一種波狀基區(qū)和透明短路陽(yáng)極的雙芯gct及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種波狀基區(qū)和透明短路陽(yáng)極的雙芯GCT，GCT-A與GCT-B部分在n-區(qū)向上設(shè)置相同；GCT-B部分n-區(qū)向下設(shè)置有n場(chǎng)阻止層，n場(chǎng)阻止層的下方并排設(shè)置有p+透明陽(yáng)極區(qū)Ⅰ、n+短路區(qū)和p+透明陽(yáng)極區(qū)Ⅱ，p+透明陽(yáng)極區(qū)Ⅰ和p+透明陽(yáng)極區(qū)Ⅱ的厚度小于中間的n+短路區(qū)，p+透明陽(yáng)極區(qū)Ⅰ與GCT-A的p+透明陽(yáng)極區(qū)鄰接，p+透明陽(yáng)極區(qū)Ⅰ、n+短路區(qū)和p+透明陽(yáng)極區(qū)Ⅱ的下方均與GCT-A部分的p+透明陽(yáng)極區(qū)的下方設(shè)置有共同的陽(yáng)極鋁電極A。本發(fā)明還公開(kāi)了上述D-GCT的制備方法。本發(fā)明波狀基區(qū)和透明短路陽(yáng)極的雙芯GCT結(jié)構(gòu)，提高了GCT的電流容量，降低總損耗，省去對(duì)少子壽命的控制。
【專利說(shuō)明】—種波狀基區(qū)和透明短路陽(yáng)極的雙芯00了及制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力半導(dǎo)體器件【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種波狀基區(qū)和透明短路陽(yáng)極的雙芯 '，本發(fā)明還涉及該種波狀基區(qū)和透明短路陽(yáng)極的雙芯的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]門(mén)極換流晶閘管((^1)是一種新型的電力半導(dǎo)體器件，它是在門(mén)極可關(guān)斷晶閘管(610)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)而來(lái)的。雙芯即器件)是將兩個(gè)具有不同特性的非對(duì)稱601并聯(lián)地集成在同一個(gè)芯片上，一個(gè)(如八)負(fù)責(zé)控制的通態(tài)特性，另一個(gè)(如601-8)負(fù)責(zé)控制的關(guān)斷特性，使同時(shí)擁有很低的導(dǎo)通損耗和關(guān)斷損耗。因此，可很好地滿足電力電子技術(shù)快速發(fā)展對(duì)新型電力半導(dǎo)體器件提出的大容量、低損耗、高可靠性及集成化等要求，有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]現(xiàn)有采用普通？基區(qū)，在兩個(gè)之間采用了溝槽隔離。溝槽隔離雖然可以避免主阻斷結(jié)的彎曲效應(yīng)，使得阻斷電壓得以提高，但為了達(dá)到較好的隔離效果，通常需要較寬的溝槽，這會(huì)導(dǎo)致門(mén)-陰極(了結(jié)的反向漏電流很大，同時(shí)溝槽占用的芯片面積也較大，使器件的有效面積減小，不利于表面散熱。此外，為了提高的關(guān)斷速度，必須采用少子壽命控制技術(shù)來(lái)改善8部分的關(guān)斷特性，但不能影響'-八部分的少子壽命。因?yàn)樯鲜鲞@些原因都使現(xiàn)有的開(kāi)發(fā)受到限制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種波狀基區(qū)和透明短路陽(yáng)極的雙芯％1，解決了現(xiàn)有技術(shù)中溝槽設(shè)置困難，對(duì)的少子壽命控制要求高，制作工藝難度大的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明的另一目的是提供一種上述波狀基區(qū)和透明短路陽(yáng)極的雙芯的制備方法。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種波狀基區(qū)和透明短路陽(yáng)極的雙芯％1，整個(gè)器件以區(qū)為襯底，以器件上方隔離溝槽的中心線為軸將器件分為八部分和部分，
