CN101853878A - 一种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件，整个器件分为A-GCT和PIN二极管两部分，A-GCT部分结构是，n-区向上依次设置有波状p基区和p+基区，该p+基区中间段上表面，与波状p基区的波峰对应位置设置有n+阴极区，该n+阴极区上表面是阴极铝电极，该n+阴极区两侧的p+基区上表面各设置有门极铝电极，n-区向下设置有n缓冲层及p+透明阳极区；PIN二极管部分结构是，n-区向上依次设置有p基区和p+基区，p+基区上表面设置有阴极铝电极；n-区向下设置有n缓冲层，n缓冲层的下方并排设置有PIN二极管n+阴极区Ⅰ、p+短路区和PIN二极管n+阴极区Ⅱ。本发明还公开了上述pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件的制备方法，可有效改善PIN二极管的反向恢复特性，从而省去了对其少子寿命的控制。

Description

一种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件及制备方法

技术领域

 本发明属于电力半导体器件技术领域，具体涉及一种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件，本发明还涉及该种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件的制备方法。

背景技术

门极换流晶闸管（GCT）是一种新型的电力半导体器件，它是在门极可关断晶闸管（GTO）的基础上开发而来的。逆导型GCT（RC-GCT）将非对称GCT（A-GCT）与PIN二极管反并联地集成在一个芯片上，其中增加了透明阳极和缓冲层，使器件正、反向都有导通的能力。整个器件采用一个管壳封装，并通过印刷电路板将器件与其门极驱动电路有机地组装在一起，形成集成门极换流晶闸管（IGCT）。它通过“硬驱动”电路实现器件的开通和关断。与相应的组件相比，IGCT结构更加紧凑、体积和引线电感更小。因此，综合性能和可靠性更高，是目前电力半导体器件中的一个很有发展前途的器件，可很好地满足电力电子技术快速发展对新型电力半导体器件提出的大容量、低损耗、高可靠性及集成化等要求，有广泛的应用前景。

常规的RC-GCT器件在A-GCT与PIN二极管之间采用pnp结隔离或沟槽隔离。当采用pnp结隔离时，虽然隔离效果很好，但由于pnp结构通常需要采用深p型的杂质进行选择性的扩散来实现，导致工艺难度大大增加。而且pnp结构存在结的弯曲，导致主阻断结（J₂）的击穿电压下降。当采用沟槽隔离时，虽然避免了主阻断结的弯曲效应，使得阻断电压得以提高，但为了达到较好的隔离效果，常需较宽的沟槽，这会导致门-阴极（J₃）结的反向漏电流很大，同时宽沟槽占用的芯片面积也较大，使器件的有效面积减小，不利于散热。此外，为了提高RC-GCT换相的可靠性，通常需要采用少子寿命控制技术来改善其PIN二极管的反向恢复特性。所以，上述这些原因都使现有RC-GCT器件的开发受到很大限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件，解决了现有的RC-GCT器件制作工艺难度大、成本高的问题，既具有可靠性的换向特性，又省去对于PIN二极管的少子寿命控制要求。

本发明的另一目的是提供一种上述pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件，整个器件以n-区为衬底，以器件上方隔离沟槽的中心线为轴、器件下方p+透明阳极区和n+阴极区Ⅰ边界为轴纵向将器件区分为A-GCT部分和PIN二极管部分，

所述A-GCT部分的结构是，n-区向上依次设置有波状p基区和p+基区；该p+基区中间段上表面，与波状p基区的波峰对应位置设置有A-GCT的n+阴极区，该n+阴极区上表面是阴极铝电极K；该n+阴极区两侧的p+基区上表面各设置有门极铝电极G；n-区向下设置有n缓冲层，n缓冲层的下方为A-GCT部分的p+透明阳极区；

所述的PIN二极管部分结构是，n-区向上依次设置有p基区和p+基区，p+基区上表面设置有阴极铝电极K；n-区向下设置有n缓冲层，n缓冲层的下方并排设置有PIN二极管n+阴极区Ⅰ、p+短路区和PIN二极管n+阴极区Ⅱ，PIN二极管n+阴极区Ⅰ和PIN二极管n+阴极区Ⅱ的厚度大于中间的p+短路区，PIN二极管n+阴极区Ⅰ与A-GCT的p+透明阳极区邻接，PIN二极管n+阴极区Ⅰ、p+短路区和PIN二极管n+阴极区Ⅱ的下方均与A-GCT部分的p+透明阳极区的下方设置有共同的阳极铝电极A；

