门极可关断晶闸管及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种双门极可关断晶闸管，包括自下而上依次形成的第一导电类型的第一基区、第二导电类型的第二基区、第一导电类型的第三基区和第二导电类型的第四基区，以及还包括形成在第一基区下表面的阳极金属、形成在第四基区上表面的阴极金属，第二基区被配置为曝露出相对两端的上表面，第三基区被配置为曝露出相对两端的上表面，在第二基区的曝露出的相对两端的上表面分别设置有第一门极金属，在第三基区的曝露出的相对两端的上表面分别设置有第二门极金属。还公开的一种双门极可关断晶闸管的制造方法。其结构上有两组门极金属端和阴极金属、阳极金属，具有关断时间短、拖尾电流小、关断功耗低、工作频率高等显著优点。

Gate Turnable Thyristor and Its Manufacturing Method

The invention discloses a double-gate turnoff thyristor, which comprises the first base region of the first conductive type, the second base region of the second conductive type, the third base region of the first conductive type and the fourth base region of the second conductive type formed in turn from bottom to top, and also includes the anode metal formed on the lower surface of the first base region, the cathode metal formed on the upper surface of the fourth base region, and the second base region. The third base area is arranged to expose the upper surface of the relative two ends. The upper surface of the exposed relative two ends of the second base area is respectively provided with the first gate metal, and the upper surface of the exposed relative two ends of the third base area is respectively provided with the second gate metal. The invention also discloses a manufacturing method of a double gate pole switchable thyristor. Its structure has two groups of gate metal ends, cathode metal and anode metal. It has the advantages of short turn-off time, small tail current, low turn-off power consumption and high working frequency.

【技术实现步骤摘要】
门极可关断晶闸管及其制造方法
本专利技术涉及半导体分立器件
，尤其涉及一种门极可关断晶闸管及其制造方法。
技术介绍
