[发明专利]一种具有挖槽埋氧电流阻挡层的光控晶闸管

说明书

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种具有挖槽埋氧电流阻挡层的光控晶闸管。本发明主要通过改变电流流通路径，使电流绕过阴极左侧电流集中区，以此缓解器件内部的电流集中区、使电流分布更加均匀，进而提升器件的电流上升率耐量。本发明的有益效果为，提供了一种挖槽埋氧阻挡层的光控晶闸管器件设计，解决了常规光控晶闸管器件因主阴极左侧电流集中而引起的失效、不能适用于脉冲功率应用领域的问题，同时具有常规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功率半导体器件制作工艺，为生产提供了有利条件。本发明尤其适用于大脉冲功率应用具有高峰值电流能力和高电流增长能力的光控晶闸管。

技术领域

本发明涉及半导体技术，具体的说是涉及一种脉冲功率应用的光控晶闸管电流集中效应的解决办法与解决方案。

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，传统光控晶闸管(Light 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，光控晶闸管器件技术的发展趋势是采用阴极短路结构来提升耐压，同时控制阴极短路结构的尺寸和数量等。与此同时，研究者们也提供一些新器件结构和工艺技术以实现高的电流耐量能力，满足脉冲功率应用能力需求。

在脉冲功率应用领域中，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)。由于传统LTT的电流上升率与电压上升率(dv/dt)的矛盾关系，其阴极短路结构需考虑两者的折中(需满足一定的dv/dt条件，尽量提高器件的di/dt耐量)，这就使得在提升器件电流上升率的同时其正向阻断特性会变差。更为重要的是，脉冲功率应用的光控晶闸管器件由于功率总量大、峰值电流大、电流上升率(di/dt)高，如果器件设计不好就可能因为局部电流密度过高而引起器件的损坏失效。光控晶闸管正面由光栅、放大栅、主阴极区构成，器件触发开启过程中，电流流过放大栅下面的P基区使放大栅处的PN结达到电压阈值而开启，实现电流放大，最终横向输运到阴极区的电流特别大，如果阴极区的电流不能均匀分布就可能造成器件阴极区局部因电流过大失效。

发明内容

本发明所要解决的，就是针对上述光控晶闸管主阴极区电极靠近放大栅一侧电流集中的局限，不能很好适应于脉冲功率应用领域，提供一种适于脉冲功率应用的具有挖槽埋氧阻挡层光控晶闸管设计示例。

本发明的技术方案为：

一种具有挖槽埋氧电流阻挡层的光控晶闸管，其元胞结构包括从下至上依次层叠设置的阳极1、阳极P+区2、N漂移区3和P基区4；所述P基区4上层两端分别具有N+光栅区5和N+阴极区7，在N+光栅区5和N+阴极区7之间的P基区4上层还具有N+放大区6；所述P基区4上表面具有光栅浮空电极8、放大栅浮空电极9和阴极10，所述光栅浮空电极8位于N+光栅区5靠近N+放大区6的一端，并沿P基区4上表面向N+放大区6方向延伸；所述放大栅浮空电极9位于N+放大区6上表面，并沿P基区4上表面向N+阴极区7方向延伸；所述阴极10位于N+阴极区7上表面，并沿P基区4上表面延伸至器件端部；

其特征在于，所述P基区4的上层还具有挖槽埋氧阻挡层11，所述挖槽埋氧阻挡层11位于放大栅浮空电极9和阴极10之间，且挖槽埋氧阻挡层11与阴极10之间的距离为0～2μm。

本发明总的技术方案，提供的LTT挖槽埋氧阻挡层改变电流的流通路径、使电流均匀分布的光控晶闸管设计方案，挖槽埋氧阻挡层位于放大栅与阴极区之间并靠近阴极区，目的在于通过阻挡横向和纵向流过主阴极左边缘的电流流通来改变电流的流通路径，使电流朝着主阴极右侧区域分散开，缓解了主阴极左侧区电流集中的问题。这种设计思路在缓解主阴极区左侧电流集中特性的同时，器件的通态特性没有受到影响。可以根据具体器件的结构与尺寸来调节挖槽埋氧阻挡层的掺杂与尺寸，找到比较有效解决电流集中问题的设计方案。

具体的，所述挖槽埋氧阻挡层11沿P基区4上表面垂直向下延伸的深度为6～12μm，挖槽埋氧阻挡层11的宽度为5～50μm。