非对称晶闸管的阳极侧的短路结构制造技术

本发明专利技术的晶闸管在阳极（１）和阴极（２）间的半导体衬底（３）中包含一个由一个Ｎ型发射层（４）、一个Ｐ型基层（５），一个Ｎ型基层（６）和一个Ｐ型发射层（７）所组成的层系。Ｐ型发射层（７）被阳极短路区（８）分割，并因而被分成区段。另外，阳极短路区（８）将Ｎ型基区（６）同阳极（１）短路。在阳极短路区（８）和Ｐ型发射区层（７）之间布置一个Ｐ型阻挡层（９），又称Ｐ型软层。按照本发明专利技术，此阻挡层（９）具有空白区（１２），在此空白区中，Ｎ型基区（６）要么直接地，要么经过短路区（８），与阳极（１）接触。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体电力电子学领域。它是关于权力要求1的前绪所述的一种晶闸管。这种类型的晶闸管在欧洲专利申请EP0 327 901AL中已经公开。它涉及一种非对称阻断型晶闸管，也就是只有正向阻断及正向导通工作状态的晶闸管。反向阻断状态不要求具备，而必要的反向导通状态是通过一只单独的或与晶闸管集成一体的二极管来实现。这种非对称阻断型元件由于没有反向阻断能力而增加了一些设计上的自由度，这些自由度使其它的优化成为可能。可进行的重要改进是a)为设计更薄的晶片引入一截止层。b)为改善动态特性而引入一阳极侧的短路结构。两种措施有很大的改进潜力，截止层主要在甚高压(如3千伏)场合有潜力，阳极侧的短路结构主要在大功率可关断元件即所谓的GTO元件中有潜力，因为在这种元件中载流子从阳极侧的区域排走变得容易，因而收尾电流减小。然而，两种措施在接通过程中以及在导通状态中也有缺陷，因为阳极侧的发射极的作用会受到影响。截止层带来的这种影响是很弱的和逐渐进行的；短路结构带来的这种影响是很大的，原因是产生了一个实际的触发门限。两种措施的在同一元件中的结合会产生最强的对触发的抑制作用。有趣的是，这种相互矛盾的对触发和断开过程优化的影响不仅表现在阳极短路结构的采用上，而且表现这种短路结构的设计上断开性能的优化要求尽可能精细的网状短路结构，其中发射区和短路区在整个元件的有效平面上尽可能均匀地分布，而可触发性在某种程度上受到损害，以致于最小的发射极宽度被缩小。因而，传统的短路的阳极结构的设计是一个优化问题，优化的目标是对断开特性产生尽可能有利的影响，而同时又不以被规范禁止的或控制设备无法控制的方式降低元件的易触发性。短路作用对断开过程特别是在N型基区的高注入情形下具有决定性意义，而阳极的发射极的性能在低注入到中注入的情形下对可触发性超重要作用。在所提到的申请EP0 327 901AL中，试图把其它的低掺杂浓度的结构布置在实际的发射极结构之前，如同这种低掺杂浓度的结构在高注入情形下起作用一样；这种低掺杂浓度的结构对低注入情形下的特性有显著的影响。为达到此目的，在阳极短路结构之前布置一层低掺杂浓度的P型阻挡层。这种作法的结果是短路的阳极的典型触发门限实际上变得不起作用，该触发门限是一个限定的电流密度，达到或超过此电流密度会导致空穴从阳极发射。因而，元件在一般情况下容易触发。这些措施还有不利的副作用一在不含阴极侧的短路结构的GTO元件中，采用低掺杂浓度的阻挡层使阳极侧限定的触发门限失效，也就是说，元件特别是在高温度下变得容易触发，以至于耐压强度(dV/dt—耐压强度)可能受到破坏。—一个全平面的阻挡层增加了元件的泄漏电流。—这个阻挡层导致了实际上不确定的反向电压特性，因为增加的P-N结具有一定的阻挡作用，而且会被限定性差的电压所击穿。本专利技术的目的是提供一种晶闸管，它在高温度下仍具有足够的耐压强度，而且避开了上面提到的缺点。特别重要的是，本专利技术的晶闸管在具备良好的可触发性同时，还具备良好的短路效果。这一目的是靠权力要求第一条所述的特征来实现的。本专利技术的实质因而是采用横向的阻挡层结构将阳极短路结构的和阻挡层的作用在较大程度上分开。这种做法既消除了上面提到的缺点又限定了一个新的触发门限，该触发门限同断开过程的短路效果没有直接联系。为此目的，阻挡层包含了空白区，在此空白区内N型基区直接地或通过一个阳极短路区与阳极接触。在一个实施例中，一连续的N型截止层被加在P型阻挡层之前。空白区特别之处是它呈条形或孔形。其它的实施例由所附的相应的权力要求给出。下面借助于实施例并结合附图对本专利技术做更详细的解释。其中，附图说明图1是本专利技术的晶闸管的截面图；图2是增加了一截止层的本专利技术的晶闸管的变体的截面图；图3和图4是本专利技术的晶闸管的其它的截面图；以及图5和图6是本专利技术的P型阻挡层的示意性俯视图。附图中采用的符号及其含义集中列在符号表中。这些图中相同的部分基本上都采用相同的标号。传统的短路的阳极结构的特点是短路区直接(没有经过半导体结)与N型基区连接。很明显，在小电流密度情况下，载流子避开P-N结的势垒进入P+型发射极，从而直接流入短路区，这样使阳极在开始时不会有空穴注入而且晶闸管没有截止，而只作为一种NPN型晶体管而导通。只有在发射区之前有足够大的横向电流，才会出现一个触发门限，空穴的注入所需的压降达到超过此门限，就会产生双极导通状态。用描述两个晶体管的等效电路图的术语阐述就是达到或超过此触发门限时，PNP型晶体管就会具有不等于零的电流放大倍数α(基极接地电路)。电流密度增大时，这一α值(PNP型)也较快地增大，趋向一饱和值；此饱和值本身主要由发射极与整个阳极的面积比率来决定，而几乎不依赖于结构的精细度。因而，这一理论表明采用合适的阳极短路结构在一定范围内可相互独立地调节两个对电气性能起重要作用的参数a)一个门限电流密度，达到或超过此电流密度时，开始由阳极注入空穴，和b)一个α(PNP型)的饱和值，此值在高注入情形下也不会被超出。在带前置的、掺杂浓度相对较低的P型阻挡层(在下文也称为P型软层)的结构中，正如在专利申请EP0 327 901AL中揭示的那样，N型基区内的横向电流的产生在很大程度上受到阻碍。因而，触发门限变得无效。然而，在P型软层的浓度未达到足够大，其本身不能导致横向电流出现或不能向N型基区注入时，位于P型软层后面的发射极结构和短路结构的面积比率将对高注入情形起决定作用。这样，短路对开关特性产生的有利作用将继续在几乎同样程度上得到保证。或者按照专利申请EP0 327 901AL的思想，将阳极短路结构设计成明显地更精细一些，使它在断开过程发挥作用，而不再顾及元件的易触发性的要求。另一方面，采用P型阻挡层带有前文所述的缺陷，这将利用本专利技术按下述方式克服。图1表示了本专利技术的一个实施例。图中画出了具有一致的横向结构的P型阻挡层(9)，其中，在这一简单的例子中，位于同一平面上的两个结构都具有最小的尺寸。传统的发射极结构(7)是通过参数W1和P1来确定其特征的，而P型软阻挡层(9)具有类似的但取值更大的参数W2和P2。重要的是，在这一简单的情形下，P2是P1的数倍，而且栅网2中的短路区与栅网1中的短路区相重叠。可以看出，在这种结构中，(除了N型基区的导电性之外，)W2作为P型软结构(9)的宽度，如同GTO元件的P型发射区的宽度一样，按照技术发展水平限定了触发门限。因而，能继续产生一个由结构所限定的触发门限，同时不使真正的发射极变得粗糙或失效。同样清楚的是这种双结构由于其相互重叠的短路区(8)的原因不存在寄生性反向阻断能力，而且元件中的小的反向电流同样无阻碍地进入短路区(8)并因此不再通过PNP型晶体管被放大。因而，开头所提到的传统的P型阻挡层(9)的缺陷都被消除了。因此，本专利技术的晶闸管在阳极(1)和阴极(2)之间的衬底(3)中包含一个层系，它由一个N型发射层(4)、一个P型基层(5)、一个N型基层(6)和一个P型发射层(7)构成。P型发射层(7)被阳极短路区(8)分割，因而分成区段。此外，阳极短路区(8)将N型基层(6)与阳极(1)短路。在阳极短路区(8)和P型发射层(7)之间布置了一个P型阻挡层(9)，也称为P型软层。按照本专利技术，这些P型阻挡层(9)本文档来自技高网...

