專利名稱：大功率快速軟恢復(fù)二極管及其生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力半導(dǎo)體變流裝置的關(guān)鍵器件大功率快速軟恢復(fù)二極管及其生產(chǎn)工藝，由其構(gòu)成的電源裝置廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石化、電力、鐵路、通信行業(yè)。
背景技術(shù)：
目前電力半導(dǎo)體變流裝置用的關(guān)鍵器件大功率快速恢復(fù)二極管，有PN型和PIN型。
制造工藝流程一次擴散、單面去P型、磷沉積、P面去磷、磷推進、割圓、燒結(jié)、蒸發(fā)、磨角、腐蝕保護、中測、電子輻照、封裝、測試。
現(xiàn)有技術(shù)存在的問題(1)PN型結(jié)構(gòu)快恢復(fù)二極管，功率容易做上去，但是正向壓降一般都比較大，反向恢復(fù)時間比較長；PIN型結(jié)構(gòu)快恢復(fù)二極管，功率小，反向恢復(fù)特性比較硬。
(2)現(xiàn)有工藝很難解決大功率快速軟恢復(fù)二極管的正向壓降、反向恢復(fù)特性和大功率之間的矛盾，產(chǎn)品不能滿足高頻、快速和大功率場合，限制了快速晶閘管、GTO、IGCT和IGBT等大功率高頻器件的應(yīng)用。
(3)國內(nèi)未見大功率快速軟恢復(fù)二極管制造技術(shù)的報導(dǎo)，未見大功率快速軟恢復(fù)二極管制造工藝，未見大功率快速軟恢復(fù)二極管結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計一種新結(jié)構(gòu)的大功率快速軟恢復(fù)二極管及其生產(chǎn)工藝，克服現(xiàn)有技術(shù)的大功率快速軟恢復(fù)二極管的正向壓降、反向恢復(fù)特性和大功率之間的矛盾，滿足高頻、快速和大功率場合，快速晶閘管、GTO、IGCT和IGBT等大功率高頻器件的應(yīng)用。
本發(fā)明創(chuàng)造的大功率快速軟恢復(fù)二極管制造技術(shù)如下(1)結(jié)構(gòu)采用P+PINN+型結(jié)構(gòu)，依次為高濃度的P+區(qū)，作用為實現(xiàn)歐姆接觸和正向?qū)〞r快速注入空穴，降低導(dǎo)通壓降，次高濃度的P區(qū)，作用為直接向I區(qū)注入空穴并同I區(qū)形成PN結(jié)，承受高的反向電壓，本征基區(qū)I，作用為傳輸載流子，承受高的反向電壓，次高濃度的N區(qū)，作用為直接向I區(qū)注入電子，并阻擋I區(qū)的反向時的擴展，防止穿通，高濃度的N+區(qū)，作用為實現(xiàn)歐姆接觸和正向?qū)〞r快速注入電子，降低導(dǎo)通壓降。
(2)工藝流程1).一次擴散(閉擴)清洗干凈的原始硅片，1200～1250℃擴散爐恒溫擴散，采用99.9999％純家源擴散，表面濃度為1017～1018/cm3；2).單面去P型用磨片機磨掉擴散片的一面P型面；3).磷沉積清洗干凈的去掉一面的擴散片，1000～1150℃擴散爐恒溫擴散，采用液態(tài)源三氯氧磷(POCl3)擴散，表面濃度為≥1～9×1019/cm3；4).P面去磷用絲網(wǎng)印刷機印刷磨過的那一面，將P型面的磷腐蝕掉；5).磷推進清洗干凈擴散片，1200～1250℃擴散爐恒溫推進；6).雜質(zhì)紙源擴散清洗干凈擴散片，1200～1250℃擴散爐B P紙雜質(zhì)紙源擴散，P和N型面表面濃度均為1.0～10×1021/cm3；7).氧化清洗干凈擴散片，1200～1250℃擴散爐恒溫氧化；8).硅片擴鉑清洗干凈擴散片，擴散爐恒溫擴散15～45分鐘，溫度800℃至950℃，鉑液采用三氯化鉑溶液，濃度為0.5～2.5％；