所述隔离沟槽伸入p基区，与p基区的一个波峰相接。

本发明所采用的另一技术方案是，一种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件的制备方法，按照以下步骤具体实施：

步骤1、选用原始的高阻区熔中照硅单晶作为n-区；

步骤2、硅片清洗后腐蚀减薄，利用三氯氧磷源两步扩散实现n-区的上下表面的n区，并磨去n-区上表面的n区；

步骤3、采用干氧-湿氧-干氧交替氧化形成掩蔽膜，在磨去n区的n-区上表面进行光刻，形成硼扩散窗口；然后利用饱和的三氧化二硼源进行选择性硼扩散，形成p⁺基区，并去掉整个器件表面上的氧化层；

步骤4、采用干氧-湿氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在p⁺基区上表面和n区下表面上同时光刻，形成磷扩散窗口，然后进行选择性的磷两步扩散，在p⁺基区上表面中段形成A-GCT的阴极n⁺扩散区、同时在p⁺基区隔离处形成掩蔽用n⁺扩散区；另外，同时在n区下表面上形成PIN二极管的两处n⁺阴极区，再去掉整个器件表面上的氧化层；

步骤5、采用干氧-湿氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在上步得到的器件上表面光刻形成门极区和隔离区腐蚀窗口，然后利用腐蚀方法进行门极区和隔离区挖槽；并在上表面n⁺扩散区的掩蔽下进行大面积的铝扩散，在n-区中自然形成较深的波状p基区和pnp隔离区，再去掉整个器件表面上的氧化层；

步骤6、在上步得到的器件下表面甩稀释的B₂O₃源，进行大面积涂层扩散，形成A-GCT的p+透明阳极区和PIN二极管的p⁺短路区，与此同时，上表面的门极区也得以补扩，然后，去掉整个器件表面上的氧化层；

步骤7、采用干氧-湿氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在上步得到的器件上表面光刻形成隔离区腐蚀窗口，然后进行二次腐蚀，形成pnp-沟槽复合隔离区，接着进行下一步光刻形成A-GCT门-阴极界的保护二氧化硅图形；

步骤8、对上步得到的器件下表面打毛，形成高复合中心；清洗后，对整个器件上、下表面分别蒸铝，并对上表面的铝膜进行反刻，经合金化后形成各个电极；

步骤9、对上步得到的器件上表面甩聚酰亚胺膜，光刻形成门极区和隔离区的保护图形，并进行亚胺化处理；然后进行磨角保护、表面钝化即得。

本发明的有益效果是，A-GCT的p基区由浅p+基区和深基p区两部分组成波状结构；PIN二极管的阴极侧增加了p⁺短路区，此外，A-GCT与PIN二极管之间采用pnp-沟槽复合隔离区，上述结构兼顾了A-GCT的阻断特性和导通特性及开关特性，还兼顾了PIN二极管的正向导通特性和反向恢复特性，保证了RC-GCT的换向特性，省去对于PIN二极管的少子寿命控制要求，显著降低了制作工艺难度和成本。

附图说明

图1是本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件与现有的pnp隔离和沟槽隔离两种RC-GCT基本剖面结构比较，其中a是现有pnp隔离方式RC-GCT的基本剖面结构图；b是现有沟槽隔离RC-GCT方式的基本剖面结构图；c是本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件的剖面结构示意图；

图2是本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件与现有pnp隔离RC-GCT器件及现有沟槽隔离RC-GCT器件的J₃击穿特性曲线的比较；

图3是本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件与现有pnp隔离RC-GCT器件及现有沟槽隔离RC-GCT器件的正向阻断特性曲线的比较； 

图4是本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件中具有波状p基区的A-GCT在正向阻断状态下沿不同位置剖分的纵向电场分布示意图；

图5是本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件中具有波状p基区的A-GCT与具有常规p基区的A-GCT阻断特性曲线的比较，其中a为波峰宽度不同时的曲线，b为波峰高度不同时的曲线；

