一种门极可关断晶闸管及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种门极可关断晶闸管，包括自下而上依次形成的第一基区、第二基区、第三基区和第四基区，以及还包括形成在第一基区下表面的阳极金属、形成在第四基区上表面的阴极金属、以及形成在第四基区上表面的两个门极金属，两个门极金属分别位于阴极金属的两侧，门极可关断晶闸管还包括重掺杂的第一导电类型的埋层和重掺杂的第一导电类型的注入区，两个阴极金属下方分别形成有注入区，注入区的下方形成有埋层，埋层自第三基区的上表面向第三基区内延伸，注入区自第四基区的上表面贯穿第四基区。以及还公开了一种门极可关断晶闸管的制造方法。具有导通压降小、关断时间特别短。

A gate-closable thyristor and its manufacturing method

The invention discloses a gate-switchable thyristor, which comprises the first base region, the second base region, the third base region and the fourth base region formed sequentially from bottom to top, and also includes an anode metal formed on the lower surface of the first base region, a cathode metal formed on the upper surface of the fourth base region, and two gate metals formed on the upper surface of the fourth base region, two gate metals located on the cathode respectively. On both sides of the metal, the gate-turn-off thyristor also includes a heavily doped buried layer of the first conductive type and an injection zone of the heavily doped first conductive type. Under the two cathode metals, an injection zone is formed respectively. Under the injection zone, a buried layer is formed. The buried layer extends from the upper surface of the third base zone to the third base zone, and the injection zone runs through the fourth base zone from the upper surface of the fourth base zone. The invention also discloses a manufacturing method of gate-switchable thyristors. The utility model has the advantages of small conduction pressure drop and short turn-off time.

【技术实现步骤摘要】
一种门极可关断晶闸管及其制造方法
本专利技术涉及半导体分立器件
，尤其涉及一种门极可关断晶闸管及其制造方法。
技术介绍
普通晶闸管应用于直流电路时，只能用正的门极信号使其触发导通，不能用负的门极信号使其关断。要想关断晶闸管，必须设置专门的换相电路，这导致整理电路复杂，体积和重量增大，能耗也增大，并且会产生较强的电噪声。为此，开发了一种具有快速自我关断能力的晶闸管，这种器件可借助施加的正或负门极信号，既能实现开通又能实现关断，称之为门极可关断晶闸管。可关断晶闸管的基本结构与普通晶闸管结构相似，它也是PNPN四层三结三端子器件，它具有普通晶闸管的全部特性，高电压、大电流、触发功率小等特点。可关断晶闸管与普通晶闸管的不同之处是，可关断晶闸管采用分立的门极-阴极结构，其阴极呈条状且无短路点，同时门极环绕阴极。