9).割圓用割圓機將擴鉑硅片割成所需大?。?0).燒結(jié)清洗干凈擴散片、圓鉬片、鋁硅片，按順序裝入模具，放進650～700℃的燒結(jié)爐中進行燒結(jié)合金；11).蒸發(fā)堅膜燒結(jié)好的芯片，清洗干凈放進鍍膜機中蒸鋁，再放進燒結(jié)爐中堅膜合金。
12).噴角蒸堅好的芯片，在噴角機上噴出正角；13).磨角腐蝕保護將噴角的芯片，在磨角機上磨出小的斜角，在旋轉(zhuǎn)腐蝕機上進行酸腐蝕，然后涂膠保護，常、高溫固化，形成完整的芯片；14).中測芯片分別在伏安特性測試儀、通態(tài)壓降測試臺上測試耐壓和正向壓降；15).芯片電子輻照測試合格的芯片，到中照單位去進行電子輻照，輻照劑量106～108；16).封裝將芯片、定位環(huán)、銀片等組裝到管殼里，用專用冷焊封裝機將管殼上下殼焊好。
檢驗試驗封好的器件，利用伏安特性測試儀、通態(tài)壓降測試臺、正向瞬時電壓測試臺、反向恢復(fù)時間測試臺、反向恢復(fù)電荷測試臺分別測試伏安特性、正向壓降、正向瞬時電壓、反向恢復(fù)時間、反向恢復(fù)電荷。
工藝改造后的參數(shù)額定正向平均電流IF(AV)300～500A反向重復(fù)峰值電壓VRRM2000～2500V反向不重復(fù)峰值電壓VRSM2100～2600V正向壓降VFM≤2.5V正向瞬時電壓Vfp≤80V反向重復(fù)峰值電流IRRM≤50mA浪涌電流IFSM3/5KVA
最高結(jié) Tjm125℃反向恢復(fù)時間trr≤3μS反向恢復(fù)電荷Qrr≤600μC反向恢復(fù)軟度Sr＝t1/t2≤2①采用將PN型和PIN型兩種相結(jié)合結(jié)構(gòu)，制備出P+PINN+型，解決了大功率快速軟恢復(fù)二極管的正向壓降、反向恢復(fù)特性和大功率之間的矛盾。
②創(chuàng)造出硅片擴鉑和芯片電子輻照相結(jié)合的少子壽命控制技術(shù)，使大功率快速軟恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)特性既快又軟，滿足了快速晶閘管、GTO、IGCT和IGBT等大功率高頻器件的反并、吸收、續(xù)流配套器件的要求。


圖1大功率快速軟恢復(fù)二極管結(jié)構(gòu)示意圖。
其中1為高濃度的P+區(qū)，2為次高濃度的P區(qū)，3為本征基區(qū)I，4為次高濃度的N區(qū)，5為高濃度的N+區(qū)，圖2大功率快速軟恢復(fù)二極管制備工藝流程圖。
具體實施例方式
實施例1制備P+PINN+型大功率快速軟恢復(fù)二極管1).一次擴散(閉擴)清洗干凈的原始硅片，1200℃擴散爐恒溫擴散，采用99.9999％純家源擴散，表面濃度為1017/cm3；2).單面去P型用磨片機磨掉擴散片的一面P型面；3).磷沉積清洗干凈的去掉一面的擴散片，1000℃擴散爐恒溫擴散，采用液態(tài)源三氯氧磷(POCl3)擴散，表面濃度為≥1×1019/cm3；4).P面去磷用絲網(wǎng)印刷機印刷P型面，將P型面的磷腐蝕掉；