[0007]所述八部分的結(jié)構(gòu)是，包括位于主體的區(qū)，11-區(qū)向上設(shè)置有波狀『基區(qū)，波狀『基區(qū)上方設(shè)置有0基區(qū)；該0基區(qū)中間段上表面與波狀『基區(qū)的波峰對(duì)應(yīng)位置設(shè)置有11+陰極區(qū)，該11+陰極區(qū)上表面是陰極鋁電極X ；該11+陰極區(qū)兩側(cè)的0基區(qū)上表面各設(shè)置有一個(gè)門(mén)極鋁電極仏；11~區(qū)向下設(shè)置有II場(chǎng)阻止層，II場(chǎng)阻止層向下為壚透明陽(yáng)極區(qū)；
[0008]所述的部分結(jié)構(gòu)是，同樣包括位于主體的11-區(qū)，11-區(qū)向上設(shè)置有波狀基區(qū)，波狀『基區(qū)上方設(shè)置有0基區(qū)；該1)+基區(qū)中間段上表面與波狀『基區(qū)的波峰對(duì)應(yīng)位置設(shè)置有奸陰極區(qū)，該11+陰極區(qū)上表面是陰極鋁電極X ；該11+陰極區(qū)兩側(cè)的0基區(qū)上表面各設(shè)置有一個(gè)門(mén)極鋁電極4 區(qū)向下設(shè)置有II場(chǎng)阻止層，II場(chǎng)阻止層的下方并排設(shè)置有601-8部分的0透明陽(yáng)極區(qū)1、奸短路區(qū)和部分的￠+透明陽(yáng)極區(qū)II部分的1)+透明陽(yáng)極區(qū)I和1)+透明陽(yáng)極區(qū)II的厚度小于中間的奸短路區(qū)，部分的0透明陽(yáng)極區(qū)I與八的壚透明陽(yáng)極區(qū)鄰接，(^1-8部分的壚透明陽(yáng)極區(qū)1、奸短路區(qū)和(^1-8部分的1)+透明陽(yáng)極區(qū)II的下方均與八部分的0透明陽(yáng)極區(qū)的下方設(shè)置有共同的陽(yáng)極鋁電極八；
[0009]所述隔離溝槽伸入0基區(qū)，與廣基區(qū)的一個(gè)波峰相接。
[0010]本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種波狀基區(qū)和透明短路陽(yáng)極的雙芯的制備方法，按照以下步驟具體實(shí)施:
[0011]步驟1、選用原始的高阻區(qū)熔中照硅單晶作為11-區(qū)；
[0012]步驟2、硅片清洗后腐蝕減薄，利用三氯氧磷源兩步擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)區(qū)的上下表面的區(qū)，并磨去11-區(qū)上表面的II區(qū)；
[0013]步驟3、采用干氧-濕氧-干氧交替氧化形成掩蔽膜，在磨去II區(qū)的11-區(qū)上表面進(jìn)行光刻，形成硼擴(kuò)散窗口 ；然后利用飽和的三氧化二硼源進(jìn)行選擇性硼擴(kuò)散，形成0基區(qū)，并去掉整個(gè)器件表面上的氧化層；
[0014]步驟4、采用干氧-濕氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在壚基區(qū)上表面和II區(qū)下表面上同時(shí)光刻，形成磷擴(kuò)散窗口，然后進(jìn)行選擇性的磷兩步擴(kuò)散，在0基區(qū)上表面中段形成八和的奸陰極擴(kuò)散區(qū)、同時(shí)在0基區(qū)隔離處形成=+掩蔽擴(kuò)散區(qū)；另外，同時(shí)在II區(qū)下表面上形成'-8的11+短路區(qū)，再去掉整個(gè)器件表面上的氧化層；
[0015]步驟5、采用干氧-濕氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在步驟4得到的器件上表面光刻形成鋁擴(kuò)散窗口，然后在上表面11+擴(kuò)散區(qū)的掩蔽下進(jìn)行大面積的鋁擴(kuò)散，在區(qū)中自然形成較深的波狀？基區(qū)和即!)隔離區(qū)，再去掉整個(gè)器件表面上的氧化層；
[0016]步驟6、采用干氧-濕氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在步驟5得到的器件上表面光刻形成門(mén)極區(qū)和隔離區(qū)腐蝕窗口，然后利用腐蝕方法進(jìn)行門(mén)極區(qū)和隔離區(qū)挖槽；
