一种逆导型MOS栅控晶闸管及其制作方法技术

本发明专利技术属于功率半导体器件领域，具体的说涉及一种逆导型MOS栅控晶闸管及其制作方法。本发明专利技术所提出的新型逆导MOS栅控晶闸管，在电流密度较低时，其可以起到电子势垒的作用，从而减小了N阳极区的元胞长度，减小其有效面积，通过大幅提高阳极短路电阻来抑制snapback效应，而随着电压增加，P浮空区也会向N漂移区进行空穴发射，以进行电导调制，抑制snapback效应；同时，在反向导通时，由于额外引入的P浮空区，导通时将经过寄生PNPN结构，电流到一定量级将出现晶闸管导通，从而使其反向也具有大的电流导通能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于功率半导体器件领域，具体的说涉及一种逆导型MOS栅控晶闸管及其制作方法。
技术介绍
随着人类社会的不断发展，能源的消耗量也不断增加，增加产出的同时，对于电能的利用率有着越来越高的要求。这些要求的实现，有赖于电力电子器件的发展。MOS栅控晶闸管作为一种新型功率器件，也得到了大家的关注。MOS栅控晶闸管(MOSGatedThyristor)，简称MGT，是一种集合了MOSFET特性与晶闸管特性的复合型器件。其同时具备MOSFET的输入阻抗高，门级控制方便以及晶闸管的高阻断电压，低导通压降的优点，在功率脉冲领域有着广泛的应用。典型的MGT器件不具备逆向导通能力，而实际电路中如想正常工作，往往需要并连一个反向二极管，以便实现反向续流能力。以脉冲放电电路为例，若不具备反向导通能力，则不能实现连续脉冲过程，其反向将产生电压停滞，能量难以得到顺畅释放，则易发生器件损坏。为解决此问题，人们提出了逆导型MGT(ReverseConductingMGT)，简称RC-MGT，如图1示，通过同时在阳极与阴极引入短路区域，为其反向导通设计出了电流通道，特性类似一个二极管，但结构会导致MGT在正向工作时出现两次snapback现象，第一次是阳极短路导致的由单极工作转向双极工作的切换，第二次则是由于阴极短路结构导致的器件由三极管工作转向晶闸管工作的切换。这两次snapback对其正向导通造成了不良影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种逆导型MOS栅控晶闸管结构，该结构消除了正向导通的第一次snapback效应，削弱了第二次snapback效应。逆导型MOS栅控晶闸管的结构特点主要是阳极区既有N阳极区8又有P阳极区9，同时阴极增加了N阱的开口，使P阱6与阴极1直接短接，这相当于集成了一个反向工作的PiN二极管(由P阱6、N漂移区7和N阳极区8所构成)，其反向即具备了导通能力，使MGT可用于双向工作。但是传统的逆导型MGT正向将出现两次snapback现象，从而影响器件的开启。第一次snapback现象是由于阳极短路结构的存在，当器件正向还处于较低的电流密度时，低电流密度下电子全部经过N阳极区8流向金属化阳极10，当电压增加到一定程度时，P阳极区9才开始导通并向N漂移区7注入空穴，通过电导调制效应降低N漂移区7的电阻，此时会出现电流增大而电压减小的现象。第二次snapback现象则是由于P阱6和N阱5同时短接到阴极所造成的，则若想进入晶闸管模式电流需从由沟道经过N阱5流入阴极切换至经过P阱6与N阱5导通流入阴极，也会出现电流增大电压减小的现象。本专利技术的技术方案为：一种逆导型MOS栅控晶闸管，包括N型漂移区7，所述N型漂移区7的上表面具有金属化阴极1和栅极，且金属化阴极1和栅极分别位于两端，所述栅极由栅氧化层3和位于栅氧化层3上表面的栅电极2构成；所述N型漂移区7的下表面具有金属化阳极11；所述N型漂移区7的上层具有P阱6，所述P阱6的上表面分别与金属化阴极1的下表面及栅氧化层3的下表面接触；所述P阱6中具有N阱5，所述N阱5的上表面分别与金属化阴极1的下表面及栅氧化层3的下表面接触；所述N阱5中具有P+区4，所述P+区4的上表面两端分别与金属化阴极1的下表面及栅氧化层3的下表面接触；其特征在于，所述N型漂移区中还具有P型浮空层8、N型阳极区9和P型阳极区10；所述N型阳极区9的下表面和P型阳极区10的下表面与金属化阴极11的上表面连接；所述P型浮空层8位于N型阳极区9和P型阳极区10之间，且P型浮空层8呈倒“L”型覆盖在N型阳极区9上，其中，位于N型阳极区9上表面部分的P型浮空层的宽度为L1-L2，其中，L1为N型阳极区9的宽度，L2为N型阳极区9与N型漂移区7的接触面的宽度；所述金属化阳极11中还具有氧隔离层12，所述氧隔离层12的上表面分别与P型浮空层8、N型阳极区9和P型阳极区10的下表面连接。一种逆导型MOS栅控晶闸管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：在硅片衬底上制作结终端，形成N型漂移区7；第二步：在N型漂移区7上表面的一侧通过热氧化形成栅氧层3，并在栅氧层3(上)淀积一层多晶硅/金属再刻蚀形成栅电极2；第三步：在N型漂移区7上层注入P型杂质并推结形成P阱6；第四步：在N型漂移区7上层注入N型杂质形成N阱5；所述N阱5位于P阱6中；在N型漂移区7上层注入P型杂质形成P+区4；所述P+区4位于N阱5中；第五步：在器件上表面淀积BPSG绝缘介质层，刻蚀欧姆接触孔；第六步：在P阱6、N阱5、P+区4上表面淀积金属，形成阴极金属1；第七步：淀积钝化层；第八步：对N型漂移区7下表面进行减薄、抛光处理，在一侧采用较高能量注入P型杂质形成P型浮空区8并进行热推结，在同一侧继续注入N型杂质，形成N型阳极区9；P型浮空层8呈倒“L”型覆盖在N型阳极区9上；在另一侧注入P型杂质形成P型阳极区10，进行离子激活；第九步：在器件下表面淀积BPSG绝缘介质层，刻蚀欧姆接触孔，留下氧隔离层12；氧隔离层12的上表面分别与P型浮空层8、N型阳极区9和P型阳极区10的下表面连接；第十步：在器件下表面进行金属淀积以形成阳极11。