本公開涉及半導(dǎo)體，尤其涉及一種半導(dǎo)體器件及其制備方法和電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、雙極型器件如igbt(絕緣柵雙極型晶體管)、gto(可關(guān)斷晶閘管)等，在導(dǎo)通時空穴和電子均參與導(dǎo)電，漂移區(qū)中的少子數(shù)量遠(yuǎn)高于背景摻雜濃度，因此漂移區(qū)中會發(fā)生電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，極大地降低漂移區(qū)的導(dǎo)通電阻，廣泛應(yīng)用在需要高壓大電流的應(yīng)用領(lǐng)域中。

2、常規(guī)雙極型器件如igbt、gto的集電極存在pn結(jié)，因此器件無法實現(xiàn)反向?qū)?，在?yīng)用中常需要反并聯(lián)續(xù)流二極管來續(xù)流。將續(xù)流二極管集成在雙極型器件內(nèi)部，不僅可以降低連接引線的寄生電感、寄生電阻，并且可以通過節(jié)省終端面積從而提高器件功率密度，改善器件性能，減小系統(tǒng)體積。為將續(xù)流二極管集成在雙極型器件內(nèi)部，逆導(dǎo)型igbt、逆導(dǎo)型gto等被提出。常規(guī)逆導(dǎo)型igbt是在器件的集電極區(qū)域引入與p+集電極區(qū)短路的n+集電極區(qū)，從而在器件內(nèi)形成pin二極管結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)續(xù)流功能。

3、但是常規(guī)逆導(dǎo)型器件在正向?qū)ǔ跗?，器件由單極型導(dǎo)通模式向雙極型導(dǎo)通模式的轉(zhuǎn)換過程中會存在因?qū)娮杓眲∠陆刀蛊骷?dǎo)通壓降急劇減小的過程，稱作電壓回跳（snapback）現(xiàn)象。snapback現(xiàn)象的存在可能導(dǎo)致器件內(nèi)部元胞因結(jié)構(gòu)材料參數(shù)或溫度分布差異而無法同時從單極型導(dǎo)通模式切換到雙極型導(dǎo)通模式，器件內(nèi)部電流因此分布不均，容易導(dǎo)致器件局部過流而失效。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本公開實施例提供一種半導(dǎo)體器件及其制備方法和電子設(shè)備，用于消除器件正向?qū)ㄟ^程中的snapback效應(yīng)，改善器件性能。

2、本公開實施例提供的一種半導(dǎo)體器件及其制備方法和電子設(shè)備，具體方案如下：

3、一方面，本公開實施例提供了一種半導(dǎo)體器件，包括：n型漂移區(qū)，設(shè)置于所述n型漂移區(qū)的第一表面的集電極結(jié)構(gòu)，以及設(shè)置于所述n型漂移區(qū)的第二表面的柵極結(jié)構(gòu)和發(fā)射極結(jié)構(gòu)；所述第一表面和所述第二表面相對設(shè)置；

4、所述集電極結(jié)構(gòu)包括集電極金屬層、n+集電極區(qū)、p+集電極區(qū)、n型高阻區(qū)、p型浮空區(qū)和n型緩沖層；其中，

5、所述n型緩沖層與所述n型漂移區(qū)的第一表面接觸，所述p型浮空區(qū)與所述n型緩沖層背離所述n型漂移區(qū)的表面接觸，所述p型浮空區(qū)具有隔斷區(qū)；所述n型高阻區(qū)與所述p型浮空區(qū)背離所述n型漂移區(qū)的表面接觸且填充所述隔斷區(qū)，所述n+集電極區(qū)與所述n型高阻區(qū)背離所述n型漂移區(qū)的表面接觸，所述n+集電極區(qū)具有通孔，所述隔斷區(qū)在所述n型緩沖層上的正投影與所述通孔在所述n型緩沖層上的正投影交疊；所述p+集電極區(qū)包括內(nèi)嵌于所述n型高阻區(qū)背離所述n型漂移區(qū)的表面的第一子p+集電極區(qū)，且第一子p+集電極區(qū)與所述通孔位置相對應(yīng)；所述集電極金屬層與所述n+集電極區(qū)背離所述n型漂移區(qū)的表面接觸且填充所述通孔至與所述第一子p+集電極區(qū)接觸。