【技术保护点】
带有一个阳极（１）和一个阴极（２）的可断开的、非对称阻断型晶闸管，它包括ａ）在阳极（１）和阴极（２）之间的半导体衬底（３）中的由一个Ｎ型发层射（４）、一个Ｐ型基层（５）、一个Ｎ型基层（６）和一个Ｐ型发射层（７）所组成的层系，其中ｂ） Ｐ型发射区（７）被阳极短路区（８）分割；以及ｃ）在阳极短路（８）之间或在Ｐ型发射层（７）之间布置了一个阻挡层（９），其特征在于ｄ）Ｐ型阻挡层（９）具有空白区（１２），在此空白区内Ｎ型基区（６）直接地或经过阳极短区（８）与阳极（１ ）接触。

【技术特征摘要】
DE 1994-6-10 P4420252.01.带有一个阳极(1)和一个阴极(2)的可断开的、非对称阻断型晶闸管，它包括a)在阳极(1)和阴极(2)之间的半导体衬底(3)中的由一个N型发层射(4)、一个P型基层(5)、一个N型基层(6)和一个P型发射层(7)所组成的层系，其中b)P型发射区(7)被阳极短路区(8)分割；以及c)在阳极短路(8)之间或在P型发射层(7)之间布置了一个阻挡层(9)，其特征在于d)P型阻挡层(9)具有空白区(12)，在此空白区内N型基区(6)直接地或经过阳极短区(8)与阳极(1)接触。2.权...

【专利技术属性】
技术研发人员：P施特赖特，
申请(专利权)人：亚瑞亚勃朗勃威力有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]