图6是本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件中具有波状p基区的A-GCT与具有常规p基区的A-GCT导通特性曲线的比较，其中a为波峰宽度不同时的曲线，b为波峰高度不同时的曲线；

图7是本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件中具有波状p基区的A-GCT与具有常规p基区的A-GCT开关特性曲线的比较，其中a是开通特性曲线，b是关断特性曲线；

图8是本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件中带阴极短路的PIN二极管与常规无阴极短路的PIN二极管导通特性曲线的比较，图中还给出了p⁺短路区的宽度（w_sd）对PIN二极管导通特性的影响；

图9是本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件中带阴极短路的PIN二极管与常规的无阴极短路的PIN二极管反向恢复特性曲线的比较，图中还给出了p⁺短路区的宽度（w_sd）对PIN二极管反向恢复特性的影响；

图10是本发明的pnp-沟槽复合隔离区的结构参数对RC-GCT器件阻断特性的影响，其中a是pnp隔离区d_c宽度对其阻断特性的影响；b是沟槽隔离区深度d_t对其阻断特性的影响；

图11是本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件制备方法流程图，其中a-h为各个步骤的制作结构变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

图1是本发明的RC-GCT器件与现有的pnp隔离RC-GCT与沟槽隔离RC-GCT的基本结构剖面比较。

图1a为现有的RC-GCT器件结构图，A-GCT与PIN二极管之间采用了pnp隔离方式，无论G、K间电压为正或为负，pnp中总有一个pn结反偏，所以，pnp隔离实质为pn结隔离，其漏电流很小，隔离效果很好。但是，pnp结构需要在氮化硅（Si₃N₄）掩蔽膜的掩蔽下通过p型杂质铝选择性的深扩散来实现，这使得制作工艺难度很大，成本也很高。同时，pnp结构使其J₂结存在弯曲效应，会导致器件的正向阻断电压下降。

图1b为现有的RC-GCT结构图，A-GCT与PIN二极管之间采用了沟槽隔离方式，其沟槽区可在大面积铝扩散形成p基区后通过刻蚀工艺实现，因而避免了Si₃N₄掩蔽膜的制作，不仅工艺简单，而且完全消除了J₂结的弯曲效应。为了保证沟槽不影响J₂结耗尽区的宽展并获得良好的隔离效果，沟槽区尽可能做的浅而宽，但是，沟槽区太宽不仅会导致门-阴极间J₃结的漏电流急剧增加，同时占用的硅片表面积也很大，导致阴极有效面积减小。

如图1c，本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件结构是，整个器件以n-区为衬底，以上方隔离沟槽的中心线为轴、下方p+透明阳极区和n+阴极区Ⅰ边界为轴纵向将器件区分为两部分，如图中的左侧部分称为A-GCT部分，右侧部分称为PIN二极管部分，

其中A-GCT部分的结构是，n-区向上依次设置有波状p基区和p+基区；该p+基区中间段上表面，与波状p基区的波峰对应位置设置有A-GCT的n+阴极区，该n+阴极区上表面是阴极铝电极K；该n+阴极区两侧的p+基区上表面各设置有门极铝电极G；n-区向下设置有n缓冲层，n缓冲层的下方为A-GCT部分的p+透明阳极区。

其中PIN二极管部分的结构是，n-区向上依次设置有p基区和p+基区，p+基区上表面也设置有阴极铝电极K；n-区向下设置有n缓冲层，n缓冲层的下方并排设置有PIN二极管n+阴极区Ⅰ、p+短路区和PIN二极管n+阴极区Ⅱ，PIN二极管n+阴极区Ⅰ和PIN二极管n+阴极区Ⅱ的厚度大于中间的p+短路区，PIN二极管n+阴极区Ⅰ与A-GCT的p+透明阳极区邻接，PIN二极管n+阴极区Ⅰ、p+短路区和PIN二极管n+阴极区Ⅱ的下方均与A-GCT部分的p+透明阳极区的下方设置有共同的阳极铝电极A。

A-GCT与PIN二极管之间的隔离沟槽伸入p基区，与A-GCT与PIN二极管之间的p基区的一个波峰相接，隔离沟槽的深度从阴极铝电极K内表面起算为dt，隔离沟槽的宽度为wt。

