一种逆导IGBT半导体器件及制备方法

本发明涉及半导体，具体涉及一种逆导igbt半导体器件及制备方法。

背景技术：

1、igbt是绝缘栅双极型晶体管的简称，是一种用于高频、高压应用的压控型功率半导体器件，可用于直流-直流转换、交流-直流转换、电机控制、变频器、电动汽车等领域。

2、传统的igbt器件在承受反压时，由于集电极反偏而无法导通，因而在驱动阻感性负载时，需要反并联上一个二极管来导通反向电流，防止器件被击穿。因此实际市场中，单管igbt芯片通常反并联一个快恢复二极管frd芯片，并封装在一起，但这种方式的成本较高且寄生参数较大。逆导型igbt器件通过在igbt的阳极区域引入n+区，在igbt芯片中集成了二极管结构，因此无需额外反并联上二极管芯片。逆导igbt的结构提出，节省了芯片面积和测试费用，从而降低了芯片成本。此外，相较于传统igbt，逆导igbt有着更小的寄生参数和更好的温度均匀性，以及良好的软关断特性和功率循环能力。

3、由于阳极n+区的引入，在低电流模式下，逆导型igbt的阳极p+/缓冲层的pn结无法导通，因此无法引入电导调制作用，器件工作在单极模式。随着电流的增大，在阳极极p+/缓冲层结的电压降增大，促使阳极p+/缓冲层结导通，向n-漂移层注入空穴，器件电阻减小，进入双极导通模式。然而，在器件由单极工作模式过渡到双极模式时，会存在一个负阻区域，也就是回跳现象(回跳电压指的是在逆导型igbt正向导通阶段，由单极工作模式向双极工作模式过渡的阶段，此时器件存在一个负阻区，电压迅速减小的过程)。回跳现象可能会引起器件在并联工作时的电流错分现象，导致各并联器件的电流分布不均引起器件损坏。

4、更具体地，如图1所示，传统逆导型igbt的p型重掺杂阳极区和n型重掺杂阳极区相互分离设置，当p型重掺杂阳极区和n型重掺杂阳极区之间的举例la较短时，器件会有较大的回跳电压，并对器件的并联运行产生不利影响。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种逆导igbt半导体器件及制备方法，解决了器件在单极工作模式过渡到双极模式时，出现的回跳问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

3、一种逆导igbt半导体器件，包括漂移层结构、阴极结构和栅极结构，所述阴极结构与栅极结构均设置在漂移层结构上，且所述阴极结构与栅极结构接触设置，所述漂移层结构上嵌入设置有pt阳极沟槽栅、第一阳极区、第二阳极区和pr阳极区，其中，所述pt阳极沟槽栅、第一阳极区和第二阳极区上分别设置有互不接触的阳极电极，所述第一阳极区设置在pt阳极沟槽栅的一侧，且所述第一阳极区的外围设置有与pt阳极沟槽栅接触设置的缓冲层，所述第二阳极区和pr阳极区设置在pt阳极沟槽栅的另一侧，且与所述pt阳极沟槽栅接触设置，所述pr阳极区设置在第二阳极区远离阳极电极的一端面上，所述pr阳极区远离第二阳极区的一端面设置有与pt阳极沟槽栅接触设置的缓冲层。

4、可选的，所述pt阳极沟槽栅的深度向下延伸至两侧缓冲层所在平面以下。

5、可选的，所述pt阳极沟槽栅的深度向下延伸至两侧缓冲层所在平面以下，同时位于两侧缓冲层所在平面以下部分的pt阳极沟槽栅还横向延伸至所述缓冲层的下方。

6、可选的，所述pt阳极沟槽栅包括栅极氧化层一和多晶硅电极，所述栅极氧化层一嵌入设置在多晶硅电极内，且所述多晶硅电极与阳极电极不接触设置。

7、可选的，所述阴极结构包括第一阴极区和第二阴极区，所述第二阴极区位于所述第一阴极区的一侧，且与所述第一阴极区接触设置，所述第一阴极区和第二阴极区上设置有阴极电极，且所述阴极电极与第一阴极区、第二阴极区均部分接触设置。

8、可选的，所述栅极结构包括基区、栅极氧化层二和栅极金属电极，所述基区与所述第一阴极区以及第二阴极区接触设置，所述栅极氧化层二设置在基区上，且所述栅极氧化层二与第二阴极区部分接触设置，所述栅极氧化层二还与漂移层部分接触设置，所述栅极金属电极设置在所述栅极氧化层二上。

9、可选的，所述第一阳极区和第二阳极区为相反的导电类型，且所述第一阳极区和第二阳极区均为重掺杂，所述缓冲层的导电类型与第二阳极区的导电类型相同，所述缓冲层为轻掺杂。

10、可选的，所述第一阴极区和第二阴极区为相反的导电类型，且所述第一阴极区和第二阴极区均为重掺杂，所述基区的导电类型与第一阴极区的导电类型相同，且所述基区为轻掺杂。

