[发明专利]门关断闸流晶体管及其制造方法

说明书

本发明涉及门关断闸流晶体管，该闸流晶体管具有一个半导体基片以及至少一个P型掺杂的阳极层，一个n型基区层，一个和门接触的P型基区层和一个n型导电的阴极层。此外还涉及该闸流晶体管的制造方法。

利用门关断闸流晶体管（简称GTO），目前能阻断高达4500伏的电压和关断高达2500安培的电流。这种半导体结构一般是由许多具有并连的四层PnPn结构集成的单个闸流晶体管组成的。这些集成化的单个闸流晶体管使用公共的阴极层、公共的n型基区层、和门接触的公共P型基区层，但阴极层是各自分开的。这些重掺杂的阴极层，用作n⁺发射极。

例如，欧洲专利申请EP-A2-0066850对这种门关断闸流晶体管已有描述。集成化的单个闸流晶体管布置在园形半导体基片的几个同心园片上。

为了可靠地开关大电流，主要在阴极层和P型基区层的区域，必须精确地按照一定的标准尺寸加工。可开关电流特别依赖于P型基区层横向电导率σ_P的可观程度。

在单扩散P型基区的情况，只要增加迁移带电载流子的数量即可改善电导率。这只要在阴极层与P型基区层之间的Pn结区域加大层的厚度或提高掺杂的浓度即可实现。然而，这两种改进都会产生不良影响。P型基区层厚度的增大，使得由n型基区层、P型基区层和阴极层形成的辅助nPn晶体管的增益下降，结果导致门关断闸流晶体管的触发灵敏度和接通速度下降。包括阴极层在内的pn结区域掺杂浓度的提高，使得所说的pn结击穿电压下降，以致于门关断闸流晶体管关闭时发生雪崩击穿的危险性增大了。

1982年，M.Kurata等在纽约发表文章，题为“门关断闸流晶体管”，它是用于功率调节、压力通风系统压力机的半导体器件。由文章可知，可开关阳极电流的提高正比于阴极层与P型基区层之间的Pn结J₁的击穿电压V_BJ1和P型基区的薄层电导σ_P的乘积。因此，由高的击穿电压V_BJ1同样可以获得大的可开关阳极电流。

平面Pn结的击穿电压实质上取决于那里的掺杂梯度：掺杂梯度越大，击穿电压就越低。但是在扩散的情况，最大掺杂浓度、穿透深度和掺杂梯度相互依赖。因此，不可能按照这样的方法制造出具有高掺杂浓度（即有好的发射极作用）、浅穿透深度（因为可以利用P型基区的大部分而获得好的横向电导率σ_P）和在Pn结处具有低掺杂浓度（即有高的击穿电压）的阴极层。

因此，本发明的一个目的是对权利要求1前序部分所述的门关断闸流晶体管进行改进，从而在保持器件具有良好的开关特性的同时，增大开关阳极电流。此外，还要根据本发明提供一种门关断闸流晶体管的制造方法。

完成本发明目的的方案体现在主权利要求的特征部分以及从属权利要求8，便利的实施例体现在从属权利要求。

按照本发明，阴极层分割为用作n⁺发射极的重掺杂区和轻掺杂区，使阴极层与P型基区层之间的Pn结具有高击穿电压，而不管阴极层的浅穿透深度。

按照本发明的实施例，门关断闸流晶体管中集成化的单个闸流管的分离的阴极层轻掺杂、即可与P型基区层相差不多。而且只有阴极层的周围区域是用作n⁺发射极的重掺杂区。

根据以下的详细说明并参看附图，可以容易地对本发明及其许多附加优点有一个全面的了解。

图1是根据本发明的门关断闸流晶体管的平面图。

图2是根据本发明的门关断闸流晶体管局部A的透视图。

图3是根据本发明的门关断闸流晶体管沿图2线B-B掺杂浓度的示意图。

图4是根据本发明制造的门关断闸流晶体管的计算掺杂浓度。

图5是根据本发明的门关断闸流晶体管的择优实施例的剖面图。

图6是根据本发明具有台面结构门关断闸流晶体管实施例的平面图。

在第一个典型的实施例中，对根据本发明的台面结构门关断闸流晶体管的结构和功能予以说明。

现在参考附图，几幅图中相同的标号表示相同或相应部分。图1展示了这样一个器件，许多象指形的条状阴极2被安置在适当掺杂的半导体基片1的一个主表面的同心园上，这些指形阴极2被沟槽3相互分隔开。

图2是图1局部的透视图。指形阴极2设有阴极接触13。沟槽3被门接触区12的连续金属层所复盖。在半导体基片的第二主表面上，有一金属层被用作阳极接触区11。