+短基區(qū)的邊界濃度和深度DO需要保證器件的導(dǎo)通特性不受破壞。)本實(shí)施例的P+短基區(qū)峰值濃度取lel7?lel8cm—，寬度DO在30?50um。
[0066]圖9所示的911為本實(shí)施例ρ基區(qū)I的寬度Dl在50?130um，邊界濃度在lel4cm—3至lel7cm—3。96所示的ρ基區(qū)I的邊界濃度和寬度參照已有的GCT芯片鋁擴(kuò)散工藝即可。
[0067]應(yīng)用所述實(shí)施例門陰極結(jié)構(gòu)的GCT芯片關(guān)斷時(shí)，單個(gè)元胞電流從陰極換流到門極的示意如圖10所示，ρ+短基區(qū)位于ρ基區(qū)2以下，形成電流轉(zhuǎn)移的低阻通道。ρ基區(qū)2與η+交界處構(gòu)成J3結(jié)，由于ρ基區(qū)2的邊界濃度遠(yuǎn)低于ρ+短基區(qū)，因此可以使得門極、陰極外接反向電源Vck提高。實(shí)際GCT芯片電流通過ρ+短基區(qū)的壓降較小，可以忽略不計(jì)，因此VCK? J3結(jié)的反向擊穿電壓。傳統(tǒng)GCT芯片的J3結(jié)反向擊穿電壓在20V左右，所述發(fā)明的門陰極結(jié)構(gòu)可任意調(diào)整J3結(jié)反向擊穿電壓，如果使得J3結(jié)反向擊穿電壓達(dá)到30V以上，則陰極電流轉(zhuǎn)移到門極的轉(zhuǎn)移速度也將提高到原來的1.5倍以上。
[0068]本發(fā)明GCT芯片門陰極以及具有該結(jié)構(gòu)的GCT芯片的制備實(shí)施例流程如圖11所示，包括以下步驟:
[0069]S1:準(zhǔn)備η-襯底，根據(jù)GCT的耐受電壓選擇不同電阻率和厚度，η-襯底的選擇與傳統(tǒng)GCT制備需求一致，襯底摻雜濃度范圍在5el2至IeHcnf3;
[0070]S2:對(duì)η-型襯底陰極表面進(jìn)行鋁雜質(zhì)的預(yù)沉積和擴(kuò)散，制作ρ基區(qū)I，形成ρ基區(qū)l，p基區(qū)I的表面濃度和深度可根據(jù)實(shí)際器件特性，在制備過程中通過調(diào)整擴(kuò)散溫度和時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，該步驟與傳統(tǒng)GCT芯片制備一致。如附圖13所示；
[0071]S3:在襯底陰極表面進(jìn)行ρ+短基區(qū)的制作。ρ+短基區(qū)可以采用外延生長(zhǎng)并摻雜，或采用擴(kuò)散的方法。如果采用擴(kuò)散的方法，可以同S2步驟一起制作或在S2步驟之前;如果采用外延生長(zhǎng)的方法，則需要在S2步驟之后。ρ+短基區(qū)峰值濃度lel6至le20cm—3，擴(kuò)散深度或者生長(zhǎng)厚度在1um?lOOum，如附圖14所示。
[0072]S4:外延生長(zhǎng)ρ基區(qū)2，？基區(qū)2的摻雜濃度為1615011—3至1618011—3，？基區(qū)2的深度02的范圍在5至40um摻雜濃度在如附圖15所示。
[0073]S5:n’緩沖區(qū)制作，本工藝步驟可采用與傳統(tǒng)GCT芯片制備相同的工藝，S卩η’緩沖區(qū)由陽(yáng)極表面進(jìn)行離子注入和擴(kuò)散，摻雜濃度表面值在lel5?5el6，擴(kuò)散深度20?40um，如附圖16所示。
[0074]S6:制作η+發(fā)射極，采用選擇性預(yù)沉積磷和擴(kuò)散的方式。如果之后需要門極刻蝕挖槽，則要在挖槽之后擴(kuò)散，如果不挖槽，則預(yù)沉積之后進(jìn)行擴(kuò)散。不挖槽的工藝為預(yù)沉積磷雜質(zhì)之后直接進(jìn)行擴(kuò)散。附圖17所示。
[0075]S7: ρ+發(fā)射極的擴(kuò)散制作，如附圖18所示。
[0076]S8:金屬電極沉積和刻蝕，即制作門極接觸電極、陰極發(fā)射極電極和陽(yáng)極發(fā)射極電極，如附圖19。
[0077]S9:后續(xù)工藝，包括表面鈍化保護(hù)、臺(tái)面造型和邊緣保護(hù)。(請(qǐng)具體說明哪些工藝)，具體參照已有GCT芯片工藝。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙P基區(qū)門陰極結(jié)構(gòu)的門極換流晶閘管，其特征在于，所述門極換流晶閘管包括從陽(yáng)極到陰極依次排列的P+發(fā)射極(陽(yáng)極)、n’緩沖區(qū)、η-襯底、第一 P基區(qū)(1)、P+短基區(qū)、第二 P基區(qū)(2)、n+發(fā)射極;所述陰極電極設(shè)置在所述η+發(fā)射極外表面，所述門極金屬電極設(shè)置在所述P+短基區(qū)的外表面;所述門極換流晶閘管的門極包括第一 P基區(qū)(I)、第二 P基區(qū)(2)和ρ+短基區(qū)；所述第二P基區(qū)(2)與η+發(fā)射極構(gòu)成J3結(jié);所述第一P基區(qū)(I)位于ρ+短基區(qū)下方，與η-襯底構(gòu)成阻斷結(jié)J2結(jié)。2.