一种逆导型半导体装置制造方法及图纸

本申请涉及半导体领域，尤其涉及一种降低阳极注入效率的逆导型半导体装置，包括IGBT区域与二极管区域，所述IGBT区域和二极管区域包括N

【技术实现步骤摘要】
一种逆导型半导体装置


[0001]本技术涉及半导体领域，尤其涉及一种降低阳极注入效率的逆导型半导体装置。

技术介绍

[0002]在半导体功率器件的实际应用中，出于不同应用场景的需求，对器件封装体积提出了挑战。为了应对这一挑战，通过将二极管芯片与IGBT芯片结合在一颗芯片的技术，称为逆导或者RC（Reverse Conduction）技术，该技术可降低器件的封装体积，满足狭小空间下的应用需求。但该技术目前仍存在两大缺点亟需优化，一是器件在IGBT工作模式下，由背面PN结导致的snap
‑
back现象，二是器件在二极管工作模式下，由于IGBT区域仍存在大量的阳极载流子注入，导致器件的二极管正向压降过低，器件反向恢复电流较大，从而使器件整体开关损耗太高的问题。
[0003]在实际应用中，人们期望逆导器件的二极管正向压降较为适中，其开关损耗得到降低。
[0004]为了解决这一问题，英飞凌公司提出在P浮空区上方加入肖特基接触电极的方式，降低器件二极管工作模式下的阳极注入效率，从而降低器件的整体开关损耗，如文献：
[0005]学术文献1：RC
‑
GID IGBT
ꢀ–ꢀ
A novel reverse
‑
conducting IGBT with a gate voltage independent diode characteristic and low power losses[C]// 2021 33rd International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs (ISPSD). 2021.
[0006]该文献提出的降低器件二极管工作模式下的阳极注入效率的方法为：通过在浮空区表面引入高浓度的N+阻挡层的，使工作在IGBT模式下的器件，仍有部分载流子注入增强效果，降低器件的IGBT模式下的导通压降；高浓度的N+阻挡层上面再引入一层低浓度的N型层，便于与金属材料形成肖特基接触，这样当器件工作在二极管模式下时，即使器件栅极电压为负压，仍有电子通过肖特基电极流入器件阳极，使得器件IGBT区域阳极注入的空穴在P浮空区得到复合，降低了器件二极管工作模式下的阳极注入效率，优化器件的二极管特性。其缺点在于该结构的N+阻挡层上方的轻掺杂N型层较难实现，同样的，器件的肖特基接触较难实现，导致器件二极管优化效果不如预期。

