[實(shí)用新型]一種門極換流晶閘管GCT器件結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202222845340.7
• 申請(qǐng)日: 2022-10-26
• 公開（公告）號(hào): CN218730959U
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張磊;王峰瀛;范曉波;紀(jì)衛(wèi)峰;張歧寧;楊俊艷;張剛琦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安派瑞功率半導(dǎo)體變流技術(shù)股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/74
• 分類號(hào): H01L29/74;H01L21/332
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司 61100
• 代理人: 彭冬英

本實(shí)用新型提供了一種門極換流晶閘管GCT器件結(jié)構(gòu)，從上往下依次設(shè)置有陰極鋁層和門極鋁層，陰極N+區(qū)，門極P區(qū)，P?區(qū)，N?基區(qū)，N緩沖區(qū)，透明陽極P+區(qū)和陽極鋁層。該結(jié)構(gòu)門極溝槽深度大于陰極N+區(qū)深度，陰極N+區(qū)下方分別設(shè)有波狀P區(qū)和波狀P?區(qū)，其深度都等于門極溝槽深度。本實(shí)用新型由于門極溝槽深度大于陰極N+區(qū)深度，可以避免寄生的NPN晶體管栓鎖，提高GCT的可關(guān)斷電流。通過分立的門—陰極高度差擴(kuò)散形成波紋高度等于門極溝槽深度的波狀P區(qū)和波狀P?區(qū)，可以減少離子注入和光刻步驟，并進(jìn)一步提高可關(guān)斷電流。陰極鋁層和門極鋁層同時(shí)形成，避免了二次刻鋁，降低了制造成本和反刻鋁的工藝難度。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于電力半導(dǎo)體器件制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種門極換流晶閘管GCT器件結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

近年來柔性高壓直流輸電技術(shù)快速發(fā)展，模塊化多電平變換器(MMC)上已有IGCT使用。IGCT由GTO發(fā)展而來，屬于電流控制型器件。盡管IGCT的可關(guān)斷電流和無吸收SOA能力有了很大的提高，但MMC工況的復(fù)雜性要求IGCT具有10000A以上的可關(guān)斷電流能力，即使將器件尺寸增加到6英寸，對(duì)器件制造商來說也是非常大的挑戰(zhàn)。

目前最新的GCT采用了波狀P基區(qū)結(jié)構(gòu)，這可以實(shí)現(xiàn)更高的關(guān)斷電流。但波狀P基區(qū)需要采用氮化硅掩蔽鋁擴(kuò)散和二次鋁離子注入形成，額外的光刻和注入工藝增加了制造成本和難度。此外，GCT采用整晶圓制造工藝，為了實(shí)現(xiàn)分立的門—陰極，其臺(tái)面高度差較大，導(dǎo)致反刻鋁的腐蝕工藝難度增大，尤其經(jīng)過二次刻鋁后，陰極指條的鋁層形貌較差，進(jìn)而會(huì)影響通態(tài)和關(guān)斷性能。因此需要盡可能地采用一次蒸發(fā)并反刻形成鋁電極。

為了解決以上存在的問題，亟需一種更高關(guān)斷電流，兼具低成本和高效率生產(chǎn)的門極換流晶閘管GCT器件結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型目的是提供一種門極換流晶閘管GCT器件結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種門極換流晶閘管GCT器件結(jié)構(gòu)，從上往下依次設(shè)置有陰極鋁層和門極鋁層，陰極N+區(qū)，門極P區(qū)，P-區(qū)，N-基區(qū)，N緩沖區(qū)，透明陽極P+區(qū)和陽極鋁層。

所述陰極N+區(qū)深度為15～25μm，所述門極P區(qū)深度為30～60μm，所述P-區(qū)深度為100～140μm，所述N-基區(qū)厚度為400～600μm，所述N緩沖區(qū)的深度為20～40μm，所述透明陽極P+區(qū)深度為1～10μm。

所述的陰極鋁層和門極鋁層之間設(shè)有門極溝槽，其深度為H，且深度大于陰極N+區(qū)深度，陰極N+區(qū)下方分別設(shè)置了波狀P區(qū)和波狀P-區(qū)，其深度都等于門極溝槽深度，陰極鋁層厚度等于門極鋁層厚度。

本實(shí)用新型具有以下有益效果：

通過先挖槽后擴(kuò)散的方式，依靠分立的門—陰極高度差擴(kuò)散形成波紋高度等于門極溝槽深度的波狀P區(qū)和波狀P-區(qū)，避免了額外的光刻和注入工藝，降低了制造成本和難度。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，其門極溝槽深度大于陰極N+區(qū)深度，既可以避免關(guān)斷期間GCT中寄生NPN晶體管的栓鎖，提高可關(guān)斷電流能力，又可以實(shí)現(xiàn)一次蒸發(fā)和一次反刻鋁工藝，避免二次蒸發(fā)和二次反刻鋁，降低工藝成本，提高生產(chǎn)效率。

附圖說明

圖1是普通波狀P基區(qū)門極換流晶閘管GCT結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

參照?qǐng)D1和圖2，10-陰極鋁層；11-門極鋁層；200-門極溝槽；20-陰極N+區(qū)；21-門極P區(qū)；210-P型波狀區(qū)；22-P-區(qū)；220-P-波狀區(qū)；30-N-基區(qū)；40-N緩沖區(qū)；41-透明陽極P+區(qū)；50-陽極鋁層。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型予以詳細(xì)說明。