本专利技术的有益效果为，本专利技术所提出的新型逆导MOS栅控晶闸管，在电流密度较低时，其可以起到电子势垒的作用，从而减小了N阳极区的元胞长度，减小其有效面积，通过大幅提高阳极短路电阻来抑制snapback效应，而随着电压增加，P浮空区也会向N漂移区进行空穴发射，以进行电导调制，抑制snapback效应；同时，在反向导通时，由于额外引入的P浮空区，导通时将经过寄生PNPN结构，电流到一定量级将出现晶闸管导通，从而使其反向也具有大的电流导通能力。附图说明图1是常规RC-MGT的半元胞剖面示意图；图2是本专利技术提供的RC-MGT的半元胞剖面示意图；图3是常规RC-MGT和本专利技术提供的RC-MGT的正向特性曲线图；图4是不同半元胞长度下的RC-MGT的导通特性曲线；图5是常规MGT，常规RC-MGT以及本专利技术RC-MGT在典型阻性负载下的开启与关断特性曲线；图6是常规RC-MGT与本专利技术RC-MGT的反向导通特性特性曲线；图7是本专利技术RC-MGT反向导通snapback前后的电流路径图示；其中，(a)是反向导通snapback前的电流路径图；(b)是反向导通snapback后的电流路径图；图8是本专利技术RC-MGT在不同N阳极区9长度L1下的反向导通特性曲线；图9是本专利技术RC-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种逆导型MOS栅控晶闸管，包括N型漂移区(7)，所述N型漂移区(7)的上表面具有金属化阴极(1)和栅极，且金属化阴极(1)和栅极分别位于两端，所述栅极由栅氧化层(3)和位于栅氧化层(3)上表面的栅电极(2)构成；所述N型漂移区(7)的下表面具有金属化阳极(11)；所述N型漂移区(7)的上层具有P阱(6)，所述P阱(6)的上表面分别与金属化阴极(1)的下表面及栅氧化层(3)的下表面接触；所述P阱(6)中具有N阱(5)，所述N阱(5)的上表面分别与金属化阴极(1)的下表面及栅氧化层(3)的下表面接触；所述N阱(5)中具有P+区(4)，所述P+区(4)的上表面两端分别与金属化阴极(1)的下表面及栅氧化层(3)的下表面接触；其特征在于，所述N型漂移区中还具有P型浮空层(8)、N型阳极区(9)和P型阳极区(10)；所述N型阳极区(9)的下表面和P型阳极区(10)的下表面与金属化阳极(11)的上表面连接；所述P型浮空层(8)位于N型阳极区(9)和P型阳极区(10)之间，且P型浮空层(8)呈倒“L”型覆盖在N型阳极区(9)上，其中，位于N型阳极区(9)上表面部分的P型浮空层的宽度为L1‑L2，其中，L1为N型阳极区(9)的宽度，L2为N型阳极区(9)与N型漂移区(7)的接触面的宽度；所述金属化阳极(11)中还具有氧隔离层(12)，所述氧隔离层(12)的上表面分别与P型浮空层(8)、N型阳极区(9)和P型阳极区(10)的下表面连接。...

【技术特征摘要】
1.一种逆导型MOS栅控晶闸管，包括N型漂移区(7)，所述N型漂移区(7)的上表
面具有金属化阴极(1)和栅极，且金属化阴极(1)和栅极分别位于两端，所述栅极由栅氧
化层(3)和位于栅氧化层(3)上表面的栅电极(2)构成；所述N型漂移区(7)的下表面
具有金属化阳极(11)；所述N型漂移区(7)的上层具有P阱(6)，所述P阱(6)的上表
面分别与金属化阴极(1)的下表面及栅氧化层(3)的下表面接触；所述P阱(6)中具有N
阱(5)，所述N阱(5)的上表面分别与金属化阴极(1)的下表面及栅氧化层(3)的下表
面接触；所述N阱(5)中具有P+区(4)，所述P+区(4)的上表面两端分别与金属化阴极
(1)的下表面及栅氧化层(3)的下表面接触；其特征在于，所述N型漂移区中还具有P型
浮空层(8)、N型阳极区(9)和P型阳极区(10)；所述N型阳极区(9)的下表面和P型
阳极区(10)的下表面与金属化阳极(11)的上表面连接；所述P型浮空层(8)位于N型
阳极区(9)和P型阳极区(10)之间，且P型浮空层(8)呈倒“L”型覆盖在N型阳极区
(9)上，其中，位于N型阳极区(9)上表面部分的P型浮空层的宽度为L1-L2，其中，L1
为N型阳极区(9)的宽度，L2为N型阳极区(9)与N型漂移区(7)的接触面的宽度；所
述金属化阳极(11)中还具有氧隔离层(12)，所述氧隔离层(12)的上表面分别与P型浮空
层(8)、N型阳极区(9)和P型阳极区(10)的下...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈万军，李震洋，蒋华平，刘超，古云飞，程武，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51