[0017]步驟7、在步驟6得到的器件下表面甩稀釋的8203源，進(jìn)行大面積涂層擴(kuò)散，形成八和的0透明陽(yáng)極區(qū)，與此同時(shí)，上表面的門(mén)極區(qū)也得以補(bǔ)擴(kuò)，然后，去掉整個(gè)器件表面上的氧化層；
[0018]步驟8、采用干氧-濕氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在步驟7得到的器件上表面光刻形成隔離區(qū)腐蝕窗口，然后進(jìn)行二次腐蝕，刻蝕掉11+掩蔽擴(kuò)散區(qū)，形成？即-溝槽復(fù)合隔離區(qū)，接著進(jìn)行下一步光刻形成八和門(mén)-陰極界的保護(hù)二氧化硅圖形；
[0019]步驟9、對(duì)步驟8得到的器件下表面打毛，形成高復(fù)合中心；清洗后，對(duì)整個(gè)器件上、下表面分別蒸鋁，并在下表面的鋁層上濺射鈦、鎳、銀多層金屬化膜，然后對(duì)上表面的鋁膜進(jìn)行反刻，經(jīng)合金化后形成各個(gè)電極；
[0020]步驟10、對(duì)步驟9得到的器件上表面甩聚酰亞胺膜，光刻形成門(mén)極區(qū)和隔離區(qū)的保護(hù)圖形，并進(jìn)行亞胺化處理；然后進(jìn)行磨角保護(hù)、表面鈍化即得。
[0021]由于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)采用了波狀？基區(qū)，其？基區(qū)由淺0基區(qū)和深『基區(qū)兩部分組成，使得八與之間可采用溝槽復(fù)合隔離區(qū)；同時(shí)在的陽(yáng)極側(cè)增加了 =+短路區(qū)。故本發(fā)明的有益效果是，兼顧了的阻斷特性和導(dǎo)通特性及開(kāi)關(guān)特性，保證了其換流可靠性，省去對(duì)于8部分的少子壽命控制要求，顯著降低了制作工藝難度和成本。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是現(xiàn)有的0-(^1基本剖面結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖2是本發(fā)明波狀基區(qū)和透明短路陽(yáng)極的雙芯基本剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3是本發(fā)明的在導(dǎo)通期間的內(nèi)部電位分布；
[0025]圖4是本發(fā)明的關(guān)斷換流期間內(nèi)部的載流子濃度分布；
[0026]圖5是現(xiàn)有在阻斷狀態(tài)下沿陰極中心位置剖分的縱向電場(chǎng)分布；
[0027]圖6是本發(fā)明的在阻斷狀態(tài)下沿陰極中心和波紋彎曲處剖分的縱向電場(chǎng)分布；
[0028]圖7是本發(fā)明的與現(xiàn)有的正向阻斷特性曲線的比較；
[0029]圖8是本發(fā)明的與現(xiàn)有的正向?qū)ㄌ匦郧€的比較；
[0030]圖9是本發(fā)明的開(kāi)通過(guò)程中陽(yáng)極電流和陽(yáng)-陰極電壓隨時(shí)間的變化波形；[0031〕 圖10是本發(fā)明的關(guān)斷過(guò)程中陽(yáng)極電流和陽(yáng)-陰極電壓隨時(shí)間的變化波形。

【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0033]圖1為現(xiàn)有的剖面結(jié)構(gòu)圖，主體采用了普通的？基區(qū)，且八與之間為溝槽隔離，可在大面積鋁擴(kuò)散形成？基區(qū)后通過(guò)刻蝕工藝實(shí)現(xiàn)。為了保證溝槽不影響了2結(jié)耗盡區(qū)的寬展并獲得良好的隔離效果，溝槽區(qū)盡可能做的淺而寬，但溝槽區(qū)太寬，不僅會(huì)導(dǎo)致門(mén)-陰極間了3結(jié)的漏電流急劇增加，同時(shí)占用的硅片表面積也很大，導(dǎo)致陰極有效面積減小。
[0034]圖2為本發(fā)明的剖面結(jié)構(gòu)，整個(gè)器件以11-區(qū)為襯底，以器件上方隔離溝槽的中心線為軸將器件分為'-八部分和部分，