6、在一些實施例中，在本公開實施例提供的上述半導(dǎo)體器件中，所述第一子p+集電極區(qū)背離所述n型漂移區(qū)的表面與所述n+集電極區(qū)面向所述n型漂移區(qū)的表面齊平設(shè)置。

7、在一些實施例中，在本公開實施例提供的上述半導(dǎo)體器件中，所述n型高阻區(qū)具有與所述通孔對應(yīng)設(shè)置且貫穿所述n型高阻區(qū)部分厚度的開孔，所述通孔和所述開孔互通，所述第一子p+集電極區(qū)內(nèi)嵌于所述開孔位置對應(yīng)的所述n型高阻區(qū)背離所述n型漂移區(qū)的表面。

8、在一些實施例中，在本公開實施例提供的上述半導(dǎo)體器件中，所述通孔沿所述n型高阻區(qū)厚度方向的截面形狀為長方形。

9、在一些實施例中，在本公開實施例提供的上述半導(dǎo)體器件中，所述p+集電極區(qū)還包括內(nèi)嵌于所述開孔位置對應(yīng)的所述n型高阻區(qū)側(cè)表面的第二子p+集電極區(qū)，所述第一子p+集電極區(qū)和所述第二子p+集電極區(qū)為一體結(jié)構(gòu)，所述n+集電極區(qū)面向所述n型漂移區(qū)的表面與所述n型高阻區(qū)背離所述n型漂移區(qū)的表面以及與所述第二子p+集電極區(qū)背離所述n型漂移區(qū)的表面均接觸。

10、在一些實施例中，在本公開實施例提供的上述半導(dǎo)體器件中，所述通孔和所述開孔的整體結(jié)構(gòu)沿所述n型高阻區(qū)厚度方向的截面形狀為正梯形。

11、在一些實施例中，在本公開實施例提供的上述半導(dǎo)體器件中，所述隔斷區(qū)在所述n型緩沖層上的正投影面積小于所述通孔在所述n型緩沖層上的正投影面積。

12、在一些實施例中，在本公開實施例提供的上述半導(dǎo)體器件中，所述隔斷區(qū)在所述n型緩沖層上的正投影中心與所述通孔在所述n型緩沖層上的正投影中心重合。

13、在一些實施例中，在本公開實施例提供的上述半導(dǎo)體器件中，所述集電極金屬層背離所述n型漂移區(qū)的表面為平坦表面。

14、在一些實施例中，在本公開實施例提供的上述半導(dǎo)體器件中，所述柵極結(jié)構(gòu)包括：位于所述n型漂移區(qū)的第二表面上的柵介質(zhì)層，位于所述柵介質(zhì)層背離所述n型漂移區(qū)一側(cè)的柵電極，以及位于所述柵電極背離所述n型漂移區(qū)一側(cè)的隔離介質(zhì)層；所述隔離介質(zhì)層包覆所述柵電極且與所述柵介質(zhì)層接觸；

15、所述發(fā)射極結(jié)構(gòu)包括p型阱區(qū)、n型發(fā)射極區(qū)、p型發(fā)射極區(qū)和發(fā)射極金屬層，所述n型漂移區(qū)的第二表面內(nèi)嵌所述p型阱區(qū)、所述n型發(fā)射極區(qū)和所述p型發(fā)射極區(qū)，所述p型阱區(qū)沿所述n型漂移區(qū)厚度方向的截面為凹形，所述p型發(fā)射極區(qū)位于所述凹形的中間區(qū)域，所述n型發(fā)射極區(qū)位于所述p型發(fā)射極區(qū)和所述凹形的側(cè)壁之間，所述柵介質(zhì)層面向所述n型緩沖層一側(cè)的表面與所述n型發(fā)射極區(qū)、所述p型阱區(qū)、所述n型漂移區(qū)均接觸，所述發(fā)射極金屬層包裹所述柵極結(jié)構(gòu)且與所述n型發(fā)射極區(qū)、所述p型發(fā)射極區(qū)接觸。

