[發明專利]BJT輔助的改進型GTO結構、控制方法及制備方法

在審

• 申請號: 201611229373.1
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106847810A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 王俊;梁世維
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H01L27/06
• 分類號: H01L27/06;H01L21/8222
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 李相雨

1.一種BJT輔助的改進型GTO結構，其特征在于，改進型GTO器件是通過單片集成的方式將門極關斷晶閘管GTO和雙極結型晶體管BJT進行并聯集成的半導體器件；

并聯的GTO與BJT共享電極，且所述電極包括陰極、陽極及門極。

2.根據權利要求1所述的BJT輔助的改進型GTO結構，其特征在于，所述GTO為P型門極關斷晶閘管，所述BJT為PNP型雙極結型晶體管，且P型GTO與PNP型BJT并聯。

3.根據權利要求2所述的GTO結構，其特征在于，由并聯的P型GTO與PNP型BJT組成的所述器件包括：

依次連接的P型集電區、N型基區、P型漂移區、N型發射區及P型發射區；

且P型集電區為所述器件的陽極，N型基區中包括所述GTO結構的門極，N型發射區及P型發射區均為所述器件的陰極。

4.根據權利要求1所述的GTO結構，其特征在于，所述GTO為N型門極關斷晶閘管，所述BJT為NPN型雙極結型晶體管，且N型GTO與NPN型BJT并聯。

5.根據權利要求4所述的GTO結構，其特征在于，由并聯的N型GTO與NPN型BJT組成的所述器件包括：

依次連接的N型發射區、P型基區、N型漂移區、P型集電區及N型集電區；

且N型發射區為所述器件的陰極，P型基區中包括所述器件的門極，P型集電區及N型集電區均為所述器件的陽極。

6.一種如權利要求1至5任一項所述的GTO結構的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

根據施加在所述器件的陽極和陰極之間正偏置電壓的變化，控制所述器件以所述BJT的工作模式導通，或者以所述BJT與GTO共同開啟的工作模式進行導通。

7.根據權利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述根據施加在所述器件的陽極和陰極之間正偏置電壓的變化，控制所述器件以所述BJT的工作模式導通，或者以所述BJT與GTO共同開啟的工作模式進行導通，包括：

步驟1.在所述器件的陽極和陰極之間加上正偏置電壓，使得所述器件處于正向阻斷狀態；

步驟2.在門極和陰極之間施加正偏置電壓且正向偏置電壓低于GTO的開啟電壓，所述BJT開啟工作模式，使得所述器件以所述BJT的工作模式導通；

步驟3.在流過所述器件的電流增大使得所述器件陽極和陰極兩端的所述正偏置電壓等于或高于GTO的開啟電壓，所述GTO開啟工作模式，并與所述BJT同時工作。

8.根據權利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述方法還包括：

在所述器件的門極和陰極之間施加反偏置電壓，流經所述器件的門極電流為負電流，使得所述器件關斷。

9.一種如權利要求1至5任一項所述的GTO結構的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

制作一個新型功率半導體器件，在現有的門極關斷晶閘管GTO或雙極結型晶體管BJT功率半導體器件制備過程中，增加一步在背面部分注入和當前器件背面摻雜類型相反的雜質的工藝步驟，形成新型功率半導體器件結構。

10.根據權利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述制作一個BJT輔助的改進型GTO結構，在現有的門極關斷晶閘管GTO或雙極結型晶體管BJT功率半導體器件制備過程中，增加一步在背面部分注入和當前器件背面摻雜類型相反的雜質的工藝步驟，形成BJT輔助的改進型GTO結構，包括：

步驟A.預處理晶圓，并在預處理后所述晶圓上多次刻蝕形成正面圖形；

步驟B.在晶圓正面上進行多次離子注入，得到門極接觸窗口及終端結構；

步驟C.若當前半導體為BJT，則在BJT的背面部分注入和原有摻雜類型相反的雜質，使得原有的BJT結構中形成GTO；若當前半導體為GTO，則在GTO的背面部分注入和原有摻雜類型相反的雜質，使得原有的GTO結構中形成BJT；

步驟D.對注入的離子進行退火激活，并完成犧牲氧化、金屬接觸工藝，表面鈍化工藝以及金屬互連工藝，并形成最終的金屬電極。