一种mos触发负阻二极管及其制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及半导体技术，特别涉及一种MOS触发负阻二极管(MOS-TriggeredDynistorJI^lMTD)。
【背景技术】
[0002]功率半导体器件作为开关器件，可以应用于电力电子和功率脉冲领域。传统的晶闸管(Thyristor)具有低导通压降、电压容量大，电流密度大等优点非常适合应用在功率脉冲领域。自晶闸管问世以来，其相关产品在功率脉冲等领域获得了广泛的应用。然而晶闸管驱动为电流控制，这增加了系统的复杂性，降低了可靠性，也不利于脉冲功率系统的小型化。
[0003]绝缘棚.双极型晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor，简称:IGBT)是广泛应用于电力电子领域的器件，这是一种电压控制型器件，结构简单，制造工艺成熟可靠。但是IGBT具有电流饱和能力，限制了它在高功率密度上的应用。MOS控制晶闸管(M0SControlled Thyristor，简称MCT)是一种兼具IGBT和晶闸管优点的半导体器件，它具有电压控制驱动、无电流饱和特性和功率密度高的优点，非常适合应用在高功率领域。但是MCT是一种常开型器件，需要在栅极提供一个负电压以维持其关断状态。这不仅增加了系统的复杂性，也在一定程度上为系统带来潜在危险，降低了系统的可靠性。
【发明内容】
[0004]本发明提出了一种应用于高压高功率领域，具有驱动简单特性的常关型MOS触发负阻二极管。
[0005]本发明的技术方案:一种MOS触发负阻二极管，包括交替并列设置的PNPN负阻二极管部分和MOS部分，其特征在于，所述PNPN负阻二极管部分包括N型漂移区4、位于N型漂移区4上表面的P型基区3、位于N型漂移区4下表面的P型阳极区5和位于P型基区3上表面的N型源区1，所述P型阳极区5下表面连接有阳极6，所述N型源区I上表面连接有阴极金属7;所述MOS部分包括N型漂移区4、位于N型漂移区4下表面的P型阳极区5、栅极结构和P型源区10，所述P型阳极区5下表面连接有阳极6;所述P型源区10位于N型源区I的上层并与栅极结构接触;其特征在于，所述P型基区3通过位于其上表面的凸起结构贯穿N型源区I后与阴极金属7短接。
[0006]进一步的，所述P型基区3与位于其上表面的凸起结构是一体的。
[0007]进一步的，所述P型基区3与位于其上表面的凸起结构是相互独立的，所述凸起结构为P型半导体区2。
[0008]进一步的，所述凸起结构为多个。
[0009]进一步的，所述MOS部分的栅极结构为沟槽栅结构或平面栅结构。
[0010]—种MOS触发负阻二极管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0011]第一步:采用衬底硅片制作结终端，形成N型半导体漂移区4;
[0012]第二步:采用离子注入工艺，在N型半导体漂移区4上层一侧制作P型基区3;
[0013]第三步:在N型半导体漂移区4上层另一侧制作栅极结构；
[0014]第四步:采用离子注入工艺，在P型基区3上层制作N型源区I和P型源区10;所述P型源区10与栅极结构接触;同时在P型基区3上表面制作穿过N型源区I的凸起结构；
[0015]第五步:在器件上表面淀积BPSG绝缘介质层，刻蚀欧姆接触孔；
[0016]第六步:在N型半导体源区I上表面淀积金属，形成阴极金属7;
[0017]第七步:淀积钝化层；
[0018]第八步:对N型半导体漂移区4下表面进行减薄、抛光处理，注入P型杂质并进行离子激活，形成阳极区5;
[0019]第九步:背金，在阳极区5底部形成阳极6。
[0020]进一步的，第四步中所述在P型基区3上表面制作穿过N型源区I的凸起结构的具体方法为:
[0021]在P型基区3上层制作N型源区I和P型源区10时采用的掩膜板具有遮蔽区域，所述遮蔽区域遮蔽的P型半导体基区3部分未被N型杂质注入，从而形成穿过N型源区I与阴极金属7连接的P型基区3凸起结构。
[0022]进一步的，第第四步中所述在P型基区3上表面制作穿过N型源区I的凸起结构的具体方法为:
[0023]在P型基区3上层制作N型源区I和P型源区10后，继续在N型源区I上注入P型杂质形成贯穿N型源区I并与P型基区3连接的P型半导体区2。
[0024]本发明的有益效果为，提出了应用于高压高功率领域驱动简单的常关型MOS触发负阻二极管及其制造方法。
【附图说明】
[°°25]图1是常规MCT元胞结构示意图；
[0026]图2是本发明MOS触发负阻二极管沟槽型栅元胞结构示意图；
[0027]图3是本发明MOS触发负阻二极管平面型栅元胞结构示意图；
[0028]图4是本发明MOS触发负阻二极管另一种沟槽型栅元胞结构示意图；
[0029]图5是本发明MOS触发负阻二极管另一种平面型栅元胞结构示意图；
[0030]图6是本发明MOS触发负阻二极管平面栅型元胞制作P型基区凸起结构示意图；
[0031]图7是本发明MOS触发负阻二极管另一种平面栅型元胞制作P型凸起区示意图；
[0032]图8是本发明MOS触发负阻二极管等效电路示意图；
[0033]图9是本发明MOS触发负阻二极管与常规MCT正向阻断特性曲线示意图；
[0034]图10是本发明MOS触发负阻二极管(不同N型源区长度)及常规MCT导通特性曲线示意图；
[0035]图11本发明MOS触发负阻二极管一种长条形元胞版图示意图；
[0036]图12本发明MOS触发负阻二极管一种方形元胞版图示意图；
[0037]图13本发明MOS触发负阻二极管一种六角形元胞版图示意图；
[0038]图14是沿图11/12/13剖面线AA’的剖面示意图；
[0039]图15是沿图11剖面线BB’的剖面示意图。
【具体实施方式】
[0040]下面结合附图对本发明进行详细的描述
[0041]本发明提供的MOS触发负阻二极管平面栅型元胞结构如图2所示，包括MOS部分和PNPNDynistor (负阻二极管)，其MOS部分为PNPN负阻二极管部分提供驱动电流，在几十纳秒内快速触发整个器件开启，这样器件获得大电流能力。所述PNPN负阻二极管部分具有由N型源区1、P型基区3凸起结构和阴极金属7构成的阴极短路结构，使器件具有常关特性。所述P型基区3凸起结构和P型基区3可设置为相互独立，如图4和图5所示。
[0042]本发明提供的MOS触发负阻二极管，其MOS部分可设置为沟槽型栅和平面型栅，沟槽栅型MTD元胞结构如图2和图4所示，平面栅型MTD元胞结构如图3和图5所示;其阳极结构与现有的MCT各种阳极结构类似。
[0043]本发明提供的MOS触发负阻晶体管，其工作原理如下:
[0044]在图2中所示的元胞结构中，当阳极加正电压，阴极和栅极接零电位时，漂移区4和P型基区3之间的P-N结反偏，产生的PN结反向漏电流流经P型基区3被P型基区3凸起结构抽取，并在P型基区3上产生一个横向压降，此PN结反