本發(fā)明涉及半導(dǎo)體，具體涉及一種新型逆導(dǎo)型igbt器件及制備方法。

背景技術(shù)：

1、igbt是絕緣柵雙極型晶體管的簡稱，是一種用于高頻、高壓應(yīng)用的壓控型功率半導(dǎo)體器件，可用于直流-直流轉(zhuǎn)換、交流-直流轉(zhuǎn)換、電機(jī)控制、變頻器、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。

2、傳統(tǒng)的igbt器件在承受反壓時(shí)集電極反偏而無法導(dǎo)通，因而在驅(qū)動(dòng)阻感性負(fù)載時(shí)，需要反并聯(lián)上一個(gè)二極管來導(dǎo)通反向電流，防止器件被擊穿。因此實(shí)際市場中，單管igbt芯片通常反并聯(lián)一個(gè)快恢復(fù)二極管frd芯片，并封裝在一起，但這種方式的成本較高且寄生參數(shù)較大。逆導(dǎo)型igbt器件通過在igbt的陽極區(qū)域引入n+區(qū)，在igbt芯片中集成了二極管結(jié)構(gòu)，因此無需額外反并聯(lián)上二極管芯片。逆導(dǎo)igbt的結(jié)構(gòu)提出，節(jié)省了芯片面積和測試費(fèi)用，從而降低了芯片成本。此外，相較于傳統(tǒng)igbt，逆導(dǎo)igbt有著更小的寄生參數(shù)和更好的溫度均勻性，以及良好的軟關(guān)斷特性和功率循環(huán)能力。

3、但由于陽極n+區(qū)的引入，在低電流模式下，逆導(dǎo)型igbt的陽極p+/n-緩沖層的pn結(jié)無法導(dǎo)通，因此無法引入電導(dǎo)調(diào)制作用，器件工作在單極模式。隨著電流的增大，在陽極p+/n-緩沖層結(jié)的電壓降增大，促使陽極p+/n-緩沖層結(jié)導(dǎo)通，向n-漂移區(qū)注入空穴，器件電阻減小，進(jìn)入雙極導(dǎo)通模式；然而，在器件由單極工作模式過渡到雙極模式時(shí)，會存在一個(gè)負(fù)阻區(qū)域，也就是回跳現(xiàn)象，而回跳現(xiàn)象可能會引起器件在并聯(lián)工作時(shí)的電流錯(cuò)分現(xiàn)象，導(dǎo)致各并聯(lián)器件的電流分布不均引起器件損壞，因此如何消除短元胞下的回跳問題亟待解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供了一種新型逆導(dǎo)型igbt器件及制備方法，解決了器件由單極工作模式過渡到雙極工作模式時(shí)出現(xiàn)的回跳現(xiàn)象所帶來的電流錯(cuò)分問題。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案得以解決：

3、一種新型逆導(dǎo)型igbt器件，包括：

4、第一陽極結(jié)構(gòu)；

5、第二陽極結(jié)構(gòu)，所述第二陽極結(jié)構(gòu)與第一陽極結(jié)構(gòu)位于同一表面，且所述第二陽極結(jié)構(gòu)與第一陽極結(jié)構(gòu)通過n型漂移層相連；

6、漂移區(qū)結(jié)構(gòu)，所述漂移區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)置于第一陽極結(jié)構(gòu)和第二陽極結(jié)構(gòu)上，所述漂移區(qū)結(jié)構(gòu)與第二陽極結(jié)構(gòu)形成第一pn結(jié)勢壘，所述漂移區(qū)結(jié)構(gòu)與第一陽極結(jié)構(gòu)形成第二pn結(jié)勢壘；

7、柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)設(shè)置于漂移區(qū)結(jié)構(gòu)背離第一陽極結(jié)構(gòu)的表面上；

8、陰極結(jié)構(gòu)，所述陰極結(jié)構(gòu)設(shè)置在柵極結(jié)構(gòu)上。

9、可選的，當(dāng)處于初始正向?qū)A段時(shí)，所述第一pn結(jié)勢壘阻擋電子的流通路徑，器件為單極工作模式；

10、當(dāng)處于低壓正向?qū)A段時(shí)，所述第一pn結(jié)勢壘下降，器件的單極工作模式受到削弱；

11、當(dāng)處于高壓正向?qū)A段時(shí)，所述第二pn結(jié)勢壘導(dǎo)通，器件進(jìn)入雙極工作模式。

12、可選的，所述第二陽極結(jié)構(gòu)位于所述第一陽極結(jié)構(gòu)的一側(cè)；

13、或，所述第二陽極結(jié)構(gòu)位于所述第一陽極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，一側(cè)或兩側(cè)的所述第二陽極結(jié)構(gòu)與第一陽極結(jié)構(gòu)位于同一表面，并通過n型漂移層相連。