5).磷推進清洗干凈擴散片，1200℃擴散爐恒溫推進；6).雜質(zhì)紙源擴散清洗干凈擴散片，1200℃擴散爐B P紙雜質(zhì)紙源擴散，P和N型面表面濃度均為1.0×1021/cm3；7).氧化清洗干凈擴散片，1200℃擴散爐恒溫氧化；8).硅片擴鉑清洗干凈擴散片，擴散爐恒溫擴散15分鐘，溫度800℃，鉑液采用三氯化鉑溶液，濃度為0.5％；9).割圓用割圓機將擴鉑硅片割成所需大小；10).燒結(jié)清洗干凈擴散片、圓鉬片、鋁硅片，按順序裝入模具，放進650的燒結(jié)爐中進行燒結(jié)合金；11).蒸發(fā)堅膜燒結(jié)好的芯片，清洗干凈放進鍍膜機中蒸鋁，再放進燒結(jié)爐中堅膜合金。
12).噴角蒸堅好的芯片，在噴角機上噴出正角；13).磨角腐蝕保護將噴角的芯片，在磨角機上磨出小的斜角，在旋轉(zhuǎn)腐蝕機上進行酸腐蝕，然后涂膠保護，常、高溫固化，形成完整的芯片；14).中測芯片分別在伏安特性測試儀、通態(tài)壓降測試臺上測試耐壓和正向壓降；15).芯片電子輻照測試合格的芯片，到中照單位去進行電子輻照，輻照劑量106；16).封裝將芯片、定位環(huán)、銀片等組裝到管殼里，用專用冷焊封裝機將管殼上下殼焊好。
檢驗試驗封好的器件，利用伏安特性測試儀、通態(tài)壓降測試臺、正向瞬時電壓測試臺、反向恢復(fù)時間測試臺、反向恢復(fù)電荷測試臺分別測試伏安特性、正向壓降、正向瞬時電壓、反向恢復(fù)時間、反向恢復(fù)電荷。
工藝改造后的參數(shù)額定正向平均電流IF(AV)300～500A
反向重復(fù)峰值電壓VRRM2000～2500V反向不重復(fù)峰值電壓VRSM2100～2600V正向壓降VFM≤2.1-2.5V正向瞬時電壓Vfp≤80V反向重復(fù)峰值電流IRRM≤50mA浪涌電流IFSM3/5KVA最高結(jié)溫Tjm125℃反向恢復(fù)時間trr≤3μS反向恢復(fù)電荷Qrr≤600μC反向恢復(fù)軟度Sr＝t1/t2≤2實施例2制備P+PINN+型大功率快速軟恢復(fù)二極管1).一次擴散(閉擴)清洗干凈的原始硅片，1250℃擴散爐恒溫擴散，采用99.9999％純家源擴散，表面濃度為1018/cm3；2).單面去P型用磨片機磨掉擴散片的一面P型面；3).磷沉積清洗干凈的去掉一面的擴散片，1150℃擴散爐恒溫擴散，采用液態(tài)源三氯氧磷(POCl3)擴散，表面濃度為≥9×1019/cm3；4).P面去磷用絲網(wǎng)印刷機印刷P型面，將P型面的磷腐蝕掉；5).磷推進清洗干凈擴散片，1250℃擴散爐恒溫推進；6).雜質(zhì)紙源擴散清洗干凈擴散片，1250℃擴散爐B P紙雜質(zhì)紙源擴散，P和N型面表面濃度均為10×1021/cm3；7).氧化清洗干凈擴散片，1250℃擴散爐恒溫氧化；8).硅片擴鉑清洗干凈擴散片，擴散爐恒溫擴散145分鐘，溫度950℃，鉑液采用三氯化鉑溶液，濃度為2.5％；9).割圓用割圓機將擴鉑硅片割成所需大??；10).燒結(jié)清洗干凈擴散片、圓鉬片、鋁硅片，按順序裝入模具，放進700℃的燒結(jié)爐中進行燒結(jié)合金；11).蒸發(fā)堅膜燒結(jié)好的芯片，清洗干凈放進鍍膜機中蒸鋁，再放進燒結(jié)爐中堅膜合金。
12).噴角蒸堅好的芯片，在噴角機上噴出正角；13).磨角腐蝕保護將噴角的芯片，在磨角機上磨出小的斜角，在旋轉(zhuǎn)腐蝕機上進行酸腐蝕，然后涂膠保護，常、高溫固化，形成完整的芯片；14).中測芯片分別在伏安特性測試儀、通態(tài)壓降測試臺上測試耐壓和正向壓降；15).芯片電子輻照測試合格的芯片，到中照單位去進行電子輻照，輻照劑量108；16).封裝將芯片、定位環(huán)、銀片等組裝到管殼里，用專用冷焊封裝機將管殼上下殼焊好。
檢驗試驗封好的器件，利用伏安特性測試儀、通態(tài)壓降測試臺、正向瞬時電壓測試臺、反向恢復(fù)時間測試臺、反向恢復(fù)電荷測試臺分別測試伏安特性、正向壓降、正向瞬時電壓、反向恢復(fù)時間、反向恢復(fù)電荷。
工藝改造后的參數(shù)額定正向平均電流IF(AV)300～500A反向重復(fù)峰值電壓VRRM2000～2500V反向不重復(fù)峰值電壓VRSM2100～2600V正向壓降 VFM≤1.6-2.0V正向瞬時電壓 Vfp≤80V反向重復(fù)峰值電流 IRRM≤50mA浪涌電流 IFSM3/5KVA最高結(jié)溫 Tjm125℃反向恢復(fù)時間 trr≤3μS
反向恢復(fù)電荷 Qrr≤400μC反向恢復(fù)軟度 Sr＝t1/t2≤1.8實施例3制備P+PINN+型大功率快速軟恢復(fù)二極管1).一次擴散(閉擴)清洗干凈的原始硅片，1230℃擴散爐恒溫擴散，采用99.9999％純家源擴散，表面濃度為1018/cm3；2).單面去P型用磨片機磨掉擴散片的一面P型面；3).磷沉積清洗干凈的去掉一面的擴散片，1100℃擴散爐恒溫擴散，采用液態(tài)源三氯氧磷(POCl3)擴散，表面濃度為≥5×1019/cm3；4).P面去磷用絲網(wǎng)印刷機印刷P型面，將P型面的磷腐蝕掉；5).磷推進清洗干凈擴散片，1230℃擴散爐恒溫推進；6).雜質(zhì)紙源擴散清洗干凈擴散片，1230℃擴散爐B P紙雜質(zhì)紙源擴散，P和N型面表面濃度均為5×1021/cm37).氧化清洗干凈擴散片，1230℃擴散爐恒溫氧化；8).硅片擴鉑清洗干凈擴散片，擴散爐恒溫擴散30分鐘，溫度900℃，鉑液采用三氯化鉑溶液，濃度為2％；9).割圓用割圓機將擴鉑硅片割成所需大??；10).燒結(jié)清洗干凈擴散片、圓鉬片、鋁硅片，按順序裝入模具，放進670℃的燒結(jié)爐中進行燒結(jié)合金；11).蒸發(fā)堅膜燒結(jié)好的芯片，清洗干凈放進鍍膜機中蒸鋁，再放進燒結(jié)爐中堅膜合金。
12).噴角蒸堅好的芯片，在噴角機上噴出正角；13).磨角腐蝕保護將噴角的芯片，在磨角機上磨出小的斜角，在旋轉(zhuǎn)腐蝕機上進行酸腐蝕，然后涂膠保護，常、高溫固化，形成完整的芯片；14).中測芯片分別在伏安特性測試儀、通態(tài)壓降測試臺上測試耐壓和正向壓降；
15).芯片電子輻照測試合格的芯片，到中照單位去進行電子輻照，輻照劑量107；16).封裝將芯片、定位環(huán)、銀片等組裝到管殼里，用專用冷焊封裝機將管殼上下殼焊好。
檢驗試驗封好的器件，利用伏安特性測試儀、通態(tài)壓降測試臺、正向瞬時電壓測試臺、反向恢復(fù)時間測試臺、反向恢復(fù)電荷測試臺分別測試伏安特性、正向壓降、正向瞬時電壓、反向恢復(fù)時間、反向恢復(fù)電荷。
工藝改造后的參數(shù)額定正向平均電流IF(AV)300～500A反向重復(fù)峰值電壓VRRM2000～2500V反向不重復(fù)峰值電壓VRSM2100～2600V正向壓降VFM≤2.5V正向瞬時電壓Vfp≤80V反向重復(fù)峰值電流IRRM≤50mA浪涌電流IFSM3/5KVA最高結(jié)溫Tjm125℃反向恢復(fù)時間trr≤3μS反向恢復(fù)電荷Qrr≤600μC反向恢復(fù)軟度Sr＝t1/t2≤2①采用將PN型和PIN型兩種相結(jié)合結(jié)構(gòu)，制備出P+PINN+型，解決了大功率快速軟恢復(fù)二極管的正向壓降、反向恢復(fù)特性和大功率之間的矛盾。
