一种功率半导体器件及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种功率半导体器件及其制作方法，解决了标准型GCT芯片在过电压阻断状态时容易在芯片台面终端处失效，导致器件失效呈开路状态的问题。包括功能区和电压击穿区，电压击穿区靠近功率半导体器件的中心位置，被功能区环绕，包括依次层叠设置的第二导电类型短路结构和凸形第二导电类型基区，第二导电类型短路结构贯穿功能区的第一导电类型透明发射阳极和第二导电类型缓冲层；凸形第二导电类型基区贯穿第一导电类型第一基区、第一导电类型第二基区和第二导电类型区，在第二导电类型基区向第一导电类型基区的延伸方向上形成凸起部。

【技术实现步骤摘要】
一种功率半导体器件及其制作方法
本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种功率半导体器件及其制作方法。
技术介绍
GCT(GateCommutatedThyristors，门极换流晶闸管)作为一种全控型功率半导体器件，因其阻断能力大，通态损耗低，功率容量大等优势，未来在柔性直流电网上应用具有巨大潜力。现有的GCT器件内部存在3个PN结，从阳极往阴极分别为J1结(阳极透明结)、J2结(阻断电压主结)和J3结(门阴极结)。GCT分四个工作状态：触发(开通)、通态、关断及阻断。当GCT芯片呈过电压阻断状态时，必须先对器件门-阴极施加-20V以内的反偏电压(或短接)，以避免因J3结的正偏注入效应而使器件耐压显著降低。阳-阴极间施加正向电压VDC，器件处于正向阻断状态，阻断电压主要由反偏的J2结承受，由于目前标准型GCT芯片结构，芯片台面终端设计普遍使用负角设计，器件在过电压阻断状态时芯片体内最大电场通常位于芯片台面终端处，当外界施加的电压超过芯片承受能力之外，往往会最先在该处发生雪崩产生较大漏电流从而失效，台面失效有可能导致器件失效呈开路状态。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种功率半导体器件及其制作方法，解决了目前标准型GCT芯片结构在过电压阻断状态时容易在芯片台面终端处失效，而导致器件失效呈开路状态的问题。本专利技术一实施例提供的一种功率半导体器件及其制作方法，包括功能区，所述功能区包括依次层叠设置的阳极、第一导电类型透明发射阳极、第二导电类型缓冲层、第二导电类型基区、第一导电类型第一基区、第一导电类型第二基区、第二导电类型发射区和阴极，所述功率半导体器件进一步包括：电压击穿区，所述电压击穿区设置在靠近所述功率半导体器件的中心位置，且被所述功能区环绕，所述电压击穿区包括依次层叠设置的第二导电类型短路结构和凸形第二导电类型基区，其中所述第二导电类型短路结构贯穿所述第一导电类型透明发射阳极和所述第二导电类型缓冲层；所述凸形第二导电类型基区贯穿所述第一导电类型第一基区、所述第一导电类型第二基区和所述第二导电类型基区，且在所述第二导电类型基区向所述第一导电类型基区的延伸方向上形成凸起部。在一种实施方式中，所述功率半导体器件为晶闸管，所述功率半导体器件还包括位于所述第一导电类型第二基区上的门极。在一种实施方式中，所述电压击穿区位于与所述功率半导体器件中心距离R小于等于4mm的区域内。在一种实施方式中，所述凸起部围绕所述功率半导体器件的中心成环形分布。在一种实施方式中，所述凸起部的顶部与所述第一导电类型第二基区的上表面齐平，或所述凸起部的顶部低于所述第一导电类型第二基区的表面。在一种实施方式中，所述第二导电类型短路结构围绕所述功率半导体器件的中心成环形分布；或所述第二导电类型短路结构位于所述功率半导体器件的中心成圆形分布。在一种实施方式中，所述凸起部的顶部覆盖有钝化层。在一种实施方式中，所述钝化层的材质为以下材质中的至少一种：氧化硅、氮化硅和聚酰亚胺。一种功率半导体的制作方法，包括：提供一个第二导电类型的衬底；对所述衬底的上表面进行光刻，以在所述衬底上表面界定出第一区域和第二区域，所述第二区域设置在靠近所述功率半导体器件的中心位置，且被所述第一区域环绕；对所述第一区域使用选择性离子注入工艺以形成层叠的第一导电类型第一基区和第一导电类型第二基区，所述衬底中与所述第二区域对应的部分包括层叠的第一部分和第二部分，其中所述第一部分被所述第一导电类型第一基区环绕，所述第二部分被所述第一导电类型第二基区环绕；对所述衬底的背面进行离子注入形成第二导电类型缓冲层；对所述衬底上表面和背面进行双面光刻及离子注入以在所述衬底上表面形成第二导电类型发射区、在所述衬底的背面形成第二导电类型短路结构，所述第二导电类型短路结构位于所述第一部分和所述第二部分的叠层结构下方；对所述衬底背面继续进行离子注入，第二导电类型缓冲层的表面形成以在所述形成第一导电类型透明阳极；在所述透明阳极和所述短路结构上形成阳极；在所述第二导电类型发射区上形成阴极。在一种实施方式中，还包括在所述第一导电类型第二基区上沉积金属，形成门极。在一种实施方式中，进一步包括：对所述衬底上表面和背面进行双面光刻分别形成扩散窗口，沿着所述窗口分别对所述第一导电类型第二基区和所述第二导电类型基区进行离子注入，以分别形成所述第二导电类型发射区和所述第二导电类型短路结构。在一种实施方式中，对所述第二部分的上表面蚀刻，使所述第二部分上表面低于所述第一导电类型第二基区的上表面。在一种实施方式中，限定在所述第二部分表面上形成钝化层。在一种实施方式中，在所述衬底上表面蒸发第一金属，并对所述第一金属进行光刻以在所述第二导电类型发射区上形成阴极；在所述衬底背面同步蒸发第二金属，并对所述第二金属进行光刻，以在所述透明阳极和所述短路结构上形成阳极。在一种实施方式中，包括：对所述功率半导体的边缘进行切割和磨角处理形成台面；以及对所述台面进行钝化处理。本专利技术实施例提供的一种功率半导体器件，该功率半导体器件包括功能区和电压击穿区(Breakdown区，简称BD区)，电压击穿区设置在功率半导体器件的中心位置，且被功能区环绕。其中，功能区包括依次层叠设置的阳极、第一导电类型透明发射阳极、第二导电类型缓冲层、第二导电类型基区、第一导电类型第一基区、第一导电类型第二基区、第二导电类型发射区和阴极；电压击穿区包括依次层叠设置第二导电类型短路结构和凸形第二导电类型基区，其中第二导电类型短路结构贯穿第一导电类型透明发射阳极和第二导电类型缓冲层；凸形第二导电类型基区贯穿第一导电类型第一基区、第一导电类型第二基区和第二导电类型基区，且在第二导电类型基区向第一导电类型基区的延伸方向上形成凸起部。通过设置凸起部的表面横向宽度，可以使凸形第二导电类型基区的电场分布能够超过功率半导体器件的台面终端表面，因此功率半导体器件的阻断失效将会发生在中心位置处且呈短路状态，从而解决了现有GCT过电压阻断状态在台面终端失效时呈开路状态的问题，同时第二导电类型短路结构可以降低阳极发射效率，提升功率半导体器件阻断的稳定性。附图说明图1所示为现有技术中GCT的纵向结构示意图。图2所示为本专利技术一实施例提供的一种GCT的横向结构示意图。图3所示为本专利技术一实施例提供的一种功率半导体器件的纵向结构示意图。图4所示为本专利技术另一实施例提供的一种功率半导体器件的纵向结构示意图。图5所示为本专利技术另一实施例提供的一种凸型N基区表面横向距离的变化对BD-GCT的阻断能力的影响的曲线图。图6所示为本专利技术一实施例提供的一种功率半导体器件的制作方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率半导体器件，包括功能区，所述功能区包括依次层叠设置的阳极、第一导电类型透明发射阳极、第二导电类型缓冲层、第二导电类型基区、第一导电类型第一基区、第一导电类型第二基区、第二导电类型发射区和阴极，其特征在于，所述功率半导体器件进一步包括：/n电压击穿区，所述电压击穿区设置在靠近所述功率半导体器件的中心位置，且被所述功能区环绕，所述电压击穿区包括依次层叠设置的第二导电类型短路结构和凸形第二导电类型基区，其中所述第二导电类型短路结构贯穿所述第一导电类型透明发射阳极和所述第二导电类型缓冲层；所述凸形第二导电类型基区贯穿所述第一导电类型第一基区、所述第一导电类型第二基区和所述第二导电类型基区，且在所述第二导电类型基区向所述第一导电类型基区的延伸方向上形成凸起部。/n

