一种集成门极换流晶闸管制造技术

本发明专利技术公开了一种集成门极换流晶闸管，包括门极电极和多个环绕门极电极设置的阴极梳条结构，阴极梳条结构包括至少两层台阶的门阴极结，门阴极结的最低层台阶设置在阴极梳条结构的P区内，最低层台阶的宽度随着与门极电极的间距增加而减少。所述集成门极换流晶闸管，通过在阴极梳条结构设置至少两层台阶的门阴极结，门阴极结的最低层台阶设置在阴极梳条结构的P区内形成深台阶，并且最低层台阶的宽度随着与门极电极的间距增加而减少，使得稳态时电流密度分布满足离门极电极越近电流密度越大，关断时电流快速从距离门极电极近的梳条抽取出去，减少关断延迟转移到边缘梳条的电流，避免了关断过程中损耗集中于边缘梳条，提高了可靠性。

An integrated gate commutated thyristor

The invention discloses an integrated gate commutated thyristor, including cathode gate electrode and a plurality of gate electrodes are arranged around the comb structure, cathode comb bar structure includes at least two steps of the gate cathode junction, the lowest level node set in the gate cathode cathode comb strip structure in P region the lowest layer, the width of the step decreases with the increase of the distance between electrode and gate. The integrated gate commutated thyristor, through the cathode structure of comb gate cathode is provided with at least two steps, the lowest level node set in the gate cathode cathode to form a deep step comb structure in P region, and the lowest level of the width of the electrode spacing and increase and decrease so, the steady state current density distribution from the gate electrode closer to meet the more current density, turn off current distance from the gate electrode near the sliver Extraction out, reduce the turn off delay current transfer to the edge of Salisbury, to avoid the loss of the turn off process focused on the edge comb, improve reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种集成门极换流晶闸管
本专利技术涉及半导体器件工艺
，特别是涉及一种集成门极换流晶闸管。
技术介绍
集成门极换流晶闸管IGCT(IntegratedGate-CommutatedThyristor)，有的厂家也称为GCT(Gate-CommutatedThyristor),即门极换流晶闸管，是20世纪90年代后期出现的新型电力电子器件。IGCT将IGBT与GTO(GateTurn-OffThyristor，可关断晶闸管，亦称门控晶闸管，主要特点为当门极加负向触发信号时晶闸管能自行关断)的优点结合起来，其容量与GTO相当，但开关速度比GTO快10倍，而且可以省去GTO应用时的庞大而复杂的缓冲电路，因此由于其优秀的电学特性，应用范围非常广泛。现有的集成门极换流晶闸管(GCT)的阴极由多圈梳条组成，梳条之间为并联连接。在门极上施加电流使其导通或者施加负电压(-20V)使其关断的过程中，由于距离门极的远近不同，造成各梳条响应时间和程度不一致，易引发电流分布不均匀。GCT开通过程中，中心门极和环形门极短接并注入触发电流，于是根据离注入门极的远近，梳条依次导通，并且先导通的区域电流更大。在稳态时，各梳条的电流密度会逐渐趋于一致，如图1所示。关断时门极相对阴极施加负电压，使阴极的电流快速转移至门极流出。与开通时一样，离门极电极的远近决定了梳条的响应快慢，离门极电极近的梳条关断快，导电能力快速减弱，而此时远离门极的梳条导电能力仍较强，这样将造成电流在GCT芯片内重新分布，如图2所示。效果上体现为关断时，一方面离门极近的梳条电流快速抽取，另一方面由于各梳条导电能力的差异使电流往边缘梳条排挤，抬升了边缘梳条的电流，从而使芯片边缘的损耗功率更大。由于芯片边缘散热能力弱于体内(台面所涂的绝缘胶散热能力差)，这样由于边缘损耗功率大，散热差，易造成芯片边缘失效。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种集成门极换流晶闸管，通过控制稳态时的电流密度分布，使离门极电极越近的区域电流密度越大，从而在关断过程中削弱或避免由于关断先后造成的电流往芯片边缘集中的现象及其导致的芯片边缘失效的可能。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种集成门极换流晶闸管，包括门极电极和多个环绕所述门极电极设置的阴极梳条结构，所述阴极梳条结构包括至少两层台阶的门阴极结，所述门阴极结的最低层台阶设置在所述阴极梳条结构的P区内，所述最低层台阶的宽度随着与所述门极电极的间距增加而减少。