一種mos觸發(fā)負(fù)阻二極管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，特別涉及一種MOS觸發(fā)負(fù)阻二極管(MOS-TriggeredDynistorJI^lMTD)。
【背景技術(shù)】
[0002]功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)器件，可以應(yīng)用于電力電子和功率脈沖領(lǐng)域。傳統(tǒng)的晶閘管(Thyristor)具有低導(dǎo)通壓降、電壓容量大，電流密度大等優(yōu)點(diǎn)非常適合應(yīng)用在功率脈沖領(lǐng)域。自晶閘管問世以來，其相關(guān)產(chǎn)品在功率脈沖等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。然而晶閘管驅(qū)動(dòng)為電流控制，這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低了可靠性，也不利于脈沖功率系統(tǒng)的小型化。
[0003]絕緣棚.雙極型晶體管(InsulatedGate Bipolar Transistor，簡稱:IGBT)是廣泛應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域的器件，這是一種電壓控制型器件，結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝成熟可靠。但是IGBT具有電流飽和能力，限制了它在高功率密度上的應(yīng)用。MOS控制晶閘管(M0SControlled Thyristor，簡稱MCT)是一種兼具IGBT和晶閘管優(yōu)點(diǎn)的半導(dǎo)體器件，它具有電壓控制驅(qū)動(dòng)、無電流飽和特性和功率密度高的優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用在高功率領(lǐng)域。但是MCT是一種常開型器件，需要在柵極提供一個(gè)負(fù)電壓以維持其關(guān)斷狀態(tài)。這不僅增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，也在一定程度上為系統(tǒng)帶來潛在危險(xiǎn)，降低了系統(tǒng)的可靠性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明提出了一種應(yīng)用于高壓高功率領(lǐng)域，具有驅(qū)動(dòng)簡單特性的常關(guān)型MOS觸發(fā)負(fù)阻二極管。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種MOS觸發(fā)負(fù)阻二極管，包括交替并列設(shè)置的PNPN負(fù)阻二極管部分和MOS部分，其特征在于，所述PNPN負(fù)阻二極管部分包括N型漂移區(qū)4、位于N型漂移區(qū)4上表面的P型基區(qū)3、位于N型漂移區(qū)4下表面的P型陽極區(qū)5和位于P型基區(qū)3上表面的N型源區(qū)1，所述P型陽極區(qū)5下表面連接有陽極6，所述N型源區(qū)I上表面連接有陰極金屬7;所述MOS部分包括N型漂移區(qū)4、位于N型漂移區(qū)4下表面的P型陽極區(qū)5、柵極結(jié)構(gòu)和P型源區(qū)10，所述P型陽極區(qū)5下表面連接有陽極6;所述P型源區(qū)10位于N型源區(qū)I的上層并與柵極結(jié)構(gòu)接觸;其特征在于，所述P型基區(qū)3通過位于其上表面的凸起結(jié)構(gòu)貫穿N型源區(qū)I后與陰極金屬7短接。
[0006]進(jìn)一步的，所述P型基區(qū)3與位于其上表面的凸起結(jié)構(gòu)是一體的。
[0007]進(jìn)一步的，所述P型基區(qū)3與位于其上表面的凸起結(jié)構(gòu)是相互獨(dú)立的，所述凸起結(jié)構(gòu)為P型半導(dǎo)體區(qū)2。
[0008]進(jìn)一步的，所述凸起結(jié)構(gòu)為多個(gè)。
[0009]進(jìn)一步的，所述MOS部分的柵極結(jié)構(gòu)為溝槽柵結(jié)構(gòu)或平面柵結(jié)構(gòu)。
[0010]—種MOS觸發(fā)負(fù)阻二極管的制造方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0011]第一步:采用襯底硅片制作結(jié)終端，形成N型半導(dǎo)體漂移區(qū)4;
[0012]第二步:采用離子注入工藝，在N型半導(dǎo)體漂移區(qū)4上層一側(cè)制作P型基區(qū)3;
[0013]第三步:在N型半導(dǎo)體漂移區(qū)4上層另一側(cè)制作柵極結(jié)構(gòu)；
[0014]第四步:采用離子注入工藝，在P型基區(qū)3上層制作N型源區(qū)I和P型源區(qū)10;所述P型源區(qū)10與柵極結(jié)構(gòu)接觸;同時(shí)在P型基區(qū)3上表面制作穿過N型源區(qū)I的凸起結(jié)構(gòu)；
[0015]第五步:在器件上表面淀積BPSG絕緣介質(zhì)層，刻蝕歐姆接觸孔；
[0016]第六步:在N型半導(dǎo)體源區(qū)I上表面淀積金屬，形成陰極金屬7;
[0017]第七步:淀積鈍化層；