16、在一些實施例中，在本公開實施例提供的上述半導(dǎo)體器件中，所述發(fā)射極金屬層背離所述n型漂移區(qū)的表面為平坦表面。

17、另一方面，本公開實施例還提供了一種上述半導(dǎo)體器件的制備方法，用于制備本公開實施例提供的上述半導(dǎo)體器件，所述制備方法包括：

18、提供一n+襯底，并在所述n+襯底的一側(cè)形成n型高阻區(qū)；

19、在所述n型高阻區(qū)背離所述n+襯底一側(cè)的表面形成具有隔斷區(qū)的所述p型浮空區(qū)；

20、在所述p型浮空區(qū)背離所述n+襯底一側(cè)的表面形成n型緩沖層和n型漂移區(qū)；

21、在所述n型漂移區(qū)背離所述n型緩沖層的表面形成發(fā)射極結(jié)構(gòu)的一部分結(jié)構(gòu)；

22、對所述n+襯底進(jìn)行構(gòu)圖，形成完全貫穿所述n+襯底的通孔，以形成所述n+集電極區(qū)；

23、在對應(yīng)于所述通孔位置的所述n型高阻區(qū)背離所述n型漂移區(qū)的表面形成所述第一子p+集電極區(qū)；

24、在所述n型漂移區(qū)和所述發(fā)射極結(jié)構(gòu)的一部分結(jié)構(gòu)背離所述n型緩沖層的一側(cè)形成柵極結(jié)構(gòu)；

25、在所述柵極結(jié)構(gòu)背離所述n型緩沖層的一側(cè)形成所述發(fā)射極結(jié)構(gòu)的另一部分結(jié)構(gòu)；

26、在所述n+集電極區(qū)和所述第一子p+集電極區(qū)背離所述柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)形成所述集電極金屬層。

27、在一些實施例中，在本公開實施例提供的上述制備方法中，在對所述n+襯底進(jìn)行構(gòu)圖，形成完全貫穿所述n+襯底的通孔時，對所述n型高阻區(qū)未進(jìn)行構(gòu)圖。

28、在一些實施例中，在本公開實施例提供的上述制備方法中，在對所述n+襯底進(jìn)行構(gòu)圖，形成完全貫穿所述n+襯底的通孔時，同時對所述n型高阻區(qū)進(jìn)行構(gòu)圖，形成貫穿所述n型高阻區(qū)部分厚度的開孔，所述通孔和所述開孔互通。

29、另一方面，本公開實施例還提供了一種電子設(shè)備，包括本公開實施例提供的上述半導(dǎo)體器件。

30、本公開的有益效果如下：

31、本公開實施例提供的一種半導(dǎo)體器件及其制備方法和電子設(shè)備，通過在p+集電極區(qū)上方增加低摻雜的n型高阻區(qū)，這樣增大了p+集電極區(qū)上方的電阻，通過在n型高阻區(qū)和n型緩沖層之間設(shè)置具有隔斷區(qū)的p型浮空區(qū)，這樣延長了p+集電極區(qū)上方的電流路徑，并且將p+集電極區(qū)內(nèi)嵌于n型高阻區(qū)內(nèi)，這樣增加了集電極結(jié)構(gòu)中n型高阻區(qū)的縱向距離，使n+集電極區(qū)到p+集電極區(qū)中間位置的距離更遠(yuǎn)，因此器件正向?qū)〞r單極電流從p+集電極區(qū)中間位置到n+集電極區(qū)處產(chǎn)生的壓降相對更高，p+集電極區(qū)/n型高阻區(qū)形成的pn結(jié)更容易開啟，更容易消除器件正向?qū)〞r的snapback現(xiàn)象。與相關(guān)技術(shù)中的逆導(dǎo)型器件通過增加p+集電極區(qū)與n+集電極區(qū)的長度比值從而增加p+集電極區(qū)上方寄生電阻來改善snapback現(xiàn)象的方法相比，本公開的結(jié)構(gòu)可以通過增加p+集電極區(qū)與n+集電極區(qū)的縱向距離來改善snapback現(xiàn)象，這樣可以更好地控制p+集電極區(qū)與n+集電極區(qū)的長度比，避免器件反向?qū)娏鞣植疾痪?dǎo)通壓降過高的問題，來折中優(yōu)化器件正向?qū)ㄌ匦砸约胺聪驅(qū)ㄌ匦浴?/p>