11、可选的，所述漂移层结构包括衬底层、埋氧层和漂移层，所述埋氧层设置在衬底层上，所述漂移层设置在埋氧层上，所述衬底层远离埋氧层的一侧设置有阴极电极。

12、一种逆导igbt半导体器件的制备方法，所述制备方法用于制备如上述任意一项所述的逆导igbt半导体器件。

13、采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

14、通过在阳极结构中引入pt阳极沟槽栅和pr阳极区，消除了传统结构在短元胞下的回跳现象，并利用反向导通时pt阳极沟槽栅和pr阳极区产生势垒的穿通，保证了器件的反向导通能力。

技术特征：

1.一种逆导igbt半导体器件，其特征在于，包括漂移层结构、阴极结构和栅极结构，所述阴极结构与栅极结构均设置在漂移层结构上，且所述阴极结构与栅极结构接触设置，所述漂移层结构上嵌入设置有pt阳极沟槽栅、第一阳极区、第二阳极区和pr阳极区，其中，所述pt阳极沟槽栅、第一阳极区和第二阳极区上分别设置有互不接触的阳极电极，所述第一阳极区设置在pt阳极沟槽栅的一侧，且所述第一阳极区的外围设置有与pt阳极沟槽栅接触设置的缓冲层，所述第二阳极区和pr阳极区设置在pt阳极沟槽栅的另一侧，且与所述pt阳极沟槽栅接触设置，所述pr阳极区设置在第二阳极区远离阳极电极的一端面上，所述pr阳极区远离第二阳极区的一端面设置有与pt阳极沟槽栅接触设置的缓冲层。

2.根据权利要求1所述的一种逆导igbt半导体器件，其特征在于，所述pt阳极沟槽栅的深度向下延伸至两侧缓冲层所在平面以下。

3.根据权利要求1所述的一种逆导igbt半导体器件，其特征在于，所述pt阳极沟槽栅的深度向下延伸至两侧缓冲层所在平面以下，同时位于两侧缓冲层所在平面以下部分的pt阳极沟槽栅还横向延伸至所述缓冲层的下方。

4.根据权利要求2或3任意一项所述的一种逆导igbt半导体器件，其特征在于，所述pt阳极沟槽栅包括栅极氧化层一和多晶硅电极，所述栅极氧化层一嵌入设置在多晶硅电极内，且所述多晶硅电极与阳极电极不接触设置。

5.根据权利要求1所述的一种逆导igbt半导体器件，其特征在于，所述阴极结构包括第一阴极区和第二阴极区，所述第二阴极区位于所述第一阴极区的一侧，且与所述第一阴极区接触设置，所述第一阴极区和第二阴极区上设置有阴极电极，且所述阴极电极与第一阴极区、第二阴极区均部分接触设置。

6.根据权利要求5所述的一种逆导igbt半导体器件，其特征在于，所述栅极结构包括基区、栅极氧化层二和栅极金属电极，所述基区与所述第一阴极区以及第二阴极区接触设置，所述栅极氧化层二设置在基区上，且所述栅极氧化层二与第二阴极区部分接触设置，所述栅极氧化层二还与漂移层部分接触设置，所述栅极金属电极设置在所述栅极氧化层二上。

7.根据权利要求1所述的一种逆导igbt半导体器件，其特征在于，所述第一阳极区和第二阳极区为相反的导电类型，且所述第一阳极区和第二阳极区均为重掺杂，所述缓冲层的导电类型与第二阳极区的导电类型相同，所述缓冲层为轻掺杂。

8.根据权利要求6所述的一种逆导igbt半导体器件，其特征在于，所述第一阴极区和第二阴极区为相反的导电类型，且所述第一阴极区和第二阴极区均为重掺杂，所述基区的导电类型与第一阴极区的导电类型相同，且所述基区为轻掺杂。

9.根据权利要求1所述的一种逆导igbt半导体器件，其特征在于，所述漂移层结构包括衬底层、埋氧层和漂移层，所述埋氧层设置在衬底层上，所述漂移层设置在埋氧层上，所述衬底层远离埋氧层的一侧设置有阴极电极。

10.一种逆导igbt半导体器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备如权利要求1-9任意一项所述的逆导igbt半导体器件。

技术总结
本发明涉及半导体技术领域中的一种逆导IGBT半导体器件及制备方法，包括漂移层结构、阴极结构和栅极结构，阴极结构与栅极结构均设置在漂移层结构上，漂移层结构上嵌入设置有PT阳极沟槽栅、第一阳极区、第二阳极区和PR阳极区，其中，PT阳极沟槽栅、第一阳极区和第二阳极区上分别设置有互不接触的阳极电极，第一阳极区设置在PT阳极沟槽栅的一侧，且第一阳极区的外围设置有与PT阳极沟槽栅接触设置的缓冲层，第二阳极区和PR阳极区设置在PT阳极沟槽栅的另一侧，PR阳极区设置在第二阳极区远离阳极电极的一端面上，PR阳极区远离第二阳极区的一端面设置有与PT阳极沟槽栅接触设置的缓冲层，解决了器件在单极工作模式过渡到双极模式时，出现的回跳问题。

技术研发人员：盛况,王珩宇,邹扬,沈华,刘志红
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27