目前常规的可关断晶闸管由于受器件结构和制造工艺的技术限制，其关断速度过慢，关断的效率已不能满足市场的需求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种的关断的反应速度较快的门极可关断晶闸管及其制造方法。本专利技术采用的技术手段如下：一种门极可关断晶闸管，包括自下而上依次形成的第一导电类型的第一基区、第二导电类型的第二基区、第一导电类型的第三基区和第二导电类型的第四基区，以及还包括形成在所述第一基区下表面的阳极金属、形成在所述第四基区上表面的阴极金属、以及形成在所述第四基区上表面的两个门极金属，两个所述门极金属分别位于所述阴极金属的两侧，其特征在于，所述门极可关断晶闸管还包括重掺杂的第一导电类型的埋层和重掺杂的第一导电类型的注入区，两个所述阴极金属下方分别形成有所述注入区，所述注入区的下方形成有所述埋层，所述埋层自所述第三基区的上表面向所述第三基区内延伸，所述注入区自所述第四基区的上表面贯穿所述第四基区。本专利技术在门极引出端增加了重掺杂离子的注入区和埋层，因而具有很低的门极接触电阻和体电阻，同时又不影响其它性能。其门极电阻比传统门极可关断晶闸管的门极接触电阻减少了65％～80％，无论是在门极上施加正极信号还是负极信号时，脉冲信号均可以无损的进入第三基区内，可以在很短时间内使晶闸管导通，也可以在很短时间内将晶闸管关断，反应速度比传统门极可关断晶闸管快30％以上，提高了器件的工作频率，同时大大降低了关断时的功率损耗。另外本专利技术还提供一种门极可关断晶闸管的制造方法，至少包括以下步骤：在第二导电类型的第二基区的下表面生长出第一导电类型的第一基区，在所述第二基区的上表面生长出第一导电类型的第三基区；自所述第三基区的上表面的相对应的两侧向内分别注入重掺杂的第一导电类型的离子，进行热退火形成两个间隔的埋层；在所述第三基区的上表面形成第二导电类型的第四基区；在垂直于所述第四基区的方向上对应于所述埋层的位置自所述第四基区的上表面向内分别注入重掺杂的第一导电类型的离子，进行热扩散推阱形成注入区，所述注入区贯穿所述第四基区埋层与所述埋层形成接触；在所述注入区的上表面分别形成门极金属，在两个所述门极金属之间的所述第四基区的上表面形成阴极金属，在所述第一基区的下表面形成阳极金属。本专利技术的门极可关断晶闸管的制造方法，在制造过程中，在门极引出端增加了重掺杂离子的注入区和埋层，因而具有很低的门极接触电阻和体电阻，同时又不影响其它性能。其门极电阻比传统门极可关断晶闸管的门极接触电阻减少了65％～80％，无论是在门极上施加正极信号还是负极信号时，脉冲信号均可以无损的进入第三基区内，可以在很短时间内使晶闸管导通，也可以在很短时间内将晶闸管关断，反应速度比传统门极可关断晶闸管快30％以上，提高了器件的工作频率，同时大大降低了关断时的功率损耗。附图说明图1至图10为本专利技术实施例中所提供的一种门极可关断晶闸管的制造方法各个步骤的示意图。其中：第一基区1；第二基区2；第三基区3；第四基区4；阳极金属5；阴极金属6；门极金属7；埋层8；注入区9；隔离墙10；保护墙11；第五基区12。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。本专利技术的一个方面提供一种门极可关断晶闸管，如图10所示，包括自下而上依次形成的第一导电类型的第一基区1、第二导电类型的第二基区2、第一导电类型的第三基区3和第二导电类型的第四基区4，以及还包括形成在第一基区1下表面的阳极金属5、形成在第四基区4上表面的阴极金属6、以及形成在第四基区4上表面的两个门极金属7，两个门极金属7分别位于阴极金属6的两侧，其特征在于，门极可关断晶闸管还包括重掺杂的第一导电类型的埋层8和重掺杂的第一导电类型的注入区9，两个阴极金属6下方分别形成有注入区9，注入区9的下方形成有埋层8，埋层8自第三基区3的上表面向第三基区3内延伸，注入区9自第四基区4的上表面贯穿第四基区4。本专利技术在门极引出端增加了重掺杂离子的注入区9和埋层8，因而具有很低的门极接触电阻和体电阻，同时又不影响其它性能。其门极电阻比传统门极可关断晶闸管的门极接触电阻减少了65％～80％，无论是在门极上施加正极信号还是负极信号时，脉冲信号均可以无损的进入第三基区3内，可以在很短时间内使晶闸管导通，也可以在很短时间内将晶闸管关断，反应速度比传统门极可关断晶闸管快30％以上，提高了器件的工作频率，同时大大降低了关断时的功率损耗。其中第一导电类型为P型导电类型材料，第二导电类型为N型导电类型材料；注入区9为向第四基区4内注入硼元素形成，注入剂量为1E16CM-2，注入能量为120KeV；埋层8为向第三基区3内注入硼元素形成，注入剂量为2.5E14CM-2～5E14CM-2，注入能量为50KeV。