本實用新型屬于功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高壓整流管芯片。

背景技術(shù)：

當(dāng)前功率半導(dǎo)體器件正在向著大電流、高電壓、高功率轉(zhuǎn)化率的方向發(fā)展，且對產(chǎn)品參數(shù)的一致性有更高的要求。

傳統(tǒng)的整流管芯片采用焊接方式，將硅晶片通過鋁箔燒結(jié)焊在鉬片上，但隨著整流管芯片直徑越來越大、電壓越來越高，焊接質(zhì)量難以保證，產(chǎn)品可靠性無法保證；限制產(chǎn)品向大直徑、高電壓發(fā)展。

功率半導(dǎo)體器件的主要工藝在于PN結(jié)的制作，對大功率高耐壓的器件，一般選用在N型硅襯底上進(jìn)行鋁鎵或鋁硼兩種雜質(zhì)不同濃度梯度摻雜的方式形成PN結(jié)。對于整流管PN結(jié)的制作，大多采用涂源擴(kuò)散直接形成PN結(jié)，同時形成N⁺、P⁺高濃度層；而先采用鋁預(yù)沉積雙面擴(kuò)散制作PN結(jié)工藝，則需要考慮對稱擴(kuò)散后去除一面P型層，一般采用單面研磨的方法，但對高壓整流管，由于擴(kuò)散結(jié)深較深，直接單面研磨時間長，厚度偏差大，平行度差。

在實現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)時發(fā)現(xiàn)，利用上述方法進(jìn)行更高電壓的整流管器件制造，芯片壓降大、電壓達(dá)標(biāo)率低，不能滿足產(chǎn)品設(shè)計要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型的目的在于提供了一種高壓整流管芯片結(jié)構(gòu)，解決了傳統(tǒng)整流管芯片結(jié)構(gòu)，芯片壓降大，電壓不易提高，且電壓高檔率不高的問題，有利于產(chǎn)品向大直徑、高電壓發(fā)展。

本實用新型的技術(shù)解決方案是：一種高壓整流管芯片，其特征在于：包括結(jié)構(gòu)為P⁺PNN⁺的高壓整流管芯片晶片；晶片雙面有蒸發(fā)形成的鋁層；晶片的邊緣側(cè)面為由磨角造型、臺面腐蝕形成的臺面；晶片的上、下邊緣及臺面處設(shè)有環(huán)形圓柱形保護(hù)膠；晶片的直徑為38~150mm。

本實用新型的技術(shù)解決方案中所述的晶片常用直徑為80~150mm。

本實用新型的技術(shù)解決方案還可以是：一種高壓整流管芯片，其特征在于：包括結(jié)構(gòu)為P⁺PNN⁺的高壓整流管芯片晶片；晶片的一面有蒸發(fā)形成的鋁層，另一面有通過鋁箔高溫?zé)Y(jié)連接的鉬片；晶片的邊緣側(cè)面為由磨角造型、臺面旋轉(zhuǎn)腐蝕形成的臺面；晶片的臺面處設(shè)有環(huán)形圓柱形保護(hù)膠；晶片的直徑為30~100mm。

本實用新型的技術(shù)解決方案中所述的晶片的常用直徑為30~77mm。

本實用新型的技術(shù)解決方案中所述的晶片的N區(qū)為N型硅單晶材質(zhì)的N型層，P區(qū)為鋁摻雜擴(kuò)散所形成的P型層，N⁺區(qū)為磷擴(kuò)散所形成的N⁺ 型層，P⁺區(qū)為涂B源擴(kuò)散及推進(jìn)所形成的P⁺型層。

本實用新型的技術(shù)解決方案中所述的N型層電阻率為 250~450Ω.cm ，厚度為600 ~1100 μm；P型層濃度方塊電阻為30 ~300Ω/□，結(jié)深為80~150μm；P⁺型層濃度方塊電阻為0.2~ 8Ω/□，結(jié)深為20~50μm；N⁺型層濃度方塊電阻為0.1~ 3Ω/□，結(jié)深為10~30μm。

