專利名稱：：一種非對(duì)稱快速晶閘管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型屬于功率半導(dǎo)體器件
技術(shù)領(lǐng)域：
。具體涉及一種半導(dǎo)體變流器件，主要應(yīng)用于大功率串聯(lián)逆變電源裝置。
背景技術(shù)：
：目前，感應(yīng)加熱電源絕大多數(shù)采用并聯(lián)逆變技術(shù)，所用半導(dǎo)體器件為快速晶閘管，典型電路如圖l所示。輸入的三相交流電經(jīng)過(guò)整流后經(jīng)電抗器輸出為直流電流，由4只快速晶閘管組成的逆變橋接收控制單元發(fā)出的觸發(fā)信號(hào)，將直流電流進(jìn)行變換，輸出高頻率的單相交流電流。而一種更高效、穩(wěn)定和輸出能力更大的方案是串聯(lián)逆變技術(shù)，典型電路如圖2所示。與并聯(lián)逆變技術(shù)不同的是，逆變橋?qū)⒄鳂蜉敵龅闹绷麟妷鹤儞Q為高頻交流電壓輸出?？焖倬чl管是一種PNPN四層三端結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，經(jīng)過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和少數(shù)載流子控制技術(shù)，使其比普通晶閘管具有更高的開關(guān)速度，從而適用于200Hz10kHz的電力變流器。無(wú)論串聯(lián)逆變或并聯(lián)逆變，國(guó)內(nèi)均使用正、反向電壓相同(對(duì)稱)的快速晶閘管，即Pl陽(yáng)極區(qū)與陰極端P2區(qū)的結(jié)深相同，Nl長(zhǎng)基區(qū)層厚度較大。在應(yīng)用于串聯(lián)逆變時(shí)，因壓降大使其通流能力受到限制。并且由于動(dòng)態(tài)特性較差，對(duì)整體裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性易產(chǎn)生不良影響。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是針對(duì)上述不足之處而提供一種在應(yīng)用于串聯(lián)逆變時(shí)，能明顯降低通態(tài)壓降，從而改善通態(tài)能力和提高工作可靠性，同時(shí)可更優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低大注入的儲(chǔ)存電荷，改善恢復(fù)軟度的非對(duì)稱快速晶閘管。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是一種非對(duì)稱快速晶閘管，包括管殼和封裝在該管殼內(nèi)的PNPN四層三端結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片，其特征是所述的半導(dǎo)體芯片的Pl陽(yáng)極區(qū)的結(jié)深是陰極端P2區(qū)結(jié)深的20~70%，Pl陽(yáng)極區(qū)中設(shè)有P+高濃度區(qū)。本實(shí)用新型技術(shù)解決方案中所述的Pl陽(yáng)極區(qū)的結(jié)深是158(Him;陰極端P2區(qū)的結(jié)深是45~130pm，表面濃度是1.5~8xl017cm'3;Nl長(zhǎng)基區(qū)的厚度是11035(Him;Pl陽(yáng)極區(qū)中P+高濃度區(qū)的表面濃度是2xl0i99.5xl02Gcm-3。本實(shí)用新型技術(shù)解決方案中所述的Pl陽(yáng)極區(qū)中的P+高濃度區(qū)是單窗口擴(kuò)散形成的，P+高濃度區(qū)結(jié)深小于P1陽(yáng)極區(qū)結(jié)深。本實(shí)用新型技術(shù)解決方案中所述的Pl陽(yáng)極區(qū)中的P+高濃度區(qū)是多窗口擴(kuò)散形成的，P+高濃度區(qū)結(jié)深小于P1陽(yáng)極區(qū)結(jié)深。本實(shí)用新型技術(shù)解決方案中所述的Pl陽(yáng)極區(qū)中的P+高濃度區(qū)是多窗口擴(kuò)散形成的，P+高濃度區(qū)結(jié)深大于P1陽(yáng)極區(qū)結(jié)深。本實(shí)用新型由于將PNPN四層三端結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片的Pl陽(yáng)極區(qū)的結(jié)深設(shè)計(jì)比陰極端P2區(qū)的結(jié)深淺，Nl長(zhǎng)基區(qū)的厚度比一般晶閘管薄20%~30%;Pl陽(yáng)極區(qū)表面濃度也高于陰極端P2區(qū)，因而使晶閘管兩個(gè)P區(qū)的非對(duì)稱設(shè)計(jì)，明顯降低了器件的通態(tài)壓降，從而改善通態(tài)能力和工作的可靠性。