门极可关断晶闸管(简称GTO)的基本结构与普通晶闸管结构相似，它是由P1N1P2N2四层半导体层组成的三结(J1、J2、J3)三端(阳极、阴极、门极)器件，GTO有着分立的门极-阴极结构，其阴极无短路点。它具有普通晶闸管的所有特性，但普通晶闸管只能用正的门极信号使其触发导通，而门极可关断晶闸管可以通过施加的正的或负的门极信号，既能实现开通又能实现关断。门极可关断晶闸管的关断过程是，当晶闸管导通持续一定时间后，在门极加上一负的脉冲信号时，靠近门极边缘的P2基区的载流子空穴不断从门极抽走，使得此处的J3结变成反偏，N2P2N1晶体管从而首先关断，而阴极下方的J2结中央区域仍处于正偏，随后导通区不断从边缘向中心区压缩，直至导通压缩成一个很窄的区域，其阳极电流不变，但电流密度很高。随着门极电流的不断抽取，P2基区有足够多的电荷被抽走，当存储电荷减少到维持导通所需的数量以下时，正反馈不能维持，阳极电流开始下降，直到内部过剩载流子完全流失后才彻底关断，GTO恢复到关断状态。整个关断过程分为存储器、下降期和拖尾期，其中拖尾期一般占整个关断过程的60％以上。目前常规的可关断晶闸管由于受器件结构和制造工艺的技术限制，其关断时间过长，导致工作频率不高，不能满足现在市场的需求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种的关断时间短的双门极可关断晶闸管及其制造方法。本专利技术采用的技术手段如下：一种双门极可关断晶闸管，包括自下而上依次形成的第一导电类型的第一基区、第二导电类型的第二基区、第一导电类型的第三基区和第二导电类型的第四基区，以及还包括形成在所述第一基区下表面的阳极金属、形成在所述第四基区上表面的阴极金属，所述第二基区被配置为曝露出相对两端的上表面，所述第三基区被配置为曝露出相对两端的上表面，在所述第二基区的曝露出的相对两端的上表面分别设置有第一门极金属，在所述第三基区的曝露出的相对两端的上表面分别设置有第二门极金属。本专利技术的双门极可关断晶闸管具有两组门极，第二门极金属靠近阴极一侧，第一门极金属靠近阳极一侧。当第一门极金属相对于阳极加正电压时，阳极的注入效率会降低，同时存储在第二基区的过剩电荷电子可以通过第一门极金属被抽取出来。当第一门极金属加一个正的电流脉冲后，再向第二门极金属施加一个负的电流脉冲，就可以使双门极可关断晶闸管关断。由于同时存在两组门极，使得门极可关断晶闸管内部存储的载流子减少的特别快，因此拖尾电流会显著下降，同时拖尾时间也会大大缩短，工作频率也得到了提高。另外本专利技术还提供一种双门极可关断晶闸管的制造方法，至少包括以下步骤：在第二导电类型的第二基区的下表面生长出第一导电类型的第一基区，在所述第二基区的上表面生长出第一导电类型的第三基区，在所述第三基区的上表面生长出第二导电类型的第四基区；将所述第四基区相对的两端刻蚀掉，曝露出所述第三基区相对两端的上表面，将所述第三基区的曝露部分相对的两端刻蚀掉，曝露出所述第二基区相对两端的上表面，保留部分所述第三基区的曝露部分；在所述第四基区的上表面制作阴极金属，在所述第一基区的小表面制作阳极金属，在所述第二基区曝露的两端的上表面分别制作第一门极金属，在所述第三基区曝露的两端的上表面分别制作第二门极金属。本专利技术的双门极可关断晶闸管的制造方法，设置了两组门极，第二门极金属靠近阴极一侧，第一门极金属靠近阳极一侧。当第一门极金属相对于阳极加正电压时，阳极的注入效率会降低，同时存储在第二基区的过剩电荷电子可以通过第一门极金属被抽取出来。当第一门极金属加一个正的电流脉冲后，再向第二门极金属施加一个负的电流脉冲，就可以使双门极可关断晶闸管关断。由于同时存在两组门极，使得门极可关断晶闸管内部存储的载流子减少的特别快，因此拖尾电流会显著下降，同时拖尾时间也会大大缩短，工作频率也得到了提高。附图说明图1至图9为本专利技术实施例中所提供的双门极可关断晶闸管的制造方法各个步骤的示意图。其中：第一基区1；第二基区2；第三基区3；第四基区4；阳极金属5；阴极金属6；第一门极金属7；第二门极金属8；第一侧墙9；第二侧墙10；第五基区11。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。本专利技术的一方面提供一种双门极可关断晶闸管，如图9所示，包括自下而上依次形成的第一导电类型的第一基区1、第二导电类型的第二基区2、第一导电类型的第三基区3和第二导电类型的第四基区4，以及还包括形成在所述第一基区1下表面的阳极金属5、形成在所述第四基区4上表面的阴极金属6，所述第二基区2被配置为曝露出相对两端的上表面，所述第三基区3被配置为曝露出相对两端的上表面，在所述第二基区2的曝露出的相对两端的上表面分别设置有第一门极金属7，在所述第三基区3的曝露出的相对两端的上表面分别设置有第二门极金属8。本专利技术的双门极可关断晶闸管具有两组门极，第二门极金属8靠近阴极一侧，第一门极金属7靠近阳极一侧。