门极可关断晶闸管及其制作方法技术

本发明专利技术公开一种门极可关断晶闸管，其包括：衬底；位于衬底的上表面的外延层；贯穿外延层且底部延伸至衬底内的隔离沟槽，隔离沟槽将外延层分隔为第一区域和第二区域；填充在隔离沟槽内的隔离层；位于第一区域的第一注入区；位于第二区域的第二注入区；位于第二注入区的上表面的掺杂第一导电类型杂质的掺杂多晶硅层；位于第一注入区的上表面的阳极金属和位于第二注入区的上表面的门极金属；位于掺杂多晶硅层的上表面的阴极金属。本发明专利技术还公开该门极可关断晶闸管的制作方法。本发明专利技术所述门极可关断晶闸管具有关断拖尾电流小、关断功耗更低的特点，同时其门极、阳极、阴极三端均位于同一面，特别便于与其它电路进行工艺集成。

Gate Turnable Thyristor and Its Fabrication Method

The invention discloses a gate-turn-off thyristor, which comprises: a substrate; an epitaxial layer on the upper surface of the substrate; an isolation groove extending through the epitaxy layer and the bottom to the substrate, which divides the epitaxy layer into the first region and the second region; an isolation layer filled in the isolation groove; a first injection region located in the first region; and a second injection region located in the second region. The doped polycrystalline silicon layer doped with the first conductive impurity on the upper surface of the second injection region; the anode metal on the upper surface of the first injection region and the gate metal on the upper surface of the second injection region; and the cathode metal on the upper surface of the doped polycrystalline silicon layer. The invention also discloses a manufacturing method of the gate turnable thyristor. The gate-closable thyristor of the invention has the characteristics of small tail current and lower power consumption, and its gate, anode and cathode are all located on the same side, which is especially convenient for process integration with other circuits.