[0035]所述八部分的結(jié)構(gòu)是，包括位于主體的11-區(qū)，區(qū)向上設(shè)置有波狀『基區(qū)，波狀『基區(qū)上方設(shè)置有0基區(qū)；該0基區(qū)中間段上表面與波狀『基區(qū)的波峰對(duì)應(yīng)位置設(shè)置有11+陰極區(qū)，該11+陰極區(qū)上表面是陰極鋁電極X ；該11+陰極區(qū)兩側(cè)的0基區(qū)上表面各設(shè)置有一個(gè)門(mén)極鋁電極I ；11~區(qū)向下設(shè)置有II場(chǎng)阻止層，II場(chǎng)阻止層向下為壚透明陽(yáng)極區(qū)；
[0036]所述的部分結(jié)構(gòu)是，同樣包括位于主體的11-區(qū)，11-區(qū)向上設(shè)置有波狀基區(qū)，波狀『基區(qū)上方設(shè)置有0基區(qū)；該1)+基區(qū)中間段上表面與波狀『基區(qū)的波峰對(duì)應(yīng)位置設(shè)置有奸陰極區(qū)，該11+陰極區(qū)上表面是陰極鋁電極X ；該11+陰極區(qū)兩側(cè)的0基區(qū)上表面各設(shè)置有一個(gè)門(mén)極鋁電極4 區(qū)向下設(shè)置有II場(chǎng)阻止層，II場(chǎng)阻止層的下方并排設(shè)置有601-8部分的0透明陽(yáng)極區(qū)1、奸短路區(qū)和部分的￠+透明陽(yáng)極區(qū)II部分的1)+透明陽(yáng)極區(qū)I和1)+透明陽(yáng)極區(qū)II的厚度小于中間的奸短路區(qū)，部分的0透明陽(yáng)極區(qū)I與八的壚透明陽(yáng)極區(qū)鄰接，部分的壚透明陽(yáng)極區(qū)1、奸短路區(qū)和部分的1)+透明陽(yáng)極區(qū)II的下方均與八部分的0透明陽(yáng)極區(qū)的下方設(shè)置有共同的陽(yáng)極鋁電極八；
[0037]所述隔離溝槽伸入0基區(qū)，與基區(qū)的一個(gè)波峰相接。
[0038]本發(fā)明的的尺寸參數(shù)控制范圍是:
[0039]八部分和部分的11+陰極區(qū)寬度均為200±20 9 111，壚基區(qū)的厚度為30±5 卩 III。
[0040]601-^部分和(^1-8部分的門(mén)極區(qū)溝槽深度均為25 ± 2 9 0。
[0041]601-8部分的奸短路區(qū)寬度與其壚陽(yáng)極區(qū)寬度之比為0.25-0.5。
[0042]即]3隔離區(qū)的寬度至少為200 4 111，溝槽隔離區(qū)的寬度至少為250 ^ III，溝槽隔離區(qū)的深度與0基區(qū)的厚度相同。
[0043]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)采用了波狀的？基區(qū)，601-^與之間采用了溝槽-則3隔離。波狀的？基區(qū)由淺0基區(qū)和深『基區(qū)兩部分組成，其中淺0基區(qū)是由硼擴(kuò)散形成的，深1)-基區(qū)是在=+區(qū)的掩蔽下通過(guò)大面積鋁擴(kuò)散形成的波狀結(jié)構(gòu)；溝槽-即？隔離區(qū)的即？部分與深『基區(qū)同時(shí)形成，并通過(guò)刻蝕進(jìn)一步形成溝槽1即復(fù)合隔離結(jié)構(gòu)；此外，601-8還采用了透明短路陽(yáng)極，在的陽(yáng)極側(cè)增加了 11+短路區(qū)，它與的!1+陰極區(qū)同時(shí)形成。同時(shí)采用波狀？基區(qū)可顯著改善0-(^1的導(dǎo)通特性和開(kāi)關(guān)特性，增大了器件的反偏安全工作區(qū)。采用透明短路陽(yáng)極可以改善0-(^1的關(guān)斷特性，提高0-(^1換流的可靠性，同時(shí)也省略了對(duì)少子壽命的控制，可降低器件的制作工藝難度和成本。
[0044]本發(fā)明的0-以:1的工作原理是:
[0045]如圖1所示，當(dāng)0-(^1兩端加上正向電壓(4^0)時(shí)，了2結(jié)反偏來(lái)承擔(dān)正向阻斷電壓，601-^和均處于阻斷狀態(tài)，阻斷漏電流由少子壽命較低的決定。當(dāng)0-(^1開(kāi)通時(shí)，采用門(mén)極雙脈沖來(lái)觸發(fā)。在0-(^1的門(mén)極1和匕同時(shí)加上很強(qiáng)的正電流脈沖信號(hào)，
