專利名稱：機車用晶閘管的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于功率半導體器件技術領域，涉及一種機車用大功率半導體器件。
背景技術：
機車用晶閘管針對客戶對器件的高穩(wěn)定性和高可靠性的苛刻要求，特別是降低器件輸出時的通態(tài)壓降和溫升，我們在常規(guī)生產(chǎn)晶閘管的基礎上結(jié)合現(xiàn)代高度發(fā)展的電子技術，采用成熟的晶閘管生產(chǎn)工藝，結(jié)合我廠生產(chǎn)平板型可控硅的工藝，可以達到通流大、壓降低、溫升低的要求，從而提高器件測試的穩(wěn)定性和運行的高可靠性。自從有這種器件的開發(fā)需求后，我們結(jié)合公司多年生產(chǎn)可控硅系列產(chǎn)品的經(jīng)驗，對生產(chǎn)過程中個別關鍵點進行了改善，同時對原生產(chǎn)線的操作人員進行了適當?shù)呐嘤?，實現(xiàn)了對該產(chǎn)品的試制生產(chǎn)，因此，在人員上、技術上已經(jīng)全部具備生產(chǎn)推廣的條件，從目前的樣品測試來分析，各項指標符合客戶要求和公司出廠規(guī)范。晶閘管一般包括管殼或塑封殼體、封裝在該管殼或塑封殼體內(nèi)的PNPN四層結(jié)構(gòu)的半導體芯片、陽極鑰片、陰極表面金屬鍍層、以及芯片臺面保護膠層，其中，由于未采用P+PNPN+四層結(jié)構(gòu)，因而在用于機車通流大的情況下，通態(tài)壓降和溫升較高，從而影響晶閘管的穩(wěn)定性和可靠性。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的就是針對上述不足之處而提供一種高頻率、長壽命、可靠性高、一致性好和成本低的機車用大功率晶閘管。本實用新型的技術解決方案是:一種機車用晶閘管，包括管殼或塑封殼體、封裝在該管殼或塑封殼體內(nèi)包括陽極摻雜區(qū)P、長基區(qū)N、陰極面N型層、門極短基區(qū)P型區(qū)域構(gòu)成的PNPN四層結(jié)構(gòu)的半導體芯片、陽極鑰片、陰極表面金屬鍍層、以及芯片臺面保護膠層，其特征在于:所述的PNPN四層結(jié)構(gòu)半導體芯片的陽極摻雜區(qū)P表面為化學粗糙度層，且在陽極摻雜區(qū)P陽極面設有陽極P+重摻雜區(qū)，陰極面N型層設有陰極重摻雜區(qū)N+，形成P+PNPN+四層結(jié)構(gòu)的半導體芯片。本實用新型的技術解決方案中所述的陽極摻雜區(qū)P為表面濃度2 8X1017cm_3、結(jié)深45 130Mm的陽極表面層。本實用新型的技術解決方案中所述的陰極摻雜區(qū)N為表面濃度2、X102°CnT3、結(jié)深l(T50Mm的高濃度N型層。本實用新型的技術解決方案中所述的長基區(qū)N厚度為50_500Mm。本實用新型的技術解決方案中所述的陽極P+重摻雜區(qū)摻雜濃度高于陰極摻雜區(qū)N摻雜濃度，陽極P+重摻雜區(qū)結(jié)深明顯小于門極短基區(qū)P型區(qū)域結(jié)深。本發(fā)明由于米用由管殼或塑封殼體、封裝在該管殼或塑封殼體內(nèi)包括陽極摻雜區(qū)P、長基區(qū)N、陰極面N型層、門極短基區(qū)P型區(qū)域構(gòu)成的PNPN四層結(jié)構(gòu)的半導體芯片，將陽極摻雜區(qū)P表面為化學粗糙度層，且在陽極摻雜區(qū)P陽極面設有陽極P+重摻雜區(qū)，陰極面N型層設有陰極重摻雜區(qū)N+，形成P+PNPN+四層結(jié)構(gòu)的半導體芯片，因而具有阻斷電壓高、通流大、壓降低、高頻率、長壽命、可靠性高、一致性好和成本低的特點，可以同時達到5000V并通5000A電流，通態(tài)壓降小于1.6V。本實用新型可廣泛應用于機車、國防、環(huán)保等領域，其社會效益是十分明顯的。

圖1是整流電路原理圖。圖2是普通晶閘管芯片結(jié)構(gòu)圖。圖3為本實用新型的晶閘管芯片結(jié)構(gòu)圖。圖4為本實用新型的封裝結(jié)構(gòu)圖。圖5為本實用新型生產(chǎn)的工藝流程圖。
具體實施方式
機車用晶閘管常用于整流電路形式，整流電路原理圖如圖1所示。如圖2至圖5所示，陽極摻雜區(qū)P1，長基區(qū)N2，短基區(qū)P3，陰極摻雜區(qū)N4，門極5，陰極6，陽極7，陽極P+重摻雜區(qū)8，涂膠保護區(qū)9。圖1中陽極摻雜區(qū)P1、長基區(qū)N2、短基區(qū)P3、陰極摻雜區(qū)N4、門極5、陰極6、陽極7和陽極P+重摻雜區(qū)8與圖2中對應相同。根據(jù)不同的應用要求，硅單晶選用NTD材料，電阻率為23(Γ430 Ω.cm，厚度86(Tl300Mffl?？偤穸鹊倪x取既要求保證長基區(qū)N2實現(xiàn)器件正向耐壓的要求，又不至于增加壓降。陽極摻雜區(qū)Pl和短基區(qū)P 3由雙面同時進行第一次P型雜質(zhì)擴散獲得，可以是Al或Ga。結(jié)深45 160Mm,表面濃度2 8xl017cm 3。將短基區(qū)P 3的表面保護好后，通過研磨、噴砂和化學腐蝕等方法，對陽極摻雜區(qū)P I進行化學粗糙度處理。去除3 150Mm。對陽極摻雜區(qū)P I進行化學粗糙度處理后，將陽極摻雜區(qū)P I和短基區(qū)P 3表面做氧化處理，對短基區(qū)P 3表面氧化層進行選擇刻蝕，再對短基區(qū)P 3表面做N型雜質(zhì)擴散，形成陰極摻雜區(qū)N4。結(jié)深9 28Mm，表面濃度2 9xl02°CnT3。對陽極摻雜區(qū)P I表面經(jīng)過高表面濃度P型擴散形成陽極P+重摻雜區(qū)8，結(jié)深15 70Mm。必要時陽極P+重摻雜區(qū)8表面進行選擇擴散。涂膠保護區(qū)9即為芯片臺面保護膠層，與現(xiàn)有技術相同。器件的封裝結(jié)構(gòu)為=KTllOdT (如圖4所示)。為降低機車用晶閘管的漏電流和恢復電荷，對擴散好的硅片摻金或摻鉬擴散，以降低少數(shù)載流子壽命。擴散溫度為830 880° C，時間2(Γ45分鐘。也采用電子輻照，其特點是漏電流小，高溫特性較好，恢復電荷和軟度因子的一致性更好，因此大多數(shù)采用電子輻照方式。將做好的機車用晶 閘管硅片燒結(jié)在鑰片上，對短基區(qū)P 3和陰極摻雜區(qū)Ν4表面進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和陽極7，鑰片作為芯片的陽極7。最后將芯片安裝到定制的標準管殼中，完成本實用新型機車用晶閘管的最終封裝和測試。本實用新型的工藝流程如圖5所示，包括晶片擴散10、芯片制作11和封裝測試12。這種晶閘管芯片的制造工藝，包括長基區(qū)2較薄，陽極端P型區(qū)域I比陰極端P型區(qū)域3摻雜濃度高且結(jié)深較淺，其結(jié)構(gòu)特點:P+PNPN+。實施方式是:先形成PNP結(jié)構(gòu)，然后在將其中的一個P區(qū)域保護起來，在另一個P區(qū)域擴散具體N+區(qū)域，再在被保護的第一個P區(qū)域形成一個P+區(qū)域，通過上述工藝的調(diào)整和改良，器件重復峰值電壓明顯高于普通晶閘管重復峰值電壓，壓降明顯低于普通器件，其他特性也有明顯改善，具體見表一和表二(注:電子輻照工藝應依據(jù)產(chǎn)品工藝參數(shù)或客戶需求進行，未特別注明不需要電子輻照)。表一是同規(guī)格的IOOmm普通晶閘管和機車用晶閘管主要靜態(tài)指標測試對比。
