专利名称：一种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件及制备方法
技术领域：
本发明属于电力半导体器件技术领域，具体涉及一种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT 器件，本发明还涉及该种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件的制备方法。
背景技术：
门极换流晶闸管(GCT)是一种新型的电力半导体器件，它是在门极可关断晶闸管 (GT0)的基础上开发而来的。逆导型GCT (RC-GCT)将非对称GCT (A-GCT)与PIN 二极管 反并联地集成在一个芯片上，其中增加了透明阳极和缓冲层，使器件正、反向都有导通的能 力。整个器件采用一个管壳封装，并通过印刷电路板将器件与其门极驱动电路有机地组装 在一起，形成集成门极换流晶闸管(IGCT)。它通过“硬驱动”电路实现器件的开通和关断。 与相应的组件相比，IGCT结构更加紧凑、体积和引线电感更小。因此，综合性能和可靠性更 高，是目前电力半导体器件中的一个很有发展前途的器件，可很好地满足电力电子技术快 速发展对新型电力半导体器件提出的大容量、低损耗、高可靠性及集成化等要求，有广泛的 应用前景。常规的RC-GCT器件在A-GCT与PIN 二极管之间采用pnp结隔离或沟槽隔离。当采 用pnp结隔离时，虽然隔离效果很好，但由于pnp结构通常需要采用深P型的杂质进行选择 性的扩散来实现，导致工艺难度大大增加。而且pnp结构存在结的弯曲，导致主阻断结(J2) 的击穿电压下降。当采用沟槽隔离时，虽然避免了主阻断结的弯曲效应，使得阻断电压得以 提高，但为了达到较好的隔离效果，常需较宽的沟槽，这会导致门_阴极(J3)结的反向漏电 流很大，同时宽沟槽占用的芯片面积也较大，使器件的有效面积减小，不利于散热。此外，为 了提高RC-GCT换相的可靠性，通常需要采用少子寿命控制技术来改善其PIN 二极管的反向 恢复特性。所以，上述这些原因都使现有RC-GCT器件的开发受到很大限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件，解决了现有的RC-GCT 器件制作工艺难度大、成本高的问题，既具有可靠性的换向特性，又省去对于PIN 二极管的 少子寿命控制要求。本发明的另一目的是提供一种上述pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件的制备方法。本发明所采用的技术方案是，一种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件，整个器件以 n-区为衬底，以器件上方隔离沟槽的中心线为轴、器件下方P+透明阳极区和n+阴极区I边 界为轴纵向将器件区分为A-GCT部分和PIN 二极管部分，
所述A-GCT部分的结构是，n-区向上依次设置有波状p基区和p+基区；该p+基区中 间段上表面，与波状p基区的波峰对应位置设置有A-GCT的n+阴极区，该n+阴极区上表面 是阴极铝电极K;该n+阴极区两侧的p+基区上表面各设置有门极铝电极G;n-区向下设置 有n缓冲层，n缓冲层的下方为A-GCT部分的p+透明阳极区；
所述的PIN 二极管部分结构是，n-区向上依次设置有p基区和p+基区，p+基区上表面设置有阴极铝电极K ;n-区向下设置有n缓冲层，n缓冲层的下方并排设置有PIN 二极管n+ 阴极区I、P+短路区和PIN 二极管n+阴极区II，PIN 二极管n+阴极区I和PIN 二极管n+ 阴极区II的厚度大于中间的P+短路区，PIN 二极管n+阴极区I与A-GCT的p+透明阳极区 邻接，PIN 二极管n+阴极区I、p+短路区和PIN 二极管n+阴极区II的下方均与A-GCT部分 的P+透明阳极区的下方设置有共同的阳极铝电极A ； 所述隔离沟槽伸入P基区，与P基区的一个波峰相接。本发明所采用的另一技术方案是，一种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件的制备方 法，按照以下步骤具体实施
步骤1、选用原始的高阻区熔中照硅单晶作为n-区；
步骤2、硅片清洗后腐蚀减薄，利用三氯氧磷源两步扩散实现n-区的上下表面的n区， 并磨去n-区上表面的n区；