和的了3結(jié)會(huì)均勻注入，使陰極即II晶體管先大面積導(dǎo)通，然后驅(qū)動(dòng)陽(yáng)極？即晶體管導(dǎo)致，兩者之間形成正反饋，于是0-(^1全面導(dǎo)通。導(dǎo)通后0-(^1陽(yáng)、陰極兩端的壓降很低，如圖3所示，在0-(^1導(dǎo)通期間，雖然八和兩端的電位相同，但內(nèi)部各點(diǎn)的電位壓并不相同，并且的電位明顯高于八，故0-(^1的導(dǎo)通主要由少子壽命較高的八決定。當(dāng)0-(^1關(guān)斷時(shí)，先在八的門(mén)極化上加一很強(qiáng)的負(fù)脈沖信號(hào)，則'-八的了3結(jié)會(huì)很快截止，八基區(qū)中的載流子會(huì)向中移動(dòng)，內(nèi)部的電子濃度分布如圖4所示。經(jīng)過(guò)延遲時(shí)間％后，再在的門(mén)極匕上加一很強(qiáng)的負(fù)脈沖信號(hào)，則的了3結(jié)也會(huì)很快截止，于是％卜8的關(guān)斷就按陽(yáng)極晶體管關(guān)斷。當(dāng)0-(^1兩端加上反向電壓(4/0)時(shí)，因透明陽(yáng)極區(qū)較薄，故0-(^1幾乎沒(méi)有反向阻斷能力。
[0046]如圖2所示，由于本發(fā)明的0-(^1采用了波狀1)基區(qū)，在關(guān)斷末期會(huì)所形成的特殊的橫向電場(chǎng)，可以加速抽取％卜8中？基區(qū)的載流子；同時(shí)采用了透明短路陽(yáng)極，可以加速抽取基區(qū)的載流子，使得0-(^1快速關(guān)斷，拖尾電流及其關(guān)斷損耗可以顯著減小。
[0047]本發(fā)明的波狀基區(qū)和透明短路陽(yáng)極的雙芯的制備方法，具體按照以下步驟實(shí)施:
[0048]步驟1、選用原始的高阻區(qū)熔中照硅單晶作為區(qū)；
[0049]步驟2、硅片清洗后腐蝕減薄，利用三氯氧磷源兩步擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)區(qū)的上下表面的區(qū)，并磨去11-區(qū)上表面的II區(qū)；
[0050]步驟3、采用干氧-濕氧-干氧交替氧化形成掩蔽膜，在磨去II區(qū)的11-區(qū)上表面進(jìn)行光刻，形成硼擴(kuò)散窗口 ；然后利用飽和的三氧化二硼源進(jìn)行選擇性硼擴(kuò)散，形成0基區(qū)，并去掉整個(gè)器件表面上的氧化層；
[0051〕 步驟4、采用干氧-濕氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在壚基區(qū)上表面和II區(qū)下表面上同時(shí)光刻，形成磷擴(kuò)散窗口，然后進(jìn)行選擇性的磷兩步擴(kuò)散，在0基區(qū)上表面中段形成八和的奸陰極擴(kuò)散區(qū)、同時(shí)在0基區(qū)隔離處形成=+掩蔽擴(kuò)散區(qū)；另外，同時(shí)在II區(qū)下表面上形成'-8的11+短路區(qū)，再去掉整個(gè)器件表面上的氧化層；
[0052]步驟5、采用干氧-濕氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在步驟4得到的器件上表面光刻形成鋁擴(kuò)散窗口，然后在上表面11+擴(kuò)散區(qū)的掩蔽下進(jìn)行大面積的鋁擴(kuò)散，在區(qū)中自然形成較深的波狀？基區(qū)和即!)隔離區(qū)，再去掉整個(gè)器件表面上的氧化層；
[0053]步驟6、采用干氧-濕氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在步驟5得到的器件上表面光刻形成門(mén)極區(qū)和隔離區(qū)腐蝕窗口，然后利用腐蝕方法進(jìn)行門(mén)極區(qū)和隔離區(qū)挖槽；
[0054]步驟7、在步驟6得到的器件下表面甩稀釋的8203源，進(jìn)行大面積涂層擴(kuò)散，形成八和的0透明陽(yáng)極區(qū)，與此同時(shí)，上表面的門(mén)極區(qū)也得以補(bǔ)擴(kuò)，然后，去掉整個(gè)器件表面上的氧化層；
