具有改进的等离子体散布的晶闸管制造技术

提供一种具有发射极短路部的晶闸管，其中，在平行于第一主侧(202)的平面上的正交投影中，由第一电极层(214)与第一发射极层(206)和发射极短路部(228)的电接触部覆盖的接触区域包括呈巷道(250A‑250D)的形状的区域，发射极短路部(228)在巷道中的区域覆盖度小于发射极短路部(228)在接触区域的其余区域中的区域覆盖度，其中，发射极短路部(228)在特定区域中的区域覆盖度是发射极短路部(228)在该特定区域中覆盖的面积与特定区域的面积的比。本发明专利技术的晶闸管展现快速接通过程，甚至是在没有复杂的放大门极结构的情况下。

An improved thyristor with an improved plasma dispersion

A thyristor with a emitter short circuit is provided, in which the contact area covered by an electrical contact section of the first electrode layer (214) and the first emitter layer (206) and the emitter short circuit (228) is included in the orthogonal projection parallel to the plane of the first main side (202), which includes the shape of the tunnel (250A 250D), and the emitter short circuit is short circuited. The area coverage of the section (228) in the roadway is less than the area coverage of the emitter short circuit (228) in the rest of the contact area, in which the area coverage of the emitter short circuit (228) in a specific region is the ratio of the area covered by the emitter short circuit (228) to the area in the particular area. The thyristor of the invention shows fast connection process, even without complicated amplifying gate structure.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改进的等离子体散布的晶闸管
本专利技术涉及根据权利要求1的前序部分的晶闸管。
技术介绍
晶闸管，有时也被称为可控硅整流器(SCR)，是可通过对门极接线端供应正门极触发电流脉冲而沿正向方向(即，当正向偏压时)接通的开关装置。然后晶闸管被称为处于正向传导状态或接通状态，其中电流可沿正向方向从阳极流到阴极。另一方面，晶闸管也可处于正向阻断状态，也被称为断开状态，这表示可阻断正向方向上的高的正电压。在与正向方向相反的反向方向上，晶闸管不可接通。晶闸管可为反向阻断，这表示它可在反向方向上阻断与正向阻断状态中至少大致相同的电压，或者可为不对称的，这表示它实际上在反向方向上没有阻断能力。由于相控应用通常需要反向阻断能力，所以相控晶闸管(PCT)典型地为反向阻断。在图1中示意性地显示已知晶闸管100的横截面。晶闸管包括半导体晶片，其中形成包括四个具有交替导电率类型的半导体层的晶闸管结构，即，n-p-n-p层堆叠结构。在从晶闸管100的阴极侧102到阳极侧104的顺序中，晶闸管结构包括n+掺杂阴极发射极层106、p掺杂基极层108、n-掺杂基极层110和p掺杂阳极层112。n+掺杂阴极发射极层106由形成于半导体晶片的阴极侧表面上的阴极金属化物114电接触，以邻接所述n+掺杂阴极发射极层106。p掺杂阳极层112由形成于半导体晶片的阳极侧表面上的阳极金属化物116电接触，以邻接所述p掺杂阳极层112。p掺杂基极层108由形成于半导体晶片的阴极侧表面上的门极金属化物118电接触，以邻接所述p掺杂基极层108。n+掺杂阴极发射极层106和阴极金属化物114之间的接触区将被称为阴极区，并且p掺杂基极层108和门极金属化物118之间的接触区将被称为门极区。当在阳极金属化物116和阴极金属化物114之间应用低于晶闸管的击穿电压VBO的正电压或正向电压，晶闸管100可通过对门极金属化物118供应门极触发电流脉冲来在正向阻断状态和正向传导状态之间切换。只要不对门极金属化物118供应门极触发电流脉冲，晶闸管就将保持处于阻断状态。