[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

本公開提供一種門極換流晶閘管的元胞結構、制備方法及門極換流晶閘管，所述元胞結構包括在元胞結構兩側，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；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；位于所述短基區上方的第二導電類型第一基區；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。可提高驅動控制電壓值，從而提高換流速度、增大GCT芯片的關斷能力。

技術領域

本公開涉及半導體器件技術領域，具體涉及一種門極換流晶閘管的元胞結構、制備方法及門極換流晶閘管。

背景技術

門極換流晶閘管(Gate Commutated Thyristors，GCT)是電力電子領域中一種電流全控型的大功率容量的半導體器件，開通特性像晶閘管，具有較低的通態損耗，關斷特性如晶體管，因而具有通態損耗低、浪涌電流大，關斷速度快、功率容量大等特點。GCT通常用于一些功率容量超大的電力裝置中，比如冶金軋機傳動系統、船舶驅動系統、電網能源質量控制裝置等重工核心裝備中。

現有GCT芯片縱向上的主要結構包含PNPN四層，如圖1所示，器件內部存在3個PN結，從陽極107往陰極109分別為J₁結(陽極透明結)、J₂結(阻斷電壓主結)和J₃結(門陰極結)。從GCT芯片橫向上看，芯片陰極的發射區104(陰極梳條)采用扇區圓弧或者圓周均勻排布在一個晶圓中。對于不同直徑的GCT管芯，陰極梳條一般按同心分圈排布。根據GCT關斷電流大小，GCT門極108引出部位排布在晶圓的中心，即稱為中心門極，或者排布在晶圓的中心或者外周，稱中間環形門極或邊緣環形門極。對于現有GCT芯片，由于在關斷過程中陰極梳條下方載流子密度抽取至門極速度較慢，特別是在離門極位置較遠的陰極梳條，容易在該處產生電流絲現象，導致GCT梳條因再觸發發生關斷失效，導致GCT關斷電流密度較低，關斷能力較差。

發明內容

針對上述問題，本公開提供了一種門極換流晶閘管的元胞結構、制備方法及門極換流晶閘管，解決了現有技術中門極換流晶閘管的關斷電流密度較低，關斷能力較差的技術問題。

第一方面，本公開提供一種門極換流晶閘管的元胞結構，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。

根據本公開的實施例，優選地，所述側部溝槽的深度為30至50μm。

根據本公開的實施例，優選地，

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。

根據本公開的實施例，優選地，所述元胞結構還包括：