[0055]步驟8、采用干氧-濕氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在步驟7得到的器件上表面光刻形成隔離區(qū)腐蝕窗口，然后進(jìn)行二次腐蝕，刻蝕掉11+掩蔽擴(kuò)散區(qū)，形成？即-溝槽復(fù)合隔離區(qū)，接著進(jìn)行下一步光刻形成八和門(mén)-陰極界的保護(hù)二氧化硅圖形；
[0056]步驟9、對(duì)步驟8得到的器件下表面打毛，形成高復(fù)合中心；清洗后，對(duì)整個(gè)器件上、下表面分別蒸鋁，并在下表面的鋁層上濺射鈦、鎳、銀多層金屬化膜，然后對(duì)上表面的鋁膜進(jìn)行反刻，經(jīng)合金化后形成各個(gè)電極；
[0057]步驟10、對(duì)步驟9得到的器件上表面甩聚酰亞胺膜，光刻形成門(mén)極區(qū)和隔離區(qū)的保護(hù)圖形，并進(jìn)行亞胺化處理；然后進(jìn)行磨角保護(hù)、表面鈍化即得。
[0058]本發(fā)明的器件的特性評(píng)價(jià)是:
[0059]為了評(píng)價(jià)本發(fā)明的特性，以5” 0-601為例，根據(jù)圖1建立了結(jié)構(gòu)模型，利用仿真軟件對(duì)'的正向阻斷特性、導(dǎo)通特性及開(kāi)關(guān)特性分別進(jìn)行了仿真，并與具有相同結(jié)構(gòu)參數(shù)現(xiàn)有進(jìn)行了比較。
[0060]1)正向阻斷特性
[0061]當(dāng)門(mén)極電壓I = 0，陽(yáng)-陰極間電壓％?0時(shí)，處于正向阻斷狀態(tài)，由反偏的了2結(jié)來(lái)承擔(dān)正向阻斷電壓。圖5為現(xiàn)有在阻斷狀態(tài)下沿陰極中心位置剖分的縱向電場(chǎng)分布仿真曲線，可見(jiàn)，其電場(chǎng)分布為梯形分布，并電場(chǎng)峰值位于剛結(jié)界面處，電場(chǎng)強(qiáng)度約為1.48\10呤八！11 ；圖6為本發(fā)明的在阻斷狀態(tài)下沿不同位置剖分的縱向電場(chǎng)分布仿真曲線；可見(jiàn)，沿陰極邊緣處的峰值電場(chǎng)強(qiáng)度約為1.75^10^/(^,明顯高于沿陰極中心處的峰值電場(chǎng)強(qiáng)度1.3父川力/挪。說(shuō)明采用波狀？基區(qū)可在中形成特殊的橫向電場(chǎng)。
[0062]圖7給出了本發(fā)明的與現(xiàn)有的正向阻斷特性曲線的比較。由圖7可見(jiàn)，采用波狀基區(qū)和則)-溝槽復(fù)合隔離，會(huì)使的正向阻斷電壓下降。但在4201(的高溫下，本發(fā)明的的高溫漏電流明顯低于現(xiàn)有0-%丁。
[0063]2)正向?qū)ㄌ匦?br> [0064]當(dāng)陽(yáng)-陰極電壓^?0，采用門(mén)極硬驅(qū)動(dòng)電路，使門(mén)極施加的電流達(dá)大于其門(mén)極觸發(fā)電流，即I?！怠怠r(shí)，處于正向?qū)顟B(tài)，由八和共同傳導(dǎo)電流。圖8給出了本發(fā)明的與現(xiàn)有導(dǎo)通特性曲線比較；由圖8可見(jiàn)，在相同的電流密度下，本發(fā)明的的正向壓降比現(xiàn)有的明顯更低，并且零溫度系數(shù)點(diǎn)接近。
[0065]3)開(kāi)關(guān)特性
[0066]圖9、圖10分別為本發(fā)明的與現(xiàn)有的開(kāi)關(guān)通特性曲線的比較。由圖9所示的開(kāi)通特性可見(jiàn)，在相同的觸發(fā)條件下本發(fā)明的開(kāi)通比現(xiàn)有的開(kāi)通稍慢，在3001(常溫下相差約0.15^ 8，但在13 ^ 8。由圖10所示的關(guān)斷特性可見(jiàn)，在相同的關(guān)斷條件下本發(fā)明0-(^1的關(guān)斷比現(xiàn)有0-(^1的關(guān)斷大約延遲2 ^ 8，但關(guān)斷速度明顯較快，在4201(高溫下的拖尾電流也小，甚至低于3001(下的拖尾電流，故關(guān)斷損耗顯著減低。
[0067]上述特性分析表明，與現(xiàn)有的0-(^1相比，本發(fā)明的0-(^1具有較低的導(dǎo)通損耗和關(guān)斷損耗，并且采用溝槽復(fù)合隔離可獲得更好隔離效果和較大的陰極有效面積，有利于提高電流容量和熱特性。因此，用本發(fā)明的0-(^1來(lái)代替現(xiàn)有0-(^1可望更好地滿足于大功率變流器的實(shí)際應(yīng)用。