步骤3、采用干氧-湿氧-干氧交替氧化形成掩蔽膜，在磨去n区的n-区上表面进行光 刻，形成硼扩散窗口 ；然后利用饱和的三氧化二硼源进行选择性硼扩散，形成P+基区，并去 掉整个器件表面上的氧化层；
步骤4、采用干氧-湿氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在p+基区上表面和n区下表 面上同时光刻，形成磷扩散窗口，然后进行选择性的磷两步扩散，在P+基区上表面中段形成 A-GCT的阴极n+扩散区、同时在p+基区隔离处形成掩蔽用n+扩散区；另外，同时在n区下表 面上形成PIN 二极管的两处n+阴极区，再去掉整个器件表面上的氧化层；
步骤5、采用干氧-湿氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在上步得到的器件上表面光 刻形成门极区和隔离区腐蚀窗口，然后利用腐蚀方法进行门极区和隔离区挖槽；并在上表 面n+扩散区的掩蔽下进行大面积的铝扩散，在n-区中自然形成较深的波状P基区和pnp隔 离区，再去掉整个器件表面上的氧化层；
步骤6、在上步得到的器件下表面甩稀释的B203源，进行大面积涂层扩散，形成A-GCT的 P+透明阳极区和PIN 二极管的p+短路区，与此同时，上表面的门极区也得以补扩，然后，去 掉整个器件表面上的氧化层；
步骤7、采用干氧-湿氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在上步得到的器件上表面光 刻形成隔离区腐蚀窗口，然后进行二次腐蚀，形成pnp-沟槽复合隔离区，接着进行下一步 光刻形成A-GCT门-阴极界的保护二氧化硅图形；
步骤8、对上步得到的器件下表面打毛，形成高复合中心；清洗后，对整个器件上、下表 面分别蒸铝，并对上表面的铝膜进行反刻，经合金化后形成各个电极；
步骤9、对上步得到的器件上表面甩聚酰亚胺膜，光刻形成门极区和隔离区的保护图 形，并进行亚胺化处理；然后进行磨角保护、表面钝化即得。本发明的有益效果是，A-GCT的p基区由浅p+基区和深基p区两部分组成波状结 构；PIN 二极管的阴极侧增加了 p+短路区，此外，A-GCT与PIN 二极管之间采用pnp-沟槽复 合隔离区，上述结构兼顾了 A-GCT的阻断特性和导通特性及开关特性，还兼顾了 PIN二极管 的正向导通特性和反向恢复特性，保证了 RC-GCT的换向特性，省去对于PIN 二极管的少子 寿命控制要求，显著降低了制作工艺难度和成本。
图1是本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件与现有的pnp隔离和沟槽隔离两 种RC-GCT基本剖面结构比较，其中a是现有pnp隔离方式RC-GCT的基本剖面结构图；b是 现有沟槽隔离RC-GCT方式的基本剖面结构图；c是本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器 件的剖面结构示意图2是本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件与现有pnp隔离RC-GCT器件及现有 沟槽隔离RC-GCT器件的J3击穿特性曲线的比较；
图3是本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件与现有pnp隔离RC-GCT器件及现有 沟槽隔离RC-GCT器件的正向阻断特性曲线的比较；
图4是本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件中具有波状p基区的A-GCT在正向阻 断状态下沿不同位置剖分的纵向电场分布示意图5是本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件中具有波状p基区的A-GCT与具有常 规P基区的A-GCT阻断特性曲线的比较，其中a为波峰宽度不同时的曲线，b为波峰高度不 同时的曲线；
图6是本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件中具有波状p基区的A-GCT与具有常 规P基区的A-GCT导通特性曲线的比较，其中a为波峰宽度不同时的曲线，b为波峰高度不 同时的曲线；