如權(quán)利要求1所述門極換流晶閘管，其特征在于，所述第二ρ基區(qū)的深度、ρ+短基區(qū)的深度、第一 P基區(qū)的深度，根據(jù)實(shí)際器件特性，在制備過程中通過調(diào)整擴(kuò)散溫度和時(shí)間調(diào)整。3.如權(quán)利要求1所述門極換流晶閘管，其特征在于，所述門極換流晶閘管的門陰極結(jié)構(gòu)采用門極金屬電極和陰極金屬電極處于高度相同的硅片表面;或采用傳統(tǒng)的門極換流晶閘管門陰極的溝槽形式。4.如權(quán)利要求1、2或3所述門極換流晶閘管，其特征在于，所述第二ρ基區(qū)(2)的摻雜濃度邊界值為lel5cm—3至lel8cm—3，第二 ρ基區(qū)(2)的深度D2的范圍在5至40um。5.如權(quán)利要求1、2或3所述門極換流晶閘管，其特征在于，所述ρ+短基區(qū)摻雜濃度峰值為lel6至le20cm—3，p+短基區(qū)的深度DO范圍在1um至lOOum。6.—種雙ρ基區(qū)門陰極結(jié)構(gòu)的門極換流晶閘管的制備方法，其特征在于，該門極換流晶閘管包括一個(gè)以上的元胞，每個(gè)元胞包括P+發(fā)射極、η’緩沖區(qū)、η-襯底、ρ基區(qū)l、p基區(qū)2、p+短基區(qū)、η+發(fā)射極和陽(yáng)極金屬電極、門極金屬電極、陰極金屬電極;所述ρ+發(fā)射極、η’緩沖區(qū)、η-襯底、ρ基區(qū)1、ρ基區(qū)2、ρ+短基區(qū)、η+發(fā)射極依次排布;所述η+發(fā)射極和門極表面，采用傳統(tǒng)的溝槽工藝或摒棄挖槽工藝，使得門極金屬電極和陰極金屬電極處于娃片表面的同一平面;該制備方法包括以下步驟: S1:準(zhǔn)備η-襯底，根據(jù)GCT的耐受電壓選擇不同電阻率和厚度的η-襯底，襯底摻雜濃度范圍在5el 2至IeHcnf3 ； S2:對(duì)η-型襯底陰極表面進(jìn)行鋁雜質(zhì)的預(yù)沉積和擴(kuò)散，制作并形成第一 ρ基區(qū)； S3:在襯底陰極表面進(jìn)行ρ+短基區(qū)的制作，ρ+短基區(qū)采用外延生長(zhǎng)并摻雜，或采用擴(kuò)散的方法;如果采用擴(kuò)散的方法，同S2步驟一起制作或在S2步驟之前;如果采用外延生長(zhǎng)的方法，則在S2步驟之后制作；ρ+短基區(qū)峰值濃度lel6至le20cm—3，擴(kuò)散深度或者生長(zhǎng)厚度在1um?10um; S4:采用外延生長(zhǎng)第二ρ基區(qū)，第二ρ基區(qū)的摻雜濃度為lel5cm—3至lel8cm—3，深度D2的范圍在5至40um; S5:n’緩沖區(qū)制作:η’緩沖區(qū)由陽(yáng)極表面進(jìn)行離子注入和擴(kuò)散，摻雜濃度表面值在lel5?5el6，擴(kuò)散深度20?40um; S6:采用選擇性預(yù)沉積磷和擴(kuò)散的方式制作η+發(fā)射極，若S8中門極刻蝕采用挖槽工藝，則預(yù)沉積之后進(jìn)行挖槽工藝，之后再擴(kuò)散，否則，預(yù)沉積磷雜質(zhì)之后直接進(jìn)行擴(kuò)散； S7:采用擴(kuò)散工藝制作ρ+發(fā)射極: S8:采用金屬電極沉積和刻蝕制作門極接觸電極、陰極發(fā)射極電極和陽(yáng)極發(fā)射極電極制作門極接觸電極采用不挖槽的工藝使門極金屬電極和陰極金屬電極處于高度相同的硅片表面;或采用挖槽的工藝使門極換流晶閘管門陰極形成溝槽形式； S9:后續(xù)保護(hù)工藝，包括表面鈍化保護(hù)、臺(tái)面造型和邊緣保護(hù)，均按常規(guī)工藝制作。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有雙p基區(qū)門陰極結(jié)構(gòu)的門極換流晶閘管及其制備方法，屬于半導(dǎo)體集成電路技術(shù)領(lǐng)域，該門極換流晶閘管包括一個(gè)以上的元胞，每個(gè)元胞包括p+發(fā)射極、n’緩沖區(qū)、n-襯底、p基區(qū)1、p基區(qū)2、p+短基區(qū)、n+發(fā)射極和陽(yáng)極金屬電極、門極金屬電極、陰極金屬電極；所述p+發(fā)射極、n’緩沖區(qū)、n-襯底、p基區(qū)1、p基區(qū)2、p+短基區(qū)、n+發(fā)射極依次排布；所述n+發(fā)射極和門極表面，該方法采用傳統(tǒng)的溝槽工藝或摒棄挖槽工藝，使得門極金屬電極和陰極金屬電極處于硅片表面的同一平面。本發(fā)明的門極換流晶閘管，由于增加了一層p基區(qū)，可以保證J3結(jié)較大的反向擊穿電壓，進(jìn)而提高外接反向電源的電壓，從而提高換流速度，增大GCT芯片的關(guān)斷能力。
【IPC分類】H01L29/08, H01L21/332, H01L29/10, H01L21/28, H01L29/745
【公開號(hào)】CN105590959
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510947431
【發(fā)明人】呂綱, 曾嶸, 余占清, 劉佳鵬
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)
【公開日】2016年5月18日
【申請(qǐng)日】2015年12月17日