CN112420815A - 一种碳化硅门极可关断晶闸管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于功率半导体器件领域，具体地说涉及一种碳化硅门极可关断晶闸管及其制作方法，所述晶闸管包括阳极、阴极和栅极三个电极，还包括P‑N‑P‑N四层结构，其中，所述P‑N‑P‑N四层结构包括N型碳化硅衬底、N型碳化硅缓冲层、P型碳化硅缓冲层、P‑碳化硅长基区、N型碳化硅短基区、N+门极欧姆接触区以及P+碳化硅阳极区，其中，P‑碳化硅长基区、N型碳化硅短基区、P+碳化硅阳极区呈凹槽状。本发明所提出的碳化硅门极可关断晶闸管一方面增大了P+碳化硅阳极区的面积，另一方面增大了N型碳化硅短基区与P‑碳化硅长基区的接触面积，从而使得非平衡载流子注入与抽取增强，上层PNP晶体管的电流增益增大，因此有效增强了长基区的电导调制效应，提高了器件的正向导通电流。
Description
技术领域
本发明涉及功率半导体器件技术领域，具体涉及一种碳化硅门极可关断晶闸管及其制作方法。
背景技术
长期以来，高压硅基晶闸管器件在工业电源、不间断电源、超高压直流输电等领域应用中一直处于垄断地位，但是其电压阻断能力和耐dV/dt、di/dt能力都已经逼近了硅材料能达到的极限。同时，这些Si晶闸管不能使用在高于125℃的电力电子系统中，需要配套复杂的辅助冷却装置。
与此同时，我国柔性高压直流输电、轨道交通、新能源开发、电动汽车等技术的发展和市场需求的增加，对具有高电压、大电流的功率半导体器件的需求非常紧迫，功率承载要求更高。碳化硅基门极可关断晶闸管(GTO)是提高中压或兆瓦级电力电子设备功率密度和效率的先进的解决方案。由于碳化硅半导体材料的宽禁带特性，用碳化硅门极可关断晶闸管替代现有的硅基技术，将大大减少满足阻断电压和导通电流条件下的串并联需要和多电平拓扑结构等复杂设备，并能在更高的结温下工作，实现更快的开关速度。
以N型材料为衬底的碳化硅基门可关断晶闸管中，长基区是P型碳化硅材料，其载流子寿命的影响因素比N型碳化硅材料更加复杂，因此很少有关于P型碳化硅外延材料载流子寿命提升的报道。虽然P型SiC外延材料的少子寿命增强也可以通过消除C空位缺陷来实现，但是增强效果远不如N型材料，原因至今尚未明确。以P型厚外延材料为长基区的碳化硅门极可关断晶闸管受限于外延材料的载流子寿命，存在电导调制效应较弱的问题，因此要想在大电流应用领域开启新局面，需要另辟蹊径。
发明内容
本发明的目的，就是提供一种碳化硅门极可关断晶闸管，不考虑长基区载流子寿命的影响，在相同的正向压降下实现更高的正向导通电流密度，满足高功率应用需求。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种碳化硅门极可关断晶闸管，其特征在于：包括由下至上依次层叠设置的阴极欧姆接触电极、N型碳化硅衬底、N型碳化硅缓冲层、P型碳化硅缓冲层和P-碳化硅长基区，所述P-碳化硅长基区的上表面呈凹槽状，N型碳化硅短基区、P+碳化硅阳极区和阳极欧姆接触电极依次位于所述P-碳化硅长基区上，且所述N型碳化硅短基区和P+碳化硅阳极区形成台面结构，所述N型碳化硅短基区的顶层两侧分别具有N+门极欧姆接触区，所述N+门极欧姆接触区上具有门极欧姆接触电极，所述门极欧姆接触电极和所述阳极欧姆接触电极之间具有阻挡层。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步的，所述N型碳化硅衬底为4H-SiC单晶衬底、6H-SiC单晶衬底或3C-SiC单晶衬底中的任意一种。
进一步的，所述N型碳化硅衬底的厚度为300～350μm；N型碳化硅缓冲层的厚度为1.0～2.0μm，掺杂浓度为2x1018cm-3～5x1018cm-3；P型碳化硅缓冲层的厚度为2.0～3.0μm，掺杂浓度为2x1017cm-3～5x1017cm-3；P-碳化硅长基区的厚度为80～100μm，掺杂浓度为1x1014cm-3～3x1014cm-3。
