[实用新型]一种晶闸管芯片及晶闸管

说明书

本实用新型公开了一种晶闸管芯片及制作方法，其中所述芯片包括，位于阳极P型层之上的N型基区及P型基区；位于所述P型基区上表面内的阴极N型区；位于所述阴极发射N型区之上的阴极金属；位于所述P型基区表面之上放大门极金属及中心门极金属；位于门极阴极金属之间指定厚度的介质薄膜层；及所述阳极P型层之下的阳极金属。本实用新型无需对成熟的晶闸管设计、工艺更改，不影响晶闸管各参数，能提高耐受di/dt的能力，有利于提升晶闸管性能，延长使用寿命。

技术领域

本实用新型涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种晶闸管芯片及晶闸管。

背景技术

晶闸管芯片是一种三端四层的半导体器件，如图1所示，传统晶闸管的三端分别是阳极金属31、阴极金属32、门极金属33(包括放大门极金属34)，四层分别是：深扩散层的阳极P型层35、低阻N型基区36，深扩散层的P型基区37，扩散形成高浓度的阴极N 型区38，在阳极P型层35和阴极N型区38区上引出欧姆接触式的金属电极分别做阳极、阴极的端子，P型基区37引出欧姆接触式的金属电极做门极。

晶闸管通态电流上升率di/dt是指晶闸管从阻断到导通时，晶闸管能够承受而且不会导致晶闸管损坏的通态电流的最大上升率。即晶闸管在触发导通的瞬间，如阳极电流增大的速度(di/dt)过大，即使电流值未超过元件的额定值，但由于晶闸管内部电流来不及扩大到PN结面因电流密度过大而导致烧毁，所以在使用晶闸管时，电路的电流上升率不能大于晶闸管通态电流上升率di/dt，否则将损坏晶闸管。

晶闸管的开通过程包括延迟、上升和扩展3个阶段。延迟阶段，器件上的电压虽高，但电流很小，因而瞬时功率小；在上升阶段，器件两端的电压迅速下降，电流急剧上升，瞬时功率最大；在扩展阶段，电压缓慢下降，电流基本维持在一个稳定的电流值，其瞬时功率相对上升阶段要小得多。因为上升阶段的导通电流集中在初始导通区，di/dt越高，瞬时功率的峰值越提前，也越集中在较小的初始导通区面积上。

晶闸管所能承受的di/dt除了与初始导通区面积的大小和扩展速度有关外，还与导通区的热容量有关。由于硅的比热小，热容量也小，且热导率(148W/m.k)低，因此，在上升极端，电流所产生的大部门热量聚集在导通区，只有很少的热量能够传出去，使得导通区的温度迅速上升。当温度达到某一临界值，热载流子已超过了注入的载流子，继而导致热反馈，电流越大，温度越高，导通区的体电阻越低。此时，该区将有更大的电流流过，这样温度就会进一步升高。如此循环，短时间内电流将集中在这个温度最高的某点上，形成热斑，使器件不能正常工作，甚至烧毁。据相关文献，因开通的di/dt故障造成的破坏温度范围在1100℃～1300℃。这温度只比硅的熔点(1415℃)稍低，或者该故障造成的温度远远超过了金属-半导体接触的熔点，从而使器件在极短的时间内烧毁。通常di/dt损坏的现象是门极附近被烧蚀出一个很小但很明显的孔洞。

现有技术提高晶闸管di/dt的方法包括：强触发提高扩展速度；改进光刻版图形设计以增加初始导通线的长度的措施；单晶材料的晶向、截面电阻率均匀度、残余少子寿命的提高控制措施；协调di/dt和dv/dt的设计问题等，也有采用导热膏覆盖在门阴极电极之间的硅上与其它措施配合能有效提高晶闸管的di/dt能力。

在无需对成熟的晶闸管设计、工艺进行更改，且不影响晶闸管的各性能参数，提高晶闸管耐受di/dt的能力一直是本领域技术人员想要解决的技术问题，故需要在不极大提升成本的同时提高晶闸管耐受di/dt的新结构及制作方法。

实用新型内容

本实用新型在不影响晶闸管的各性能参数的同时解决了晶闸管耐受di/dt的能力的技术问题，提高了晶闸管耐受di/dt的能力，提升了晶闸管的电性能，延长了使用寿命。

本实用新型提供了一种晶闸管芯片，其特征在于，包括：

位于阳极P型层之上的N型基区，且位于所述N型基区之上的P型基区；