[发明专利]门极换流晶闸管的元胞结构、制备方法及门极换流晶闸管

说明书

本公开提供一种门极换流晶闸管的元胞结构、制备方法及门极换流晶闸管，所述元胞结构包括在元胞结构两侧，于所述衬底表面向下设置有侧部沟槽，以在所述衬底表面于所述元胞结构中心位置形成凸台；位于所述侧部沟槽和所述凸台下方的第二导电类型短基区；其中，所述短基区的底部于与所述凸台对应的位置处有凸起；位于所述短基区上方的第二导电类型第一基区；位于所述短基区下方的第二导电类型第二基区；其中，所述第二基区的底部于与所述凸台对应的位置处有凸起；位于所述第一基区表面内的第一导电类型发射区；其中，所述短基区的掺杂浓度高于所述第一基区和所述第二基区。可提高驱动控制电压值，从而提高换流速度、增大GCT芯片的关断能力。

技术领域

本公开涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种门极换流晶闸管的元胞结构、制备方法及门极换流晶闸管。

背景技术

门极换流晶闸管(Gate Commutated Thyristors，GCT)是电力电子领域中一种电流全控型的大功率容量的半导体器件，开通特性像晶闸管，具有较低的通态损耗，关断特性如晶体管，因而具有通态损耗低、浪涌电流大，关断速度快、功率容量大等特点。GCT通常用于一些功率容量超大的电力装置中，比如冶金轧机传动系统、船舶驱动系统、电网能源质量控制装置等重工核心装备中。

现有GCT芯片纵向上的主要结构包含PNPN四层，如图1所示，器件内部存在3个PN结，从阳极107往阴极109分别为J₁结(阳极透明结)、J₂结(阻断电压主结)和J₃结(门阴极结)。从GCT芯片横向上看，芯片阴极的发射区104(阴极梳条)采用扇区圆弧或者圆周均匀排布在一个晶圆中。对于不同直径的GCT管芯，阴极梳条一般按同心分圈排布。根据GCT关断电流大小，GCT门极108引出部位排布在晶圆的中心，即称为中心门极，或者排布在晶圆的中心或者外周，称中间环形门极或边缘环形门极。对于现有GCT芯片，由于在关断过程中阴极梳条下方载流子密度抽取至门极速度较慢，特别是在离门极位置较远的阴极梳条，容易在该处产生电流丝现象，导致GCT梳条因再触发发生关断失效，导致GCT关断电流密度较低，关断能力较差。

发明内容

针对上述问题，本公开提供了一种门极换流晶闸管的元胞结构、制备方法及门极换流晶闸管，解决了现有技术中门极换流晶闸管的关断电流密度较低，关断能力较差的技术问题。

第一方面，本公开提供一种门极换流晶闸管的元胞结构，包括：

第一导电类型衬底；其中，在元胞结构两侧，于所述衬底表面向下设置有侧部沟槽，以在所述衬底表面于所述元胞结构中心位置形成凸台；

设置于所述衬底内且位于所述侧部沟槽和所述凸台下方的第二导电类型短基区；其中，所述短基区的底部于与所述凸台对应的位置处有凸起；

设置于所述凸台内且位于所述短基区上方的第二导电类型第一基区；

设置于所述衬底内且位于所述短基区下方的第二导电类型第二基区；其中，所述第二基区的底部于与所述凸台对应的位置处有凸起；

位于所述第一基区表面内且覆盖所述凸台表面的第一导电类型发射区；

其中，所述短基区的掺杂浓度高于所述第一基区和所述第二基区。

根据本公开的实施例，优选地，所述侧部沟槽的深度为30至50μm。

根据本公开的实施例，优选地，

所述第一基区的掺杂浓度为1E15～1E16cm^-3；

所述短基区的掺杂浓度为1E15～5E18cm^-3；

所述第二基区的掺杂浓度为1E13～1E16cm^-3。

根据本公开的实施例，优选地，所述元胞结构还包括：