进一步的，P-碳化硅长基区所形成的凹槽深度至少为2.0μm，凹槽侧壁与平面形成的倾角为30°～60°，凹槽底部长度至少为15.0μm。
进一步的，N型碳化硅短基区的厚度为1.0～2.5μm，掺杂浓度为1.5x1017cm-3～4x1017cm-3；P+碳化硅阳极区的厚度为2.0～5.0μm，掺杂浓度为2x1019cm-3～5x1019cm-3。
进一步的，凹槽顶部的P+碳化硅阳极区搭在N型碳化硅短基区上方的长度至少为1.5μm。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种碳化硅门极可关断晶闸管的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：选取N型碳化硅衬底，在N型碳化硅衬底上依次外延N型碳化硅缓冲层、P型碳化硅缓冲层和P-碳化硅长基区；
第二步：对P-碳化硅长基区进行干法刻蚀以形成凹槽结构；
第三步：在所述P-碳化硅长基区上外延N型碳化硅短基区；
第四步：在所述N型碳化硅短基区上外延P+碳化硅阳极区；
第五步：对所述P+碳化硅阳极区进行干法刻蚀以形成台面结构，暴露出部分所述N型碳化硅短基区；
第六步：对暴露出的N型碳化硅短基区进行N+离子注入，形成N+门极欧姆接触区；
第七步：采用光刻剥离法，在N型碳化硅短基区的表面淀积金属，形成门极欧姆接触电极；
第八步：采用光刻剥离法，在N型碳化硅衬底的背面淀积金属层，形成阴极欧姆接触电极；
第九步：采用光刻剥离法，在P+碳化硅阳极区上淀积金属，形成阳极欧姆接触电极；
第十步：在阳极欧姆接触电极和门极欧姆接触电极之间淀积SiO2钝化层，并光刻形成阻挡层。
本发明的有益效果为，本发明所提出的碳化硅门极可关断晶闸管，具有凹槽状的P+碳化硅阳极区、N型碳化硅短基区和P-碳化硅长基区结构，在相同的元胞宽度下，该结构一方面能够使得的由P+阳极区产生的空穴载流子注入增加，另一方面能够使得P-长基区对载流子抽取增加，从而使上层PNP晶体管的电流增益增加，P-长基区的电导调制效应得到增强，因此在不考虑长基区载流子寿命的限制下，相比于常规的碳化硅门极可关断晶闸管，本发明所提出的碳化硅门极可关断晶闸管在相同的正向导通压降下拥有更高的正向电流密度，提升了碳化硅门极可关断晶闸管在大电流条件下应用的可行性。
附图说明
图1是常规的碳化硅门极可关断晶闸管元胞示意图；
图2是本发明的碳化硅门极可关断晶闸管元胞示意图；
图3是本发明的碳化硅门极可关断晶闸管的制作方法第二步完成后的结构示意图；
图4是本发明的碳化硅门极可关断晶闸管的制作方法第三步完成后的结构示意图；
图5是本发明的碳化硅门极可关断晶闸管的制作方法第五步完成后的结构示意图；
图6是本发明的碳化硅门极可关断晶闸管的制作方法第六步完成后的结构示意图；
图7是图2所述碳化硅门极可关断晶闸管TGTO的正向电流与传统平面型碳化硅门极可关断晶闸管ConGTO的正向电流-电压曲线对比图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、阴极欧姆接触电极，2、N型碳化硅衬底，3、N型碳化硅缓冲层，4、P型碳化硅缓冲层，5、P-碳化硅长基区，6、N型碳化硅短基区，7、N+门极欧姆接触区，8、门极欧姆接触电极，9、P+碳化硅阳极区，10、阳极欧姆接触电极。
具体实施方式
下面通过仿真和附图说明的方式对本发明的碳化硅门极可关断晶闸管的优势作出进一步说明。