本實用新型高壓整流管芯片特點(diǎn)是：降低了PN結(jié)的前沿濃度，使PN結(jié)承受電壓時，空間電荷區(qū)展寬加寬，降低了體內(nèi)電場強(qiáng)度和表面電場強(qiáng)度，從而使整流管芯片反向重復(fù)峰值電壓提高，有利于芯片向更高電壓發(fā)展。

本實用新型高壓整流管芯片反向重復(fù)峰值電壓可達(dá)6000V以上，芯片通態(tài)壓降小，滿足產(chǎn)品設(shè)計和客戶要求。

本實用新型主要用于高壓整流管芯片。

附圖說明

為了更清楚說明本實用新型或現(xiàn)有技術(shù)方案，下面對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡要介紹。顯然，下面描述的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它附圖。

圖1為高壓整流管壓接芯片結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為高壓整流管焊接芯片結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為高壓整流管晶片微觀縱向P⁺PNN⁺結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明：1-晶片； 2-鋁層； 3-保護(hù)膠； 4-鋁箔； 5-鉬片。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳述。

如圖1、圖3所示。本實用新型一種高壓整流管壓接芯片由晶片1、鋁層2、保護(hù)膠3組成，主要用于直徑為38~150mm的高壓整流管壓接芯片，特別適用于直徑為80~150mm的高壓整流管壓接芯片。晶片1是內(nèi)部微觀縱向結(jié)構(gòu)為P⁺PNN⁺的高壓整流管芯片晶片。選擇直徑為100~175mm、電阻率為250 ~ 450Ω.cm、厚度為900 ~ 1400 μm的N型單晶硅片，將硅片與鋁雜質(zhì)源放置在密閉的擴(kuò)散舟中，在真空下將鋁雜質(zhì)源高溫加熱揮發(fā)，使鋁蒸汽在硅片表面預(yù)沉積到一定濃度，測試表面方塊電阻在80~200Ω。再將硅片取出放置到另一擴(kuò)散舟上，提高擴(kuò)散溫度進(jìn)行長時間鋁推進(jìn)，形成低濃度深結(jié)深的P型擴(kuò)散層，結(jié)深約80~120μm。再進(jìn)行第二次鋁預(yù)沉積到更高濃度，測試表面方塊電阻30~80Ω，進(jìn)行第二次高溫短時間鋁推進(jìn)，得到不同濃度梯度的PNP結(jié)構(gòu)硅片，此時推進(jìn)結(jié)深控制在90~140μm。采用對稱擴(kuò)散方式，擴(kuò)散應(yīng)力對稱，形變量小。

然后通過先單面減薄、再單面研磨的方式去除一面的P型層，單面研磨量20~50μm，形成單結(jié)PN結(jié)結(jié)構(gòu)，晶片片厚偏差5~25μm，平行度5~15μm。通過先單面切割減薄、再單面研磨，減少研磨時間和厚度，厚度偏差減小，平行度得以保證。單面研磨方式可以是單片單面研磨，也可以2片對粘雙面研磨。2片對粘雙面研磨具體方法為：對晶片挑選后疊粘合，貼合的方向為將兩個PNP結(jié)構(gòu)的晶片貼合成PNPxPNP結(jié)構(gòu)（x代表粘合劑）。測試貼合后的片厚，按每5μm為一檔次分檔進(jìn)行雙面機(jī)械研磨減薄，同時去除兩個晶片的單面P型結(jié)構(gòu)；減薄后通過分離劑浸泡，分離兩個晶片。分離粘合劑時，在稀釋的粘合劑溶解劑中進(jìn)行，通過掰開方式避免粘接面劃傷。

