[发明专利]一种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件及制备方法

说明书

技术领域

 本发明属于电力半导体器件技术领域，具体涉及一种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件，本发明还涉及该种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件的制备方法。

背景技术

门极换流晶闸管（GCT）是一种新型的电力半导体器件，它是在门极可关断晶闸管（GTO）的基础上开发而来的。逆导型GCT（RC-GCT）将非对称GCT（A-GCT）与PIN二极管反并联地集成在一个芯片上，其中增加了透明阳极和缓冲层，使器件正、反向都有导通的能力。整个器件采用一个管壳封装，并通过印刷电路板将器件与其门极驱动电路有机地组装在一起，形成集成门极换流晶闸管（IGCT）。它通过“硬驱动”电路实现器件的开通和关断。与相应的组件相比，IGCT结构更加紧凑、体积和引线电感更小。因此，综合性能和可靠性更高，是目前电力半导体器件中的一个很有发展前途的器件，可很好地满足电力电子技术快速发展对新型电力半导体器件提出的大容量、低损耗、高可靠性及集成化等要求，有广泛的应用前景。

常规的RC-GCT器件在A-GCT与PIN二极管之间采用pnp结隔离或沟槽隔离。当采用pnp结隔离时，虽然隔离效果很好，但由于pnp结构通常需要采用深p型的杂质进行选择性的扩散来实现，导致工艺难度大大增加。而且pnp结构存在结的弯曲，导致主阻断结（J₂）的击穿电压下降。当采用沟槽隔离时，虽然避免了主阻断结的弯曲效应，使得阻断电压得以提高，但为了达到较好的隔离效果，常需较宽的沟槽，这会导致门-阴极（J₃）结的反向漏电流很大，同时宽沟槽占用的芯片面积也较大，使器件的有效面积减小，不利于散热。此外，为了提高RC-GCT换相的可靠性，通常需要采用少子寿命控制技术来改善其PIN二极管的反向恢复特性。所以，上述这些原因都使现有RC-GCT器件的开发受到很大限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件，解决了现有的RC-GCT器件制作工艺难度大、成本高的问题，既具有可靠性的换向特性，又省去对于PIN二极管的少子寿命控制要求。

本发明的另一目的是提供一种上述pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件，整个器件以n-区为衬底，以器件上方隔离沟槽的中心线为轴、器件下方p+透明阳极区和n+阴极区Ⅰ边界为轴纵向将器件区分为A-GCT部分和PIN二极管部分，

所述A-GCT部分的结构是，n-区向上依次设置有波状p基区和p+基区；该p+基区中间段上表面，与波状p基区的波峰对应位置设置有A-GCT的n+阴极区，该n+阴极区上表面是阴极铝电极K；该n+阴极区两侧的p+基区上表面各设置有门极铝电极G；n-区向下设置有n缓冲层，n缓冲层的下方为A-GCT部分的p+透明阳极区；

所述的PIN二极管部分结构是，n-区向上依次设置有p基区和p+基区，p+基区上表面设置有阴极铝电极K；n-区向下设置有n缓冲层，n缓冲层的下方并排设置有PIN二极管n+阴极区Ⅰ、p+短路区和PIN二极管n+阴极区Ⅱ，PIN二极管n+阴极区Ⅰ和PIN二极管n+阴极区Ⅱ的厚度大于中间的p+短路区，PIN二极管n+阴极区Ⅰ与A-GCT的p+透明阳极区邻接，PIN二极管n+阴极区Ⅰ、p+短路区和PIN二极管n+阴极区Ⅱ的下方均与A-GCT部分的p+透明阳极区的下方设置有共同的阳极铝电极A；

所述隔离沟槽伸入p基区，与p基区的一个波峰相接。

本发明所采用的另一技术方案是，一种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件的制备方法，按照以下步骤具体实施：

步骤1、选用原始的高阻区熔中照硅单晶作为n-区；

步骤2、硅片清洗后腐蚀减薄，利用三氯氧磷源两步扩散实现n-区的上下表面的n区，并磨去n-区上表面的n区；

步骤3、采用干氧-湿氧-干氧交替氧化形成掩蔽膜，在磨去n区的n-区上表面进行光刻，形成硼扩散窗口；然后利用饱和的三氧化二硼源进行选择性硼扩散，形成p⁺基区，并去掉整个器件表面上的氧化层；