本发明的器件中，A-GCT与PIN二极管采用了pnp-沟槽复合隔离方式，并且n-区向上由浅p+基区和深p基区两部分组成，其中浅p⁺基区是由硼扩散形成的，深p基区是在n+区的掩蔽下通过大面积铝扩散形成的波状结构；复合隔离区的pnp部分与波状深p基区同时形成，并通过刻蚀进一步形成pnp-沟槽复合隔离结构；此外，在PIN二极管的阴极侧增加了p⁺短路区，它与A-GCT的p⁺透明阳极区同时形成。由于本发明的器件不需要进行杂质铝的选择性深扩散，因而避免了氮化硅掩蔽膜的制作，大大降低了器件的制作工艺难度和成本。同时采用波状p基区可显著改善A-GCT器件的导通特性和开关特性，增大了器件的反偏安全工作区。此外，在PIN二极管的阴极侧增加的p⁺短路区，可改善其反向恢复能力，提高RC-GCT换向的可靠性，同时也避免了局部少子寿命控制。

为了兼顾A-GCT的阻断特性和导通特性及开关特性，其n+阴极区宽度Ｗ_c为200±20mm；p⁺基区的深度为30±5mm。为了兼顾PIN二极管的正向导通特性和反向恢复特性，p⁺短路区宽度w_sd与其所在阴极区宽度w_d之比w_sd/w_d（以下简称短路比）为0.25-0.5。为了保证RC-GCT的换向特性，pnp隔离区的宽度d_c为200±20mm，沟槽隔离区的宽度wt为250±20mm内，沟槽隔离区的深度d_t为30±5mm。

本发明的器件的工作原理是：

采用门极“硬驱动”电路来触发。当RC-GCT器件两端加上正向电压（U_AK>0）时，J₂结反偏来承担正向阻断电压。在A-GCT的门极上加一很强的正电流脉冲信号，A-GCT的J₃结会均匀注入，使阴极npn晶体管先大面积导通，然后与其阳极pnp晶体管形成正反馈，于是A-GCT全面导通。导通后A-GCT阳、阴极两端的压降很低，PIN二极管也因此承受很低的反向电压。当在A-GCT的门极上加一很强的负脉冲信号，则A-GCT的J₃结会很快截止，阳极电流全部换流到门极。于是A-GCT的关断就是阳极pnp晶体管的关断过程。由于A-GCT采用了透明阳极结构，n基区的载流子可直接穿过透明阳极，所以关断速度较快。同时，波状p基区所形成的特殊的横向电场可加速抽取A-GCT关断末期的非平衡载流子，减小其拖尾电流及其损耗。

当RC-GCT器件两端加上反向电压（U_AK<0）时，PIN二极管正向导通，其通态压降很低，A-GCT也因此而承受很低的反向电压。

当RC-GCT器件两端的电压U_AK进行正、反向转换时，为了防止A-GCT与PIN二极管之间的相互影响，在图1c所示的RC-GCT器件中，A-GCT与PIN二极管之间采用了pnp-沟槽复合隔离区，有效改善RC-GCT的换相特性。

当U_AK由正向转为反向时，在图1c所示的RC-GCT器件中，阴极侧的pnp隔离区可有效地阻止PIN二极管p阳极区的载流子横向流入A-GCT部分，引起A-GCT重新导通；同时，PIN二极管阴极采用p⁺短路区，减少了载流子的注入，可延缓其导通，有利于A-GCT恢复阻断，从而确保PIN二极管导通的同时，A-GCT能完全恢复阻断。当U_AK由反向转为正向时，阳极侧的PIN二极管的p⁺短路区与n区形成的pn结变为正偏，向n^-基区注入空穴，与n^-基区的电子进行复合，加速PIN二极管反向恢复。同时，阴极侧的pnp隔离区可有效地阻止A-GCTp基区的载流子横向流入PIN二极管部分，引起二极管重新导通；可见，采用pnp-沟槽复合隔离区和阴极短路的PIN二极管可以确保RC-GCT换相成功。

本发明的器件的特性评价是：

为了评价RC-GCT器件的特性，根据图1c建立了新结构的模型，利用MEDICI模拟软件对RC-GCT的门极击穿特性、正向阻断特性及正、反向导通特性分别进行了模拟，并与具有相同结构参数的pnp隔离RC-GCT和沟槽隔离RC-GCT进行了比较。

