范圍內，由此，例如通過前面照射，在照射區域之間形成接觸。這里溝槽深度h2應設定為 使在未蝕刻背面區域320內的照射的示例性質子不會負面地改變第一器件100和第二器件200的電特性。同樣的，在兩個器件100，200(例如以反并聯方式連接的晶閘管)之間的區域中形成橫向方向連續的溝槽是可能的，或者也可能形成橫向中斷的相隔不太遠的多個溝槽，其中溝槽間的距離例如可以是在5μm到100μm的范圍內或在10μm到50μm的范圍內。背面照射也可選擇性地使用掩模來執行。

代替使用的質子照射，也可以在前面的位置(從襯底300的表面310)執行遮蔽的電子照射以形成所需的復合區域400。然而，在高電子能量的情況下，在這種情況下需要應用相對厚的掩模以達到對第一和第二器件100，200的有效地遮蔽。然而，電子照射的使用是有利的，作為復合區域400，已經有相對低的照射能量，能導致完成半導體板(襯底300)的貫通照射。正如使用質子，使用電子形成相同類型的缺陷中心，兩種情況下可使用如前面所述的相同的退火條件。

進一步形成復合區域400的可能性是前面所述的有效復合的例如鉑或金的重金屬的體內擴散。這可以發生在前面和/或背面，其中可選地應用掩模。在這方面，在目標復合區域400的區域中可以例如局部地形成硅化鉑層。這里，鉑原子在700到900℃范圍內的合適的溫度下在體內擴散到將形成復合區域400的區域中。這里典型的擴散時間在30分鐘到幾個小時之間。如果需要，該實施例可以與整個區域的背面質子照射結合。

圖6a到6c示出了實施例的頂視圖和兩個截面圖，其中第一器件100是第一晶閘管且第二器件200是第二晶閘管。

圖6a示出了襯底300的表面310的頂視圖，其中第一晶閘管100和第二晶閘管200通過復合區域400分離。第一晶閘管100包括第一摻雜區域(例如n摻雜)130，第二(互補)摻雜區域140(例如p摻雜)，第三摻雜區域150(例如n摻雜)和第四(互補)摻雜區域160(例如p摻雜)。這里設置摻雜區域以使第二摻雜區域140和第四(互補)摻雜區域160在第一摻雜區域130內彼此相鄰地實施。第三摻雜區域150在第二摻雜區域140內實施。除此之外，第一晶閘管100包括電連接第三摻雜區域150的第一端子110和除此之外連接到第四摻雜區域160的第二端子120。第一端子110可以連接(未示出)到第一接觸111且第二端子120連接到第二接觸121。

定位于復合區域400橫向相反側的第二晶閘管200包括相同的結構，然而其是沿著垂直于復合區域400的線鏡像的。相應地，該第二晶閘管200也包括第一摻雜區域230(例如n摻雜)，第二(互補)摻雜區域240(例如p摻雜)，第三摻雜區域250(例如n摻雜)和第四(互補)摻雜區域260(例如p摻雜)。第二摻雜區域240也在襯底300內橫向相鄰第四摻雜區域260實施，其中第二摻雜區域240和第四摻雜區域都作為阱在第一摻雜區域230內實施。同樣的，第三摻雜區域250電連接第一端子210且第四(互補)摻雜區域260連接到第二端子220。第一端子210可再次連接到第一電極211且第二端子220連接到第二電極221。可通過金屬化或者金屬層實施該電連接。

因此第一和第二晶閘管100，200的第一摻雜區域130，230作為襯底300中的n-阱實施，且通過復合區域400相互分離。襯底300本身可以例如是輕p摻雜。各個區域/襯底的選擇的摻雜僅是一個示例且在進一步實施例中可作不同的選擇。

如圖6a所示的實施例中，第一晶閘管100和第二晶閘管200作為光控晶閘管實施，以使它們依靠發生在用作柵極的光學窗口600上的光信號(或者通常光學信號)而啟 動。這里該光學窗口600例如實施于作為光電池的第二(互補)摻雜區域140，240。因此通過光信號釋放的電荷載流子引起各個晶閘管的啟動，以便對于在第一端子110和第二端子120之間的電流是打開的。因此例如在第三摻雜區域150和第二(互補)摻雜區域140之間的pn轉換區表現為光電池并且光學地發生啟動。然而，可選地該啟動也可通過接觸p摻雜基區140的柵接觸來發生。

圖6b示出了沿橫截面線b-b’(圖6a所示)的截面圖。由圖6b可知在襯底300內第一晶閘管和第二晶閘管之間的復合區域400實施在襯底300內。從圖6b可得知，第三摻雜區域150作為阱實施于第二(互補)摻雜區域140內，該第二(互補)摻雜區域140依次作為阱實施于第一摻雜區域130內。同樣地，第二晶閘管的第一摻雜區域230實施為橫向偏移于第一晶閘管100的第一摻雜區域130的另一個阱，并且包含第二晶閘管200的第四摻雜區域260。任選的，第二晶閘管200的第四摻雜區域260可包括高摻雜終端區域270，其包括與第四摻雜區域260相同的摻雜并且具有與第二端子220的有效電接觸的目的。

