專利名稱：反向阻斷二極晶閘管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域。特別是涉及一種適用于雷達(dá)調(diào)制器和激光 脈沖等領(lǐng)域的反向阻斷二極晶閘管。
背景技術(shù)：
二極晶閘管是一種兩端半導(dǎo)體開關(guān)，能夠在很短的時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換。二 極晶閘管具有與晶閘管類似的四層PNPN結(jié)構(gòu)即Pl陽極發(fā)射區(qū)、Nl長基區(qū)、P2短基區(qū)、N2 陰極發(fā)射區(qū)四層結(jié)構(gòu)，Pl陽極發(fā)射區(qū)外為燒結(jié)歐姆接觸層和陽極鉬片，N2陰極發(fā)射區(qū)設(shè)有 陰極表面金屬鍍層，晶閘管芯片臺面設(shè)有保護(hù)膠層。由于二極晶閘管的晶閘管芯片中心部 位未設(shè)有濃度高于N2陰極發(fā)射區(qū)濃度、結(jié)深大于或等于N2陰極發(fā)射區(qū)結(jié)深的高濃度N區(qū)， 即沒有形成高濃度陰極溝道，因而當(dāng)將二極晶間管用于雷達(dá)調(diào)制器和激光脈沖等領(lǐng)域時， 存在正常工作峰值電流不夠大、di/dt不夠高、重復(fù)率不夠高、快速開關(guān)能力不夠強(qiáng)和可靠 性不高的不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述不足之處而提供一種正常工作峰值電流大、di/dt高、 重復(fù)率高、快速開關(guān)能力強(qiáng)和可靠性高，適用于雷達(dá)調(diào)制器和激光脈沖等領(lǐng)域的反向阻斷
二極晶閘管。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種反向阻斷二極晶閘管，包括管殼和封裝在該管殼 內(nèi)的晶閘管芯片，晶閘管芯片為Pl陽極發(fā)射區(qū)、Nl長基區(qū)、P2短基區(qū)、N2陰極發(fā)射區(qū)四層 結(jié)構(gòu)，Pl陽極發(fā)射區(qū)外為燒結(jié)歐姆接觸層和陽極鉬片，N2陰極發(fā)射區(qū)設(shè)有陰極表面金屬鍍 層，晶閘管芯片臺面設(shè)有保護(hù)膠層，其特征是所述的晶閘管芯片N2陰極發(fā)射區(qū)設(shè)有特別 陰極區(qū)，該區(qū)域及其下方的雜質(zhì)濃度高于N2陰極發(fā)射區(qū)，并在N2陰極發(fā)射區(qū)和P2短基區(qū) 的界面形成陰極溝道。本發(fā)明技術(shù)解決方案中所述的特別陰極區(qū)位于晶閘管芯片中心。本發(fā)明技術(shù)解決方案中所述的特別陰極區(qū)為刻蝕槽，在該刻蝕槽下方及周圍形成 濃度高于N2陰極發(fā)射區(qū)濃度的高濃度N型區(qū)，且高濃度N型區(qū)伸入P2短基區(qū)，形成陰極溝 道。本發(fā)明技術(shù)解決方案中所述的N2陰極發(fā)射區(qū)是單窗口擴(kuò)散形成的整塊式陰極發(fā) 射區(qū)。本發(fā)明技術(shù)解決方案中所述的N2陰極發(fā)射區(qū)是多窗口擴(kuò)散形成的分塊式陰極發(fā) 射區(qū)。本發(fā)明技術(shù)解決方案中所述的高濃度特別陰極區(qū)是直接在晶閘管芯片中心部位 進(jìn)行選擇擴(kuò)散形成的，該擴(kuò)散也使N2陰極發(fā)射區(qū)的結(jié)深向P2短基區(qū)推進(jìn)，形成陰極溝道。本發(fā)明由于在晶閘管芯片中心部位設(shè)有濃度高于N2陰極發(fā)射區(qū)濃度、結(jié)深大于 或等于N2陰極發(fā)射區(qū)結(jié)深的高濃度N型區(qū)，并在PN結(jié)界面形成陰極溝道，因而反向阻斷二
