[发明专利]一种电子抽取型续流二极管器件及其制备方法

说明书

一种电子抽取型续流二极管器件及其制备方法，本发明涉及一种功率半导体器件，通过在N型漂移区上还设置一个以上用于增加电子抽取通路密度的第一结构，第一结构包括有轻掺杂P型基区及设于轻掺杂P型基区上方的重掺杂N型发射区、P型沟槽阳极区及设于P型沟槽阳极区上的沟槽区，重掺杂N型发射区、轻掺杂P型基区和N型漂移区构成穿通型NPN三极管结构，所述的N型漂移区、P型平面阳极区和P型沟槽阳极区形成JFET结构,所述P型平面阳极区和P型沟槽阳极区与阳极电极）形成肖特基接触,所述重掺杂P型欧姆接触区与阳极电极形成欧姆接触；穿通NPN三极管势垒高度调整范围广，可增大对反向恢复又软又快的调整幅度等有益效果。

技术领域

本发明涉及一种功率半导体器件，特别是电子抽取型续流二极管器件的结构以及其制备方法。

背景技术

为降低碳排放、实现“碳中和”，光伏发电、电动汽车和智能轨道交通等领域近几年迅速发展，以IGBT（Insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极晶体管）为代表的功率半导体器件得以大规模应用。IGBT凭借栅极易驱动、功率密度高和开关速度快等特点，可有效提升电机驱动、电源转换的能源利用率。硬开关模式，具有驱动电路结构简单、成本易控等优势，已成为IGBT在感性负载应用中的常用开关模式。在感性负载应用中，FWD（Free-wheeling diode，续流二极管）与IGBT反并联使用，实现感性负载回路中电流连续，保护IGBT免受电应力冲击。为满足低损耗、低噪声、高开关速度的应用要求，与IGBT配套的反并联FWD需具有反向恢复时间短、软度因子大的特点，即又软又快。不断提升FWD反向恢复的“软、快”参数，已经成为高端FWD器件设计的关键，也是进一步提升能源利用率的难点。

全局寿命控制技术通过扩散金、铂等重金属，在FWD半导体材料中引入复合中心，降低载流子寿命，促进载流子的复合，以提升反向恢复速度；但其存在高温下漏电大、导通压降V_F增加和重金属污染等问题；采用电子辐照降低寿命，虽然可以解决重金属污染问题，但其引入的复合中心在高温下不稳定，寿命控制效果出现减弱。随着寿命控制技术的进步，采用H⁺、He²⁺等离子或粒子注入可实现局部寿命控制；通过选择器件中粒子注入位置，实现反向恢复‘软’的特性；调整注入剂量实现寿命控制，以改变反向恢复速度。但其工艺过程复杂，且高剂量的粒子注入会导致器件高温下漏电增大的问题。

阳极注入效率控制技术作为另一类解决方案，通过器件结构设计，已有多种新型结构被业界采用。MPS结构（Merged PiN Schottky）通过在二极管阳极区联合PN结和肖特基结（金属/N型半导体），控制阳极P区的空穴注入效率，进而减小漂移区内电子、空穴对数量，减小反向恢复时载流子抽取和复合所需时间，实现快恢复。肖特基结通过控制电子，可实现调整漂移区内单极型（电子）和双极型（电子和空穴）导电的比例，从而实现对反向恢复速度的控制。同时，肖特基结的导通压降（~0.3V）相比于PN结（~0.7V）低，确保MPS结构V_F相比于普通PiN低。由于肖特基结势垒在高电场和高温下存在势垒降低现象，MPS结构存在高温、高电场下漏电升高的问题，限制了其在高温、高压下的应用。业界提出了TOPS（Trench OxidePiN Schottky）和TMBS （Trench MOS Barrier Schottky）等结构，通过引入沟槽型JFET（Junction Field Effect Transistor）结构、MOS结构，屏蔽高压下电场对肖特基势垒的作用，进而使得MPS耐压等级提升到~1000V。所述TOPS和TMPS虽然可以屏蔽肖特基结，但屏蔽作用在高温、高电场条件时会减弱，故高温、高电场下的漏电增大仍然存在。