图7是本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件中具有波状p基区的A-GCT与具有常 规P基区的A-GCT开关特性曲线的比较，其中a是开通特性曲线，b是关断特性曲线；
图8是本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件中带阴极短路的PIN 二极管与常规无 阴极短路的PIN 二极管导通特性曲线的比较，图中还给出了 p+短路区的宽度(wsd)对PIN 二 极管导通特性的影响；
图9是本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件中带阴极短路的PIN 二极管与常规的 无阴极短路的PIN 二极管反向恢复特性曲线的比较，图中还给出了 p+短路区的宽度(wsd)对 PIN 二极管反向恢复特性的影响；
图10是本发明的pnp-沟槽复合隔离区的结构参数对RC-GCT器件阻断特性的影响，其 中a是pnp隔离区d。宽度对其阻断特性的影响；b是沟槽隔离区深度dt对其阻断特性的影 响；
图11是本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件制备方法流程图，其中a_h为各个步 骤的制作结构变化示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。图1是本发明的RC-GCT器件与现有的pnp隔离RC-GCT与沟槽隔离RC-GCT的基 本结构剖面比较。图la为现有的RC-GCT器件结构图，A-GCT与PIN 二极管之间采用了 pnp隔离方 式，无论G、K间电压为正或为负，pnp中总有一个pn结反偏，所以，pnp隔离实质为pn结隔 离，其漏电流很小，隔离效果很好。但是，pnp结构需要在氮化硅(Si3N4)掩蔽膜的掩蔽下通 过P型杂质铝选择性的深扩散来实现，这使得制作工艺难度很大，成本也很高。同时，pnp结构使其J2结存在弯曲效应，会导致器件的正向阻断电压下降。图lb为现有的RC-GCT结构图，A-GCT与PIN 二极管之间采用了沟槽隔离方式，其 沟槽区可在大面积铝扩散形成P基区后通过刻蚀工艺实现，因而避免了 Si3N4掩蔽膜的制 作，不仅工艺简单，而且完全消除了 J2结的弯曲效应。为了保证沟槽不影响J2结耗尽区的宽 展并获得良好的隔离效果，沟槽区尽可能做的浅而宽，但是，沟槽区太宽不仅会导致门_阴 极间J3结的漏电流急剧增加，同时占用的硅片表面积也很大，导致阴极有效面积减小。如图lc，本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件结构是，整个器件以n_区为衬 底，以上方隔离沟槽的中心线为轴、下方P+透明阳极区和n+阴极区I边界为轴纵向将器件 区分为两部分，如图中的左侧部分称为A-GCT部分，右侧部分称为PIN 二极管部分，
其中A-GCT部分的结构是，n-区向上依次设置有波状p基区和p+基区；该p+基区中 间段上表面，与波状p基区的波峰对应位置设置有A-GCT的n+阴极区，该n+阴极区上表面 是阴极铝电极K ；该n+阴极区两侧的p+基区上表面各设置有门极铝电极G ；n-区向下设置 有n缓冲层，n缓冲层的下方为A-GCT部分的p+透明阳极区。其中PIN 二极管部分的结构是，n-区向上依次设置有p基区和p+基区，p+基区上 表面也设置有阴极铝电极K ；n-区向下设置有n缓冲层，n缓冲层的下方并排设置有PIN 二 极管n+阴极区I、p+短路区和PIN 二极管n+阴极区II，PIN 二极管n+阴极区I和PIN 二 极管n+阴极区II的厚度大于中间的p+短路区，PIN 二极管n+阴极区I与A-GCT的p+透 明阳极区邻接，PIN 二极管n+阴极区I、p+短路区和PIN 二极管n+阴极区II的下方均与 A-GCT部分的p+透明阳极区的下方设置有共同的阳极铝电极A。A-GCT与PIN 二极管之间的隔离沟槽伸入p基区，与A-GCT与PIN 二极管之间的p 基区的一个波峰相接，隔离沟槽的深度从阴极铝电极K内表面起算为dt，隔离沟槽的宽度 为Wto本发明的器件中，A-GCT与PIN 二极管采用了 pnp-沟槽复合隔离方式，并且n-区 向上由浅P+基区和深P基区两部分组成，其中浅P+基区是由硼扩散形成的，深P基区是在 n+区的掩蔽下通过大面积铝扩散形成的波状结构；复合隔离区的pnp部分与波状深p基区 同时形成，并通过刻蚀进一步形成pnp-沟槽复合隔离结构；此外，在PIN二极管的阴极侧增 加了 P+短路区，它与A-GCT的p+透明阳极区同时形成。由于本发明的器件不需要进行杂质 铝的选择性深扩散，因而避免了氮化硅掩蔽膜的制作，大大降低了器件的制作工艺难度和 成本。同时采用波状P基区可显著改善A-GCT器件的导通特性和开关特性，增大了器件的 反偏安全工作区。此外，在PIN 二极管的阴极侧增加的p+短路区，可改善其反向恢复能力， 提高RC-GCT换向的可靠性，同时也避免了局部少子寿命控制。为了兼顾A-GCT的阻断特性和导通特性及开关特性，其n+阴极区宽度W。为 200士20mm ;p+基区的深度为30士5mm。为了兼顾PIN 二极管的正向导通特性和反向恢复特 性，P+短路区宽度wsd与其所在阴极区宽度wd之比wsd/Vd (以下简称短路比)为0.25-0. 5。 为了保证RC-GCT的换向特性，pnp隔离区的宽度d。为200士20mm，沟槽隔离区的宽度wt为 250 士 20mm内，沟槽隔离区的深度dt为30 士 5mm。本发明的器件的工作原理是
采用门极“硬驱动”电路来触发。当RC-GCT器件两端加上正向电压(Uffl>0)时，2结 反偏来承担正向阻断电压。在A-GCT的门极上加一很强的正电流脉冲信号，A-GCT的J3结会均勻注入，使阴极npn晶体管先大面积导通，然后与其阳极pnp晶体管形成正反馈，于是 A-GCT全面导通。导通后A-GCT阳、阴极两端的压降很低，PIN 二极管也因此承受很低的反 向电压。当在A-GCT的门极上加一很强的负脉冲信号，则A-GCT的丄结会很快截止，阳极 电流全部换流到门极。于是A-GCT的关断就是阳极pnp晶体管的关断过程。由于A-GCT采 用了透明阳极结构，n基区的载流子可直接穿过透明阳极，所以关断速度较快。同时，波状P 基区所形成的特殊的横向电场可加速抽取A-GCT关断末期的非平衡载流子，减小其拖尾电 流及其损耗。 当RC-GCT器件两端加上反向电压(UAK<0)时，PIN 二极管正向导通，其通态压降很 低，A-GCT也因此而承受很低的反向电压。 当RC-GCT器件两端的电压UAK进行正、反向转换时，为了防止A-GCT与PIN 二极管 之间的相互影响，在图lc所示的RC-GCT器件中，A-GCT与PIN 二极管之间采用了 pnp-沟 槽复合隔离区，有效改善RC-GCT的换相特性。当UAK由正向转为反向时，在图lc所示的RC-GCT器件中，阴极侧的pnp隔离区可有 效地阻止PIN 二极管p阳极区的载流子横向流入A-GCT部分，引起A-GCT重新导通；同时， PIN 二极管阴极采用p+短路区，减少了载流子的注入，可延缓其导通，有利于A-GCT恢复阻 断，从而确保PIN 二极管导通的同时，A-GCT能完全恢复阻断。当UAK由反向转为正向时，阳 极侧的PIN 二极管的p+短路区与n区形成的pn结变为正偏，向n_基区注入空穴，与n_基 区的电子进行复合，加速PIN 二极管反向恢复。同时，阴极侧的pnp隔离区可有效地阻止 A-GCTp基区的载流子横向流入PIN 二极管部分，引起二极管重新导通；可见，采用pnp-沟 槽复合隔离区和阴极短路的PIN 二极管可以确保RC-GCT换相成功。本发明的器件的特性评价是
为了评价RC-GCT器件的特性，根据图lc建立了新结构的模型，利用MEDICI模拟软件 对RC-GCT的门极击穿特性、正向阻断特性及正、反向导通特性分别进行了模拟，并与具有 相同结构参数的pnp隔离RC-GCT和沟槽隔离RC-GCT进行了比较。1)门极击穿特性
当RC-GCT关断时，门极所加的反向电压(I < 0)必须小于其J3结的击穿电压。图2 给出了本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件与现有的pnp隔离RC-GCT器件及现有的沟 槽隔离RC-GCT器件在相同的隔离区宽度时J3击穿特性曲线的比较。由图2可见，pnp-沟 槽复合隔离与现有的pnp隔离RC-GCT的J3击穿特性非常接近，两者漏电流很小；而沟槽隔 离的RC-GCTJ3击穿特性曲线与之明显不同，漏电流很大，且呈线性增长。2)正向阻断特性
当门极电压UeK=0，阳-阴极间电压Uffl>0时，RC-GCT器件处于正向阻断状态，由反偏的 了2结来承担正向阻断电压。图3给出了具有相同隔离区宽度的三种不同隔离结构的RC-GCT 器件阻断期间的I-V特性曲线比较。由图3可见，三种不同隔离结构的RC-GCT器件的阻断 电压比较接近，其中沟槽隔离的阻断电压稍高，而pnp-沟槽复合隔离阻断电压和pnp隔离 的阻断电压几乎相同。图4给出了本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件中具有波状p基区的A-GCT 在正向阻断状态下沿不同位置剖分的纵向电场分布图。由图4可见，波状p基区A-GCT中 沿阴极边缘处的电场(用〇表示)峰值约为1. 65X 105V/cm,明显高于沿阴极中心的电场(用□表示)峰值约为1.45X 105V/cm。可见，采用波状p基区可在A-GCT中形成特殊的横向电场。图5给出了本发明的具有波状p基区A-GCT和常规p基区的A-GCT器件阻断时的 I-V特性曲线(图中用虚线□表示)比较。由图5可见，采用波状p基区会使器件的正向阻 断电压下降。且波峰宽度越宽，阻断电压下降越多；波峰高度越高，阻断电压下降也越多。3)正向导通特性
当阳-阴极电压UAK>0，且门极外加电压大于门极触发电压，即Ue>UCT时，RC-GCT器件处 于正向导通状态，由A-GCT传导电流。图6给出了本发明的具有波状p基区的A-GCT与常 规P基区的A-GCT导通特性曲线(图中用虚线□表示)的比较；由图6可见，在相同的电流 密度下，波状P基区A-GCT器件的正向压降比常规的p基区A-GCT的低。且波峰越宽，通态 压降越低；波峰高度变化对通态压降的影响很小。4)GCT的开关特性
图7给出了本发明的具有波状p基区的A-GCT与常规的p基区A-GCT开关特性曲线 (图中用虚线表示)的比较；由图7a可见，波状p基区的A-GCT的开通比常规p基区的A-GCT 开通稍快；由图7b可见，波状p基区的A-GCT的关断明显要比常规的p基区A-GCT关断快。 并且拖尾电流小，可减小关断损耗。5)反向导通特性
图8显示了本发明的RC-GCT器件中带阴极短路的PIN二极管与常规无阴极短路的PIN 二极管导通特性曲线(图中用虚线□表示)的比较，及其P+短路区的宽度(wsd)对其导通特 性的影响关系。由图8可见，在相同的阳极电流密度下，与常规的PIN 二极管相比，带阴极 短路的PIN 二极管的正向压降稍有增加。并且，p+短路区越宽，导通特性越差。6) PIN 二极管的反向恢复特性
图9给出了本发明的RC-GCT器件中带阴极短路的PIN 二极管与常规的无阴极短路的 PIN 二极管反向恢复特性曲线(图中用虚线□表示)的比较，及其p+短路区宽度(wsd)对其反 向恢复特性的影响关系。由图9可见，在相同的外电路参数下，与常规PIN 二极管相比，带 阴极短路的PIN二极管反向恢复特性明显得到改善，反向恢复电流减小，软度增加；并且wsd 越宽，反向恢复特性越好。图10给出了本发明的RC-GCT器件中pnp隔离区宽度d。和沟槽隔离区深度dt对 其阻断特性的影响。由图10a可见，隔离区越宽，阻断电压下降越多。由图10b可见，沟槽 隔离区越深，阻断电压下降稍多。相比较而言，dt的影响比d。要小。上述六方面的特性分析表明，与现有的RC-GCT器件相比，本发明的RC-GCT器件采 用pnp-沟槽复合隔离结构可获得更好综合特性和较大的阴极有效面积，有利于提高器件 的换相可靠性和散热特性。因此，用本发明的RC-GCT器件来代替现有RC-GCT可望更好地 满足于逆变器等大功率变流器的实际应用。参照图11，本发明的RC-GCT器件的制备方法，按照以下步骤实施 步骤1)选用原始的高阻区熔中照硅单晶作为n-区(图11a)；
步骤2)硅片清洗后腐蚀减薄，利用三氯氧磷(P0C13)源两步扩散实现n-区的上下表面 的n区，并用机械磨片法磨去n-区上表面的n区(图lib)；
步骤3)采用干氧-湿氧-干氧交替氧化形成掩蔽膜，在磨去n区的n-区上表面进行光刻，形成硼扩散窗口 ；然后利用饱和的三氧化二硼(B203)源进行选择性硼扩散，形成p+基 区，并去掉整个器件表面上的氧化层(图11c)；
步骤4)采用干氧-湿氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在p+基区上表面和n区下表 面上同时光刻，形成磷扩散窗口，然后进行选择性的磷两步扩散(同上)，在P+基区上表面中 段形成A-GCT的阴极n+扩散区、同时在p+基区隔离处形成掩蔽用n+扩散区；另外，同时在 n区下表面上形成PIN 二极管的两处n+阴极区，再去掉整个器件表面上的氧化层(图lid)； 步骤5)采用干氧-湿氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在上步得到的器件上表面光 刻形成门极区和隔离区腐蚀窗口，然后利用腐蚀方法进行门极区和隔离区挖槽(一次腐蚀); 并在上表面n+扩散区的掩蔽下进行大面积的铝扩散，在n-区中自然形成较深的波状p基 区和pnp隔离区，再去掉整个器件表面上的氧化层(图lie)；
步骤6)在上步得到的器件下表面甩稀释的B203源(稀释比例1 :40)进行大面积涂层扩 散，形成A-GCT的p+透明阳极区和PIN 二极管的p+短路区，与此同时，上表面的门极区也 得以补扩，有利于降低其接触电阻；然后，去掉整个器件表面上的氧化层(图llf)；
步骤7)采用干氧-湿氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在上步得到的器件上表面光 刻形成隔离区腐蚀窗口，然后进行二次腐蚀，形成pnp-沟槽复合隔离区(图llg)，接着进行 下一步光刻形成A-GCT门-阴极界的保护二氧化硅图形；
步骤8)对上步得到的器件下表面打毛，形成高复合中心；清洗后，对整个器件上、下表 面分别蒸铝，并对上表面的铝膜进行反刻，经合金化后形成各个电极A、G、K (图llh);
步骤9)对上步得到的器件上表面甩聚酰亚胺膜，光刻形成门极区和隔离区的保护图 形，并进行亚胺化处理；然后进行磨角保护、表面钝化即得。
上述方法得到的器件适宜采用压接式方法封装，便于运输和储存。
本发明的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件的制备方法，以现有的RC-GCT器件为基础， P基区是由硼扩散形成的浅P+基区和在磷扩散形成的阴极n+扩散区掩蔽下进行铝扩散形 成的深P基区组成，并自然形成了一种波状的P基区及pnp隔离区，并在pnp区上方进行挖 槽，从而形成了 pnp-沟槽复合隔离区。此外，在PIN 二极管的阴极侧增加了 p+短路区，并 与A-GCT的p+透明阳极区同时形成，可有效改善PIN 二极管的反向恢复特性，从而省去了 对其少子寿命的控制。
权利要求
一种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件，其特征在于整个器件以n-区为衬底，以器件上方隔离沟槽的中心线为轴、器件下方p+透明阳极区和n+阴极区Ⅰ边界为轴纵向将器件区分为A-GCT部分和PIN二极管部分，所述A-GCT部分的结构是，n-区向上依次设置有波状p基区和p+基区；该p+基区中间段上表面，与波状p基区的波峰对应位置设置有A-GCT的n+阴极区，该n+阴极区上表面是阴极铝电极K；该n+阴极区两侧的p+基区上表面各设置有门极铝电极G；n-区向下设置有n缓冲层，n缓冲层的下方为A-GCT部分的p+透明阳极区；所述的PIN二极管部分结构是，n-区向上依次设置有p基区和p+基区，p+基区上表面设置有阴极铝电极K；n-区向下设置有n缓冲层，n缓冲层的下方并排设置有PIN二极管n+阴极区Ⅰ、p+短路区和PIN二极管n+阴极区Ⅱ，PIN二极管n+阴极区Ⅰ和PIN二极管n+阴极区Ⅱ的厚度大于中间的p+短路区，PIN二极管n+阴极区Ⅰ与A-GCT的p+透明阳极区邻接，PIN二极管n+阴极区Ⅰ、p+短路区和PIN二极管n+阴极区Ⅱ的下方均与A-GCT部分的p+透明阳极区的下方设置有共同的阳极铝电极A；所述隔离沟槽伸入p基区，与p基区的一个波峰相接。
2.根据权利要求1所述的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件，其特征在于所述A-GCT部 分的η+阴极区宽度为200 士 20mm、ρ+基区的深度为30 士 5mm。
3.根据权利要求1所述的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件，其特征在于所述PIN二 极管部分的P+短路区宽度与其阴极区宽度之比为0. 25-0. 5。
4.根据权利要求1所述的pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件，其特征在于所述pnp隔 离区的宽度为200士20mm，沟槽隔离区的宽度为250士20mm，沟槽隔离区的深度为30士5mm。
5.一种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件的制备方法，其特征在于，按照以下步骤具体实施步骤1、选用原始的高阻区熔中照硅单晶作为η-区；步骤2、硅片清洗后腐蚀减薄，利用三氯氧磷源两步扩散实现η-区的上下表面的η区， 并磨去η-区上表面的η区；步骤3、采用干氧-湿氧-干氧交替氧化形成掩蔽膜，在磨去η区的η-区上表面进行光 亥IJ，形成硼扩散窗口 ；然后利用饱和的三氧化二硼源进行选择性硼扩散，形成P+基区，并去 掉整个器件表面上的氧化层；步骤4、采用干氧-湿氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在ρ+基区上表面和η区下表 面上同时光刻，形成磷扩散窗口，然后进行选择性的磷两步扩散，在P+基区上表面中段形成 A-GCT的阴极η+扩散区、同时在ρ+基区隔离处形成掩蔽用η+扩散区；另外，同时在η区下表 面上形成PIN 二极管的两处η+阴极区，再去掉整个器件表面上的氧化层；步骤5、采用干氧-湿氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在上步得到的器件上表面光 刻形成门极区和隔离区腐蚀窗口，然后利用腐蚀方法进行门极区和隔离区挖槽；并在上表 面η+扩散区的掩蔽下进行大面积的铝扩散，在η-区中自然形成较深的波状P基区和pnp隔 离区，再去掉整个器件表面上的氧化层；步骤6、在上步得到的器件下表面甩稀释的B2O3源，进行大面积涂层扩散，形成A-GCT的 P+透明阳极区和PIN 二极管的ρ+短路区，与此同时，上表面的门极区也得以补扩，然后，去 掉整个器件表面上的氧化层；步骤7、采用干氧-湿氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，在上步得到的器件上表面光 刻形成隔离区腐蚀窗口，然后进行二次腐蚀，形成Pnp-沟槽复合隔离区，接着进行下一步 光刻形成A-GCT门-阴极界的保护二氧化硅图形；步骤8、对上步得到的器件下表面打毛，形成高复合中心；清洗后，对整个器件上、下表 面分别蒸铝，并对上表面的铝膜进行反刻，经合金化后形成各个电极；步骤9、对上步得到的器件上表面甩聚酰亚胺膜，光刻形成门极区和隔离区的保护图 形，并进行亚胺化处理；然后进行磨角保护、表面钝化即得。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述A-GCT部分的η+阴极区宽度为 200 士 20mm、ρ+基区的深度为30 士 5mm。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述PIN二极管部分的ρ+短路区宽 度与其阴极区宽度之比为0. 25-0. 5。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述pnp隔离区的宽度为 200 士 20mm，沟槽隔离区的宽度为250 士 20mm，沟槽隔离区的深度为30 士 5mm。
全文摘要
本发明公开了一种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件，整个器件分为A-GCT和PIN二极管两部分，A-GCT部分结构是，n-区向上依次设置有波状p基区和p+基区，该p+基区中间段上表面，与波状p基区的波峰对应位置设置有n+阴极区，该n+阴极区上表面是阴极铝电极，该n+阴极区两侧的p+基区上表面各设置有门极铝电极，n-区向下设置有n缓冲层及p+透明阳极区；PIN二极管部分结构是，n-区向上依次设置有p基区和p+基区，p+基区上表面设置有阴极铝电极；n-区向下设置有n缓冲层，n缓冲层的下方并排设置有PIN二极管n+阴极区Ⅰ、p+短路区和PIN二极管n+阴极区Ⅱ。本发明还公开了上述pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件的制备方法，可有效改善PIN二极管的反向恢复特性，从而省去了对其少子寿命的控制。
文档编号H01L21/332GK101853878SQ20101019104
公开日2010年10月6日 申请日期2010年6月3日 优先权日2010年6月3日
发明者王彩琳 申请人:西安理工大学