3極晶閘管在正向電壓大于導(dǎo)通抑制電壓時開通，產(chǎn)生高電流和低的正向壓降。這樣就產(chǎn)生 了兩種不同層次的載流子擴(kuò)展，確保晶閘管從中心區(qū)優(yōu)先導(dǎo)通，具有高的di/dt特性和可 靠性。在承受額定電壓上升率時，反向阻斷二極晶閘管不響應(yīng)。觸發(fā)時，反向阻斷二極晶閘 管峰值電壓一般超過額定阻斷電壓，且觸發(fā)電壓的dv/dt很高。此后，在高電壓下，觸發(fā)電 流開始上升，電壓跌落導(dǎo)致器件開通。從開通過程考慮，在電壓跌落之后的電流是非有效的 觸發(fā)電流。在電壓跌落之前的所有電流都被看作dv/dt的激發(fā)電流，從而使得反向阻斷二 極晶間管全面開通。在觸發(fā)期間，觸發(fā)電流由嚴(yán)格的dv/dt確定，且在達(dá)到峰值之前，觸發(fā) 電壓上升率是線性的。本發(fā)明具有正常工作峰值電流大、di/dt高、重復(fù)率高、快速開關(guān)能 力強(qiáng)和可靠性高的特點(diǎn)。本發(fā)明主要應(yīng)用于雷達(dá)調(diào)制器和激光脈沖等領(lǐng)域。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1芯片剖面圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例2芯片剖面圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例3芯片剖面圖；圖4是本發(fā)明一種典型應(yīng)用電路圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。實(shí)施例1如圖1所示。管殼、Pl陽極發(fā)射區(qū)3、附長基區(qū)4、P2短基區(qū)5、N2陰極 發(fā)射區(qū)6、燒結(jié)歐姆接觸層2、陽極鉬片1、陰極表面金屬鍍層7和晶閘管芯片臺面膠層9與 現(xiàn)有晶閘管相同。N2陰極發(fā)射區(qū)6是單窗口擴(kuò)散形成的整塊式陰極發(fā)射區(qū)。不同的是在 N2陰極發(fā)射區(qū)6的中心部位設(shè)有陰極刻蝕槽8，在該陰極刻蝕槽8下方及周圍形成濃度高 于N2陰極發(fā)射區(qū)6濃度的高濃度N型區(qū)，且高濃度N型區(qū)伸入P2短基區(qū)5，形成陰極溝道 10。本發(fā)明設(shè)計(jì)了陰極發(fā)射區(qū)中心區(qū)與周邊區(qū)域不同的雜質(zhì)分布，在N型端區(qū)域形成深的 中心N型區(qū)域和淺的周邊N型區(qū)域。具體制作方法制作反向阻斷二極晶閘管使用硅單晶材料，Nl長基區(qū)4的摻雜濃度在8X IO13CnT3 至3. 2 X 1014cm"3,厚度100 260 μ m。硅片總厚度的選取既要求保證附長基區(qū)4實(shí)現(xiàn)器件 耐壓的要求，又不至于通態(tài)壓降較大。Pl陽極發(fā)射區(qū)3和P2短基區(qū)5可雙面同時進(jìn)行P型雜質(zhì)擴(kuò)散，也可分別進(jìn)行，雜質(zhì) 源可以是B、Ga或Al。Pl陽極發(fā)射區(qū)3的厚度為35 80 μ m,表面濃度5xl017 IxlO1W30 P2短基區(qū)5的深度為35 86 μ m,表面濃度3xl017 lxl018cm_3。陰極刻蝕槽8位于芯片的正中心區(qū)。N2陰極發(fā)射區(qū)6通過高溫擴(kuò)散形成，雜質(zhì)源通常為P0C13。N2陰極發(fā)射區(qū)6的深 度為12 25 μ m，表面濃度1 8xl02°CnT3。由于陰極刻蝕槽8的作用，N2陰極發(fā)射區(qū)6的 中心區(qū)形成溝道10。硅片經(jīng)由以上加工后，用約40μπι厚的鋁箔將硅片和陽極鉬片1燒結(jié)在一起。然 后在陰極面進(jìn)行金屬蒸鍍形成陰極表面金屬鍍層7。芯片用金剛砂磨角后進(jìn)行臺面腐蝕，涂 保護(hù)臺面膠層9，放入干燥箱進(jìn)行老化。最后將芯片安裝到定制的標(biāo)準(zhǔn)管殼中，完成本發(fā)明反向阻斷二極晶閘管的最終封裝和測試。正常工作峰值電流超過800A，di/dt大于2000Α/μ s，重復(fù)率超過lOOOpps，快速開
關(guān)能力強(qiáng)。實(shí)施例2如圖2所示。反向阻斷二極晶閘管芯片是具有陰極短路結(jié)構(gòu)的。與實(shí)施 例1不同的是N2陰極發(fā)射區(qū)6是多窗口擴(kuò)散形成的分塊式陰極發(fā)射區(qū)，陰極刻蝕槽8位于 中心部位窗口的陰極發(fā)射區(qū)內(nèi)。實(shí)施例3如圖3所示。與實(shí)施例1不同的是反向阻斷二極晶閘管芯片為后期掩蔽 擴(kuò)散獲得的陰極高濃度N區(qū)，所以溝道與N2陰極發(fā)射區(qū)6的結(jié)面幾乎平齊。本發(fā)明一種典型應(yīng)用電路圖如圖4所示。二極晶閘管應(yīng)用電路有一個觸發(fā)回路CT 和主回路PFM，中間由背靠背的兩只隔離二極管Dl和D2連接。觸發(fā)回路CT通過隔離管給 反向阻斷二極晶閘管RBDT —個正向的特定脈沖波，觸發(fā)RBDT使其由斷態(tài)轉(zhuǎn)為通態(tài)，由主回 路產(chǎn)生的脈沖電壓即通過隔離管加到RBDT的陽極端，實(shí)現(xiàn)反向阻斷二極晶閘管的全面導(dǎo)
