【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体领域，尤其涉及一种功率半导体器件及其制备方法。
技术介绍
1、功率半导体器件，又称电力电子器件或功率电子器件，是电子产业链中最核心的器件之一。功率半导体器件能够实现电能转换和电路控制，在电路中主要起着功率转换、功率放大、功率开关、线路保护、逆变(直流转交流)和整流(交流转直流)等作用。
2、门极换流晶闸管(gate commutated thyristors，gct)是电力电子领域中一种具有超大功率容量的半导体器件。gct芯片集成了多个门极换流晶闸管元胞单元，通常采用中间环形门极，接近以及远离门极引出端区域的门极阻抗略有不同，导致关断时晶闸管元胞单元之间存在细小时差，从而使得在远离门极接触区域出现电流拥挤现象。
3、以全控型晶闸管为例，在器件开通时，距离门极引出端区域近的金半接触界面形成大电流，而距离远的区域电流小，产生电流不均匀分布，最终烧坏器件；在器件关断时，门极下方基区的载流子在抽取时，距离门极引出端区域近的门极基区被快速抽取形成高电场区或耗尽区，导致载流子流向距离门极引出端区域较远的门极基区，并大量汇集通过该区域的低接触电阻合金界面，形成大电流，超出金属电极汇流能力，产生大量热积累而烧坏器件。
4、针对上述技术问题，例如中国专利申请公开cn2022800187754、cn2023112244275等现有技术中，通常采用横向变掺杂的方式，通过改变门极区不同位置的掺杂浓度，以改善器件的关断能力。但这种方式的制备工艺复杂，需要采用不同模板实现门极区不同位置的掺杂浓度控制，
5、由此，本领域迫切需要开发一种不同实现方式的功率半导体器件及制备方法，以在提高器件关断能力的同时，降低工艺成本。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种功率半导体器件及其制备方法，以期至少部分地解决上述技术问题。
2、为了实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，提供了一种功率半导体器件，包括半导体层、门极引出端和门极网，其中，所述门极引出端和门极网设置于所述半导体层的阴极面上，所述门极网与所述半导体层的接触电阻根据门极网与所述门极引出端的距离远近呈梯度分布，距离所述门极引出端越近，所述门极网与所述半导体层的接触电阻越大。
3、作为本专利技术的另一个方面，提供了一种功率半导体器件的制备方法，包括以下步骤：
4、在半导体层的阴极面上制备第一金属层；
5、对所述第一金属层进行图形化处理，划分门极引出端区域和门极网区域；
6、对所述门极网区域的第一金属层进行图形化退火处理，使所述门极网区域的第一金属层与所述半导体层的接触电阻根据所述门极网区域与所述门极引出端区域的距离远近呈梯度分布，距离所述门极引出端区域越近，所述门极网区域的第一金属层与所述半导体层的接触电阻越大。
7、由此可见，本专利技术的功率半导体器件及其制备方法相对于现有技术，至少具备如下有益效果之一：
8、本专利技术通过合理控制门极网与半导体层的接触电阻，改善电流分布，实现电流路径精确控制，同时可以有效减小器件寄生参数、提升门极开关性能、提高关断能力，同时避免局部形成大电流烧毁器件。
9、此外，本专利技术的技术方案可适用于各种不同电极图案的功率半导体器件，可用于精确调控不同合金电阻图形化分布。而且，工艺流程较为简单，工艺成本较低，适于工业应用推广。
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1.一种功率半导体器件，包括半导体层、门极引出端和门极网，其中，所述门极引出端和门极网设置于所述半导体层的阴极面上，其特征在于，所述门极网与所述半导体层的接触电阻根据门极网与所述门极引出端的距离远近呈梯度分布，距离所述门极引出端越近，所述门极网与所述半导体层的接触电阻越大。
2.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述门极网包括第一金属层和第二金属层，所述第一金属层设置于所述半导体层与所述第二金属层之间，所述第一金属层与所述半导体层的接触电阻呈梯度分布；优选地，所述第一金属层的厚度为5nm-1μm。
3.根据权利要求2所述的功率半导体器件，其特征在于，所述第一金属层采用电导率大于等于0.025Ω·mm2/m的金属或合金材料；优选地，所述第一金属层采用金、银、铜、镍、钛、铝、镍钛银、铝硅铜中的任一种。
4.根据权利要求2所述的功率半导体器件，其特征在于，所述第一金属层呈现不同深度的合金化；优选地，所述第一金属层的合金化深度为2-50nm。
5.根据权利要求4所述的功率半导体器件，其特征在于，当所述第一金属层的材料为铝时，所
6.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述门极网包括合金层和第三金属层，所述合金层设置于所述半导体层与所述第三金属层之间，所述合金层与所述半导体层的接触电阻呈所述梯度分布；优选地，所述合金层的成分为AlxSiy，其中，7≤x/y≤60；所述合金层的厚度为2-50nm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的功率半导体器件，其特征在于，所述门极引出端呈环状，与所述功率半导体器件同心设置，所述半导体层的阴极面上还设置有多个与所述门极引出端同心的阴极环，每个所述阴极环包括多条沿径向排列的阴极梳条，所述门极网与所述阴极梳条间隔排布，所述门极网与所述半导体层的接触电阻随着门极网与所述门极引出端的径向距离变远按照对数变化降低。
