[發(fā)明專利]一種提高GCT芯片安全工作區(qū)的橫向非均勻電子輻照方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210573249.2
• 申請(qǐng)日: 2012-12-26
• 公開（公告）號(hào): CN103065950A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉博;馮江華;蔣誼;張明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/268
• 分類號(hào): H01L21/268
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所 43008
• 代理人: 趙洪;周長清

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及到大功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，特指一種用來提高GCT芯片安全工作區(qū)的橫向非均勻電子輻照方法，主要應(yīng)用具有獨(dú)立門極結(jié)構(gòu)和環(huán)繞型分立梳條結(jié)構(gòu)GCT芯片，同時(shí)也適用于具有類似結(jié)構(gòu)GTO和ETO芯片電子輻照應(yīng)用。

背景技術(shù)

高能粒子輻照技術(shù)是目前世界上普遍采用的大功率半導(dǎo)體器件的參數(shù)控制技術(shù)，其基本原理是通過具有足夠大能量的高能粒子束照射半導(dǎo)體，高能粒子與半導(dǎo)體中的晶格原子發(fā)生彈性碰撞，使晶格原子產(chǎn)生位移，從而產(chǎn)生填隙原子—空穴對(duì)，對(duì)應(yīng)這些缺陷生成的同時(shí)也在半導(dǎo)體的禁帶中產(chǎn)生了相應(yīng)的深能級(jí)，不同的高能粒子種類和能量，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生不同的深能級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體器件不同電學(xué)參數(shù)的控制。

目前，用于大功率半導(dǎo)體器件輻照的射線或粒子主要有高能電子、γ射線、高能質(zhì)子和快中子。其中，電子輻照是一種最常用的功率半導(dǎo)體輻照技術(shù)，通過控制電子輻照的劑量，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合中心有效量的控制，其宏觀表現(xiàn)為少子壽命的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)少子壽命相關(guān)的電學(xué)參數(shù)（如阻斷電壓、壓降、漏電流、開通時(shí)間、關(guān)斷時(shí)間等）的控制。

傳統(tǒng)的大功率半導(dǎo)體器件電子輻照均采用均勻輻照的方式，即在半導(dǎo)體器件的內(nèi)部電子輻照劑量是相同的（電子輻照相對(duì)于單一半導(dǎo)體衰減可以忽略），因此半導(dǎo)體器件的載流子壽命在芯片的各處是均勻控制的。隨著半導(dǎo)體器件的發(fā)展，具有分立梳條式結(jié)構(gòu)的全控型半導(dǎo)體器件出現(xiàn)，如GTO、GCT等，這些器件具有獨(dú)立的門極結(jié)構(gòu)（包括中心門極、環(huán)形門極或邊緣門極）和環(huán)繞型分立梳條結(jié)構(gòu)。以GCT為例，在GCT整體關(guān)斷過程中，分立梳條與門極距離差異，會(huì)產(chǎn)生不同的分立梳條式關(guān)斷時(shí)間的微小差異（微秒等級(jí)），而就在這微小的差異中GCT整體元件會(huì)產(chǎn)生電流的再分配，在遠(yuǎn)離門極的梳條會(huì)產(chǎn)生電流的集中，而導(dǎo)致GCT芯片的失效。隨著使用電壓的增高和GCT芯片尺寸的增加，GCT芯片的局部電流分配均勻性將成為影響IGCT安全工作區(qū)（SOA）的重要因素。

目前，對(duì)于全控型大功率半導(dǎo)體器件而言，增大安全工作區(qū)是其重要的發(fā)展方向。有從業(yè)者提出了針對(duì)IGCT安全工作區(qū)改進(jìn)的方案，其中橫向電流再分布和局部少子壽命控制技術(shù)是其兩個(gè)重要的控制技術(shù)，而實(shí)際上由于實(shí)際工藝的差異性和芯片之間的非均勻性的存在，使實(shí)際IGCT器件批量化進(jìn)行安全工作區(qū)的改進(jìn)成為一個(gè)瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種原理簡單、操作簡便、通過兩次輻照技術(shù)以實(shí)現(xiàn)GCT芯片局部少子壽命控制、通過降低遠(yuǎn)離門極梳條的少子壽命、降低在GCT關(guān)斷過程中電流的再分配效應(yīng)、提高GCT芯片整體安全工作區(qū)的提高GCT芯片安全工作區(qū)的橫向非均勻電子輻照方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種提高GCT芯片安全工作區(qū)的橫向非均勻電子輻照方法，其步驟為：

（1）GCT芯片的預(yù)輻射；通過控制芯片的少子壽命及壓降的方法，對(duì)GCT芯片實(shí)行一次預(yù)輻照；

（2）一次退火后，進(jìn)行少子壽命和芯片壓降監(jiān)測(cè)；

（3）采用復(fù)合合金擋板，利用電子輻照穿透復(fù)合合金擋板的非均勻性對(duì)GCT芯片進(jìn)行二次輻照并退火；

（4）再次進(jìn)行少子壽命和芯片壓降監(jiān)測(cè)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：

選用標(biāo)準(zhǔn)A型擋板對(duì)非對(duì)稱GCT芯片進(jìn)行輻照，采用11MeV電子輻照機(jī)，預(yù)輻照參照標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量80%，低溫退火12～24h，監(jiān)測(cè)芯片壓降達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)壓降的75～85%，少子壽命偏差10～20%。

對(duì)于4英寸非對(duì)稱型GCT，A型擋板的外觀尺寸為：外夾具環(huán)形直徑Xm1為95-105?mm，內(nèi)復(fù)合合金有效阻擋輻照直徑Xm2為83-87?mm，環(huán)形門極阻擋寬度Hm為2.5-4?mm，環(huán)形門極內(nèi)阻擋有效輻照直徑Rm1為40-50?mm，中心門極直徑為Rm2為5-7，環(huán)形門極外合金阻擋有效坡度角α為8-9°，環(huán)形門極內(nèi)合金阻擋有效坡度角β為8-10°；

對(duì)于6英寸非對(duì)稱型GCT，A型擋板的外觀尺寸為：外夾具環(huán)形直徑Xm1為140-150?mm，內(nèi)復(fù)合合金有效阻擋輻照直徑Xm2為132-138?mm，環(huán)形門極阻擋寬度Hm為4-6mm，環(huán)形門極內(nèi)阻擋有效輻照直徑Rm1為80-90?mm，中心門極直徑為Rm2為5-10，環(huán)形門極外合金阻擋有效坡度角α為7.5-9°，環(huán)形門極內(nèi)合金阻擋有效坡度角β為7-8.5°。

選用B型擋板對(duì)逆導(dǎo)GCT芯片進(jìn)行輻照，采用11MeV電子輻照機(jī)，預(yù)輻照參照標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量80%，低溫退火12～24h，監(jiān)測(cè)芯片壓降達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)壓降的65～75%，少子壽命偏差10～20%。