但是，当通过对门极118供应门极触发电流脉冲来触发晶闸管100时，电子将从阴极金属化物114中注入，流到阳极，在那里它们将引起空子注入，并且电子-空子等离子体将在p掺杂基极层108和n-掺杂基极层110中形成，这可使晶闸管100切换成正向传导状态。只要应用正向电压，正向传导状态便可保持，并且当在阳极金属化物116和阴极金属化物114之间应用的正向电压断开或变成反向电压时，正向传导状态将停止。在阳极金属化物116和阴极金属化物114之间应用反向负电压之后，晶闸管100进入反向阻断状态，并且可通过再次应用正向电压和另一门极触发电流脉冲来切换成正向传导状态。为了实现晶闸管100的完全阻断状态，必须应用反向电压达被称为关断时间tq的一定持续时间，使得之前注入的电子-空子等离子体可由于重新组合过程而消失，从而再次使得装置能够有正向阻断能力。为了触发图1中显示的晶闸管100，需要相当大的门极电流。促进触发晶闸管的已知措施是如图2中显示的晶闸管100’中一样，将辅助晶闸管120与主要晶闸管126结合在一起。辅助晶闸管120常常也被称为先导晶闸管。如图2中显示的那样，晶闸管100’的阳极金属化物116’、p掺杂阳极层112’、n-掺杂基极层110’和p掺杂基极层108’全部都由辅助晶闸管120和主要晶闸管126共用。辅助晶闸管120包括被称为辅助门极金属化物130的门极金属化物，它在辅助晶闸管120的区中接触p掺杂基极层108’。辅助晶闸管120还包括被称为辅助n+掺杂发射极层122的n+掺杂发射极层。辅助n+掺杂发射极层122由被称为辅助阴极金属化物124的辅助晶闸管120的阴极金属化物接触。辅助阴极金属化物124在内部连接到主要晶闸管126的门极金属化物，它被称为主要门极金属化物118。主要门极金属化物118在主要晶闸管126的区中接触下面的p掺杂基极层108’。主要晶闸管126的区中的p掺杂基极层108’和主要门极金属化物118之间的接触区再次被称为门极区。优选地，单个邻接金属化物用作辅助阴极金属化物124和主要门极金属化物118两者。n+掺杂发射极层106包括在主要晶闸管126中且由主要晶闸管126的阴极金属化物114接触，其中，n+掺杂发射极层106和主要晶闸管126的区中的阴极金属化物114之间的接触区再次被称为阴极区。典型地，不可从晶闸管100’的外部接近辅助阴极金属化物124，即，不存在允许从外部直接电连接到辅助阴极金属化物124的接线端。可通过对装置的中心处的小门极区应用较适度的电流来恰当地触发小面积装置。对于具有类似门极设计的大面积装置，将需要大得多的电流。为了改进大面积装置的接通行为，从WO2011/161097A2中了解到在整个晶闸管区域上分配辅助晶闸管结构，从而使散布传导区在接通期间加速。这与简单的中心-门极结构相比，减小了接通损耗，而且允许有更高的di/dt额定值。对于高功率应用，基于具有例如4或5英寸的直径的圆形半导体晶片，已经开发出了晶闸管。但是，高级晶闸管应用需要基于例如6英寸晶片的甚至更大的晶闸管设计。已经观察到对于这种大晶闸管设计，只是简单地按比例放大之前的较小晶闸管设计可能是不够的。随着晶闸管直径增大，另外的效应可影响晶闸管工作。例如，可能无法通过按比例缩放晶闸管的尺寸来简单地实现用于较高标称电流的、在晶闸管工作期间具有同等正向阻断能力或接通特性和冷却特性的较大的晶闸管。上面描述的具有图2中显示的均匀地掺杂n+的阴极发射极层106的晶闸管100’可对具有可引起所谓的动态电压触发的正电压变化率dV/dt的瞬变非常敏感，动态电压触发是由在n-掺杂基极层110’中的耗尽层积聚期间出现的充电电流所引起，耗尽层因而形成漂移区。所述充电电流在由晶闸管100’的发射极层、基极层和漂移层形成的局部晶体管中放大。在不显著地妨碍正向特性的情况下，这种不利情况可通过将多个离散发射极短路部128分布在阴极区上而得到缓解。发射极短路部128的主要目的是允许去除在晶闸管100’的正向阻断状态期间出现并且可导致晶闸管意外接通的泄漏电流。发射极短路部128由阴极发射极层106中的小通孔或通道形成，p掺杂基极层108通过小通孔或通道可到达被图3中显示的阴极金属化物114金属化的阴极侧表面102。因而形成的阴极侧102上未掺杂n+的p掺杂区有时也被称为阴极发射极短路部或阴极短路部，因为它们可使阴极结短路。发射极短路部128可在p掺杂基极层108’和n+掺杂阴极发射极层106之间的结上形成欧姆短路，并且可以低电流密度传导大部分电流，即，可在需要正向阻断的所有阶段中传导电流。从EP0002840A1中了解到因为将点火(fire)锋面(front)从阴极发射极区的边缘重新定位到内部阴极发射极区域而展现改进的最大电流上升速率的晶闸管。通过以下方式来实现这个重新定位：将阳极区的掺杂较轻微部设置在晶闸管门极和阴极发射极边缘的下面，以及将较高阳极区掺杂部设置在相反处且在阴极边缘的外面，同时不对阳极区的轻微掺杂区域应用阳极电极金属涂层。