一种横向双极型功率半导体器件及其制备方法技术

一种横向双极型半导体功率器件及其制备方法，属于半导体功率器件技术领域。本发明专利技术在保持传统双极型功率半导体器件阴极结构不变的前提下，通过在器件阳极区引入一个阳极沟槽栅结构及源极区和/或基区，在不影响器件正常工作和开通的情况下,通过控制阳极沟槽栅结构，旁路阳极二极管的正向导通压降，从而达到降低功率半导体器件正向导通压降的效果。阳极二极管被旁路后，由阳极区向漂移区的少数载流子注入减小，器件在关断时的反向恢复过程时间缩短，提高器件的关断速度，降低了开关损耗。本发明专利技术改善了整个N型漂移区的载流子浓度分布以及正向导通压降和开关损耗的折中；并且器件的制作方法不需要增加额外的工艺步骤，与传统器件制作方法兼容。

【技术实现步骤摘要】
一种横向双极型功率半导体器件及其制备方法
本专利技术属于功率半导体器件及制备
，具体涉及一种横向MOS控制阳极的双极型半导体功率器件及其制备方法。
技术介绍
作为电子技术的一大分类，电力电子技术(另一大分类为信息电子技术)是一种能够实现电能的传输、处理、存储和控制的技术，适用于大功率电力变换和处理。这种技术能够把电压、电流、频率、相位进行变化来满足系统的用电要求，从而保证电能得到适当的应用。另外，电能通过电力电子技术处理后使用，可以更加节约、高效和环保。电力电子技术诞生于世纪50年代，作为一门新技术，它支撑着现代工业和国防事业的发展。在民用领域，电力电子技术主要应用于工业电机设计、电网建设以及家用电气等方面。现代电力电子技术已经开始应用于更多新兴领域，包括新能源(如大功率风力发电)、智能电网、轨道交通和变频家电等。在国防领域，电力电子技术已经在航空航天、战机、舰船等各方面起重要的作用。电力电子技术的应用依赖于各种电力电子系统，而电力电子系统的核心器件则是功率半导体器件。为了提高功率半导体器件的性能，改善其可靠性，需要在一定的阻断电压能力下提高器件的开关速度，减小器件的开关损耗并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种横向MOS控制阳极的双极型半导体功率器件，包括位于第一导电类型半导体掺杂衬底上方的阳极结构、漂移区结构、阴极结构和控制栅结构；其中：漂移区结构位于第一导电类型半导体掺杂衬底上表面，所述漂移区结构包括第二导电类型半导体掺杂漂移区；阳极结构位于第二导电类型半导体掺杂漂移区顶层的一侧，所述阳极结构包括第二导电类型半导体掺杂缓冲层、位于所述第二导电类型半导体掺杂缓冲层顶层的第一导电类型半导体阳极区和由第一导电类型半导体阳极区引出的阳极金属；所述阴极结构位于第二导电类型半导体掺杂漂移区顶层的另一侧；控制栅结构位于器件的最上层，所述控制栅结构包括控制栅电极和控制栅介质层，所述控制栅介质层位于阴极结...