在本专利技术中第二基区2的电阻率为100Ω*cm～200Ω*cm。优选的，在本实施例中，第一基区1是在第二基区2的下表面进行P型导电类型外延生长所形成的，外延生长温度为1150～1160℃，电阻率为0.15～0.25Ω*cm，厚度为4～6μm。第三基区3是在第二基区2的上表面进行P型导电类型外延生长所形成的，外延生长温度为1150～1160℃，电阻率为45Ω*cm～65Ω*cm，厚度为10μm。优选的，在本实施例中，在两个门极的位置(在第三基区3的上表面的两侧)，通过光刻技术，在上述第三基区3的上表面向下的进行选择性P+(重掺杂的P型离子)埋层8注入，然后进行热退火，激活杂质离子，形成两个埋层8。进一步的，埋层8的注入的是硼元素，注入剂量为2.5E14CM-2～5E14CM-2，注入能量为50KeV。进一步的，退火工艺为在炉管内950℃的环境下，进行60分钟的退火，激活杂质，修复注入损伤。优选的，在本实施例中，第四基区4是在第三基区3的上表面进行N型导电类型外延生长所形成的，外延生长温度为1160±5℃，电阻率为8Ω*cm～12Ω*cm，厚度为4μm。优选的，在本实施例中，在两个门极的位置(在第四基区4的上表面的两侧与两个埋层8相对应的位置)，通过光刻，分别在上述第四基区4内进行选择性P+(重掺杂)注入形成注入区9，然后进行热扩散推阱，具体的是在对应于两个门极的位置，自第四基区4的上表面向下注入重掺杂的P型离子，然后进行热扩散推阱形成注入区9，其中注入区9贯穿第四基区4抵达第四基区4的下表面与埋层8接触。其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种门极可关断晶闸管，包括自下而上依次形成的第一导电类型的第一基区、第二导电类型的第二基区、第一导电类型的第三基区和第二导电类型的第四基区，以及还包括形成在所述第一基区下表面的阳极金属、形成在所述第四基区上表面的阴极金属、以及形成在所述第四基区上表面的两个门极金属，两个所述门极金属分别位于所述阴极金属的两侧，其特征在于，所述门极可关断晶闸管还包括重掺杂的第一导电类型的埋层和重掺杂的第一导电类型的注入区，两个所述阴极金属下方分别形成有所述注入区，所述注入区的下方形成有所述埋层，所述埋层自所述第三基区的上表面向所述第三基区内延伸，所述注入区自所述第四基区的上表面贯穿所述第四基区。

【技术特征摘要】
1.一种门极可关断晶闸管，包括自下而上依次形成的第一导电类型的第一基区、第二导电类型的第二基区、第一导电类型的第三基区和第二导电类型的第四基区，以及还包括形成在所述第一基区下表面的阳极金属、形成在所述第四基区上表面的阴极金属、以及形成在所述第四基区上表面的两个门极金属，两个所述门极金属分别位于所述阴极金属的两侧，其特征在于，所述门极可关断晶闸管还包括重掺杂的第一导电类型的埋层和重掺杂的第一导电类型的注入区，两个所述阴极金属下方分别形成有所述注入区，所述注入区的下方形成有所述埋层，所述埋层自所述第三基区的上表面向所述第三基区内延伸，所述注入区自所述第四基区的上表面贯穿所述第四基区。2.根据权利要求1所述的门极可关断晶闸管，其特征在于，所述第一导电类型为P型导电类型材料，所述第二导电类型为N型导电类型材料；所述注入区为向所述第四基区内注入硼元素形成，注入剂量为1E16CM-2，注入能量为120KeV；所述埋层为向所述第三基区内注入硼元素形成，注入剂量为2.5E14CM-2～5E14CM-2，注入能量为50KeV。3.根据权利要求1所述的门极可关断晶闸管，其特征在于，所述注入区和埋层的靠近所述阴极金属的一侧形成有氧化硅的隔离墙，所述隔离墙的深度与所述注入区和埋层的深度相同。4.根据权利要求1所述的门极可关断晶闸管，其特征在于，所述注入区和埋层的远离所述阴极金属的一侧形成有氧化硅的保护墙，所述保护墙的深度抵达所述第二基区内部。5.根据权利要求1所述的门极可关断晶闸管，其特征在于，所述第一基区和所述第二基区之间形成有第二导电类型的第五基区。6.一种门极可关断晶闸管的制造方法，其特征在于，至少包括以下步骤：在第二导电类型的第二基区的下表面生长出第一导电类型的第一基区，在所述第二基区的上表面生长出第一导电类型的第三基区；自所述第三基区的上表面的相对应的两侧向内分别注入重掺杂的第一导电类型...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：泉州臻美智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35