如前所述，第一晶閘管100的第一接觸端子110產生與第三摻雜區域150的電接觸，并且構成例如陰極端子K1。第一端子110和例如形成第二晶閘管200的陽極端子A2的第二端子220，都可例如作為克服沿襯底300的表面310實施的可選的氧化層的穿通接觸(通孔接觸)來實施。如圖6a所示，晶閘管的啟動例如憑借區域600(光學窗口)中的光信號發生，所述光信號由于光電效應而導致第二(互補)摻雜區域中的電荷載流子被釋放且依次導致晶閘管(第一或第二晶閘管)的啟動。

圖6c示出了沿截線c-c’(圖6a所示)的進一步的截面圖。因此，圖6c示出了實施于襯底300的第一晶閘管100的截面圖。因而，從圖6c可知第一摻雜區域130作為環繞第二(互補)摻雜區域140和橫向彼此相鄰的第四(互補)摻雜區域140的阱來實施。進一步，第三摻雜區域150作為阱實施于第二(互補)摻雜區域140。因此，由電接觸第三摻雜區域150的第一端子110和接觸第四(互補)摻雜區域160(例如通過終端區域170)的第二端子120得到npnp轉換區，其中，例如第三摻雜區域150是n摻雜，第二(互補)摻雜區域是p摻雜，第一摻雜區域130是n摻雜且第四(互補)摻雜區域是p摻雜。終端區域170例如可以也是p摻雜，其中終端區域170的摻雜明顯高于第四摻雜區域160的摻雜。可選的氧化層340例如形成在襯底表面310上，且第一接觸端子110和第二接觸端子120例如都實施為所謂的通孔，貫穿接觸可選的氧化層340。因此，例如，在氧化層340上實施陰極端子K1和陽極端子A1。氧化層340例如可以半透明地實施，這樣得到光學窗口600，其能使第二(互補)摻雜區域140中的進入光通過光電效應產生自由電荷載流子，其正向開關該第一晶閘管100。因此，形成從第一接觸端子110(例如陰極K1)到第二接觸端子120(例如陽極A1)的電流通路。襯底300例如可包括硅，且第一摻雜區域130(例如n阱)例如可包括一厚度，其小于復合區域400的穿透深度d1，其未示于圖6c中(見圖6b)。

為獲得三端雙向可控硅開關元件，第一晶閘管100的第一端子110電連接到第二晶閘管200的第二端子210，并且，第一晶閘管100的第二端子120電連接到第二晶閘管200的第一端子220。因此，通過將第一晶閘管100的陰極端子電連接到第二晶閘管的陽極端子、以及將第一晶閘管100的陽極端子也電連接到第二晶閘管的陰極端子，第一晶閘管100以反并聯的方式連接到第二晶閘管200。因此可以保證，對于每個電流方向(例如，施加交流電時)，任一個晶閘管或另一個晶閘管關于入射光轉換到正向。這里通過光信號的光學開 關具有的優勢在于，同步地獲得來自負載電路的控制信號的電去耦，其可以例如包括明顯比控制電路高的電壓或電流強度。

圖7示出了與常規的三端雙向可控硅開關元件的對照，其也包括第一晶閘管100和第二晶閘管200，它們每個形成在各自襯底上(由此排除了一個晶閘管與另一個晶閘管的相互影響)、并沿分隔線700集合到一起。示于圖7的頂視圖對應于也示于圖6a的頂視圖，因此第一晶閘管100包括第一接觸端子110和第二接觸端子120，以及在中央設置的光學窗口600。同樣的，第二晶閘管100包括第一接觸端子210和第二接觸端子220和中央光學窗口600。

常規的雙芯片變體如圖7右側所示，其中，例如，第二晶閘管200(設置于右側)轉換至開啟，所以從第二接觸端子220(例如陽極)向第一接觸端子210(例如陰極)發生電流720。由于第一晶閘管100和第二晶閘管200以反并聯方式連接，這種連接下第一晶閘管是阻斷的(轉換至反向)所以在第一晶閘管100的第一接觸端子110和第二接觸端子120間沒有發生電流。因此，僅有很少量電荷載流子在第一晶閘管100的第二接觸端子120附近，其在電流方向反轉時(例如施加交流電壓后)進而僅導致電流的短期延遲或阻斷。電場線710示出了換向后的電流方向。所示的雙芯片變體中，這兩個光晶閘管反并聯裝配并且電分離(每個在各自襯底上且隨后裝配在一起)。

圖7的左側示出了常規的單芯片變體，其中第一晶閘管100和第二晶閘管200常規設置(沒有復合區域400)在公共襯底300上，所以分隔線800示出了開放的硅帶(open?silicon?strip)。按照本發明的實施例，該分隔帶800用于例如通過質子注入形成復合自由電荷載流子的復合區域400。因此，圖7左側的示例也示出了其中第二晶閘管200為正向，以便從第二接觸端子220到第一接觸端子210發生電流720。第一晶閘管100在本示例中仍處于阻斷方向。

