[发明专利]一种提高GCT芯片安全工作区的横向非均匀电子辐照方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到大功率半导体器件领域，特指一种用来提高GCT芯片安全工作区的横向非均匀电子辐照方法，主要应用具有独立门极结构和环绕型分立梳条结构GCT芯片，同时也适用于具有类似结构GTO和ETO芯片电子辐照应用。

背景技术

高能粒子辐照技术是目前世界上普遍采用的大功率半导体器件的参数控制技术，其基本原理是通过具有足够大能量的高能粒子束照射半导体，高能粒子与半导体中的晶格原子发生弹性碰撞，使晶格原子产生位移，从而产生填隙原子—空穴对，对应这些缺陷生成的同时也在半导体的禁带中产生了相应的深能级，不同的高能粒子种类和能量，对应产生不同的深能级，从而实现了半导体器件不同电学参数的控制。

目前，用于大功率半导体器件辐照的射线或粒子主要有高能电子、γ射线、高能质子和快中子。其中，电子辐照是一种最常用的功率半导体辐照技术，通过控制电子辐照的剂量，实现对复合中心有效量的控制，其宏观表现为少子寿命的控制，进而实现对少子寿命相关的电学参数（如阻断电压、压降、漏电流、开通时间、关断时间等）的控制。

传统的大功率半导体器件电子辐照均采用均匀辐照的方式，即在半导体器件的内部电子辐照剂量是相同的（电子辐照相对于单一半导体衰减可以忽略），因此半导体器件的载流子寿命在芯片的各处是均匀控制的。随着半导体器件的发展，具有分立梳条式结构的全控型半导体器件出现，如GTO、GCT等，这些器件具有独立的门极结构（包括中心门极、环形门极或边缘门极）和环绕型分立梳条结构。以GCT为例，在GCT整体关断过程中，分立梳条与门极距离差异，会产生不同的分立梳条式关断时间的微小差异（微秒等级），而就在这微小的差异中GCT整体元件会产生电流的再分配，在远离门极的梳条会产生电流的集中，而导致GCT芯片的失效。随着使用电压的增高和GCT芯片尺寸的增加，GCT芯片的局部电流分配均匀性将成为影响IGCT安全工作区（SOA）的重要因素。

目前，对于全控型大功率半导体器件而言，增大安全工作区是其重要的发展方向。有从业者提出了针对IGCT安全工作区改进的方案，其中横向电流再分布和局部少子寿命控制技术是其两个重要的控制技术，而实际上由于实际工艺的差异性和芯片之间的非均匀性的存在，使实际IGCT器件批量化进行安全工作区的改进成为一个瓶颈。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、操作简便、通过两次辐照技术以实现GCT芯片局部少子寿命控制、通过降低远离门极梳条的少子寿命、降低在GCT关断过程中电流的再分配效应、提高GCT芯片整体安全工作区的提高GCT芯片安全工作区的横向非均匀电子辐照方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种提高GCT芯片安全工作区的横向非均匀电子辐照方法，其步骤为：

（1）GCT芯片的预辐射；通过控制芯片的少子寿命及压降的方法，对GCT芯片实行一次预辐照；

（2）一次退火后，进行少子寿命和芯片压降监测；

（3）采用复合合金挡板，利用电子辐照穿透复合合金挡板的非均匀性对GCT芯片进行二次辐照并退火；

（4）再次进行少子寿命和芯片压降监测。

作为本发明的进一步改进：

选用标准A型挡板对非对称GCT芯片进行辐照，采用11MeV电子辐照机，预辐照参照标准计量80%，低温退火12～24h，监测芯片压降达到标准压降的75～85%，少子寿命偏差10～20%。

对于4英寸非对称型GCT，A型挡板的外观尺寸为：外夹具环形直径Xm1为95-105 mm，内复合合金有效阻挡辐照直径Xm2为83-87 mm，环形门极阻挡宽度Hm为2.5-4 mm，环形门极内阻挡有效辐照直径Rm1为40-50 mm，中心门极直径为Rm2为5-7，环形门极外合金阻挡有效坡度角α为8-9°，环形门极内合金阻挡有效坡度角β为8-10°；

对于6英寸非对称型GCT，A型挡板的外观尺寸为：外夹具环形直径Xm1为140-150 mm，内复合合金有效阻挡辐照直径Xm2为132-138 mm，环形门极阻挡宽度Hm为4-6mm，环形门极内阻挡有效辐照直径Rm1为80-90 mm，中心门极直径为Rm2为5-10，环形门极外合金阻挡有效坡度角α为7.5-9°，环形门极内合金阻挡有效坡度角β为7-8.5°。

选用B型挡板对逆导GCT芯片进行辐照，采用11MeV电子辐照机，预辐照参照标准计量80%，低温退火12～24h，监测芯片压降达到标准压降的65～75%，少子寿命偏差10～20%。