[0068]可見(jiàn)，本發(fā)明的波狀基區(qū)和透明短路陽(yáng)極的雙芯的制備方法，以現(xiàn)有的0-%丁為基礎(chǔ)，？基區(qū)是由硼擴(kuò)散形成的淺0基區(qū)和在磷擴(kuò)散形成的11+陰極擴(kuò)散區(qū)掩蔽下進(jìn)行鋁擴(kuò)散形成的深『基區(qū)組成，并自然形成了一種波狀的？基區(qū)及即？隔離區(qū)，并在即？區(qū)上方進(jìn)行挖槽，從而形成了 ？即-溝槽復(fù)合隔離區(qū)。此外，在八的陽(yáng)極側(cè)增加了 11+短路區(qū)，并與其=+陰極區(qū)同時(shí)形成，可有效改善0-(^1的關(guān)斷特性，從而省去了對(duì)其少子壽命的控制。
【權(quán)利要求】
1.一種波狀基區(qū)和透明短路陽(yáng)極的雙芯GCT，其特征在于:整個(gè)器件以η-區(qū)為襯底，以器件上方隔離溝槽的中心線為軸將器件分為GCT-A部分和GCT-B部分， 所述GCT-A部分的結(jié)構(gòu)是，包括位于主體的η-區(qū)，η-區(qū)向上設(shè)置有波狀ρ-基區(qū)，波狀Ρ-基區(qū)上方設(shè)置有Ρ+基區(qū)；該Ρ+基區(qū)中間段上表面與波狀Ρ-基區(qū)的波峰對(duì)應(yīng)位置設(shè)置有η+陰極區(qū)，該η+陰極區(qū)上表面是陰極鋁電極Κ ;該η+陰極區(qū)兩側(cè)的ρ+基區(qū)上表面各設(shè)置有一個(gè)門(mén)極鋁電極h ；n-區(qū)向下設(shè)置有η場(chǎng)阻止層，η場(chǎng)阻止層向下為ρ+透明陽(yáng)極區(qū)； 所述的GCT-B部分結(jié)構(gòu)是，包括位于主體的η-區(qū)，η-區(qū)向上設(shè)置有波狀ρ-基區(qū)，波狀Ρ-基區(qū)上方設(shè)置有Ρ+基區(qū)；該Ρ+基區(qū)中間段上表面與波狀Ρ-基區(qū)的波峰對(duì)應(yīng)位置設(shè)置有η+陰極區(qū)，該η+陰極區(qū)上表面是陰極鋁電極Κ ;該η+陰極區(qū)兩側(cè)的ρ+基區(qū)上表面各設(shè)置有一個(gè)門(mén)極鋁電極G2 ;n-區(qū)向下設(shè)置有η場(chǎng)阻止層，η場(chǎng)阻止層的下方并排設(shè)置有GCT-B部分的Ρ+透明陽(yáng)極區(qū)1、η+短路區(qū)和GCT-B部分的ρ+透明陽(yáng)極區(qū)II，GCT-B部分的ρ+透明陽(yáng)極區(qū)I和Ρ+透明陽(yáng)極區(qū)II的厚度小于中間的η+短路區(qū)，GCT-B部分的ρ+透明陽(yáng)極區(qū)I與GCT-A的ρ+透明陽(yáng)極區(qū)鄰接，GCT-B部分的ρ+透明陽(yáng)極區(qū)1、η+短路區(qū)和GCT-B部分的Ρ+透明陽(yáng)極區(qū)II的下方均與GCT-A部分的ρ+透明陽(yáng)極區(qū)的下方設(shè)置有共同的陽(yáng)極鋁電極A ; 所述隔離溝槽伸入P+基區(qū)，與P-基區(qū)的一個(gè)波峰相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波狀基區(qū)和透明短路陽(yáng)極的雙芯GCT，其特征在于:所述GCT-A部分和GCT-B部分的n+陰極區(qū)寬度均為200±20 μ m, p+基區(qū)的厚度為30±5 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波狀基區(qū)和透明短路陽(yáng)極的雙芯GCT，其特征在于:所述GCT-A部分和GCT-B部分的門(mén)極區(qū)溝槽深度均為25±2 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波狀基區(qū)和透明短路陽(yáng)極的雙芯GCT，其特征在于:所述GCT-B部分的n+短路區(qū)寬度與其p+陽(yáng)極區(qū)寬度之比為0.25-0.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波狀基區(qū)和透明短路陽(yáng)極的雙芯GCT，其特征在于:所述pnp隔離區(qū)的寬度至少為200 μ m，溝槽隔離區(qū)的寬度至少為250 μ m，溝槽隔離區(qū)的深度與P+基區(qū)的厚度相同。