晶闸管利用阴极发射极短路环，阴极发射极短路环布置成使得在晶闸管触发时出现的点火锋面在阴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶闸管装置(200)，包括：半导体晶片(301；501)，其具有第一主侧(202)和与所述第一主侧(202)相反的第二主侧(204)；第一电极层(214)，其布置在所述第一主侧(202)上；第二电极层(218)，其布置在所述第一主侧(202)上且与所述第一电极层(214)电隔离；第三电极层(216)，其布置在所述第二主侧(204)上；其中，所述半导体晶片(301；501)包括以下层：第一导电率类型的第一发射极层(206)，所述第一发射极层(206)与所述第一电极层(214)处于电接触；不同于所述第一导电率类型的第二导电率类型的第一基极层(208)，其中，所述第一基极层(208)与所述第二电极层(218)处于电接触，以及其中，所述第一基极层(208)和所述第一发射极层(206)形成第一p‑n结；所述第一导电率类型的第二基极层(210)，所述第二基极层(210)和所述第一基极层(208)形成第二p‑n结；所述第二导电率类型的第二发射极层(212)，其中，所述第二发射极层(212)与所述第三电极层(216)处于电接触，以及其中，所述第二发射极层(212)和所述第二基极层(210)形成第三p‑n结，其中，所述晶闸管装置(200)包括多个离散发射极短路部(228)，各个发射极短路部(228)穿过所述第一发射极层(206)，以使所述第一基极层(208)与所述第一电极层(214)电连接，其中，在平行于所述第一主侧(202)的平面上的正交投影中，由所述第一电极层(214)与所述第一发射极层(206)和所述发射极短路部(228)的电接触部覆盖的接触区域包括呈巷道(350A‑350F；550A‑550F)的形状的区域，在其中未布置发射极短路部(228)，其特征在于所述巷道(350A‑350F；550A‑550F)的宽度是在所述接触区域中彼此挨着的发射极短路部(228)的中心之间的平均距离的至少两倍，以及所述巷道(350A‑350F；550A‑550F)是弯曲的。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.29 EP 15169806.51.一种晶闸管装置(200)，包括：半导体晶片(301；501)，其具有第一主侧(202)和与所述第一主侧(202)相反的第二主侧(204)；第一电极层(214)，其布置在所述第一主侧(202)上；第二电极层(218)，其布置在所述第一主侧(202)上且与所述第一电极层(214)电隔离；第三电极层(216)，其布置在所述第二主侧(204)上；其中，所述半导体晶片(301；501)包括以下层：第一导电率类型的第一发射极层(206)，所述第一发射极层(206)与所述第一电极层(214)处于电接触；不同于所述第一导电率类型的第二导电率类型的第一基极层(208)，其中，所述第一基极层(208)与所述第二电极层(218)处于电接触，以及其中，所述第一基极层(208)和所述第一发射极层(206)形成第一p-n结；所述第一导电率类型的第二基极层(210)，所述第二基极层(210)和所述第一基极层(208)形成第二p-n结；所述第二导电率类型的第二发射极层(212)，其中，所述第二发射极层(212)与所述第三电极层(216)处于电接触，以及其中，所述第二发射极层(212)和所述第二基极层(210)形成第三p-n结，其中，所述晶闸管装置(200)包括多个离散发射极短路部(228)，各个发射极短路部(228)穿过所述第一发射极层(206)，以使所述第一基极层(208)与所述第一电极层(214)电连接，其中，在平行于所述第一主侧(202)的平面上的正交投影中，由所述第一电极层(214)与所述第一发射极层(206)和所述发射极短路部(228)的电接触部覆盖的接触区域包括呈巷道(350A-350F；550A-550F)的形状的区域，在其中未布置发射极短路部(228)，其特征在于所述巷道(350A-350F；550A-550F)的宽度是在所述接触区域中彼此挨着的发射极短路部(228)的中心之间的平均距离的至少两倍，以及所述巷道(350A-350F；550A-550F)是弯曲的。2.根据权利要求1所述的晶闸管装置(200)，其特征在于，在平行于所述第一主侧(202)的平面上的正交投影中，所述巷道(350A-350F；550A-550F)沿远离所述第二电极层(218)的方向从所述接触区域的邻近所述第二电极层(218)的边缘延伸。3.根据权利要求1或2所述的晶闸管装置(200)，其特征在于，所述巷道分叉成两个或更多个子巷道。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：M贝里尼，J沃贝克，P科姆明，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH