專利名稱：一種帶緩沖層結(jié)構(gòu)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)體開關(guān)器件，主要應(yīng)用于大功率變流電源，特別是大功率脈沖電源。
背景技術(shù)：
晶閘管是一種PNPN四層三端結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。通常制造方法是在N型硅片兩端同時(shí)進(jìn)行P型摻雜，先形成對稱的PNP結(jié)構(gòu)。然后在陰極端P區(qū)進(jìn)行N型的選擇性擴(kuò)散摻雜，最終形成PNPN結(jié)構(gòu)，如圖I。Pl陽 極區(qū)與P2陰極端區(qū)的摻雜結(jié)深和雜質(zhì)濃度分布相同，NI長基區(qū)層較厚。N2為陰極區(qū)。在一些要求快開通和快關(guān)斷的電氣系統(tǒng)中，上述結(jié)構(gòu)的晶閘管因工作頻率較低而受到局限。如果通過工藝手段降低少數(shù)載流子壽命雖然能提高開關(guān)速度，但同時(shí)也使器件功率損耗明顯增加。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是針對上述不足，提出了一種可應(yīng)用于較高頻率變流電源、特別是大功率脈沖電源的半導(dǎo)體開關(guān)器件，即一種帶緩沖層晶閘管。能明顯減小開通時(shí)間，降低通態(tài)壓降，從而改善開通速度和通態(tài)能力，提高工作可靠性，同時(shí)亦可改善特性。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是一種帶緩沖層結(jié)構(gòu)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，四層為Pl陽極區(qū)、NI長基區(qū)、陰極端P2區(qū)和N2陰極區(qū)，三個(gè)端子分別為陽極、陰極和門極，其特征是在所述的半導(dǎo)體芯片Pl陽極區(qū)和NI長基區(qū)之間加入一個(gè)緩沖層NO區(qū)；該緩沖層NO區(qū)的表面濃度比NI長基區(qū)高，又比Pl陽極區(qū)表面濃度低。本實(shí)用新型技術(shù)解決方案中所述的緩沖層NO區(qū)的表面濃度比NI長基區(qū)高2(Γ200倍，又比Pl陽極區(qū)表面濃度低50 500倍。本實(shí)用新型技術(shù)解決方案中所述的Pl陽極區(qū)的結(jié)深是15 50Mffl ;陰極端P2區(qū)的結(jié)深是4(Tl30Mm ；N1長基區(qū)的厚度是10(T500Mm ;緩沖層NO區(qū)的厚度是l(T60Mm。本實(shí)用新型技術(shù)解決方案中所述的緩沖層NO區(qū)是通過雜質(zhì)擴(kuò)散形成的。本實(shí)用新型技術(shù)解決方案中所述的緩沖層NO區(qū)是通過外延形成的。本實(shí)用新型由于在傳統(tǒng)PNPN四層三端晶閘管結(jié)構(gòu)中的Pl陽極區(qū)和NI長基區(qū)之間加入N型緩沖層NO區(qū)，并且表面雜質(zhì)濃度比NI長基區(qū)高，比Pl陽極區(qū)表面濃度低，因而使得PN結(jié)在承受反向高壓時(shí)空間電荷層可以更薄，NI長基區(qū)可以更薄，利于降低器件開通時(shí)間，降低通態(tài)壓降和開通損耗。本實(shí)用新型具有在應(yīng)用于大功率變流電源和脈沖功率電源時(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脈沖電源裝置。
圖I是晶閘管芯片結(jié)構(gòu)圖。圖2是本實(shí)用新型的芯片結(jié)構(gòu)圖。圖3是帶緩沖層結(jié)構(gòu)晶閘管硅芯片制造的工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
如圖2所示。本實(shí)用新型緩沖層結(jié)構(gòu)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，四層為Pl陽極區(qū)1、N1長基區(qū)2、陰極端P2區(qū)3和N2陰極區(qū)4，三個(gè)端子分別為陽極A、陰極K和門極G。Pl陽極區(qū)I的結(jié)深是15 50Mm ;陰極端P2區(qū)3的結(jié)深是45 130Mm ；N1長基區(qū)2的厚度是10(T500Mm ;緩沖層NO區(qū)8的厚度是l(T60Mm。緩沖層NO區(qū)8雜質(zhì)濃度比NI長基區(qū)2高，但比Pl陽極區(qū)I低。緩沖層NO區(qū)8是通過雜質(zhì)擴(kuò)散形成的，也可以是外延形成的。