本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，具有在應(yīng)用于串聯(lián)逆變時(shí)，能明顯降低通態(tài)壓降，從而改善通態(tài)能力和提高工作可靠性，同時(shí)可更優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低大注入的儲(chǔ)存電荷，改善恢復(fù)軟度的特點(diǎn)。本實(shí)用新型主要用于大功率串聯(lián)逆變電源裝置。圖1是并聯(lián)逆變電路原理圖2是串聯(lián)逆變電路原理圖3是快速晶閘管芯片結(jié)構(gòu)圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例1的芯片結(jié)構(gòu)圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例2的芯片結(jié)構(gòu)圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例3的芯片結(jié)構(gòu)圖。具體實(shí)施方式實(shí)施例1如圖4所示。非對(duì)稱晶閘管包括管殼和封裝在該管殼內(nèi)的PNPN四層三端結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片。Pl陽(yáng)極區(qū)1的結(jié)深是1580nm;陰極端P2區(qū)3的結(jié)深是4513(Him，表面濃度是1.5~8xl017cnT3;Nl長(zhǎng)基區(qū)2的厚度是110350pm;Pl陽(yáng)極區(qū)1中P+高濃度區(qū)8的表面濃度是2xl0"9.5xl0"cm'3。半導(dǎo)體芯片的Pl陽(yáng)極區(qū)1的結(jié)深是陰極端P2區(qū)3結(jié)深的2070%，N1長(zhǎng)基區(qū)2的厚度比一般晶閘管薄20%~30°/。，Pl陽(yáng)極區(qū)1中的P+高濃度區(qū)8是單窗口擴(kuò)散形成的，P+高濃度區(qū)8結(jié)深小于P1陽(yáng)極區(qū)1結(jié)深。根據(jù)不同的應(yīng)用要求硅單晶選用NTD材料，電阻率為30140acm，厚度380~600nm?？偤穸鹊倪x取既要求保證N1長(zhǎng)基區(qū)2實(shí)現(xiàn)器件正向耐壓的要求，又不至于增加壓降。Pl陽(yáng)極區(qū)1和陰極端P2區(qū)3由雙面同時(shí)進(jìn)行第一次P型雜質(zhì)擴(kuò)散獲得，可以是Ga或Al。結(jié)深45D0jim，表面濃度1.5~8xl017cm_3。將陰極端P2區(qū)3的表面保護(hù)好后，通過(guò)研磨、噴砂和化學(xué)腐蝕等方法，對(duì)硅片從P1端進(jìn)行削薄處理。去除30150pm。硅片減薄后，將P1陽(yáng)極區(qū)1和陰極端P2區(qū)3同時(shí)做表面氧化處理。然后對(duì)陰極端P2區(qū)3表面氧化層進(jìn)行選擇刻蝕，再對(duì)陰極端P2區(qū)3表面做N型雜質(zhì)擴(kuò)散，形成N2陰極區(qū)4，結(jié)深1228pm，表面濃度2xl019~9.5xl02()。對(duì)Pl陽(yáng)極區(qū)1表面經(jīng)過(guò)高表面濃度P型擴(kuò)散形成P+高濃度區(qū)8，結(jié)深25~70pm。必要時(shí)P+高濃度區(qū)8表面進(jìn)行選擇擴(kuò)散。為提高非對(duì)稱晶閘管開關(guān)速度，對(duì)擴(kuò)散好的硅片摻金或摻鉑擴(kuò)散，以降低少數(shù)載流子壽命。擴(kuò)散溫度為830880°C，時(shí)間2045分鐘。也采用電子輻照，其特點(diǎn)是漏電流小，高溫特性較好。將做好的非對(duì)稱晶閘管硅片燒結(jié)在鋁片上，對(duì)陰極端P2區(qū)3和N2陰極區(qū)4表面進(jìn)行金屬蒸鍍后再選擇性刻蝕，清晰分離出所需要的圖形和門極5、陰極6，鉬片作為芯片的陽(yáng)極7。最后將芯片安裝到定制的標(biāo)準(zhǔn)管殼中，完成本實(shí)用新型非對(duì)稱快速晶閘管的最終封裝和測(cè)試。表一是同規(guī)格的76mm快速晶閘管和非對(duì)稱晶閘管主要靜態(tài)指標(biāo)測(cè)試對(duì)比表一No.VtmIgtVdrm/IdrmVrrm/IrrmtqVmAVV/mAV/mA25。C115。C快速晶閘管0013.02501.082500/852500/81620022.92381.212500/882500/87690032.82501.052500/532500/5262非對(duì)稱晶閘管0012.21310.852500/57—700022.17180.722500/62—695<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>60數(shù)據(jù)表明，在相同的正向斷態(tài)電壓設(shè)計(jì)時(shí)，非對(duì)稱晶閘管通態(tài)壓降平均VTM比常規(guī)快速晶閘管低0.72V，達(dá)25%。