[發明專利]門極換流晶閘管的元胞結構、制備方法及門極換流晶閘管

有效

• 申請號: 202010575741.8
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111933704B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 陳勇民;操國宏;陳芳林;蔣誼;徐煥新;潘學軍
• 申請（專利權）人: 株洲中車時代半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/74
• 分類號: H01L29/74;H01L29/744;H01L21/332;H01L29/06
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;金淼

1.一種門極換流晶閘管的元胞結構，其特征在于，包括：

第一導電類型襯底；其中，在元胞結構兩側，于所述襯底表面向下設置有側部溝槽，以在所述襯底表面于所述元胞結構中心位置形成凸臺；

設置于所述襯底內且位于所述側部溝槽和所述凸臺下方的第二導電類型短基區；其中，所述短基區的底部于與所述凸臺對應的位置處有凸起；

設置于所述凸臺內且位于所述短基區上方的第二導電類型第一基區；

設置于所述襯底內且位于所述短基區下方的第二導電類型第二基區；其中，所述第二基區的底部于與所述凸臺對應的位置處有凸起；

位于所述第一基區表面內且覆蓋所述凸臺表面的第一導電類型發射區；

其中，所述短基區的摻雜濃度高于所述第一基區和所述第二基區。

2.根據權利要求1所述的門極換流晶閘管的元胞結構，其特征在于，所述側部溝槽的深度為30至50μm。

3.根據權利要求1所述的門極換流晶閘管的元胞結構，其特征在于，

所述第一基區的摻雜濃度為1E15～1E16cm^-3；

所述短基區的摻雜濃度為1E15～5E18cm^-3；

所述第二基區的摻雜濃度為1E13～1E16cm^-3。

4.根據權利要求1所述的門極換流晶閘管的元胞結構，其特征在于，還包括：

位于所述襯底下方的第一導電類型緩沖層；

位于所述緩沖層下方的第二導電類型陽極區；

位于所述陽極區下方并與所述陽極區形成電連接的陽極金屬層；

位于所述側部溝槽底部并與所述短基區形成電連接的門極金屬層；

位于所述凸臺上方并與所述發射區形成電連接的陰極金屬層。

5.一種如權利要求1至4中任一項所述的門極換流晶閘管的元胞結構的制備方法，其特征在于，包括：

提供第一導電類型襯底；

在所述襯底表面于所述元胞結構的兩側形成側部溝槽，以在所述襯底表面于所述元胞結構中心位置形成凸臺；

通過斜向離子注入的方式，在所述側部溝槽下方的所述襯底內注入第二導電類型第一高能離子，并進行高溫擴散工藝，以在所述襯底內于所述側部溝槽和所述凸臺下方形成第二導電類型短基區；其中，所述短基區的底部于與所述凸臺對應的位置處有凸起；

在所述襯底上方注入第二導電類型第二高能離子并進行高溫擴散工藝，以在所述凸臺內于所述短基區上方形成第二導電類型第一基區，并使所述第二高能離子擴散至所述短基區下方，以在所述短基區下方形成第二導電類型第二基區；其中，所述第二基區的底部于與所述凸臺對應的位置處有凸起，所述短基區的摻雜濃度高于所述第一基區和所述第二基區；

在所述第一基區內選擇性進行第一導電類型離子高溫擴散，以在所述第一基區表面內形成覆蓋所述凸臺表面的第一導電類型發射區。

6.根據權利要求5所述的門極換流晶閘管的元胞結構的制備方法，其特征在于，所述第一高能離子的擴散系數比所述第二高能離子的擴散系數小。

7.根據權利要求5所述的門極換流晶閘管的元胞結構的制備方法，其特征在于，所述在所述第一基區內選擇性進行第一導電類型離子高溫擴散，以在所述第一基區表面內形成覆蓋所述凸臺表面的第一導電類型發射區的步驟之前，還包括以下步驟：

在所述襯底下方注入第一導電類型高能離子，以在所述襯底下方形成第一導電類型緩沖層。

8.根據權利要求7所述的門極換流晶閘管的元胞結構的制備方法，其特征在于，所述在所述第一基區內選擇性進行第一導電類型離子高溫擴散，以在所述第一基區表面內形成覆蓋所述凸臺表面的第一導電類型發射區的步驟之后，還包括以下步驟：

在所述緩沖層下方注入所述第一高能離子或所述第二高能離子，以在所述緩沖層下方形成第二導電類型陽極區；

在所述陽極區下方形成與所述陽極區電連接的陽極金屬層；

在所述凸臺上方形成與所述發射區電連接的陰極金屬層；

在所述側部溝槽底部形成與所述短基區電連接的門極金屬層。

9.一種門極換流晶閘管，其特征在于，包括若干如權利要求1至4任一項所述的門極換流晶閘管的元胞結構。