[0018]第八步:對(duì)N型半導(dǎo)體漂移區(qū)4下表面進(jìn)行減薄、拋光處理，注入P型雜質(zhì)并進(jìn)行離子激活，形成陽極區(qū)5;
[0019]第九步:背金，在陽極區(qū)5底部形成陽極6。
[0020]進(jìn)一步的，第四步中所述在P型基區(qū)3上表面制作穿過N型源區(qū)I的凸起結(jié)構(gòu)的具體方法為:
[0021]在P型基區(qū)3上層制作N型源區(qū)I和P型源區(qū)10時(shí)采用的掩膜板具有遮蔽區(qū)域，所述遮蔽區(qū)域遮蔽的P型半導(dǎo)體基區(qū)3部分未被N型雜質(zhì)注入，從而形成穿過N型源區(qū)I與陰極金屬7連接的P型基區(qū)3凸起結(jié)構(gòu)。
[0022]進(jìn)一步的，第第四步中所述在P型基區(qū)3上表面制作穿過N型源區(qū)I的凸起結(jié)構(gòu)的具體方法為:
[0023]在P型基區(qū)3上層制作N型源區(qū)I和P型源區(qū)10后，繼續(xù)在N型源區(qū)I上注入P型雜質(zhì)形成貫穿N型源區(qū)I并與P型基區(qū)3連接的P型半導(dǎo)體區(qū)2。
[0024]本發(fā)明的有益效果為，提出了應(yīng)用于高壓高功率領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)簡單的常關(guān)型MOS觸發(fā)負(fù)阻二極管及其制造方法。
【附圖說明】
[°°25]圖1是常規(guī)MCT元胞結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是本發(fā)明MOS觸發(fā)負(fù)阻二極管溝槽型柵元胞結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3是本發(fā)明MOS觸發(fā)負(fù)阻二極管平面型柵元胞結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4是本發(fā)明MOS觸發(fā)負(fù)阻二極管另一種溝槽型柵元胞結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖5是本發(fā)明MOS觸發(fā)負(fù)阻二極管另一種平面型柵元胞結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖6是本發(fā)明MOS觸發(fā)負(fù)阻二極管平面柵型元胞制作P型基區(qū)凸起結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖7是本發(fā)明MOS觸發(fā)負(fù)阻二極管另一種平面柵型元胞制作P型凸起區(qū)示意圖；
[0032]圖8是本發(fā)明MOS觸發(fā)負(fù)阻二極管等效電路示意圖；
[0033]圖9是本發(fā)明MOS觸發(fā)負(fù)阻二極管與常規(guī)MCT正向阻斷特性曲線示意圖；
[0034]圖10是本發(fā)明MOS觸發(fā)負(fù)阻二極管(不同N型源區(qū)長度)及常規(guī)MCT導(dǎo)通特性曲線示意圖；
[0035]圖11本發(fā)明MOS觸發(fā)負(fù)阻二極管一種長條形元胞版圖示意圖；
[0036]圖12本發(fā)明MOS觸發(fā)負(fù)阻二極管一種方形元胞版圖示意圖；
[0037]圖13本發(fā)明MOS觸發(fā)負(fù)阻二極管一種六角形元胞版圖示意圖；
[0038]圖14是沿圖11/12/13剖面線AA’的剖面示意圖；
[0039]圖15是沿圖11剖面線BB’的剖面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述
[0041]本發(fā)明提供的MOS觸發(fā)負(fù)阻二極管平面柵型元胞結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括MOS部分和PNPNDynistor (負(fù)阻二極管)，其MOS部分為PNPN負(fù)阻二極管部分提供驅(qū)動(dòng)電流，在幾十納秒內(nèi)快速觸發(fā)整個(gè)器件開啟，這樣器件獲得大電流能力。所述PNPN負(fù)阻二極管部分具有由N型源區(qū)1、P型基區(qū)3凸起結(jié)構(gòu)和陰極金屬7構(gòu)成的陰極短路結(jié)構(gòu)，使器件具有常關(guān)特性。所述P型基區(qū)3凸起結(jié)構(gòu)和P型基區(qū)3可設(shè)置為相互獨(dú)立，如圖4和圖5所示。
[0042]本發(fā)明提供的MOS觸發(fā)負(fù)阻二極管，其MOS部分可設(shè)置為溝槽型柵和平面型柵，溝槽柵型MTD元胞結(jié)構(gòu)如圖2和圖4所示，平面柵型MTD元胞結(jié)構(gòu)如圖3和圖5所示;其陽極結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的MCT各種陽極結(jié)構(gòu)類似。
[0043]本發(fā)明提供的MOS觸發(fā)負(fù)阻晶體管，其工作原理如下:
[0044]在圖2中所示的元胞結(jié)構(gòu)中，當(dāng)陽極加正電壓，陰極和柵極接零電位時(shí)，漂移區(qū)4和P型基區(qū)3之間的P-N結(jié)反偏，產(chǎn)生的PN結(jié)反向漏電流流經(jīng)P型基區(qū)3被P型基區(qū)3凸起結(jié)構(gòu)抽取，并在P型基區(qū)3上產(chǎn)生一個(gè)橫向壓降，此PN結(jié)反