当第一门极金属7相对于阳极加正电压时，阳极的注入效率会降低，同时存储在第二基区2的过剩电荷电子可以通过第一门极金属7被抽取出来。当第一门极金属7加一个正的电流脉冲后，再向第二门极金属8施加一个负的电流脉冲，就可以使双门极可关断晶闸管关断。由于同时存在两组门极，使得门极可关断晶闸管内部存储的载流子减少的特别快，因此拖尾电流会显著下降，同时拖尾时间也会大大缩短，工作频率也得到了提高。另外本专利技术通过两次对第四基区4和第三基区3刻蚀，将两组门极的金属引出做在了不同平面，使得两组门极与第三基区3和第二基区2分别直接相连，降低了门极引出侧的体电阻，使得两组门极金属在施加信号时，可以有更快的响应速度。采用本专利技术的双门极金属，关断功耗也可降低到相同电压和电流容量的单门极的20％以下。同时采用本专利技术的双门极，可以使得工作电压在8KV的门极可关断晶闸管工作频率提高到1KHz以上。本专利技术的门极可关断晶闸管采用双门极，其两组门极和阴极金属6都在第四基区4的上表面，封装时可以通过焊线分别引出；而第一基区1的下表面整体是阳极，封装时便于使用金属框架，直接整面引出。因此具有封装工艺加工难度低，更加适合生产的特点。所述第一导电类型为P型导电类型材料，所述第二导电类型为N型导电类型材料。具体的，第一基区1采用向第二基区2的下表面正面注入硼元素，然后进入炉管进行推结扩散形成，注入剂量为3E12CM-2～4E12CM-2，注入能量为120KeV。炉管的温度为1150℃，热推进时间为120分钟，气氛环境为纯氮气。而第三基区3是在第二基区2的上表面进行P型外延生长形成的。第三基区3外延生长过程掺入杂质为硼，外延生长温度为1160±3℃，电阻率为20±2Ω*cm，厚度为8μm。而第四基区4是在第三基区3的上表面向内进行N型导电材料的整面注入，然后进行热扩散形成的。其中向第三基区3上表面向内注入的是磷元素，注入剂量为1E14CM-2～3E14CM-2，注入能量为100KeV，注入角度为7°。作为优选，热扩散条件为在980℃的环境下，进行60分钟的退火，使得N2区结深达到2μm。所述第一门极金属7与所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双门极可关断晶闸管，包括自下而上依次形成的第一导电类型的第一基区、第二导电类型的第二基区、第一导电类型的第三基区和第二导电类型的第四基区，以及还包括形成在所述第一基区下表面的阳极金属、形成在所述第四基区上表面的阴极金属，其特征在于，所述第二基区被配置为曝露出相对两端的上表面，所述第三基区被配置为曝露出相对两端的上表面，在所述第二基区的曝露出的相对两端的上表面分别设置有第一门极金属，在所述第三基区的曝露出的相对两端的上表面分别设置有第二门极金属。

【技术特征摘要】
1.一种双门极可关断晶闸管，包括自下而上依次形成的第一导电类型的第一基区、第二导电类型的第二基区、第一导电类型的第三基区和第二导电类型的第四基区，以及还包括形成在所述第一基区下表面的阳极金属、形成在所述第四基区上表面的阴极金属，其特征在于，所述第二基区被配置为曝露出相对两端的上表面，所述第三基区被配置为曝露出相对两端的上表面，在所述第二基区的曝露出的相对两端的上表面分别设置有第一门极金属，在所述第三基区的曝露出的相对两端的上表面分别设置有第二门极金属。2.根据权利要求1所述的双门极可关断晶闸管，其特征在于，所述第一导电类型为P型导电类型材料，所述第二导电类型为N型导电类型材料。3.根据权利要求1所述的双门极可关断晶闸管，其特征在于，所述第一门极金属与所述第三基区之间设有第一侧墙，所述第二门极金属与所述第四基区之间设有第二侧墙。4.根据权利要求3所述的双门极可关断晶闸管，其特征在于，所述第一侧墙和所述第二侧墙的材料选自正硅酸乙酯。5.根据权利要求1所述的双门极可关断晶闸管，其特征在于，所述第一基区的下表面与所述阳极金属之间还形成有重掺杂的第一导电类型的第五基区。6.根据权利要求5所述的双门极可关断晶闸管，其特征在于，所述第五基区采用注入氟化硼形成，注入氟化硼的注入剂量为5E15CM-2，注入能量为50KeV。7.一种双门极可关断晶闸管的制造方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：泉州臻美智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35