6.一種權(quán)利要求1所述的波狀基區(qū)和透明短路陽(yáng)極的雙芯GCT的制備方法，其特征在于，按照以下步驟具體實(shí)施: 步驟1、選用原始的高阻區(qū)熔中照硅單晶作為η-區(qū)； 步驟2、硅片清洗后腐蝕減薄，利用三氯氧磷源兩步擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)η-區(qū)的上下表面的η區(qū)，并磨去η-區(qū)上表面的η區(qū)； 步驟3、采用干氧-濕氧-干氧交替氧化形成掩蔽膜，在磨去η區(qū)的η-區(qū)上表面進(jìn)行光亥IJ，形成硼擴(kuò)散窗口 ；然后利用飽和的三氧化二硼源進(jìn)行選擇性硼擴(kuò)散，形成Ρ+基區(qū)，并去掉整個(gè)器件表面上的氧化層； 步驟4、采用干氧-濕氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在ρ+基區(qū)上表面和η區(qū)下表面上同時(shí)光刻，形成磷擴(kuò)散窗口，然后進(jìn)行選擇性的磷兩步擴(kuò)散，在Ρ+基區(qū)上表面中段形成GCT-A和GCT-B的η+陰極擴(kuò)散區(qū)、同時(shí)在ρ+基區(qū)隔離處形成η+掩蔽擴(kuò)散區(qū)；另外，同時(shí)在η區(qū)下表面上形成GCT-B的η+短路區(qū)，再去掉整個(gè)器件表面上的氧化層； 步驟5、采用干氧-濕氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在步驟4得到的器件上表面光刻形成鋁擴(kuò)散窗口，然后在上表面η+擴(kuò)散區(qū)的掩蔽下進(jìn)行大面積的鋁擴(kuò)散，在η-區(qū)中自然形成較深的波狀P基區(qū)和Pnp隔離區(qū)，再去掉整個(gè)器件表面上的氧化層； 步驟6、采用干氧-濕氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在步驟5得到的器件上表面光刻形成門(mén)極區(qū)和隔離區(qū)腐蝕窗口，然后利用腐蝕方法進(jìn)行門(mén)極區(qū)和隔離區(qū)挖槽； 步驟7、在步驟6得到的器件下表面甩稀釋的B2O3源，進(jìn)行大面積涂層擴(kuò)散，形成GCT-A和GCT-B的p+透明陽(yáng)極區(qū)，與此同時(shí)，上表面的門(mén)極區(qū)也得以補(bǔ)擴(kuò)，然后，去掉整個(gè)器件表面上的氧化層； 步驟8、采用干氧-濕氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在步驟7得到的器件上表面光刻形成隔離區(qū)腐蝕窗口，然后進(jìn)行二次腐蝕，刻蝕掉η+掩蔽擴(kuò)散區(qū)，形成ρηρ-溝槽復(fù)合隔離區(qū)，接著進(jìn)行下一步光刻形成GCT-A和GCT-B門(mén)-陰極界的保護(hù)二氧化硅圖形； 步驟9、對(duì)步驟8得到的器件下表面打毛，形成高復(fù)合中心；清洗后，對(duì)整個(gè)器件上、下表面分別蒸鋁，并在下表面的鋁層上濺射鈦、鎳、銀多層金屬化膜，然后對(duì)上表面的鋁膜進(jìn)行反刻，經(jīng)合金化后形成各個(gè)電極； 步驟10、對(duì)步驟9得到的器件上表面甩聚酰亞胺膜，光刻形成門(mén)極區(qū)和隔離區(qū)的保護(hù)圖形，并進(jìn)行亞胺化處理；然后進(jìn)行磨角保護(hù)、表面鈍化即得。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于:所述步驟4中形成GCT-A與GCT-B之間的隔離區(qū)時(shí)，掩蔽用η+擴(kuò)散區(qū)寬度大于其η+陰極區(qū)寬度。
【文檔編號(hào)】H01L27/06GK104392994SQ201410605143
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】王彩琳, 高秀秀 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)