【技术实现步骤摘要】
门极可关断晶闸管及其制作方法
本专利技术涉及半导体
，尤其是一种门极可关断晶闸管及其制作方法。
技术介绍
门极可关断晶闸管(Gate-Turn-OffThyristor，简称GTO)的基本结构是由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，请参见图1，它的门极和阴极均独立存在。其四层结构可以等效为P1N1P2晶体管和N2P2N1晶体管的耦合，这两个晶体管的电流放大系数分别用β1和β2表示。当β1+β2>1时，门极可关断晶闸管导通，通常N2P2N1晶体管处于临界饱和状态，门极可关断晶闸管也处于浅饱和导通状态，此时β1+β2≈1.05，因而可以用负门极电流去关断阳极电流。而普通晶闸管导通时，N2P2N1晶体管处于深饱和状态，两个晶体管的电流放大系数和为：β1+β2≈1.15，故很难用负门极电流区关断阳极电流。传统门极可关断晶闸管的电压容量和反偏安全工作区受器件结构和工艺的限制，无法满足电力电子领域更高的需求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是降低门极可关断晶闸管的关断功耗，改善反偏安全工作区，同时便于与其它电路进行工艺集成。为解决上述技术问题，本专利技术采用下述技术方案：该门极可关断晶闸管包括：第一导电类型的衬底；位于所述衬底的上表面的第二导电类型的外延层；贯穿所述外延层且底部延伸至所述衬底内的隔离沟槽，所述隔离沟槽将所述外延层分隔为第一区域和第二区域；填充在所述隔离沟槽内的隔离层；位于所述第一区域的第二导电类型的第一注入区；位于所述第二区域的第二导电类型的第二注入区；位于所述第二注入区的上表面且掺杂第一导电类型杂质的掺杂多晶硅层；位于所述第一注入区的上表面的阳极金属；位于所述第二注入区的上表面的门极金属；位于所述掺杂多晶硅层的上表面的阴极金属。相应地，本专利技术还提供一种该门极可关断晶闸管的制作方法，该门极可关断晶闸管的制作方法包括以下步骤：S1：提供第一导电类型的衬底；S2：在所述衬底的上表面生长第二导电类型的外延层；S3：从所述外延层的上表面对所述外延层整面注入第二导电类型的杂质，退火形成位于所述外延层内的第二导电类型的注入区；S4：刻蚀形成贯穿所述外延层且底部延伸至所述衬底内的隔离沟槽，所述隔离沟槽将所述外延层分隔为第一区域和第二区域，且将所述注入区分隔为第一注入区和第二注入区，所述第一注入区位于所述第一区域，所述第二注入区位于所述第二区域；在所述隔离沟槽内填充隔离层；S5：形成位于所述第二注入区的上表面且掺杂第一导电类型杂质的掺杂多晶硅层；S6：形成位于所述第一注入区的上表面的阳极金属、位于所述第二注入区的上表面的门极金属和位于所述掺杂多晶硅层的上表面的阴极金属。本专利技术提供的所述门极可关断晶闸管的阳极区为所述第一注入区，所述第一注入区通过注入形成，其厚度很薄，故电子很容易穿过，也叫做透明阳极，当所述门极可关断晶闸管关断时，电流下降速度快，由于所述衬底的电子直接从所述第一注入区穿出，不存在载流子复合导致的拖尾电流，故关断末期阳极电流无明显的拖尾，关断功耗更低；同时，本专利技术所述门极可关断晶闸管包括贯穿所述外延层且底部延伸至所述衬底内的隔离沟槽，所述隔离沟槽内填充有所述隔离层，从而实现了将所述门极金属、所述阳极金属和所述阴极金属三端均设置于所述外延层的上表面，因此特别便于与其它电路，如门极控制电路或CMOS电路等进行工艺集成；使用本专利技术，可以将原来两个独立封装的器件进行芯片级集成，降低了整个电路系统的体积，提高了集成度，有利于电力电子器件的小型化。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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是传统的门极可关断晶闸管的剖面结构示意图；图2是本专利技术提供的一实施例的门极可关断晶闸管的剖面结构示意图；图3是本专利技术提供的门极可关断晶闸管的制作方法的流程示意图；图4至图11是本专利技术提供的门极可关断晶闸管的形成过程的剖面结构示意图。附图标记说明：10：衬底；20：外延层；201：第一区域；202：第二区域；21：掺杂区；22：注入区；221：第一注入区；222：第二注入区；30：隔离沟槽；31：隔离层；40：掺杂多晶硅层；50：金属层；51：阳极金属；52：门极金属；53：阴极金属。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，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。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该专利技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，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专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。为方便后面的描述，特在此说明：本专利技术所述第一导电类型可以为N型，那么，所述第二导电类型为P型，反之，所述第一导电类型也可以为P型，相应的，所述第二导电类型为N型。在接下来的实施例中，均以所述第一导电类型为N型及所述第二导电类型为P型为例进行描述，但并不对此进行限定。请参阅图2，一种门极可关断晶闸管，其包括：第一导电类型的衬底10；位于所述衬底10的上表面的第二导电类型的外延层20；贯穿所述外延层20且底部延伸至所述衬底10内的隔离沟槽30，所述隔离沟槽30将所述外延层20分隔为第一区域201和第二区域202；填充在所述隔离沟槽30内的隔离层31；位于所述第一区域201的第二导电类型的第一注入区221；位于所述第二区域202的第二导电类型的第二注入区222；位于所述第二注入区222的上表面且掺杂第一导电类型杂质的掺杂多晶硅层40；位于所述第一注入区221的上表面的阳极金属51；位于所述第二注入区222的上表面的门极金属52；位于所述掺杂多晶硅层40的上表面的阴极金属53。本专利技术提供的所述门极可关断晶闸管的阳极区为所述第一注入区221，所述第一注入区221通过注入形成，其厚度很薄，故电子很容易穿过，也叫做透明阳极，当所述门极可关断晶闸管关断时，电流下降速度快，由于所述衬底10的电子直接从所述第一注入区221穿出，不存在载流子复合导致的拖尾电流，故关断末期阳极电流无明显的拖尾，关断功耗更低；同时，本专利技术所述门极可关断晶闸管包括贯穿所述外延层20且底部延伸至所述衬底10内的隔离沟槽30，所述隔离沟槽30内填充有所述隔离层31，从而实现了将所述门极金属52、所述阳极金属51和所述阴极金属53这三端均设置于所述外延层20的上表面，因此特别便于与其它电路，如门极控制电路或CMOS电路等进行工艺集成；使用本专利技术，可以将原来两个独立封装的器件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种门极可关断晶闸管，其特征在于，包括：第一导电类型的衬底；位于所述衬底的上表面的第二导电类型的外延层；贯穿所述外延层且底部延伸至所述衬底内的隔离沟槽，所述隔离沟槽将所述外延层分隔为第一区域和第二区域；填充在所述隔离沟槽内的隔离层；位于所述第一区域的第二导电类型的第一注入区；位于所述第二区域的第二导电类型的第二注入区；位于所述第二注入区的上表面且掺杂第一导电类型杂质的掺杂多晶硅层；位于所述第一注入区的上表面的阳极金属；位于所述第二注入区的上表面的门极金属；位于所述掺杂多晶硅层的上表面的阴极金属。

【技术特征摘要】
1.一种门极可关断晶闸管，其特征在于，包括：第一导电类型的衬底；位于所述衬底的上表面的第二导电类型的外延层；贯穿所述外延层且底部延伸至所述衬底内的隔离沟槽，所述隔离沟槽将所述外延层分隔为第一区域和第二区域；填充在所述隔离沟槽内的隔离层；位于所述第一区域的第二导电类型的第一注入区；位于所述第二区域的第二导电类型的第二注入区；位于所述第二注入区的上表面且掺杂第一导电类型杂质的掺杂多晶硅层；位于所述第一注入区的上表面的阳极金属；位于所述第二注入区的上表面的门极金属；位于所述掺杂多晶硅层的上表面的阴极金属。2.根据权利要求1所述的门极可关断晶闸管，其特征在于，所述门极可关断晶闸管还包括位于所述第一区域且位于所述第一注入区与所述衬底之间的第一导电类型的掺杂区，所述掺杂区的掺杂浓度高于所述衬底的掺杂浓度。3.根据权利要求1所述的门极可关断晶闸管，其特征在于，所述隔离层为二氧化硅层。4.根据权利要求1所述的门极可关断晶闸管，其特征在于，所述隔离沟槽的宽度为1～1.2μm，深度大于20μm。5.一种门极可关断晶闸管的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：提供第一导电类型的衬底；S2：在所述衬底的上表面生长第二导电类型的外延层；S3：从所述外延层的上表面对所述外延层整面注入第二导电类型的杂质，退火形成位于所述外延层内的第二导电类型的注入区；S4：刻蚀形成贯穿所述外延层且底部延伸至所述衬底内的隔离沟槽，所述隔离沟槽将所述外延层分隔为第一区域和第二区...

【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