隨著功率MOSFET和IGBT的出現(xiàn),雙極型晶體管的發(fā)展受到一定影響。但在更高電壓、更大電流的應(yīng)用中,隨著外延層(或單晶)厚度、電阻率的的增加,MOSFET、IGBT導(dǎo)通壓降隨之大幅上升。而雙極型晶體管、晶閘管及其衍生器件由于其具有電導(dǎo)調(diào)制
效應(yīng),可改善大電流情況下的導(dǎo)通壓降,因此,在高壓、低頻應(yīng)用領(lǐng)域有著廣泛的需求。在結(jié)構(gòu)方面,MCT多晶硅柵電極下具有雙溝道,分別為開通溝道和關(guān)斷溝道。MCT將晶閘管的大電流容量、高阻斷電壓、低飽和壓降特點(diǎn)和MOS場控器件的柵極控制能力結(jié)合在一起,降低了低頻應(yīng)用中晶閘管驅(qū)動(dòng)功率和驅(qū)動(dòng)電路的復(fù)雜性。
由于MCT芯片結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、制備難度較大、工作條件較嚴(yán)苛,因此為了改善MCT的電學(xué)特性,需要在深刻理解器件導(dǎo)通機(jī)理的基礎(chǔ)上,對(duì)器件結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝條件進(jìn)行精細(xì)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。
圖1為MCT半單胞結(jié)構(gòu)。表1為MCT電參數(shù)指標(biāo)。設(shè)計(jì)得到的MCT結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝參數(shù)為:溝道寬度為4×106μm;單胞半寬度為15μm,窗口區(qū)半寬度為5μm,多晶硅區(qū)半寬度為10μm;P+襯底厚度和摻雜濃度分別為150μm和1×1019cm-3,襯底晶向?yàn)?100>;N-外延層厚度和摻雜濃度分別為160μm和7×1013cm-3(外延層電阻率為63Ω.cm)柵氧化層厚度為60nm,注入過程中犧牲氧化層厚度為20nm;P-體區(qū)注入劑量和能量分別為3.5×1014cm-2和60KeV,P-體區(qū)退火時(shí)間和溫度分別為70min和1150℃;N+體區(qū)窗口區(qū)寬度為0.5μm,N+體區(qū)磷注入劑量和能量分別為8×1014cm-2和60KeV;N-體區(qū)磷注入劑量和能量分別為5×1014cm-2和60KeV, N-體區(qū)退火時(shí)間和溫度分別為130min和1150℃;P+陰極區(qū)窗口寬度為2μm,P+陰極區(qū)硼注入劑量和能量分別為2×1015cm-2和50KeV, P+陰極區(qū)退火時(shí)間和溫度分別為1min和1000℃;開通溝道長度和關(guān)斷溝道長度分別為2.7μm和0.8μm;側(cè)墻氧化層厚度為0.5μm;硅材料原始少子壽命為10μs;P+陽極區(qū)與N-外延層之間采用N+緩沖層結(jié)構(gòu)??v向結(jié)構(gòu)采用傳統(tǒng)的晶閘管工藝實(shí)現(xiàn),橫向采用DMOS硅柵工藝,終端采用終端結(jié)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)。
工藝流程為:擴(kuò)散P+區(qū)→光刻(一次光刻)擴(kuò)散P-體區(qū)→光刻(二次光刻)擴(kuò)散N+區(qū)→生長柵氧化層→生長多晶硅→光刻(三次光刻)擴(kuò)散N-阱→自對(duì)準(zhǔn)擴(kuò)散P+→生長SiO2和Si3N4→光刻(四次光刻)引線孔→蒸鋁→反刻(五次光刻)→鈍化→鈍化光刻(六次光刻)。
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