本发明提出的碳化硅门极可关断晶闸管元胞，如图2所示，包括由下至上依次层叠设置的阴极欧姆接触电极1、N型碳化硅衬底2、N型碳化硅缓冲层3、P型碳化硅缓冲层4和P-碳化硅长基区5，所述P-碳化硅长基区5的上表面呈凹槽状，N型碳化硅短基区6、P+碳化硅阳极区9和阳极欧姆接触电极10依次位于所述P-碳化硅长基区5上，且所述N型碳化硅短基区6和P+碳化硅阳极区9形成台面结构，所述N型碳化硅短基区6的顶层两侧分别具有N+门极欧姆接触区7，所述N+门极欧姆接触区7上具有门极欧姆接触电极8，所述门极欧姆接触电极8和所述阳极欧姆接触电极10之间具有阻挡层。
如图1所示，为常规的碳化硅门极可关断晶闸管。如图2所示，为本发明提出的碳化硅门极可关断晶闸管。本发明与常规结构的不同之处在于，本发明对阳极区、短基区和长基区进行了改造，对P-碳化硅长基区增加了一步刻蚀工艺形成了凹槽结构，继而在P-碳化硅长基区上通过外延工艺形成的N型碳化硅短基区和P+碳化硅阳极区也呈凹槽结构。
图2所示的元胞结构，不仅实现了P+阳极区的空穴载流子注入增加，而且实现了P-长基区的载流子抽取增强，因而上层PNP晶体管的电流增益增加，注入到P-长基区里的少数载流子增加，电导调制效应增强，因此在相同的载流子寿命与正向导通压降下，本发明提出的碳化硅门极可关断晶闸管具有更高的正向导通电流密度。
可选地，所述N型碳化硅衬底2为4H-SiC单晶衬底、6H-SiC单晶衬底或3C-SiC单晶衬底中的任意一种。
可选地，所述N型碳化硅衬底2的厚度为300～350μm；N型碳化硅缓冲层3的厚度为1.0～2.0μm，掺杂浓度为2x1018cm-3～5x1018cm-3；P型碳化硅缓冲层4的厚度为2.0～3.0μm，掺杂浓度为2x1017cm-3～5x1017cm-3；P-碳化硅长基区5的厚度为80～100μm，掺杂浓度为1x1014cm-3～3x1014cm-3。
可选地，P-碳化硅长基区5所形成的凹槽深度至少为2.0μm，凹槽侧壁与平面形成的倾角为30°～60°，凹槽底部长度至少为15.0μm。
可选地，N型碳化硅短基区6的厚度为1.0～2.5μm，掺杂浓度为1.5x1017cm-3～4x1017cm-3；P+碳化硅阳极区9的厚度为2.0～5.0μm，掺杂浓度为2x1019cm-3～5x1019cm-3。
可选地，凹槽顶部的P+碳化硅阳极区9搭在N型碳化硅短基区6上方的长度至少为1.5μm。
本发明提供的碳化硅门极可关断晶闸管，以图2所示的元胞结构为例，其制作步骤如下：
第一步：选取N型碳化硅衬底2，在N型碳化硅衬底2上依次外延N型碳化硅缓冲层3、P型碳化硅缓冲层4和P-碳化硅长基区5；
第二步：对P-碳化硅长基区5进行干法刻蚀以形成凹槽结构；
第三步：在所述P-碳化硅长基区5上外延N型碳化硅短基区6；
第四步：在所述N型碳化硅短基区6上外延P+碳化硅阳极区9；
第五步：对所述P+碳化硅阳极区9进行干法刻蚀以形成台面结构，暴露出部分所述N型碳化硅短基区6；
第六步：对暴露出的N型碳化硅短基区6进行N+离子注入，形成N+门极欧姆接触区7；
第七步：采用光刻剥离法，在N型碳化硅短基区6的表面淀积金属，形成门极欧姆接触电极8；
第八步：采用光刻剥离法，在N型碳化硅衬底2的背面淀积金属层，形成阴极欧姆接触电极1；
第九步：采用光刻剥离法，在P+碳化硅阳极区9上淀积金属，形成阳极欧姆接触电极10；
第十步：在阳极欧姆接触电极10和门极欧姆接触电极8之间淀积SiO2钝化层，并光刻形成阻挡层。
以耐压10kV的碳化硅门极可关断晶闸管为例，将本发明提出的结构与常规结构进行仿真比较。图3给出了本发明实施的碳化硅门极可关断晶闸管与常规结构的晶闸管在施加正向偏压时的电流电压曲线对比。从图3中可以看到，本发明提出的门极可关断晶闸管结构有效地提高了器件的正向电流，增益达到了约10％。因此，本发明碳化硅门极可关断晶闸管适用于大电流应用。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种碳化硅门极可关断晶闸管，其特征在于：包括由下至上依次层叠设置的阴极欧姆接触电极(1)、N型碳化硅衬底(2)、N型碳化硅缓冲层(3)、P型碳化硅缓冲层(4)和P-碳化硅长基区(5)，所述P-碳化硅长基区(5)的上表面呈凹槽状，N型碳化硅短基区(6)、P+碳化硅阳极区(9)和阳极欧姆接触电极(10)依次位于所述P-碳化硅长基区(5)上，且所述N型碳化硅短基区(6)和P+碳化硅阳极区(9)形成台面结构，所述N型碳化硅短基区(6)的顶层两侧分别具有N+门极欧姆接触区(7)，所述N+门极欧姆接触区(7)上具有门极欧姆接触电极(8)，所述门极欧姆接触电极(8)和所述阳极欧姆接触电极(10)之间具有阻挡层。