1）门极击穿特性

当RC-GCT关断时，门极所加的反向电压（U_GK＜0）必须小于其J₃结的击穿电压。图2给出了本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件与现有的pnp隔离RC-GCT器件及现有的沟槽隔离RC-GCT器件在相同的隔离区宽度时J₃击穿特性曲线的比较。由图2可见，pnp-沟槽复合隔离与现有的pnp隔离RC-GCT的J₃击穿特性非常接近，两者漏电流很小；而沟槽隔离的RC-GCTJ₃击穿特性曲线与之明显不同，漏电流很大，且呈线性增长。

2）正向阻断特性

当门极电压U_GK=0，阳-阴极间电压U_AK>0时，RC-GCT器件处于正向阻断状态，由反偏的J₂结来承担正向阻断电压。图3给出了具有相同隔离区宽度的三种不同隔离结构的RC-GCT器件阻断期间的I-V特性曲线比较。由图3可见，三种不同隔离结构的RC-GCT器件的阻断电压比较接近，其中沟槽隔离的阻断电压稍高，而pnp-沟槽复合隔离阻断电压和pnp隔离的阻断电压几乎相同。

图4给出了本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件中具有波状p基区的A-GCT在正向阻断状态下沿不同位置剖分的纵向电场分布图。由图4可见，波状p基区A-GCT中沿阴极边缘处的电场（用○表示）峰值约为1.65×10⁵V/cm，明显高于沿阴极中心的电场（用□表示）峰值约为1.45×10⁵V/cm。可见，采用波状p基区可在A-GCT中形成特殊的横向电场。

图5给出了本发明的具有波状p基区A-GCT和常规p基区的A-GCT器件阻断时的I-V特性曲线（图中用虚线□表示）比较。由图5可见，采用波状p基区会使器件的正向阻断电压下降。且波峰宽度越宽，阻断电压下降越多；波峰高度越高，阻断电压下降也越多。

3）正向导通特性

当阳-阴极电压U_AK>0，且门极外加电压大于门极触发电压，即U_G>U_GT时，RC-GCT器件处于正向导通状态，由A-GCT传导电流。图6给出了本发明的具有波状p基区的A-GCT与常规p基区的A-GCT导通特性曲线（图中用虚线□表示）的比较；由图6可见，在相同的电流密度下，波状p基区A-GCT器件的正向压降比常规的p基区A-GCT的低。且波峰越宽，通态压降越低；波峰高度变化对通态压降的影响很小。

4）GCT的开关特性

图7给出了本发明的具有波状p基区的A-GCT与常规的p基区A-GCT开关特性曲线（图中用虚线表示）的比较；由图7a可见，波状p基区的A-GCT的开通比常规p基区的A-GCT开通稍快；由图7b可见，波状p基区的A-GCT的关断明显要比常规的p基区A-GCT关断快。并且拖尾电流小，可减小关断损耗。

5）反向导通特性

图8显示了本发明的RC-GCT器件中带阴极短路的PIN二极管与常规无阴极短路的PIN二极管导通特性曲线（图中用虚线□表示）的比较，及其p⁺短路区的宽度（w_sd）对其导通特性的影响关系。由图8可见，在相同的阳极电流密度下，与常规的PIN二极管相比，带阴极短路的PIN二极管的正向压降稍有增加。并且，p⁺短路区越宽，导通特性越差。

6）PIN二极管的反向恢复特性

图9给出了本发明的RC-GCT器件中带阴极短路的PIN二极管与常规的无阴极短路的PIN二极管反向恢复特性曲线（图中用虚线□表示）的比较，及其p⁺短路区宽度（w_sd）对其反向恢复特性的影响关系。由图9可见，在相同的外电路参数下，与常规PIN二极管相比，带阴极短路的PIN二极管反向恢复特性明显得到改善，反向恢复电流减小，软度增加；并且w_sd越宽，反向恢复特性越好。

图10给出了本发明的RC-GCT器件中pnp隔离区宽度d_c和沟槽隔离区深度d_t对其阻断特性的影响。由图10a可见，隔离区越宽，阻断电压下降越多。由图10b可见，沟槽隔离区越深，阻断电压下降稍多。相比较而言，d_t的影响比d_c要小。