【技术特征摘要】
1.一种功率半导体器件，包括功能区，所述功能区包括依次层叠设置的阳极、第一导电类型透明发射阳极、第二导电类型缓冲层、第二导电类型基区、第一导电类型第一基区、第一导电类型第二基区、第二导电类型发射区和阴极，其特征在于，所述功率半导体器件进一步包括：
电压击穿区，所述电压击穿区设置在靠近所述功率半导体器件的中心位置，且被所述功能区环绕，所述电压击穿区包括依次层叠设置的第二导电类型短路结构和凸形第二导电类型基区，其中所述第二导电类型短路结构贯穿所述第一导电类型透明发射阳极和所述第二导电类型缓冲层；所述凸形第二导电类型基区贯穿所述第一导电类型第一基区、所述第一导电类型第二基区和所述第二导电类型基区，且在所述第二导电类型基区向所述第一导电类型基区的延伸方向上形成凸起部。


2.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述功率半导体器件为晶闸管，所述功率半导体器件还包括位于所述第一导电类型第二基区上的门极。


3.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述电压击穿区位于与所述功率半导体器件中心区域内。


4.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述凸起部围绕所述功率半导体器件的中心成环形分布。


5.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述凸起部的顶部与所述第一导电类型第二基区的上表面齐平，或所述凸起部的顶部低于所述第一导电类型第二基区的表面。


6.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述第二导电类型短路结构围绕所述功率半导体器件的中心成环形分布；或
所述第二导电类型短路结构位于所述功率半导体器件的中心成圆形分布。


7.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述凸起部的顶部覆盖有钝化层。


8.根据权利要求7所述的功率半导体器件，其特征在于，所述钝化层的材质为以下材质中的至少一种：氧化硅、氮化硅和聚酰亚胺。


9.一种功率半导体的制作方法，其特征在于，包括：
提供一个第二导电类型的衬底；
对所述衬底的上表面进行光刻，以在所述衬底上表面界定出第一区域和第二区域，所述第二区域设置在靠近所述功率半导体器件的中心位置，且被所述第一区域环绕；
对所述第一区...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈芳林，徐焕新，陈勇民，操国宏，蒋谊，潘学军，邹平，孙永伟，
申请(专利权)人：株洲中车时代半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43