CN1933152A - 集成门极换流晶闸管中阴极图形的排布方法 - Google Patents

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Abstract

集成门极换流晶闸管中阴极图形的排布方法，阴极梳条采取分区复合方式排布：结合圆周排布和矩形排布各自的优点，在分区内部采用矩形排布，而各个分区之间仍按圆周排布。分区的方式各不相同，有些还充许局部修改梳条的位置或尺寸。所述的分区复合方法是：分区由扇区和环道两重分割形成，其中，所述的分区是一个等腰梯形区，它是梳条的基本排布单元；所述的扇区是将圆面沿径向等分为m个相同面积的扇形区，当m较较低时，接近于矩形排布；当m较高时，接近圆周分布。所述的环道是将圆面按正多边形划分为n个不同面积的同心环形区，这个值与芯片直径和梳条长度的选取有关；n越大，梳条总数越多，对电流有益。

Description

集成门极换流晶闸管中阴极图形的排布方法
技术领域
本发明属于一种电子器件中的光刻图形的排布方法，尤其是指一种集成门极换流晶闸管中阴极图形的排布方法。主要用于各种规格、各种类型的IGCT或GTO等全控型电力半导体器件阴极图形的梳条排布。
背景技术
光刻图形设计是各类电子器件中十分重要的基础工作，它是通过对光刻掩模版的设计，为器件创造一个合适的平面图形，以满足与之相关的器件参数要求。光刻图形设计有三个基本内涵：与器件各项参数相关度侧重不同、追求完美或综合平衡、带有个人或团体的风格。对于IGCT和GTO这类全控型电力半导体器件，其阴极图形通常由许多细小的梳条排布形成，周围由整体连通的门极区所环绕。这种典型结构是为了综合满足器件静态、动态基本要求所必需的。但其具体排布仍是各有千秋，基本分类叙述如下。
按门极区的位置可分成三类：
1、中心门极：门极设置于芯片中心，呈圆形。其接触面积较小(约0.5cm2)，门极机械结构件简单，比较适合于电流容量低端的器件。
2、环形门极：门极设置于芯片中部，呈圆环形。其接触面积中等(约2.5cm2)，门极机械结构件较复杂，比较适合于电流容量中高端的器件。
3、边缘门极：门极设置于芯片边缘，呈圆环形。其接触面积较大(约5cm2)，门极机械结构件复杂，这种结构很少用于全控型器件中。
按阴极梳条排布方式可分成二类：
1、均匀矩形排布：相同大小的梳条按矩形排布，结构简洁，芯片的面积利用率高。这种结构早期常用于较低电流容量的器件中。由于分布不呈圆对称，在与圆形交汇处排布不好处理，也不能用简便的方法进行梳条自动检测，现已很少使用。
2、均匀圆周排布：相同大小的梳条沿不同直径圆周分道排布，同一圆周上各梳条均匀地向心排布。结构简洁、分布呈圆对称，便于进行梳条自动检测，故应用较广。但由于梳条间呈扇形分布，损失了一些面积，使芯片面积利用率降低。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有阴极梳条排布方式的不足，提出一种阴极梳条排布更为合理，面积利用率更好的阴极梳条排布方式。
根据本发明的目的所提出的技术实施方案是：阴极梳条采取分区复合方式排布：结合圆周排布和矩形排布各自的优点，在分区内部采用矩形排布，而各个分区之间仍按圆周排布。这一方面保持了较高的面积利用率，另一方面又保持了图形整体上呈圆对称性。分区的方式各不相同，有些还充许局部修改梳条的位置或尺寸。由于是复合方式，存在多种变体，是一个很活跃的技术范畴。
所述的分区复合方法是：分区由扇区和环道两重分割形成，其中，所述的分区是一个等腰梯形区，它是梳条的基本排布单元；所述的扇区是将圆面沿径向等分为m个相同面积的扇形区，m称为扇区数，扇区数m取值范围：1-128，当m较较低时，接近于矩形排布；当m较高时，接近圆周分布。所述的环道是将圆面按正多边形划分为n个不同面积的同心环形区，n称为环道数，环道数n取值范围：1-16，这个值与芯片直径和梳条长度的选取有关；n越大，梳条总数越多，对电流有益。且：
分区内梳条安排为：同一环道上分区面积相同，远离圆心的分区面积较大，能安排较多的梳条。各分区中梳条尺寸相同且都按矩形排布。
扇区交界处安排为：由于梳条不能重叠，扇区交界处将留出较宽阔的区域，形成所谓径向门极通道，这对门极电流导通有利。通常，可在交界处均匀地补加1-2个梳条。
环道交界处安排为：为了有利于各梳条的均匀触发，将留出合适宽度的环形门极通道。
门极接触区安排为：较小直径芯片采用中心门极，较大直径芯片采用环形门极。
根据以上方案，设计出相应的光刻掩模板。通过平面光刻工艺，将所设计的图形复制到芯片的阴极面，结合其它的工艺过程，完成整个芯片的制作。