這表明其在運(yùn)行中有更低的通態(tài)損耗。表二<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表二是動(dòng)態(tài)參數(shù)抽樣測(cè)試對(duì)比。從中看到非對(duì)稱晶閘管比常規(guī)快速晶閘管開通時(shí)間略快，恢復(fù)電荷較小，擴(kuò)展電壓更低。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真，其開關(guān)損耗小27%。以上試驗(yàn)結(jié)果表明，非對(duì)稱快速晶閘管相對(duì)于常規(guī)對(duì)稱設(shè)計(jì)的晶閘管，在動(dòng)、靜態(tài)特性上，具有較明顯的優(yōu)勢(shì)。實(shí)施例2如圖5所示。與實(shí)施例1不同的是P1陽(yáng)極區(qū)1中的P+高濃度區(qū)9是多窗口擴(kuò)散形成的，P+高濃度區(qū)9結(jié)深小于Pl陽(yáng)極區(qū)1結(jié)深。實(shí)施例3如圖6所示。與實(shí)施例1不同的是Pl陽(yáng)極區(qū)中的P+高濃度區(qū)10是多窗口擴(kuò)散形成的，P+高濃度區(qū)10結(jié)深大于P1陽(yáng)極區(qū)結(jié)深。權(quán)利要求1、一種非對(duì)稱快速晶閘管，包括管殼和封裝在該管殼內(nèi)的PNPN四層三端結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片，其特征是所述的半導(dǎo)體芯片的P1陽(yáng)極區(qū)(1)的結(jié)深是陰極端P2區(qū)(3)結(jié)深的20～70％，P1陽(yáng)極區(qū)(1)中設(shè)有P+高濃度區(qū)(8)。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種非對(duì)稱快速晶閘管，其特征是所述的P1陽(yáng)極區(qū)(1)的結(jié)深是1580nm;陰極端P2區(qū)(3)的結(jié)深是45~130^im，表面濃度是1.5~8xl017cm'3;Nl長(zhǎng)基區(qū)(2)的厚度是110350,Pl陽(yáng)極區(qū)(1)中P+高濃度區(qū)(8)的表面濃度是2乂1019~9.5^02()011-3。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種非對(duì)稱快速晶閘管，其特征是所述的P1陽(yáng)極區(qū)(1)中的P+高濃度區(qū)(8)是單窗口擴(kuò)散形成的，P+高濃度區(qū)(8)結(jié)深小于P1陽(yáng)極區(qū)(1)結(jié)深。4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種非對(duì)稱快速晶閘管，其特征是所述的P1陽(yáng)極區(qū)中的P+高濃度區(qū)(8)是多窗口擴(kuò)散形成的，P+高濃度區(qū)(8)結(jié)深小于P1陽(yáng)極區(qū)結(jié)深。5、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種非對(duì)稱快速晶閘管，其特征是所述的P1陽(yáng)極區(qū)中的P+高濃度區(qū)(8)是多窗口擴(kuò)散形成的，P+高濃度區(qū)(8)結(jié)深大于P1陽(yáng)極區(qū)結(jié)深。專利摘要本實(shí)用新型的名稱為一種非對(duì)稱快速晶閘管。屬于功率半導(dǎo)體器件
技術(shù)領(lǐng)域：
。它主要是解決現(xiàn)有快速晶閘管在應(yīng)用于串聯(lián)逆變時(shí)，存在壓降大和動(dòng)態(tài)特性較差等問(wèn)題。它的主要特征是包括管殼和封裝在該管殼內(nèi)的PNPN四層三端結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片；半導(dǎo)體芯片的P1陽(yáng)極區(qū)1的結(jié)深是陰極端P2區(qū)3結(jié)深的20～70％，P1陽(yáng)極區(qū)1中設(shè)有P⁺高濃度區(qū)8。本實(shí)用新型具有在應(yīng)用于串聯(lián)逆變時(shí)，能明顯降低通態(tài)壓降，從而改善通態(tài)能力和提高工作可靠性，同時(shí)可更優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低大注入的儲(chǔ)存電荷，改善恢復(fù)軟度的特點(diǎn)，主要用于大功率串聯(lián)逆變電源裝置。文檔編號(hào)H01L29/74GK201430142SQ20092008684公開日2010年3月24日申請(qǐng)日期2009年6月24日優(yōu)先權(quán)日2009年6月24日發(fā)明者鵬劉,劉小俐,吳擁軍,橋張,楊成標(biāo),彥肖,顏家圣申請(qǐng)人:湖北臺(tái)基半導(dǎo)體股份有限公司