14、可選的，所述第二陽極結(jié)構(gòu)包括第一p型陽極區(qū)和肖特基陽極，所述肖特基陽極設(shè)置于第一p型陽極區(qū)背離漂移區(qū)結(jié)構(gòu)的表面上。

15、可選的，所述第一p型陽極區(qū)的摻雜濃度為4×1015cm-3~6×1015cm-3，所述肖特基陽極的金屬功函數(shù)為3.0ev~4.2ev。

16、可選的，所述第一陽極結(jié)構(gòu)包括第二p型陽極區(qū)和陽極電極，所述陽極電極設(shè)置于第二p型陽極區(qū)背離漂移區(qū)結(jié)構(gòu)的表面上，所述第二p型陽極區(qū)的摻雜濃度為1×1018cm-3~1×1020cm-3。

17、可選的，所述漂移區(qū)結(jié)構(gòu)包括n型漂移層和n型緩沖層，所述n型漂移層設(shè)置于n型緩沖層背離第一陽極結(jié)構(gòu)和第二陽極結(jié)構(gòu)的表面上，所述n型漂移層的摻雜濃度為7.7×1013?cm-3~1×1015cm-3，所述n型緩沖層的摻雜濃度為5×1015?cm-3~1×1017cm-3。

18、可選的，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵極電極、柵極氧化層、多晶硅柵極和p型基區(qū)，所述多晶硅柵極貫穿p型基區(qū)設(shè)置，所述柵極氧化層形成于多晶硅柵極的側(cè)壁上，所述柵極電極設(shè)置在多晶硅柵極背離漂移區(qū)結(jié)構(gòu)的表面上，所述p型基區(qū)的摻雜濃度為8×1015?cm-3~1×1017cm-3，所述多晶硅柵極的摻雜濃度為1×1020cm-3~5×1021cm-3，所述柵極氧化層的厚度為0.1μm~0.5μm。

19、可選的，所述陰極結(jié)構(gòu)包括陰極電極、p型陰極區(qū)和n型陰極區(qū)，所述p型陰極區(qū)的側(cè)壁與n型陰極區(qū)的側(cè)壁接觸設(shè)置，且所述p型陰極區(qū)與n型陰極區(qū)位于同一表面，所述n型陰極區(qū)的側(cè)壁還與柵極氧化層的側(cè)壁接觸設(shè)置，所述陰極電極與p型陰極區(qū)、n型陰極區(qū)均接觸設(shè)置，所述p型陰極區(qū)的摻雜濃度為1×1018cm-3~1×1020cm-3，所述n型陰極區(qū)的摻雜濃度為1×1019cm-3~1×1020cm-3。

20、一種新型逆導(dǎo)型igbt器件的制備方法，所述制備方法用于制備上述任意一項(xiàng)所述的新型逆導(dǎo)型igbt器件。

21、采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

22、通過在第一陽極結(jié)構(gòu)引入第二陽極結(jié)構(gòu)，利用第二陽極結(jié)構(gòu)與漂移區(qū)結(jié)構(gòu)形成的第一pn結(jié)勢壘，在器件的正向?qū)A段消除了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在短元胞下的回跳現(xiàn)象，并利用反向?qū)〞r(shí)，第二陽極結(jié)構(gòu)中的第一p型陽極區(qū)和肖特基陽極的功函數(shù)差引入的大量電子導(dǎo)電，保證了器件的反向?qū)芰Α?/p>

技術(shù)特征：

1.一種新型逆導(dǎo)型igbt器件，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型逆導(dǎo)型igbt器件，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型逆導(dǎo)型igbt器件，其特征在于，