本发明所提出阴极梳条排布方式，是一种分区复合分布的光刻图形方法，它适应于各种规格、各种类型的IGCT或GTO等全控型电力半导体器件。与现有的阴极梳条排布方式相比，在梳条尺寸和梳条平均间隔相同的情况下，分区复合排布比均匀圆周排布能安排更多的梳条。两种排布方式梳条数的比较如表1所示。
表1.
  Φ50芯片   Φ65芯片
  均匀圆周排布   424条   790条
  分区复合排布   448条   864条
  梳条增加比例   5.7％   9.4％
以16分区排布同均匀圆周排布相比较，优点有：
1、梳条总数可提高约5～15％。
2、通流能力可获相应改善。
3、门极通道增宽有利于开通与关断。
4、分区内矩形排布有利于各梳条均匀一致。
5、分区间按圆对称排布有利于对梳条自动检测。
且从国内外专利检索情况看，尚无相同或相近的设计方法报导，符合专利新颖性、独创性的其本条件。
附图说明
图1为本发明中心门极排布类型的原理示意图；
图2为本发明一个实施例的结构示意图；
图3为本发明另一个实施例的结构示意图；
图4为本发明另一个实施例的结构示意图；
图5为本发明环形门极排布类型的原理示意图；
图6为本发明一个实施例的结构示意图；
图7为本发明另一个实施例的结构示意图；
图8为本发明另一个实施例的结构示意图。
图中：1、分区；2、扇区；3、中心门极区；4、门极区；5、阴极梳条；6、环形门极区；7、环道；8、二极管区。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
先将芯片按门极位置划分为中心门极和环形门极两大类，在每类中确定适应的范围，并按常规型图样分布(只含由梳条构成的主开关部分)和逆导型图形分布(另含有无梳条的集成二极管部分)给出典型的设计实例。图1中给出了中心门极相应的梳条排布类型图，从附图中可以看出，该类型的芯片主要是将芯片的阴极梳条5按圆周分成多个扇区2排布，每个扇区2在径向上分布有三层以上的分区1，门极区位于芯片的中央位置上，为中心门极3；图5中给出环形门极相应的梳条排布类型图，从附图中可以看出，该类型的芯片主要是将芯片的阴极梳条5按圆周分成多个扇区2排布，每个扇区2在径向上分布也有三层以上的分区1，但它的门极分布在扇区2的径向中间位置上，为环形门极7。
实施例一
图1给出了一种中心门极结构的阴极梳条排布方式，适于芯片直径30-60mm的器件。通过附图可以看出，本实施例为一种全控型电力半导体器件芯片，在芯片的表面光刻有阴极梳条5，阴极梳条5是采取分区复合方式排布的，结合圆周排布和矩形各自的优点，在分区1内部采用矩形排布梳条，而各个分区之间的结合部仍按圆周排布梳条。这一方面保持了较高的面积利用率，另一方面又保持了图形整体上呈圆对称性。
所述的分区复合方法是：分区1由扇区2和环道7两重分割形成，其中，所述的分区1是一个等腰梯形区，它是梳条的基本排布单元；所述的扇区2是将圆面沿径向等分为m个相同面积的扇形区，m称为扇区数，扇区数m取值范围：1-128，当m较较低时，接近于矩形排布；当m较高时，接近圆周分布。本实施例扇区数m为16；所述的环道7是将圆面按正多边形划分为n个不同面积的同心环形区，n称为环道数，环道数n取值范围：1-16，这个值与芯片直径和梳条长度的选取有关；n越大，梳条总数越多，对电流有益。本实施例环道数n为3；且：
分区内梳条安排为：同一环道上分区面积相同，远离圆心的分区面积较大，能安排较多的梳条。各分区中梳条尺寸相同且都按矩形排布。
扇区交界处安排为：由于梳条不能重叠，扇区交界处将留出较宽阔的区域，形成所谓径向门极通道，这对门极电流导通有利。在交界处均匀地补加1-2个梳条。
环道交界处安排为：为了有利于各梳条的均匀触发，将留出合适宽度的环形门极通道。
门极接触区安排为：采用中心门极。
实施例二
实施例二与实施例一的梳条排布方式是一样的只是，实施例二的扇区数m为16，环道数n为5。
实施例三
实施例三与实施例一的梳条排布方式是一样的只是，实施例三的扇区数m为16，环道数n为4。但实施例三为一逆导型芯片，因此在芯片的外圈设有二极管区8。
实施例四
实施例四与实施例一的梳条排布方式是一样的只是，实施例四的扇区数m为16，环道数n为6。但实施例四的门极接触区安排为：采用环形门极。环形门极6布置在环道数3与4之间。
实施例五
实施例四与实施例四的梳条排布方式是一样的只是，实施例四的扇区数m为16，环道数n为10，且环形门极6布置在环道数5与6之间。
实施例六
实施例六与实施例四的梳条排布方式是一样的只是，实施列四的扇区数m为16，环道数n为3，且在芯片中央布置有二极管区8，环形门极6布置在环道数1与二极管区8之间。为一逆导型芯片。

