[發明專利]一種雙溝道MOS柵控晶閘管及其制造方法

在審

• 申請號: 201711303949.9
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN108054207A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發明（設計）人: 陳萬軍;劉承芳;劉亞偉;陶宏;劉杰;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/745
• 分類號: H01L29/745;H01L21/332
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發明涉及功率半導體技術領域，具體的說是一種雙溝道MOS柵控晶閘管及其制造方法。本發明主要是在相同元胞寬度下增加多晶硅柵極的密度，從而在不改變掩膜版數目的情況下，增加柵極密度，從而增加了柵電容，減小柵極電壓振蕩，避免了柵控晶閘管在脈沖應用條件下出現因柵介質擊穿而發生失效的問題。

技術領域

本發明涉及功率半導體技術領域，具體的說是適用于脈沖功率領域的一種雙溝道MOS柵控晶閘管及其制造方法。

背景技術

功率半導體器件作為開關器件，可以應用于電力電子和脈沖功率領域。在脈沖功率領域中，經常利用電容或者電感儲能的方式并結合功率半導體開關器件產生瞬態電壓或者電流脈沖。對于電流脈沖信號，一般要求其具有高的上升沿di/dt和峰值電流。為了滿足脈沖應用的要求，一需要對外部放電電容、回路電感以及電容充電電壓進行合理配置，二需要對功率半導體器件進行優化設計。

一般來說，當外部放電電容、回路電感以及電容充電電壓的配置一定時，需要對功率半導體器件進行優化設計。常規MOS控制晶閘管(MOS-Control Thyristors，簡稱MCTs)具有大電流密度、低開態損耗和大開關速度等優良性能，很適合應用于功率脈沖領域，但仍存在需要優化的地方，理論研究表明，當外部參數一定時，開關器件的導通電阻越小，在脈沖放電過程中電流的上升率di/dt和峰值電流就會越大。為了減小器件的導通電阻，提出了一種具有陰極短路結構的MOS控制晶閘管，該器件能在較小的導通電流下被觸發，使其在較大電流范圍內具有較小的導通電阻，因此相對于常規MOS控制晶閘管來說更加適用于脈沖電容放電應用。但是該器件也存在一個缺點，在高上升沿di/dt的情況下，從器件陰極到地的寄生電感會產生很大的瞬時感應電壓，導致器件的柵電容兩端出現很大的電勢差，從而使得器件柵極發生不可恢復擊穿，導致脈沖放電系統發生失效。

發明內容

本發明的目的，就是為了避免柵控晶閘管應用于脈沖功率領域時因柵介質擊穿導致脈沖系統發生失效的問題。

本發明的技術方案：一種雙溝道MOS柵控晶閘管，其元胞結構包括由陽極9和位于陽極9底部的陽極金屬10構成的陽極結構、位于陽極結構頂部的漂移區1和分別位于漂移區1頂部的柵極結構與陰極結構；所述N型漂移區1中具有向下凸起結構的P型阱區2，所述P型阱區2上層具有第一N型阱區51和第二N型阱區52，第一N型阱區51和第二N型阱區52分別位于凸起結構的兩側，所述第一N型阱區51上層具有第一P型源區61，第二N型阱區52上層具有第二P型源區62；其特征在于，所述柵極結構包括第一柵極和第二柵極，所述第一柵極位于N型漂移區1上表面一側，第一柵極由第一柵氧化層31和位于第一柵氧化層31上表面的第一多晶硅41構成，所述第一柵氧化層31的底部同時與N型漂移區1的上表面、部分P型阱區2的上表面、部分第一N型阱區51的上表面和部分第一P型源區61的上表面接觸；所述第二柵極位于P型阱區2上表面中部，第二柵極由第二柵氧化層32和位于第二柵氧化層32上表面的第二多晶硅42構成，所述第二柵氧化層32的底部同時與部分P型阱區2的上表面、部分第一N型阱區51的上表面、部分第一P型源區61的上表面、部分第二N型阱區52的上表面和部分第一P型源區62的上表面接觸；在第二柵極遠離第一柵極一側的部分第二N型阱區52的上表面、部分第一P型源區62的上表面以及部分P型阱區2的上表面具有陰極金屬8，且陰極金屬8向第一柵極的方向延伸并覆蓋第一柵極和第二柵極的正上方，陰極金屬8還沿第一柵極和第二柵極之間的間隙與第一P型源區61的上表面接觸，陰極金屬8和第一柵極與第二柵極之間通過絕緣介質層7完全隔離。

一種雙溝道MOS柵控晶閘管的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步：采用襯底硅片制作結終端，形成N型漂移區1；

第二步：在N型漂移區1上層生成P型阱區環；

第三步：在N型漂移區1上表面的一側以及中間通過熱氧生成第一柵氧化層31和第二柵氧化層32，在第一柵氧化層31和第二柵氧化層32表面淀積第一多晶硅41和第二多晶硅42再刻蝕形成柵極；