②創(chuàng)造出硅片擴鉑和芯片電子輻照相結(jié)合的少子壽命控制技術(shù)，使大功率快速軟恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)特性既快又軟，滿足了快速晶閘管、GTO、IGCT和IGBT等大功率高頻器件的反并、吸收、續(xù)流配套器件的要求。
權(quán)利要求
1.一種大功率快速軟恢復(fù)二極管的生產(chǎn)工藝，其特征在于1).一次擴散(閉擴)清洗干凈的原始硅片，1200～1250℃擴散爐恒溫擴散，采用99.9999％純家源擴散，表面濃度為1017～1018/cm3；2).單面去P型用磨片機磨掉擴散片的一面P型面；3).磷沉積清洗干凈的去掉一面的擴散片，1000～1150℃擴散爐恒溫擴散，采用液態(tài)源三氯氧磷(POCl3)擴散，表面濃度為≥1～9×1019/cm3；4).P面去磷用絲網(wǎng)印刷機印刷磨過的那一面，將P型面的磷腐蝕掉；5).磷推進清洗干凈擴散片，1200～1250℃擴散爐恒溫推進；6).雜質(zhì)紙源擴散清洗干凈擴散片，1200～1250℃擴散爐BP紙雜質(zhì)紙源擴散，P和N型面表面濃度均為1.0～10×1021/cm3；7).氧化清洗干凈擴散片，1200～1250℃擴散爐恒溫氧化；8).硅片擴鉑清洗干凈擴散片，擴散爐恒溫擴散15～45分鐘，溫度800℃至950℃，鉑液采用三氯化鉑溶液，濃度為0.5～2.5％；9).割圓用割圓機將擴鉑硅片割成所需大小；10).燒結(jié)清洗干凈擴散片、圓鉬片、鋁硅片，按順序裝入模具，放進650～700℃的燒結(jié)爐中進行燒結(jié)合金；11).蒸發(fā)堅膜燒結(jié)好的芯片，清洗干凈放進鍍膜機中蒸鋁，再放進燒結(jié)爐中堅膜合金。12).噴角蒸堅好的芯片，在噴角機上噴出正角；13).磨角腐蝕保護將噴角的芯片，在磨角機上磨出小的斜角，在旋轉(zhuǎn)腐蝕機上進行酸腐蝕，然后涂膠保護，常、高溫固化，形成完整的芯片；14).中測芯片分別在伏安特性測試儀、通態(tài)壓降測試臺上測試耐壓和正向壓降；15).芯片電子輻照測試合格的芯片，到中照單位去進行電子輻照，輻照劑量106～108；16).封裝將芯片、定位環(huán)、銀片等組裝到管殼里，用專用冷焊封裝機將管殼上下殼焊好。
2.一種大功率快速軟恢復(fù)二極管，其特征在于它是根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)工藝制備的，硅芯片為P+PINN+型結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電力半導(dǎo)體變流裝置的關(guān)鍵器件大功率快速軟恢復(fù)二極管及其生產(chǎn)工藝，其硅芯片結(jié)構(gòu)為P
文檔編號H01L21/329GK1710707SQ20051001170
公開日2005年12月21日 申請日期2005年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月11日
發(fā)明者黃耀先, 李玉柱, 李善謨 申請人:北京京儀椿樹整流器有限責(zé)任公司