[實用新型]一種半導體器件陰極結構

有效

• 申請號: 201320521965.6
• 申請日: 2013-08-26
• 公開（公告）號: CN203445128U
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 張橋;劉鵬;顏家圣;劉小俐;楊寧
• 申請（專利權）人: 湖北臺基半導體股份有限公司
• 主分類號: H01L29/417
• 分類號: H01L29/417
• 代理公司: 襄陽嘉琛知識產權事務所 42217
• 代理人: 嚴崇姚

技術領域

本實用新型屬于半導體器件技術領域，具體涉及一種功率半導體器件陰極結構，尤其是一種應用于電力半導體領域脈沖晶閘管器件、快速晶閘管器件、高頻晶閘管等的陰極結構。

背景技術

陰極圖形是各類晶閘管器件設計的基礎環節，對快開通類晶閘管尤其重要。陰極圖形的分布直接影響器件的動態參數，所以其圖形設計和排布必須科學合理。一般設計在對器件各項參數后設計出草樣，然后結合傳統設計經驗確定最終圖形。設計圖形以掩膜版為載體，通過多次光刻工藝轉移到芯片表面，且劃分出相應的門極和陰極區。

快速晶閘管或高頻晶閘管，陰極常采用條狀門極、工字形門極、漸開線門極或仿漸開線門極，此類門極的設置對陰極面相對均勻分布。應用于中頻時，可基本滿足要求，但對于脈沖電流100KA以上，原陰極圖形設計的di/dt能力、強脈沖通流能力等動態特性已無法滿足器件要求。而提高晶閘管的開通脈沖能力，首先要提高脈沖晶閘管的開關速度、初始導通面積大小和導通均勻性，這樣可縮短晶閘管開通時間，但單純提高的放大門極延長線或枝條數量，如其分布的均勻性不夠好，將造成陰極面積的損失，同時將引起通態壓降、開關損耗等對于頻率特性至關重要的一系列動態特性參數的變化。

現有快開通器件產品充分考慮了器件的導通電流及時間，通過加長放大門極線，如圖1至圖4所示，使快開通晶閘管的放大門極呈現輻射狀，該輻射結構可由多條漸開線構成，雖在一定范圍內提高了工作性能，但由于其放大門極漸開線指條太長，門極觸發導通過程中，放大門極條本身電阻限制了指條末端的開啟時間不均勻、di/dt耐量低、門極控制開通均勻性差等缺點。

脈沖類器件，往往在較短的開通時間內，達到較高的脈沖峰值電流，因此開發一種高di/dt、適用各種尺寸和陰極開通更均勻的半導體器件陰極圖形成為當前亟待解決的問題。

發明內容

本實用新型解決的技術問題是采用提高放大門極延長線，提高初始導通面積，并使延長線所處陰極區周圍均勻分布結構的陰極結構。該陰極結構及其排布方法提高了芯片的有效利用面積，提高各放大門極枝條開通的均勻性，有利于改善陰極距離中心門極遠近帶來的開通差異，并便于加工。

本實用新型的技術解決方案是：一種半導體器件陰極結構，包括陰極區域及分布在陰極區域上的陰極區短路點、以圓心為中心門極的同心圓環、以圓心為中心的放大門極圓環和放大門極延長線指條，其特征在于：所述的放大門極延長線指條包括呈輻射狀均勻分布的直線型內指條；該直線型內指條的一端插入并與放大門極圓環連接；直線型內指條的另一端連接有V字型外指條，該V字型外指條的兩個邊外指條對稱，且均為呈鈍角夾角的兩段；各V字型外指條的外端點在所在的圓周上均勻分布；直線型內指條、V字型外指條的夾角邊緣為圓形。

本實用新型的技術解決方案中所述的直線型內指條數為4∽12條。

本實用新型的技術解決方案中所述的直線型內指條寬度大于V字型外指條寬度。

本實用新型的技術解決方案中所述的V字型外指條的兩個邊外指條夾角為30∽160°；每個邊外指條上的呈鈍角夾角為100∽165°。

本實用新型的技術解決方案中所述的直線型內指條數為8∽12條。

本實用新型的技術解決方案還可以是：一種半導體器件陰極結構，包括陰極區域及分布在陰極區域上的陰極區短路點、以圓心為中心門極的同心圓環、以圓心為中心的放大門極圓環和放大門極延長線指條，其特征在于：所述的放大門極延長線指條包括呈輻射狀均勻分布的直線型指條；該直線型指條的一端插入并與放大門極圓環連接；該直線型指條上疊加有與直線型指條連接的、均勻分布的環形指條；直線型指條及其與環形指條的夾角邊緣為圓形。

本實用新型的技術解決方案中所述的環形指條為以圓心為中心的圓環形指條。

本實用新型的技術解決方案中所述的環形指條數為2∽6條。

本實用新型的技術解決方案中所述的環形指條數為3條。

本實用新型的技術解決方案中所述的陰極區短路點為正四邊形或正六邊形或正八邊形排列、或其任2種組合排列。

本實用新型的技術解決方案中所述的陰極區短路點直徑為0.06∽0.6mm，間距為0.4∽3.5mm。

本實用新型排布半導體器件陰極結構方法的技術解決方案，包括以下步驟：

⑴以圓心為軸將半導體器件的陰極區域劃分為4∽12個等分扇區或2∽5條等分圓環；各等分陰極區面積與放大門極延長線比例基本一致。