技术实现思路

[0007]本技术为解决现有技术中存在的上述问题，优化逆导型半导体装置，尤其是装置中二极管特性，现在提出一种与传统逆导半导体装置结构相比，在满足器件其他各项性能要求的条件下，开关损耗得到降低，二极管特性得到优化的逆导型半导体装置。
[0008]为实现上述技术效果，本技术是通过以下技术方案实现的：
[0009]一种逆导型半导体装置，包括IGBT区域与二极管区域，所述IGBT区域和二极管区域包括N
‑
漂移区，所述N
‑
漂移区上共设置有多对由栅极氧化层与栅极多晶层构成的周期性沟槽结构，每一对沟槽结构内均设置有浅掺杂的P
‑
体区，IGBT区域中的P
‑
体区上方重掺杂有
P
+
发射极与N
+
发射极，P
‑
体区下方设置有N
+
势垒层，相邻对的沟槽结构之间有深扩散的P浮空区，所述P浮空区表面有N
+
阻挡层；IGBT区域与二极管区域的N
+
阻挡层上方均依次设置有第一金属导电层与第二金属导电层，且第一金属导电层与第二金属导电层之间通过电阻相连，第一金属导电层与第二金属导电层之间的其余部分通过介质层绝缘隔开。
[0010]进一步地，在IGBT区域的N
‑
漂移区背面有P
‑
集电极及保证器件耐压的N型场截止层。
[0011]进一步地，二极管区域的N
‑
漂移区背面为N
+
集电极及保证器件耐压的N型场截止层。
[0012]进一步地，所述第一金属导电层与下方N+阻挡层所形成接触为欧姆接触，与第二金属导电层相连的电阻阻值范围在50Ω~10kΩ。
[0013]进一步地，所述N+阻挡层的掺杂杂质为N型掺杂，剂量范围在1e14~6e15，注入能量范围为50keV~500keV，深度范围在0.9μm ~3μm。
[0014]进一步地，栅极氧化层包裹的栅极多晶层构成的周期性的两沟槽结构，其沟槽之间的间距为500nm~15μm，沟槽深度为1μm ~6μm，沟槽宽度为0.5μm ~2μm，结构周期为3μm ~40μm。
[0015]进一步地，形成深扩散的P浮空区的杂质注入能量范围为50keV~500keV，剂量范围在1e13~5e15。
[0016]进一步地，形成P浮空区的退火温度为900℃~1200℃，时长范围在30min~900min，深度为3μm ~10μm。
[0017]本技术的优点在于：
[0018]本技术在传统逆导型半导体装置基础上，通过在P浮空区上方引入N+阻挡层，利用与N+阻挡层形成欧姆接触的第一金属导电层、第一金属导电层与第二金属导电层之间的高电阻，降低器件二极管工作模式下的阳极注入效率，起到优化器件二极管特性的效果。
[0019]本技术仅保留N+阻挡层，并使其与其上面的第一金属导电层形成欧姆接触，第一金属导电层与第二金属导电层之间使用高电阻率材料相连。这样在IGBT工作模式下，保留载流子注入增强效果；在二极管工作模式下，电子仍可以通过第一金属导电层流入器件阳极，同时由于第一金属导电层与第二金属导电层间存在高电阻，第一金属导电层上方电压较低，不足以使得空穴跨过N+阻挡层流入器件阴极，但足以吸引复合附近IGBT区域阳极注入的空穴，同样起到降低器件二极管工作模式下的阳极注入效率的作用，优化了器件的二极管特性。
附图说明
[0020]图1是传统逆导型半导体装置结构示意图。
[0021]图2是文献中逆导型半导体装置结构示意图。
[0022]图3是本技术逆导型半导体装置结构示意图。
[0023]图4
‑
图5是三种装置二极管工作模式下导通曲线对比。
[0024]图6是三种装置IGBT工作模式下的导通曲线对比。
[0025]图7是传统装置开启特性曲线。
[0026]图8是文献中装置开启特性曲线。
[0027]图9是本技术装置开启特性曲线。
[0028]图10是本技术装置二极管区域反向电流大小与电阻值关系曲线。
[0029]图11是第一金属导电层与第二金属导电层连接示意图。
具体实施方式
[0030]下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种逆导型半导体装置，包括IGBT区域与二极管区域，其特征在于：所述IGBT区域和二极管区域包括N
‑
漂移区（100），所述N
‑
漂移区（100）上共设置有多对由栅极氧化层（112）与栅极多晶层（111）构成的周期性沟槽结构，每一对沟槽结构内均设置有浅掺杂的P
‑
体区（102），IGBT区域中的P
‑
体区（102）上方重掺杂有P
+
发射极（103）与N
+
发射极（303），P
‑
体区（102）下方设置有N
+
势垒层（302），相邻对的沟槽结构之间有深扩散的P浮空区（101），所述P浮空区（101）表面有N
+
阻挡层（301）；IGBT区域与二极管区域的N
+
阻挡层（301）上方均依次设置有第一金属导电层（501）与第二金属导电层（502），且第一金属导电层（501）与第二金属导电层（502）之间通过电阻（601）相连，第一金属导电层（501）与第二金属导电层（502）之间的其余部分通过介质层（401）绝缘隔开。2.根据权利要求1所述的一种逆导型半导体装置，其特征在于：在IGBT区域的N
‑
漂移区（100）背面有P
‑
集电极（201）及保证器...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔梓玮，金涛，许玉欢，周意杰，伍伟，
申请(专利权)人：薪火半导体深圳有限公司，
类型：新型
国别省市：