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的一種新型逆導(dǎo)型igbt器件，其特征在于，所述第二陽極結(jié)構(gòu)包括第一p型陽極區(qū)和肖特基陽極，所述肖特基陽極設(shè)置于第一p型陽極區(qū)背離漂移區(qū)結(jié)構(gòu)的表面上。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種新型逆導(dǎo)型igbt器件，其特征在于，所述第一p型陽極區(qū)的摻雜濃度為4×1015cm-3~6×1015cm-3，所述肖特基陽極的金屬功函數(shù)為3.0ev~4.2ev。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型逆導(dǎo)型igbt器件，其特征在于，所述第一陽極結(jié)構(gòu)包括第二p型陽極區(qū)和陽極電極，所述陽極電極設(shè)置于第二p型陽極區(qū)背離漂移區(qū)結(jié)構(gòu)的表面上，所述第二p型陽極區(qū)的摻雜濃度為1×1018cm-3~1×1020cm-3。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型逆導(dǎo)型igbt器件，其特征在于，所述漂移區(qū)結(jié)構(gòu)包括n型漂移層和n型緩沖層，所述n型漂移層設(shè)置于n型緩沖層背離第一陽極結(jié)構(gòu)和第二陽極結(jié)構(gòu)的表面上，所述n型漂移層的摻雜濃度為7.7×1013?cm-3~1×1015cm-3，所述n型緩沖層的摻雜濃度為5×1015?cm-3~1×1017cm-3。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型逆導(dǎo)型igbt器件，其特征在于，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵極電極、柵極氧化層、多晶硅柵極和p型基區(qū)，所述多晶硅柵極貫穿p型基區(qū)設(shè)置，所述柵極氧化層形成于多晶硅柵極的側(cè)壁上，所述柵極電極設(shè)置在多晶硅柵極背離漂移區(qū)結(jié)構(gòu)的表面上，所述p型基區(qū)的摻雜濃度為8×1015?cm-3~1×1017cm-3，所述多晶硅柵極的摻雜濃度為1×1020cm-3~5×1021cm-3，所述柵極氧化層的厚度為0.1μm~0.5μm。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種新型逆導(dǎo)型igbt器件，其特征在于，所述陰極結(jié)構(gòu)包括陰極電極、p型陰極區(qū)和n型陰極區(qū)，所述p型陰極區(qū)的側(cè)壁與n型陰極區(qū)的側(cè)壁接觸設(shè)置，且所述p型陰極區(qū)與n型陰極區(qū)位于同一表面，所述n型陰極區(qū)的側(cè)壁還與柵極氧化層的側(cè)壁接觸設(shè)置，所述陰極電極與p型陰極區(qū)、n型陰極區(qū)均接觸設(shè)置，所述p型陰極區(qū)的摻雜濃度為1×1018cm-3~1×1020cm-3，所述n型陰極區(qū)的摻雜濃度為1×1019cm-3~1×1020cm-3。

10.一種新型逆導(dǎo)型igbt器件的制備方法，其特征在于，所述制備方法用于制備權(quán)利要求1-9任意一項(xiàng)所述的新型逆導(dǎo)型igbt器件。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域中的一種新型逆導(dǎo)型IGBT器件及制備方法，包括：第一陽極結(jié)構(gòu)；第二陽極結(jié)構(gòu)，第二陽極結(jié)構(gòu)與第一陽極結(jié)構(gòu)位于同一表面，且第二陽極結(jié)構(gòu)與第一陽極結(jié)構(gòu)通過N型漂移層相連；漂移區(qū)結(jié)構(gòu)，漂移區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)置于第一陽極結(jié)構(gòu)和第二陽極結(jié)構(gòu)上，漂移區(qū)結(jié)構(gòu)與第二陽極結(jié)構(gòu)形成第一PN結(jié)勢壘，漂移區(qū)結(jié)構(gòu)與第一陽極結(jié)構(gòu)形成第二PN結(jié)勢壘；柵極結(jié)構(gòu)，柵極結(jié)構(gòu)設(shè)置于漂移區(qū)結(jié)構(gòu)背離第一陽極結(jié)構(gòu)的表面上；陰極結(jié)構(gòu)，陰極結(jié)構(gòu)設(shè)置在柵極結(jié)構(gòu)上，解決了器件由單極工作模式過渡到雙極工作模式時(shí)出現(xiàn)的回跳現(xiàn)象所帶來的電流錯(cuò)分問題。

技術(shù)研發(fā)人員：盛況,王珩宇,鄒揚(yáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28