·[0015]帶緩沖層結(jié)構(gòu)晶閘管的硅芯片制造工藝流程圖如圖3所示。硅單晶選用NTD材料，根據(jù)不同的應(yīng)用要求選擇硅片的電阻率和厚度?？偤穸鹊倪x取既要求保證N1+N0區(qū)實(shí)現(xiàn)器件正向耐壓的要求，又不至于增加壓降。雙面P型擴(kuò)散對硅片雙面同時(shí)進(jìn)行第一次P型雜質(zhì)擴(kuò)散，雜質(zhì)源可以是鎵(Ga)或鋁(Al)。結(jié)深45 120Mm，表面濃度I. 5 8xl017cnT3。單面減薄通過研磨、噴砂和化學(xué)腐蝕等方法，完全去除陽極端的P型擴(kuò)散區(qū)。緩沖層擴(kuò)散先將陰極端P區(qū)做表面氧化處理。然后在陽極端N區(qū)做高濃度N型雜質(zhì)擴(kuò)散。結(jié)深l(T60Mm，表面濃度2xl016 5xl018。緩沖層也可通過外延的方法獲得，即在NI長基區(qū)2表面通過外延生長一層N型層。外延法制造的半導(dǎo)體器件性能更好但成本高。P+擴(kuò)散經(jīng)過氧化、光刻處理，對N型陽極端表面作高濃度P型擴(kuò)散，形成P+高濃度區(qū)。即為陽極區(qū)，結(jié)深l(T50Mffl。N+擴(kuò)散再對陰極端P區(qū)表面做選擇性高濃度N型雜質(zhì)擴(kuò)散，形成N+高濃度區(qū)。即為Pl陰極區(qū)1，結(jié)深12 28Mm，表面濃度2xl019 9. 5x10'將做好的晶閘管硅晶片燒結(jié)在鑰片上，對陰極端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，鑰片作為芯片的陽極7。最后將芯片安裝到定制的標(biāo)準(zhǔn)管殼中，完成本實(shí)用新型帶緩沖層晶閘管的最終封裝和測試。
權(quán)利要求1.一種帶緩沖層結(jié)構(gòu)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，四層為Pl陽極區(qū)(I)、NI長基區(qū)(2)、陰極端P2區(qū)(3)和N2陰極區(qū)(4)，三個(gè)端子分別為陽極(7)、陰極(6)和門極(5)，其特征是在所述的半導(dǎo)體芯片Pl陽極區(qū)(I)和NI長基區(qū)(2)之間加入一個(gè)緩沖層NO區(qū)(8);該緩沖層NO區(qū)(8)的表面濃度比NI長基區(qū)(2)高，又比Pl陽極區(qū)(Γ)表面濃度低。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種帶緩沖層結(jié)構(gòu)晶閘管，其特征在于所述的緩沖層NO區(qū)的表面濃度比NI長基區(qū)高20 200倍，又比Pl陽極區(qū)表面濃度低50 500倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種帶緩沖層結(jié)構(gòu)晶閘管，其特征在于所述的Pl陽極區(qū)的結(jié)深是15 50Mm ;陰極端P2區(qū)的結(jié)深是4(Tl30Mm ；N1長基區(qū)的厚度是10(T500Mm ;緩沖層NO區(qū)的厚度是l(T60Mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種帶緩沖層結(jié)構(gòu)晶閘管，其特征在于所述的緩沖層NO區(qū)是通過雜質(zhì)擴(kuò)散形成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種帶緩沖層結(jié)構(gòu)晶閘管，其特征在于所述的緩沖層NO區(qū)是通過外延形成的。
專利摘要本實(shí)用新型的名稱為一種帶緩沖層結(jié)構(gòu)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)有晶閘管在應(yīng)用于高頻大功率變流電源和脈沖功率電源時(shí)，存在壓降大和開通速度慢等問題。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)體芯片在P1區(qū)和N1區(qū)之間加入一個(gè)緩沖層N0區(qū)，N1區(qū)的表面濃度比N0區(qū)高10~200倍，又比P1區(qū)表面濃度低50~500倍。本實(shí)用新型具有在應(yīng)用于大功率變流電源和脈沖功率電源時(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)，主要用于大功率脈沖電源裝置。
文檔編號(hào)H01L29/74GK202564375SQ20122017024
公開日2012年11月28日 申請日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者張橋, 顏家圣, 劉小俐, 楊寧 申請人:湖北臺(tái)基半導(dǎo)體股份有限公司