【技术特征摘要】
1.一种横向MOS控制阳极的双极型半导体功率器件，包括位于第一导电类型半导体掺杂衬底上方的阳极结构、漂移区结构、阴极结构和控制栅结构；其中：漂移区结构位于第一导电类型半导体掺杂衬底上表面，所述漂移区结构包括第二导电类型半导体掺杂漂移区；阳极结构位于第二导电类型半导体掺杂漂移区顶层的一侧，所述阳极结构包括第二导电类型半导体掺杂缓冲层、位于所述第二导电类型半导体掺杂缓冲层顶层的第一导电类型半导体阳极区和由第一导电类型半导体阳极区引出的阳极金属；所述阴极结构位于第二导电类型半导体掺杂漂移区顶层的另一侧；控制栅结构位于器件的最上层，所述控制栅结构包括控制栅电极和控制栅介质层，所述控制栅介质层位于阴极结构和第二导电类型半导体掺杂漂移区的上表面，所述控制栅电极位于阴极结构上方的控制栅介质层上表面；其特征在于：所述阳极结构还包括第二导电类型半导体掺杂源极区和阳极沟槽栅结构；阳极结构内部具有沿器件垂直方向延伸进入第二导电类型半导体掺杂漂移区层的沟槽，所述第二导电类型半导体掺杂源极区位于沟槽与第一导电类型半导体阳极区之间；所述阳极沟槽栅结构包括：阳极沟槽栅电极、第一阳极沟槽栅介质层和第二阳极沟槽栅介质层，所述第一阳极沟槽栅介质层和第二阳极沟槽栅介质层位于沟槽内壁，并且第一阳极沟槽栅介质层与第二导电类型半导体掺杂源极区和第二导电类型半导体掺杂缓冲层相接触，所述阳极沟槽栅电极位于沟槽中。2.根据权利要求1所述的一种横向MOS控制阳极的双极型半导体功率器件，其特征在于：所述MOS控制阳极的双极型半导体功率器件还包括第一导电类型半导体掺杂基区，所述第一导电类型半导体掺杂基区位于沟槽与第一导电类型半导体阳极区之间，并且与第二导电类型半导体掺杂源极区的上表面和侧面相接触。3.一种横向MOS控制阳极的双极型半导体功率器件，包括位于第一导电类型半导体掺杂衬底上方的阳极结构、漂移区结构、阴极结构和控制栅结构；其中：漂移区结构位于第一导电类型半导体掺杂衬底上表面，所述漂移区结构包括第二导电类型半导体掺杂漂移区；阳极结构位于第二导电类型半导体掺杂漂移区顶层的一侧，所述阳极结构包括第二导电类型半导体掺杂缓冲层、位于所述第二导电类型半导体掺杂缓冲层顶层的第一导电类型半导体阳极区和由第一导电类型半导体阳极区引出的阳极金属；所述阴极结构位于第二导电类型半导体掺杂漂移区顶层的另一侧；控制栅结构位于器件的最上层，所述控制栅结构包括控制栅电极和控制栅介质层，所述控制栅介质层位于阴极结构和第二导电类型半导体掺杂漂移区的上表面，所述控制栅电极位于阴极结构上方的控制栅介质层上表面；其特征在于：所述MOS控制阳极的双极型半导体功率器件还包括与阳极金属形成肖特基接触的第一导电类型半导体掺杂基区和阳极沟槽栅结构；阳极结构内部具有沿器件垂直方向延伸进入第二导电类型半导体掺杂漂移区层的沟槽，第一导电类型半导体掺杂基区位于沟槽与第一导电类型半导体阳极区之间；所述第一导电类型半导体掺杂基区的掺杂浓度小于第一导电类型半导体阳极区；所述阳极沟槽栅结构包括：阳极沟槽栅电极、第一阳极沟槽栅介质层和第二阳极沟槽栅介质层，所述第一阳极沟槽栅介质层和第二阳极沟槽栅介质层位于沟槽内壁，并且第一阳极沟槽栅介质层与第一导电类型半导体掺杂基区和第二导电类型半导体掺杂缓冲层相接触，所述阳极沟槽栅电极位于沟槽中。4.根据权利要求1至3所述的一种横向MOS控制阳极的双极型半导体功率器件，其特征在于：所述阴极结构为第一导电类型半导体体区(106)，第一导电类型半导体掺杂发射区(105)、第二导电类型半导体掺杂发射区(104)和阴极金属(101)；第一导电类型半导体掺杂发射区(105)和第二导电类型半导体掺杂发射区(104)相互独立且位于第一导电类型半导体体区(106)的顶层，其中第二导电类型半导体掺杂发射区(104)靠近阳极结构一侧；第一导电类型半导体掺杂发射区(105)和第二导电类型半导体掺杂发射区(104)二者上表面与阴极金属(101)相接触，形成IGBT器件。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金平，殷鹏飞，赵阳，刘竞秀，李泽宏，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51