上述六方面的特性分析表明，与现有的RC-GCT器件相比，本发明的RC-GCT器件采用pnp-沟槽复合隔离结构可获得更好综合特性和较大的阴极有效面积，有利于提高器件的换相可靠性和散热特性。因此，用本发明的RC-GCT器件来代替现有RC-GCT可望更好地满足于逆变器等大功率变流器的实际应用。

参照图11，本发明的RC-GCT器件的制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1）选用原始的高阻区熔中照硅单晶作为n-区（图11a）；

步骤2）硅片清洗后腐蚀减薄，利用三氯氧磷（POCl₃）源两步扩散实现n-区的上下表面的n区，并用机械磨片法磨去n-区上表面的n区（图11b）；

步骤3）采用干氧-湿氧-干氧交替氧化形成掩蔽膜，在磨去n区的n-区上表面进行光刻，形成硼扩散窗口；然后利用饱和的三氧化二硼（B₂O₃）源进行选择性硼扩散，形成p⁺基区，并去掉整个器件表面上的氧化层（图11c）；

步骤4）采用干氧-湿氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在p⁺基区上表面和n区下表面上同时光刻，形成磷扩散窗口，然后进行选择性的磷两步扩散（同上），在p⁺基区上表面中段形成A-GCT的阴极n⁺扩散区、同时在p⁺基区隔离处形成掩蔽用n⁺扩散区；另外，同时在n区下表面上形成PIN二极管的两处n⁺阴极区，再去掉整个器件表面上的氧化层（图11d）；

步骤5）采用干氧-湿氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在上步得到的器件上表面光刻形成门极区和隔离区腐蚀窗口，然后利用腐蚀方法进行门极区和隔离区挖槽（一次腐蚀）；并在上表面n⁺扩散区的掩蔽下进行大面积的铝扩散，在n-区中自然形成较深的波状p基区和pnp隔离区，再去掉整个器件表面上的氧化层（图11e）；

步骤6）在上步得到的器件下表面甩稀释的B₂O₃源（稀释比例1：40）进行大面积涂层扩散，形成A-GCT的p+透明阳极区和PIN二极管的p⁺短路区，与此同时，上表面的门极区也得以补扩，有利于降低其接触电阻；然后，去掉整个器件表面上的氧化层（图11f）；

步骤7）采用干氧-湿氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在上步得到的器件上表面光刻形成隔离区腐蚀窗口，然后进行二次腐蚀，形成pnp-沟槽复合隔离区（图11g），接着进行下一步光刻形成A-GCT门-阴极界的保护二氧化硅图形；

步骤8）对上步得到的器件下表面打毛，形成高复合中心；清洗后，对整个器件上、下表面分别蒸铝，并对上表面的铝膜进行反刻，经合金化后形成各个电极A、G、K（图11h）；

步骤9）对上步得到的器件上表面甩聚酰亚胺膜，光刻形成门极区和隔离区的保护图形，并进行亚胺化处理；然后进行磨角保护、表面钝化即得。

上述方法得到的器件适宜采用压接式方法封装，便于运输和储存。

本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件的制备方法，以现有的RC-GCT器件为基础，p基区是由硼扩散形成的浅p+基区和在磷扩散形成的阴极n+扩散区掩蔽下进行铝扩散形成的深p基区组成，并自然形成了一种波状的p基区及pnp隔离区，并在pnp区上方进行挖槽，从而形成了pnp-沟槽复合隔离区。此外，在PIN二极管的阴极侧增加了p+短路区，并与A-GCT的p+透明阳极区同时形成，可有效改善PIN二极管的反向恢复特性，从而省去了对其少子寿命的控制。 

Claims (8)

1.一种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件，其特征在于：整个器件以n-区为衬底，以器件上方隔离沟槽的中心线为轴、器件下方p+透明阳极区和n+阴极区Ⅰ边界为轴纵向将器件区分为A-GCT部分和PIN二极管部分，

所述A-GCT部分的结构是，n-区向上依次设置有波状p基区和p+基区；该p+基区中间段上表面，与波状p基区的波峰对应位置设置有A-GCT的n+阴极区，该n+阴极区上表面是阴极铝电极K；该n+阴极区两侧的p+基区上表面各设置有门极铝电极G；n-区向下设置有n缓冲层，n缓冲层的下方为A-GCT部分的p+透明阳极区；