通過N+磷擴(kuò)散和P+硼擴(kuò)散形成P⁺PNN⁺結(jié)構(gòu)。其方法為：先氧化光刻、再磷預(yù)沉積、涂B源擴(kuò)散同時進(jìn)行磷推進(jìn)和硼推進(jìn)擴(kuò)散，使晶片兩面的擴(kuò)散應(yīng)力互相平衡避免硅片變形。N型層厚度為600~1100μm；P型層濃度方塊電阻為30~300Ω/□，結(jié)深為80~150μm；P⁺型層濃度方塊電阻為0.2~8Ω/□，結(jié)深為20~50μm；N⁺型層濃度方塊電阻為0.1~3Ω/□，結(jié)深為10~30μm。

晶片1雙面有蒸發(fā)形成的鋁層2。其制備方法為：先在晶片1兩面，通過電子束真空鍍鋁兩次，形成雙面10~30μm的鋁層2，并真空合金。晶片1的邊緣負(fù)角磨角進(jìn)行臺面造型、臺面腐蝕，形成臺面。晶片1的上、下邊緣及臺面處雙面注膠進(jìn)行臺面保護(hù)，形成芯片外圓環(huán)形圓柱形保護(hù)膠3。芯片未進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，形變量小，可采用全壓接封裝工藝制成高壓整流管，有利于產(chǎn)品芯片向更大直徑、更高電壓發(fā)展。

將晶片1雙面蒸發(fā)合金、邊緣磨角造型、臺面腐蝕和注膠保護(hù)形成高壓整流管壓接芯片，芯片邊緣保護(hù)膠為環(huán)形圓柱。其特點(diǎn)是，解決了大直徑芯片焊接難題，有利于芯片向更大直徑發(fā)展；臺面保護(hù)環(huán)形圓柱結(jié)構(gòu)，增加了臺面表面爬電距離，有利于提高芯片表面耐壓。

如圖2、圖3所示。本實用新型一種高壓整流管芯片還可以由晶片1、鋁層2、保護(hù)膠3、鋁箔4和鉬片5組成，主要用于直徑為30~100mm的高壓整流管焊接芯片，特別是直徑為30~77mm的高壓整流管焊接芯片。晶片1先通過鋁箔4和鉬片5高真空高溫?zé)Y(jié)，再通過單面蒸發(fā)鋁層2，厚度為10~30μm。晶片1的邊緣負(fù)角磨角進(jìn)行臺面造型、臺面旋轉(zhuǎn)腐蝕，形成臺面。晶片1的臺面處注膠進(jìn)行臺面保護(hù)，形成芯片外圓環(huán)形圓柱形保護(hù)膠3。

將晶片1單面蒸發(fā)合金、邊緣磨角造型、臺面腐蝕和注膠保護(hù)形成高壓整流管焊接芯片，芯片邊緣保護(hù)膠為環(huán)形圓柱。其特點(diǎn)是，對小直徑芯片，先采用晶片和鉬片通過鋁箔高溫?zé)Y(jié)，再通過單面蒸發(fā)合金、邊緣磨角造型、臺面旋轉(zhuǎn)腐蝕和注膠保護(hù)形成高壓整流管焊接芯片，其邊緣保護(hù)膠為環(huán)形圓柱，增加了臺面表面爬電距離，有利于提高芯片表面耐壓。

本實用新型高壓整流管芯片晶片特點(diǎn)是：降低了PN結(jié)的前沿濃度，使PN結(jié)承受電壓時，空間電荷區(qū)展寬加寬，降低了體內(nèi)電場強(qiáng)度和表面電場強(qiáng)度，從而使整流管芯片反向重復(fù)峰值電壓提高，有利于芯片向更高電壓發(fā)展。

本實用新型所述的高壓整流管芯片，反向重復(fù)峰值電壓可達(dá)6000V以上，芯片通態(tài)壓降小，滿足產(chǎn)品設(shè)計和客戶要求。

以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何形式上的限制。因此，凡是未脫離本實用新型的內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案保護(hù)的范圍。