一種集成門極換流晶閘管制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種集成門極換流晶閘管，包括門極電極和多個(gè)環(huán)繞門極電極設(shè)置的陰極梳條結(jié)構(gòu)，陰極梳條結(jié)構(gòu)包括至少兩層臺階的門陰極結(jié)，門陰極結(jié)的最低層臺階設(shè)置在陰極梳條結(jié)構(gòu)的P區(qū)內(nèi)，最低層臺階的寬度隨著與門極電極的間距增加而減少。所述集成門極換流晶閘管，通過在陰極梳條結(jié)構(gòu)設(shè)置至少兩層臺階的門陰極結(jié)，門陰極結(jié)的最低層臺階設(shè)置在陰極梳條結(jié)構(gòu)的P區(qū)內(nèi)形成深臺階，并且最低層臺階的寬度隨著與門極電極的間距增加而減少，使得穩(wěn)態(tài)時(shí)電流密度分布滿足離門極電極越近電流密度越大，關(guān)斷時(shí)電流快速從距離門極電極近的梳條抽取出去，減少關(guān)斷延遲轉(zhuǎn)移到邊緣梳條的電流，避免了關(guān)斷過程中損耗集中于邊緣梳條，提高了可靠性。

An integrated gate commutated thyristor

The invention discloses an integrated gate commutated thyristor, including cathode gate electrode and a plurality of gate electrodes are arranged around the comb structure, cathode comb bar structure includes at least two steps of the gate cathode junction, the lowest level node set in the gate cathode cathode comb strip structure in P region the lowest layer, the width of the step decreases with the increase of the distance between electrode and gate. The integrated gate commutated thyristor, through the cathode structure of comb gate cathode is provided with at least two steps, the lowest level node set in the gate cathode cathode to form a deep step comb structure in P region, and the lowest level of the width of the electrode spacing and increase and decrease so, the steady state current density distribution from the gate electrode closer to meet the more current density, turn off current distance from the gate electrode near the sliver Extraction out, reduce the turn off delay current transfer to the edge of Salisbury, to avoid the loss of the turn off process focused on the edge comb, improve reliability.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種集成門極換流晶閘管
本專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體器件工藝
，特別是涉及一種集成門極換流晶閘管。
技術(shù)介紹
集成門極換流晶閘管IGCT(IntegratedGate-CommutatedThyristor)，有的廠家也稱為GCT(Gate-CommutatedThyristor),即門極換流晶閘管，是20世紀(jì)90年代后期出現(xiàn)的新型電力電子器件。IGCT將IGBT與GTO(GateTurn-OffThyristor，可關(guān)斷晶閘管，亦稱門控晶閘管，主要特點(diǎn)為當(dāng)門極加負(fù)向觸發(fā)信號時(shí)晶閘管能自行關(guān)斷)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，其容量與GTO相當(dāng)，但開關(guān)速度比GTO快10倍，而且可以省去GTO應(yīng)用時(shí)的龐大而復(fù)雜的緩沖電路，因此由于其優(yōu)秀的電學(xué)特性，應(yīng)用范圍非常廣泛。現(xiàn)有的集成門極換流晶閘管(GCT)的陰極由多圈梳條組成，梳條之間為并聯(lián)連接。在門極上施加電流使其導(dǎo)通或者施加負(fù)電壓(-20V)使其關(guān)斷的過程中，由于距離門極的遠(yuǎn)近不同，造成各梳條響應(yīng)時(shí)間和程度不一致，易引發(fā)電流分布不均勻。GCT開通過程中，中心門極和環(huán)形門極短接并注入觸發(fā)電流，于是根據(jù)離注入門極的遠(yuǎn)近，梳條依次導(dǎo)通，并且先導(dǎo)通的區(qū)域電流更大。在穩(wěn)態(tài)時(shí)，各梳條的電流密度會(huì)逐漸趨于一致，如圖1所示。