2.根据权利要求1所述的一种碳化硅门极可关断晶闸管，其特征在于：所述N型碳化硅衬底(2)为4H-SiC单晶衬底、6H-SiC单晶衬底或3C-SiC单晶衬底中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种碳化硅门极可关断晶闸管，其特征在于：所述N型碳化硅衬底(2)的厚度为300～350μm；N型碳化硅缓冲层(3)的厚度为1.0～2.0μm，掺杂浓度为2x1018cm-3～5x1018cm-3；P型碳化硅缓冲层(4)的厚度为2.0～3.0μm，掺杂浓度为2x1017cm-3～5x1017cm-3；P-碳化硅长基区(5)的厚度为80～100μm，掺杂浓度为1x1014cm-3～3x1014cm-3。
4.根据权利要求1所述的一种碳化硅门极可关断晶闸管，其特征在于：P-碳化硅长基区(5)所形成的凹槽深度至少为2.0μm，凹槽侧壁与平面形成的倾角为30°～60°，凹槽底部长度至少为15.0μm。
5.根据权利要求1所述的一种碳化硅门极可关断晶闸管，其特征在于：N型碳化硅短基区(6)的厚度为1.0～2.5μm，掺杂浓度为1.5x1017cm-3～4x1017cm-3；P+碳化硅阳极区(9)的厚度为2.0～5.0μm，掺杂浓度为2x1019cm-3～5x1019cm-3。
6.根据权利要求1所述的一种碳化硅门极可关断晶闸管，其特征在于：凹槽顶部的P+碳化硅阳极区(9)搭在N型碳化硅短基区(6)上方的长度至少为1.5μm。
7.一种碳化硅门极可关断晶闸管的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：选取N型碳化硅衬底(1)，在N型碳化硅衬底(2)上依次外延N型碳化硅缓冲层(3)、P型碳化硅缓冲层(4)和P-碳化硅长基区(5)；
第二步：对P-碳化硅长基区(5)进行干法刻蚀以形成凹槽结构；
第三步：在所述P-碳化硅长基区(5)上外延N型碳化硅短基区(6)；
第四步：在所述N型碳化硅短基区(6)上外延P+碳化硅阳极区(9)；
第五步：对所述P+碳化硅阳极区(9)进行干法刻蚀以形成台面结构，暴露出部分所述N型碳化硅短基区(6)；
第六步：对暴露出的N型碳化硅短基区(6)进行N+离子注入，形成N+门极欧姆接触区(7)；
第七步：采用光刻剥离法，在N型碳化硅短基区(6)的表面淀积金属，形成门极欧姆接触电极(8)；
第八步：采用光刻剥离法，在N型碳化硅衬底(2)的背面淀积金属层，形成阴极欧姆接触电极(1)；
第九步：采用光刻剥离法，在P+碳化硅阳极区(9)上淀积金属，形成阳极欧姆接触电极(10)；
第十步：在阳极欧姆接触电极(10)和门极欧姆接触电极(8)之间淀积SiO2钝化层，并光刻形成阻挡层。
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|---|---|---|---|---|
| CN114361288A (zh) * | 2022-01-04 | 2022-04-15 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 一种大功率碳化硅基光触发多门极半导体开关芯片 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1445738A (en) * | 1972-07-28 | 1976-08-11 | Semikron Gleichrichterbau | Semi-conductor devices |
