N+缓冲层结构对MCT瞬态特性（TLP）的影响

随着功率MOSFET和IGBT的出现，双极型晶体管的发展受到一定影响。但在更高电压、更大电流的应用中，随着外延层（或单晶）厚度、电阻率的的增加，MOSFET、IGBT导通压降随之大幅上升。而双极型晶体管、晶闸管及其衍生器件由于其具有电导调制效应，可改善大电流情况下的导通压降，因此，在高压、低频应用领域有着广泛的需求。在结构方面，MCT多晶硅栅电极下具有双沟道，分别为开通沟道和关断沟道。MCT将晶闸管的大电流容量、高阻断电压、低饱和压降特点和MOS场控器件的栅极控制能力结合在一起，降低了低频应用中晶闸管驱动功率和驱动电路的复杂性。由于MCT芯片结构较复杂、制备难度较大、工作条件较严苛，因此为了改善MCT的电学特性，需要在深刻理解器件导通机理的基础上，对器件结构参数和工艺条件进行精细的设计和优化。

1 MCT单胞结构及物理模型选择

图1为MCT半单胞结构。为了使得仿真结果具有实际参考意义，根据电参数指标要求，利用TCAD半导体器件仿真软件对MCT单胞横向、纵向结构参数进行了设计，后续的仿真研究以此为基础。表1为MCT电参数指标。设计得到的MCT结构参数和工艺参数为：沟道宽度为4×106μm；单胞半宽度为15μm，窗口区半宽度为5μm，多晶硅区半宽度为10μm；P+衬底厚度和掺杂浓度分别为150μm和1×1019cm-3，衬底晶向为<100>；N-外延层厚度和掺杂浓度分别为160μm和7×1013cm-3（外延层电阻率为63Ω.cm）栅氧化层厚度为60nm，注入过程中牺牲氧化层厚度为20nm；P-体区注入剂量和能量分别为3.5×1014cm-2和60KeV，P-体区退火时间和温度分别为70min和1150℃；N+体区窗口区宽度为0.5μm，N+体区磷注入剂量和能量分别为8×1014cm-2和60KeV；N-体区磷注入剂量和能量分别为5×1014cm-2和60KeV， N-体区退火时间和温度分别为130min和1150℃；P+阴极区窗口宽度为2μm，P+阴极区硼注入剂量和能量分别为2×1015cm-2和50KeV， P+阴极区退火时间和温度分别为1min和1000℃；开通沟道长度和关断沟道长度分别为2.7μm和0.8μm；侧墙氧化层厚度为0.5μm；硅材料原始少子寿命为10μs；P+阳极区与N-外延层之间采用N+缓冲层结构，N+缓冲层为均匀掺杂，掺杂浓度和厚度为变量。纵向结构采用传统的晶闸管工艺实现，横向采用DMOS硅栅工艺，终端采用终端结扩展结构。

工艺流程为：扩散P+区→光刻（一次光刻）扩散P-体区→光刻（二次光刻）扩散N+区→生长栅氧化层→生长多晶硅→光刻（三次光刻）扩散N-阱→自对准扩散P+→生长SiO2和Si3N4→光刻（四次光刻）引线孔→蒸铝→反刻（五次光刻）→钝化→钝化光刻（六次光刻）。图2为设计得到MCT输出特性曲线，由图2可知，设计得到的MCT电学性能满足电参数指标要求，表明结构参数设计和工艺条件选择较合理。

2、N+缓冲层结构对MCT瞬态特性（TLP）的影响

vgate=5V，vanode=800V；IApeak=150A,上升时间10ns，脉宽6μs，下降时间150ns，周期150μs

2.1 N+缓冲层掺杂浓度的影响，N+缓冲层厚度35μm

（1）1E17cm-3

（2）3E17cm-3

（3）5E17cm-3

（4）7E17cm-3

（5）9E17cm-3

2.2 N+缓冲层厚度的影响

（1）25μm

（2）30μm

（3）35μm