8.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述功率半导体器件是GCT、IGCT、GTO中的任意一种。
9.一种功率半导体器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：在图形化退火处理后的第一金属层上制备图形化的第二金属层。
11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
12.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述接触电阻的梯度分布及所述图形化退火处理的工艺条件通过预先建模获得；优选地，通过将门极网的结构参数结合节点电流定律进行建模，采用数值迭代法求解，获得门极网与半导体层的接触电阻的梯度分布设计；根据门极网与半导体层的接触电阻的梯度分布设计，结合半导体层掺杂元素、掺杂浓度、及势垒匹配性，模拟确定第一金属层材料特性，并计算获得第一金属层的合金化参数；根据第一金属层的合金化参数，结合金-半接触电阻的相图理论及接触电阻的合金化理论，模拟获得图形化退火处理的工艺条件。
13.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述图形化退火处理包括：根据所述接触电阻的梯度分布将所述门极网区域划分为不同的退火区域，同一退火区域采用相同的退火温度和退火时间进行退火；优选地，所述退火区域为多个与所述门极引出端区域同心的环状区域。
14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，每个所述退火区域均包括多个受热区，相邻受热区的间距为5-30μm。
15.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述图形化退火处理的退火温度为400-550℃，退火时间为10μs-30min；优选地，所述图形化退火处理采用激光退火、热探针点退火、电阻丝局部加热退火、聚光加热退火中的任意一种，优选采用激光退火或热探针点退火。
16.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述功率半导体器件是GCT、IGCT、GTO中的任意一种。
...【技术特征摘要】
1.一种功率半导体器件，包括半导体层、门极引出端和门极网，其中，所述门极引出端和门极网设置于所述半导体层的阴极面上，其特征在于，所述门极网与所述半导体层的接触电阻根据门极网与所述门极引出端的距离远近呈梯度分布，距离所述门极引出端越近，所述门极网与所述半导体层的接触电阻越大。
2.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述门极网包括第一金属层和第二金属层，所述第一金属层设置于所述半导体层与所述第二金属层之间，所述第一金属层与所述半导体层的接触电阻呈梯度分布；优选地，所述第一金属层的厚度为5nm-1μm。
3.根据权利要求2所述的功率半导体器件，其特征在于，所述第一金属层采用电导率大于等于0.025ω·mm2/m的金属或合金材料；优选地，所述第一金属层采用金、银、铜、镍、钛、铝、镍钛银、铝硅铜中的任一种。
4.根据权利要求2所述的功率半导体器件，其特征在于，所述第一金属层呈现不同深度的合金化；优选地，所述第一金属层的合金化深度为2-50nm。
5.根据权利要求4所述的功率半导体器件，其特征在于，当所述第一金属层的材料为铝时，所述第一金属层合金化后的成分为alxsiy，其中，7≤x/y≤60。
6.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述门极网包括合金层和第三金属层，所述合金层设置于所述半导体层与所述第三金属层之间，所述合金层与所述半导体层的接触电阻呈所述梯度分布；优选地，所述合金层的成分为alxsiy，其中，7≤x/y≤60；所述合金层的厚度为2-50nm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的功率半导体器件，其特征在于，所述门极引出端呈环状，与所述功率半导体器件同心设置，所述半导体层的阴极面上还设置有多个与所述门极引出端同心的阴极环，每个所述阴极环包括多条沿径向排列的阴极梳条，所述门极网与所述阴极梳条间隔排布，所述门极网与所述半导体层的接触电阻随着门极网与所述门极引出端的径向距离变远按照对数变化降低。
【专利技术属性】
技术研发人员：李玲，吴沛飞，魏晓光，孙宁飞，张语，刘瑞，焦倩倩，姬世宇，王凝一，霍新宇，
申请(专利权)人：北京怀柔实验室，
类型：发明
国别省市：
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