關(guān)斷時(shí)門極相對陰極施加負(fù)電壓，使陰極的電流快速轉(zhuǎn)移至門極流出。與開通時(shí)一樣，離門極電極的遠(yuǎn)近決定了梳條的響應(yīng)快慢，離門極電極近的梳條關(guān)斷快，導(dǎo)電能力快速減弱，而此時(shí)遠(yuǎn)離門極的梳條導(dǎo)電能力仍較強(qiáng)，這樣將造成電流在GCT芯片內(nèi)重新分布，如圖2所示。效果上體現(xiàn)為關(guān)斷時(shí)，一方面離門極近的梳條電流快速抽取，另一方面由于各梳條導(dǎo)電能力的差異使電流往邊緣梳條排擠，抬升了邊緣梳條的電流，從而使芯片邊緣的損耗功率更大。由于芯片邊緣散熱能力弱于體內(nèi)(臺面所涂的絕緣膠散熱能力差)，這樣由于邊緣損耗功率大，散熱差，易造成芯片邊緣失效。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種集成門極換流晶閘管，通過控制穩(wěn)態(tài)時(shí)的電流密度分布，使離門極電極越近的區(qū)域電流密度越大，從而在關(guān)斷過程中削弱或避免由于關(guān)斷先后造成的電流往芯片邊緣集中的現(xiàn)象及其導(dǎo)致的芯片邊緣失效的可能。為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)實(shí)施例提供了一種集成門極換流晶閘管，包括門極電極和多個(gè)環(huán)繞所述門極電極設(shè)置的陰極梳條結(jié)構(gòu)，所述陰極梳條結(jié)構(gòu)包括至少兩層臺階的門陰極結(jié)，所述門陰極結(jié)的最低層臺階設(shè)置在所述陰極梳條結(jié)構(gòu)的P區(qū)內(nèi)，所述最低層臺階的寬度隨著與所述門極電極的間距增加而減少。其中，所述門陰極的最低層臺階的寬度為0～1000μm。其中，相鄰所述陰極梳條結(jié)構(gòu)的最低層臺階的寬度差為0～200μm。其中，相鄰所述陰極梳條結(jié)構(gòu)的最低層臺階的寬度線性減少。其中，相鄰所述陰極梳條結(jié)構(gòu)的陰極面積隨著與所述門極電極的間距增加而減少。其中，所述陰極梳條結(jié)構(gòu)的陰極寬度恒定。其中，所述陰極梳條結(jié)構(gòu)的陰極形狀為矩形。其中，所述陰極梳條結(jié)構(gòu)的陰極寬度隨著與所述門極電極的間距增加而減少。其中，所述陰極梳條結(jié)構(gòu)的陰極寬度隨著與所述門極電極的間距增加而線性減少。其中，所述陰極梳條結(jié)構(gòu)的陰極形狀為等腰梯形。本專利技術(shù)實(shí)施例所提供的集成門極換流晶閘管，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：本專利技術(shù)實(shí)施例提供的集成門極換流晶閘管，包括門極電極和多個(gè)環(huán)繞所述門極電極設(shè)置的陰極梳條結(jié)構(gòu)，所述陰極梳條結(jié)構(gòu)包括至少兩層臺階的門陰極結(jié)，所述門陰極結(jié)的最低層臺階設(shè)置在所述陰極梳條結(jié)構(gòu)的P區(qū)內(nèi)，所述最低層臺階的寬度隨著與所述門極電極的間距增加而減少。所述集成門極換流晶閘管，通過在陰極梳條結(jié)構(gòu)設(shè)置至少兩層臺階的門陰極結(jié)，門陰極結(jié)的最低層臺階設(shè)置在陰極梳條結(jié)構(gòu)的P區(qū)內(nèi)形成深臺階，并且最低層臺階的寬度隨著與門極電極的間距增加而減少，使得穩(wěn)態(tài)時(shí)電流密度分布滿足離門極越近電流密度越大，關(guān)斷時(shí)電流快速從距離門極近的梳條抽取出去，減少關(guān)斷延遲轉(zhuǎn)移到邊緣梳條的電流，避免了關(guān)斷過程中損耗集中于邊緣梳條，提高了可靠性。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術(shù)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本專利技術(shù)的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中集成門極換流晶閘處于穩(wěn)態(tài)時(shí)梳條結(jié)構(gòu)中的陰極電流與離門極之間的間距的關(guān)系示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中集成門極換流晶閘處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)梳條結(jié)構(gòu)中的陰極電流與離門極之間的間距的關(guān)系示意圖；圖3為本專利技術(shù)實(shí)施例提供的集成門極換流晶閘的一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本專利技術(shù)實(shí)施例提供的集成門極換流晶閘的一種具體實(shí)施方式中導(dǎo)通時(shí)陰極梳條結(jié)構(gòu)的平均電流密度與最低層臺階的寬度的關(guān)系示意圖；圖5為本專利技術(shù)實(shí)施例提供的集成門極換流晶閘的一種具體實(shí)施方式中處于穩(wěn)態(tài)時(shí)梳條結(jié)構(gòu)中的陰極電流與離門極之間的間距的關(guān)系示意圖；圖6為本專利技術(shù)實(shí)施例提供的集成門極換流晶閘的一種具體實(shí)施方式中處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)梳條結(