Claims (6)

1、集成门极换流晶闸管中阴极图形的排布方法，其特征是：阴极梳条采取分区复合方式排布：结合圆周排布和矩形各自的优点，在分区内部采用矩形排布，而各个分区之间仍按圆周排布。
2、如权利要求1所述的集成门极换流晶闸管中阴极图形的排布方法，其特征是：所述的分区复合方法是：分区由扇区和环道两重分割形成，其中，所述的分区是一个等腰梯形区，它是梳条的基本排布单元；所述的扇区是将圆面沿径向等分为m个相同面积的扇形区，m称为扇区数，扇区数m取值范围为1-128，当m较较低时，接近于矩形排布；当m较高时，接近圆周分布。；所述的环道是将圆面按正多边形划分为n个不同面积的同心环形区，n称为环道数，环道数n取值范围为1-16，这个值与芯片直径和梳条长度的选取有关；n越大，梳条总数越多，对电流有益。
3、如权利要求1或2所述的集成门极换流晶闸管中阴极图形的排布方法，其特征是：所述的分区内梳条安排为：同一环道上分区面积相同，远离圆心的分区面积较大，能安排较多的梳条。各分区中梳条尺寸相同且都按矩形排布。
4、如权利要求1或2所述的集成门极换流晶闸管中阴极图形的排布方法，其特征是：所述的扇区交界处安排为：由于梳条不能重叠，扇区交界处将留出较宽阔的区域，形成所谓径向门极通道，这对门极电流导通有利。通常，可在交界处均匀地补加1-2个梳条。
5、如权利要求1或2所述的集成门极换流晶闸管中阴极图形的排布方法，其特征是：所述的环道交界处安排为：为了有利于各梳条的均匀触发，将留出合适宽度的环形门极通道。
6、如权利要求1或2所述的集成门极换流晶闸管中阴极图形的排布方法，其特征是：所述的门极接触区安排为：较小直径芯片采用中心门极，较大直径芯片采用环形门极。
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