| EP0527600A1 (en) * | 1991-08-08 | 1993-02-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Insulated trench gate bipolar transistor |
| CN102789981A (zh) * | 2012-07-18 | 2012-11-21 | 启东吉莱电子有限公司 | 一种可控硅的生产工艺 |
| CN102969245A (zh) * | 2012-12-07 | 2013-03-13 | 株洲南车时代电气股份有限公司 | 一种逆导型集成门极换流晶闸管制作方法 |
| CN103227112A (zh) * | 2013-04-10 | 2013-07-31 | 株洲南车时代电气股份有限公司 | 晶闸管门阴极结及具有该结构的门极换流晶闸管制备方法 |
| CN109065614A (zh) * | 2018-08-22 | 2018-12-21 | 电子科技大学 | 一种碳化硅门极可关断晶闸管 |
| CN109830529A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-05-31 | 西安理工大学 | 一种提升开通速度的超高压碳化硅晶闸管及其制作方法 |
-
2020
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1445738A (en) * | 1972-07-28 | 1976-08-11 | Semikron Gleichrichterbau | Semi-conductor devices |
| EP0527600A1 (en) * | 1991-08-08 | 1993-02-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Insulated trench gate bipolar transistor |
| CN102789981A (zh) * | 2012-07-18 | 2012-11-21 | 启东吉莱电子有限公司 | 一种可控硅的生产工艺 |
| CN102969245A (zh) * | 2012-12-07 | 2013-03-13 | 株洲南车时代电气股份有限公司 | 一种逆导型集成门极换流晶闸管制作方法 |
| CN103227112A (zh) * | 2013-04-10 | 2013-07-31 | 株洲南车时代电气股份有限公司 | 晶闸管门阴极结及具有该结构的门极换流晶闸管制备方法 |
| CN109065614A (zh) * | 2018-08-22 | 2018-12-21 | 电子科技大学 | 一种碳化硅门极可关断晶闸管 |
| CN109830529A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-05-31 | 西安理工大学 | 一种提升开通速度的超高压碳化硅晶闸管及其制作方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114361288A (zh) * | 2022-01-04 | 2022-04-15 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 一种大功率碳化硅基光触发多门极半导体开关芯片 |
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