其中，所述门阴极的最低层台阶的宽度为0～1000μm。其中，相邻所述阴极梳条结构的最低层台阶的宽度差为0～200μm。其中，相邻所述阴极梳条结构的最低层台阶的宽度线性减少。其中，相邻所述阴极梳条结构的阴极面积随着与所述门极电极的间距增加而减少。其中，所述阴极梳条结构的阴极宽度恒定。其中，所述阴极梳条结构的阴极形状为矩形。其中，所述阴极梳条结构的阴极宽度随着与所述门极电极的间距增加而减少。其中，所述阴极梳条结构的阴极宽度随着与所述门极电极的间距增加而线性减少。其中，所述阴极梳条结构的阴极形状为等腰梯形。本专利技术实施例所提供的集成门极换流晶闸管，与现有技术相比，具有以下优点：本专利技术实施例提供的集成门极换流晶闸管，包括门极电极和多个环绕所述门极电极设置的阴极梳条结构，所述阴极梳条结构包括至少两层台阶的门阴极结，所述门阴极结的最低层台阶设置在所述阴极梳条结构的P区内，所述最低层台阶的宽度随着与所述门极电极的间距增加而减少。所述集成门极换流晶闸管，通过在阴极梳条结构设置至少两层台阶的门阴极结，门阴极结的最低层台阶设置在阴极梳条结构的P区内形成深台阶，并且最低层台阶的宽度随着与门极电极的间距增加而减少，使得稳态时电流密度分布满足离门极越近电流密度越大，关断时电流快速从距离门极近的梳条抽取出去，减少关断延迟转移到边缘梳条的电流，避免了关断过程中损耗集中于边缘梳条，提高了可靠性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中集成门极换流晶闸处于稳态时梳条结构中的阴极电流与离门极之间的间距的关系示意图；图2为现有技术中集成门极换流晶闸处于关断状态时梳条结构中的阴极电流与离门极之间的间距的关系示意图；图3为本专利技术实施例提供的集成门极换流晶闸的一种具体实施方式的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的集成门极换流晶闸的一种具体实施方式中导通时阴极梳条结构的平均电流密度与最低层台阶的宽度的关系示意图；图5为本专利技术实施例提供的集成门极换流晶闸的一种具体实施方式中处于稳态时梳条结构中的阴极电流与离门极之间的间距的关系示意图；图6为本专利技术实施例提供的集成门极换流晶闸的一种具体实施方式中处于关断状态时梳条结构中的阴极电流与离门极之间的间距的关系示意图；图7为本专利技术实施例提供的集成门极换流晶闸的一种具体实施方式的结构示意图；图8为本专利技术实施例提供的集成门极换流晶闸的另一种具体实施方式的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参考图3～图8，图3为本专利技术实施例提供的集成门极换流晶闸的一种具体实施方式的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的集成门极换流晶闸的一种具体实施方式中导通时阴极梳条结构的平均电流密度与最低层台阶的宽度的关系示意图；图5为本专利技术实施例提供的集成门极换流晶闸的一种具体实施方式中处于稳态时梳条结构中的阴极电流与离门极之间的间距的关系示意图；图6为本专利技术实施例提供的集成门极换流晶闸的一种具体实施方式中处于关断状态时梳条结构中的阴极电流与离门极之间的间距的关系示意图；图7为本专利技术实施例提供的集成门极换流晶闸的一种具体实施方式的结构示意图；图8为本专利技术实施例提供的集成门极换流晶闸的另一种具体实施方式的结构示意图。在一种具体实施方式中，所述集成门极换流晶闸管，包括门极电极10和多个环绕所述门极电极10设置的阴极梳条结构20，所述阴极梳条结构20包括至少两层台阶的门阴极结21，所述门阴极结21的最低层台阶设置在所述阴极梳条结构20的P区内，所述最低层台阶的宽度随着与所述门极电极10的间距增加而减少。本专利技术中的集成门极换流晶闸管芯片的门极电极10有中心门极和环形门极，在门极电极10附近则排列着一圈圈阴极梳条结构20。阴极梳条结构20是集成门极换流晶闸管的基本组成单元，每一个梳条都包含了阴极、门极和阳极，阴极梳条结构20具有集成门极换流晶闸管芯片的功能，一个集成门极换流晶闸管芯片通常包含几百上千的阴极梳条结构20。所述集成门极换流晶闸管，通过在阴极梳条结构20设置至少两层台阶的门阴极结21，门阴极结21的最低层台阶设置在阴极梳条结构20的P区内形成深台阶，并且最低层台阶的宽度随着与门极电极10的间距增加而减少，使得稳态时电流密度分布满足离门极越近电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成门极换流晶闸管，其特征在于，包括门极电极和多个环绕所述门极电极设置的阴极梳条结构，所述阴极梳条结构包括至少两层台阶的门阴极结，所述门阴极结的最低层台阶设置在所述阴极梳条结构的P区内，所述最低层台阶的宽度随着与所述门极电极的间距增加而减少。

【技术特征摘要】
1.一种集成门极换流晶闸管，其特征在于，包括门极电极和多个环绕所述门极电极设置的阴极梳条结构，所述阴极梳条结构包括至少两层台阶的门阴极结，所述门阴极结的最低层台阶设置在所述阴极梳条结构的P区内，所述最低层台阶的宽度随着与所述门极电极的间距增加而减少。2.如权利要求1所述集成门极换流晶闸管，其特征在于，所述门阴极的最低层台阶的宽度为0～1000μm。3.如权利要求2所述集成门极换流晶闸管，其特征在于，相邻所述阴极梳条结构的最低层台阶的宽度差为0～200μm。4.如权利要求3所述集成门极换流晶闸管，其特征在于，相邻所述阴极梳条结构的最低层台阶的宽度线性减少。5.如权利要求1-4任意一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐龙谷，刘可安，陈芳林，陈勇民，郭润庆，高建宁，
申请(专利权)人：株洲中车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43