所述的PIN二极管部分结构是，n-区向上依次设置有p基区和p+基区，p+基区上表面设置有阴极铝电极K；n-区向下设置有n缓冲层，n缓冲层的下方并排设置有PIN二极管n+阴极区Ⅰ、p+短路区和PIN二极管n+阴极区Ⅱ，PIN二极管n+阴极区Ⅰ和PIN二极管n+阴极区Ⅱ的厚度大于中间的p+短路区，PIN二极管n+阴极区Ⅰ与A-GCT的p+透明阳极区邻接，PIN二极管n+阴极区Ⅰ、p+短路区和PIN二极管n+阴极区Ⅱ的下方均与A-GCT部分的p+透明阳极区的下方设置有共同的阳极铝电极A；

所述隔离沟槽伸入p基区，与p基区的一个波峰相接。

2.根据权利要求1所述的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件，其特征在于：所述A-GCT部分的n+阴极区宽度为200±20mm、p⁺基区的深度为30±5mm。

3.根据权利要求1所述的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件，其特征在于：所述PIN二极管部分的p⁺短路区宽度与其阴极区宽度之比为0.25-0.5。

4.根据权利要求1所述的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件，其特征在于：所述pnp隔离区的宽度为200±20mm，沟槽隔离区的宽度为250±20mm，沟槽隔离区的深度为30±5mm。

5.一种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件的制备方法，其特征在于，按照以下步骤具体实施：

步骤1、选用原始的高阻区熔中照硅单晶作为n-区；

步骤2、硅片清洗后腐蚀减薄，利用三氯氧磷源两步扩散实现n-区的上下表面的n区，并磨去n-区上表面的n区；

步骤3、采用干氧-湿氧-干氧交替氧化形成掩蔽膜，在磨去n区的n-区上表面进行光刻，形成硼扩散窗口；然后利用饱和的三氧化二硼源进行选择性硼扩散，形成p⁺基区，并去掉整个器件表面上的氧化层；

步骤4、采用干氧-湿氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在p⁺基区上表面和n区下表面上同时光刻，形成磷扩散窗口，然后进行选择性的磷两步扩散，在p⁺基区上表面中段形成A-GCT的阴极n⁺扩散区、同时在p⁺基区隔离处形成掩蔽用n⁺扩散区；另外，同时在n区下表面上形成PIN二极管的两处n⁺阴极区，再去掉整个器件表面上的氧化层；

步骤5、采用干氧-湿氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在上步得到的器件上表面光刻形成门极区和隔离区腐蚀窗口，然后利用腐蚀方法进行门极区和隔离区挖槽；并在上表面n⁺扩散区的掩蔽下进行大面积的铝扩散，在n-区中自然形成较深的波状p基区和pnp隔离区，再去掉整个器件表面上的氧化层；

步骤6、在上步得到的器件下表面甩稀释的B₂O₃源，进行大面积涂层扩散，形成A-GCT的p+透明阳极区和PIN二极管的p⁺短路区，与此同时，上表面的门极区也得以补扩，然后，去掉整个器件表面上的氧化层；

步骤7、采用干氧-湿氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在上步得到的器件上表面光刻形成隔离区腐蚀窗口，然后进行二次腐蚀，形成pnp-沟槽复合隔离区，接着进行下一步光刻形成A-GCT门-阴极界的保护二氧化硅图形；

步骤8、对上步得到的器件下表面打毛，形成高复合中心；清洗后，对整个器件上、下表面分别蒸铝，并对上表面的铝膜进行反刻，经合金化后形成各个电极；

步骤9、对上步得到的器件上表面甩聚酰亚胺膜，光刻形成门极区和隔离区的保护图形，并进行亚胺化处理；然后进行磨角保护、表面钝化即得。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述A-GCT部分的n+阴极区宽度为200±20mm、p⁺基区的深度为30±5mm。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述PIN二极管部分的p⁺短路区宽度与其阴极区宽度之比为0.25-0.5。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述pnp隔离区的宽度为200±20mm，沟槽隔离区的宽度为250±20mm，沟槽隔离区的深度为30±5mm。 

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