jié)構(gòu)中的陰極電流與離門極之間的間距的關(guān)系示意圖；圖7為本專利技術(shù)實(shí)施例提供的集成門極換流晶閘的一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本專利技術(shù)實(shí)施例提供的集成門極換流晶閘的另一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本專利技術(shù)實(shí)施例中的附圖，對本專利技術(shù)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本專利技術(shù)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本專利技術(shù)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本專利技術(shù)保護(hù)的范圍。請參考圖3～圖8，圖3為本專利技術(shù)實(shí)施例提供的集成門極換流晶閘的一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本專利技術(shù)實(shí)施例提供的集成門極換流晶閘的一種具體實(shí)施方式中導(dǎo)通時(shí)陰極梳條結(jié)構(gòu)的平均電流密度與最低層臺階的寬度的關(guān)系示意圖；圖5為本專利技術(shù)實(shí)施例提供的集成門極換流晶閘的一種具體實(shí)施方式中處于穩(wěn)態(tài)時(shí)梳條結(jié)構(gòu)中的陰極電流與離門極之間的間距的關(guān)系示意圖；圖6為本專利技術(shù)實(shí)施例提供的集成門極換流晶閘的一種具體實(shí)施方式中處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)梳條結(jié)構(gòu)中的陰極電流與離門極之間的間距的關(guān)系示意圖；圖7為本專利技術(shù)實(shí)施例提供的集成門極換流晶閘的一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本專利技術(shù)實(shí)施例提供的集成門極換流晶閘的另一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。在一種具體實(shí)施方式中，所述集成門極換流晶閘管，包括門極電極10和多個(gè)環(huán)繞所述門極電極10設(shè)置的陰極梳條結(jié)構(gòu)20，所述陰極梳條結(jié)構(gòu)20包括至少兩層臺階的門陰極結(jié)21，所述門陰極結(jié)21的最低層臺階設(shè)置在所述陰極梳條結(jié)構(gòu)20的P區(qū)內(nèi)，所述最低層臺階的寬度隨著與所述門極電極10的間距增加而減少。本專利技術(shù)中的集成門極換流晶閘管芯片的門極電極10有中心門極和環(huán)形門極，在門極電極10附近則排列著一圈圈陰極梳條結(jié)構(gòu)20。陰極梳條結(jié)構(gòu)20是集成門極換流晶閘管的基本組成單元，每一個(gè)梳條都包含了陰極、門極和陽極，陰極梳條結(jié)構(gòu)20具有集成門極換流晶閘管芯片的功能，一個(gè)集成門極換流晶閘管芯片通常包含幾百上千的陰極梳條結(jié)構(gòu)20。所述集成門極換流晶閘管，通過在陰極梳條結(jié)構(gòu)20設(shè)置至少兩層臺階的門陰極結(jié)21，門陰極結(jié)21的最低層臺階設(shè)置在陰極梳條結(jié)構(gòu)20的P區(qū)內(nèi)形成深臺階，并且最低層臺階的寬度隨著與門極電極10的間距增加而減少，使得穩(wěn)態(tài)時(shí)電流密度分布滿足離門極越近電本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種集成門極換流晶閘管，其特征在于，包括門極電極和多個(gè)環(huán)繞所述門極電極設(shè)置的陰極梳條結(jié)構(gòu)，所述陰極梳條結(jié)構(gòu)包括至少兩層臺階的門陰極結(jié)，所述門陰極結(jié)的最低層臺階設(shè)置在所述陰極梳條結(jié)構(gòu)的P區(qū)內(nèi)，所述最低層臺階的寬度隨著與所述門極電極的間距增加而減少。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種集成門極換流晶閘管，其特征在于，包括門極電極和多個(gè)環(huán)繞所述門極電極設(shè)置的陰極梳條結(jié)構(gòu)，所述陰極梳條結(jié)構(gòu)包括至少兩層臺階的門陰極結(jié)，所述門陰極結(jié)的最低層臺階設(shè)置在所述陰極梳條結(jié)構(gòu)的P區(qū)內(nèi)，所述最低層臺階的寬度隨著與所述門極電極的間距增加而減少。2.如權(quán)利要求1所述集成門極換流晶閘管，其特征在于，所述門陰極的最低層臺階的寬度為0～1000μm。3.如權(quán)利要求2所述集成門極換流晶閘管，其特征在于，相鄰所述陰極梳條結(jié)構(gòu)的最低層臺階的寬度差為0～200μm。4.如權(quán)利要求3所述集成門極換流晶閘管，其特征在于，相鄰所述陰極梳條結(jié)構(gòu)的最低層臺階的寬度線性減少。5.如權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：唐龍谷，劉可安，陳芳林，陳勇民，郭潤慶，高建寧，
申請(專利權(quán))人：株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：湖南,43