[发明专利]高di/dt光控晶闸管版图设计方法

说明书

本发明属于半导体技术领域，具体的说是涉及一种高di/dt光控晶闸管版图设计方法。本发明主要包括：将阴极金属电极和光栅窗口按并行交替排列的方式设置于版图中心，该交替排列区域的左右两侧均为光栅窗口；采用边缘阴极电极将阴极金属电极和光栅窗口包围，边缘阴极电极作为阴极金属电极打线处；在边缘阴极电极外围与芯片边缘之间环绕多层结终端区。本发明的有益效果为，提供了具有高峰值电流能力和高电流增长能力的LTT器件栅阴极交叉的版图规划，解决了传统的LTT器件不能很好适应于脉冲功率应用领域的问题；同时具有传统器件相同的制作工艺。它基本可以完全利用现有成熟的商用LTT制作工艺，为商用生产提供了有利条件。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体的说是涉及一种适用于脉冲功率应用的光控晶闸管版图设计。

背景技术

功率半导体器件作为开关器件，可以应用于电力电子领域和脉冲功率领域两个方面。在电力电子领域，常规光控晶闸管(Ligth Triggered Thyristor，简称：LTT)因其优越的性能被作为脉冲放电开关器件得到广泛的应用。在电力电子应用领域中，为了防止LTT器件本身存在的闩锁效应，从而提高器件正向安全工作区(SOA)，其器件技术的发展趋势是采用阴极短路结构避免器件正向耐压时误开启而提前进入闩锁状态，同时控制阴极短路结构的尺寸和数量等。与此同时，研究者们也提出一些新器件结构和工艺技术以实现高的的电流耐量能力，满足脉冲功率应用能力需求。

由于在脉冲功率领域中，要求开关器件具备极高的峰值电流能力和电流上升率(di/dt)。由于常规LTT的电流上升率与电压上升率(dv/dt)的矛盾关系，其阴极短路结构需要折中处理(也就意味着需满足一定的dv/dt条件下，尽量提高器件的di/dt耐量)，这就使得在提升器件的电流上升率耐量的同时其正向阻断特性会变差。更为重要的是，常规圆形版图结构的光控晶闸管由中部光栅触发周围有限区域的主阴极区开启，从而大大限制了其峰值电流能力和di/dt耐量能力。这些特性使得常规LTT在高功率脉冲领域应用有限。对于脉冲功率应用的光控晶闸管器件di/dt耐量问题的研究，主要是提高器件初始开启区域、减小开启区域电流密度、提升开启均匀性和横向开启扩展速度，这都对器件的栅阴极版图规划提出了要求。

发明内容

本发明所要解决的，就是针对上述常规LTT由于栅阴极结构版图的局限，不能很好适应于脉冲功率应用领域，提出一种适于脉冲功率应用的高di/dt耐量栅阴极交叉分布的光控晶闸管版图设计。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：高di/dt光控晶闸管版图设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、将阴极金属电极和光栅窗口按并行交替排列的方式设置于版图中心，该交替排列区域的左右两侧均为光栅窗口；

b、采用边缘阴极电极将阴极金属电极和光栅窗口包围，边缘阴极电极作为阴极金属电极打线处；

c、在边缘阴极电极外围与芯片边缘之间环绕多层结终端区。

本发明总的技术方案，提出的LTT栅阴极版图规划采用了栅阴极交叉分布的方案，等效成单个光栅驱动单个原胞主阴极区导通，其光栅窗口区域面积远远大于传统光控晶闸管，且每个原胞各自的光栅驱动使器件的初始开启区域增大且开启均匀，使LTT器件芯片相比传统的圆形中部驱动方式可以有更多的原胞均匀开启且版图面积可据具体需要调整。传统光控晶闸管器件由于版图布局的局限性，导通时器件的开启区域总是局限在光栅窗口周围，远离光栅处由于电流的横向扩展需要时间而来不及开启，而本发明提出新的LTT版图规划可以提升器件开启区域面积和开启均匀性，从根本上解决了传统的光控晶闸管器件对于脉冲功率应用的di/dt耐量低的局限性。

进一步的，所述阴极金属电极和光栅窗口的宽度与原胞尺寸对应。

进一步的，所述阴极金属电极的单元宽度为50～100μm，所述光栅窗口的单元宽度为10～30μm。