該常規設置，其中第二晶閘管200和第一晶閘管100在公共襯底300上彼此鄰近且沒有實施按照本發明的實施例的復合區域400，的一個缺點是，從第二晶閘管200到第一晶閘管100的電荷載流子擴散820，即，特別地從第一晶閘管基區到第二晶閘管基區的自由電荷載流子的擴散。沿擴散路徑的該電荷載流子擴散820導致的結果是，在第一晶閘管100的區域中，更多的電荷載流子積累(與例如右側的2芯片解決方案一樣)，且因此隨著電流的換向，導致第一晶閘管100明顯增加的延遲或阻斷。首先，積累的電荷載流子必須減少。沿擴散路徑820的電荷載流子的漂移可以，例如，包括1mm/秒的速度，所以短時間后電荷載流子在不工作的晶閘管內積累且延遲該阻斷操作。電場線710再次顯示了換向后的電場方向。

按照實施例，現已存在的開放的硅帶800用于形成復合區域400(例如通過質子照射或電子照射)，其有效抑制自由電荷載流子沿漂移路徑820的擴散。

在襯底300上的第一晶閘管100和第二晶閘管200例如可以包括例如150μm或在50到500μm范圍內的距離b。該距離b例如可以定義為第一晶閘管100的第一摻雜區域130和第二晶閘管200的第一摻雜區域230的距離，其中沿襯底表面310執行該測量。

示于圖7的其它的細節例如包括附加的啟動晶閘管或也包括另外的小電路。實施于襯底表面310的氧化層340例如可以包括5μm或在1-20μm范圍內的厚度且作為場板實施。

因此，實施例包括一種結構(新的半導體器件)以及用于制造該結構或半導體器件的方法兩者。這里該結構包括在兩個例如反并聯的晶閘管之間的區域中的復合區域400。任選的，也可實施深溝槽或孔，例如填滿氧化物，金屬或多晶硅，或則未填充。因此，在進一步的實施方式中，復合區域400也可被溝槽或孔或溝槽結構所取代，其中溝槽是開口的或者填充例如氧化物的介電材料。任選的，也可將復合區域400與在襯底表面310上的另外的溝槽(其也是開口的或填充氧化物)結合以更有效地抑制電荷載流子的漂移。原則上，所述方法也可應用于其它結構，包括在芯片上的并聯，反并聯或串聯連接的半導體器件或功率半導體。

實施例可例如應用于光耦合器，其中通過信號的中間光學傳輸實現兩個信號路徑的電分離。這里光信號通過光學窗口600耦合到在第一晶閘管100的第一和第二端子110，120之間的電流通路(或者對于第二晶閘管200類似)，所以該電流通路可通過光學窗口控制。

實施例包括特別地以反并聯方式連接的兩個可控雙極型器件，類似例如連接成三端雙向可控硅開關元件的兩個晶閘管。橫向延伸例如可以是1.5×1.5mm且縱向延伸是500μm。依照實施例，隨著阻斷能力高達800V，安全的開關頻率高達100Hz成為可能。襯底的摻雜可以例如選擇為得到介于30和500ohm×cm之間的電阻。基本的延伸例如可以在30μm到1000μm的范圍內。

雖然結合半導體器件描述了多個方面，顯然這些方面也表示了對應的方法的描述，所以器件的一塊或一部分也作為相應的方法步驟或方法步驟的特征。與此類似，與方法步驟相關或有聯系的描述方面也表示了對應器件的相應塊或細節或特征的描述。

根據特定實施的需要，本發明的實施例可以通過硬件或軟件部分或完整地實施。該實施可使用數碼存儲介質來執行，例如軟盤，DVD，藍光光盤，CD，ROM，PROM，EPROM，EEPROM或閃存，硬盤或其它的磁性或光學存儲器，其上存儲著可與或必然與可編程計算機系統合作的電可讀控制信號，以執行各自的方法。因此，數碼存儲介質可以是計算機可讀的。因而，按照本發明的某些實施例包括數據承載器，其包含與可編程計算機系統合作的電可讀控制信號以執行在這里描述的方法。

在某些實施例中，可使用可編程的邏輯器件(例如現場可編程門陣列，FPGA)執行在這里描述的方法的某些或全部功能。在某些實施例中，現場可編程門陣列可與微處理器合作以執行在這里描述的方法之一。通常，在某些實施例中，通過任意的硬件設備來執行該方法。可以是普遍使用的硬件類計算機處理器(CPU)，或用于該方法的專用硬件，類似如ASIC。

前述實施例僅表示說明本發明的原理。顯而易見的，在這里描述的布置以及細節的改進或變化對于其他本領域技術人員是顯然的。因此，本發明的目的僅受限于下述的專利權利要求的范圍，而不受限于這里提出的與實施例的解釋和說明相關的特定細節。