權(quán)利要求1.一種機車用晶閘管,包括管殼或塑封殼體、封裝在該管殼或塑封殼體內(nèi)包括陽極摻雜區(qū)P (I)、長基區(qū)N (2)、陰極面N型層、門極短基區(qū)P型區(qū)域(3)構(gòu)成的PNPN四層結(jié)構(gòu)的半導體芯片、陽極鑰片(5)、陰極表面金屬鍍層、以及芯片臺面保護膠層，其特征在于:所述的PNPN四層結(jié)構(gòu)半導體芯片的陽極摻雜區(qū)P (I)表面為化學粗糙度層，且在陽極摻雜區(qū)P (I)陽極面設有陽極P+重摻雜區(qū)(8)，陰極面N型層設有陰極摻雜區(qū)N (4)，形成P+PNPN+四層結(jié)構(gòu)的半導體芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機車用晶閘管，其特征在于:所述的陽極摻雜區(qū)P(I)為表面濃度2 SxIO17CnT3、結(jié)深45 130Mffl的陽極表面層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種機車用晶閘管，其特征在于:所述的陰極摻雜區(qū)N(4)為表面濃度2 9xl02°cnT3、結(jié)深l(T50Mm的高濃度N型層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種機車用晶閘管，其特征在于:所述的長基區(qū)N(2)厚度為 50_500Mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種機車用晶閘管，其特征在于:所述的陽極P+重摻雜區(qū)(8)摻雜濃度高于陰極摻雜區(qū)N (4)摻雜濃度，陽極P+重摻雜區(qū)(8)結(jié)深小于門極短基區(qū)P型區(qū)域結(jié)深。
專利摘要本實用新型的名稱為機車用晶閘管。屬于功率半導體器件技術領域。它主要是解決現(xiàn)有機車用晶閘管由于通態(tài)壓降和溫升較高而影響穩(wěn)定性和可靠性的問題。它的主要特征是包括管殼或塑封殼體、封裝在該管殼或塑封殼體內(nèi)包括陽極摻雜區(qū)P、長基區(qū)N、陰極面N型層、門極短基區(qū)P型區(qū)域構(gòu)成的PNPN四層結(jié)構(gòu)的半導體芯片、陽極鉬片、陰極表面金屬鍍層、以及芯片臺面保護膠層；所述PNPN四層結(jié)構(gòu)半導體芯片的陽極摻雜區(qū)P表面為化學粗糙度層，且在陽極摻雜區(qū)P陽極面設有陽極P+重摻雜區(qū)，陰極面N型層設有陰極摻雜區(qū)N，形成P+PNPN+四層結(jié)構(gòu)的半導體芯片。本實用新型具有高頻率、長壽命、可靠性高、一致性好和成本低的特點，主要用于車用晶閘管。
文檔編號H01L29/74GK202917496SQ20122059120
公開日2013年5月1日 申請日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者楊成標, 吳擁軍, 張橋, 劉小俐, 李嫻, 張明輝, 任麗 申請人:湖北臺基半導體股份有限公司