ο
權(quán)利要求
一種反向阻斷二極晶閘管，包括管殼和封裝在該管殼內(nèi)的晶閘管芯片，晶閘管芯片為P1陽極發(fā)射區(qū)(3)、N1長基區(qū)(4)、P2短基區(qū)(5)、N2陰極發(fā)射區(qū)(6)四層結(jié)構(gòu)，P1陽極發(fā)射區(qū)(3)外為燒結(jié)歐姆接觸層(2)和陽極鉬片(1)，N2陰極發(fā)射區(qū)(6)設(shè)有陰極表面金屬鍍層(7)，晶閘管芯片臺面設(shè)有保護(hù)膠層(9)，其特征是所述的晶閘管芯片N2陰極發(fā)射區(qū)(6)設(shè)有特別陰極區(qū)(8)，該區(qū)域及其下方的雜質(zhì)濃度高于N2陰極發(fā)射區(qū)(6)，并在N2陰極發(fā)射區(qū)(6)和P2短基區(qū)(5)的界面形成陰極溝道(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反向阻斷二極晶閘管，其特征是所述的特別陰極區(qū)(8) 位于晶閘管芯片中心。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種反向阻斷二極晶閘管，其特征是所述的特別陰極 區(qū)(8)為刻蝕槽，在該刻蝕槽(8)下方及周圍形成濃度高于N2陰極發(fā)射區(qū)(6)濃度的高濃 度N型區(qū)，且高濃度N型區(qū)伸入P2短基區(qū)(5)，形成陰極溝道(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種反向阻斷二極晶閘管，其特征是所述的N2陰極發(fā)射區(qū) (6)是單窗口擴(kuò)散形成的整塊式陰極發(fā)射區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種反向阻斷二極晶閘管，其特征是所述的N2陰極發(fā)射區(qū) (6)是多窗口擴(kuò)散形成的分塊式陰極發(fā)射區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種反向阻斷二極晶閘管，其特征是所述的特別陰極區(qū)(8) 是直接在晶閘管芯片中心部位進(jìn)行選擇擴(kuò)散形成的，該擴(kuò)散也使N2陰極發(fā)射區(qū)(6)的結(jié)深 向P2短基區(qū)(5)推進(jìn)，形成陰極溝道(10)。
全文摘要
本發(fā)明的名稱為反向阻斷二極晶閘管。屬于功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域。它主要是解決現(xiàn)有二極晶閘管存在正常工作峰值電流不夠大、di/dt不夠高和可靠性不高的問題。它的主要特征是包括管殼和封裝在該管殼內(nèi)的晶閘管芯片，該芯片為P1陽極發(fā)射區(qū)、N1長基區(qū)、P2短基區(qū)、N2陰極發(fā)射區(qū)四層結(jié)構(gòu)，P1陽極發(fā)射區(qū)外為燒結(jié)歐姆接觸層和陽極鉬片，N2陰極發(fā)射區(qū)設(shè)有陰極表面金屬鍍層，晶閘管芯片臺面設(shè)有保護(hù)膠層，晶閘管芯片中心部位設(shè)有濃度高于N2陰極發(fā)射區(qū)濃度、結(jié)深大于或等于N2陰極發(fā)射區(qū)結(jié)深的高濃度N區(qū)，形成陰極溝道。本發(fā)明具有正常工作峰值電流大、di/dt高、重復(fù)率高、快速開關(guān)能力強(qiáng)和可靠性高的特點(diǎn)，主要應(yīng)用于雷達(dá)調(diào)制器和激光脈沖等領(lǐng)域。
文檔編號H01L21/332GK101931002SQ20091006281
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月24日
發(fā)明者劉小俐, 吳擁軍, 張橋, 楊成標(biāo), 顏家圣 申請人:湖北臺基半導(dǎo)體股份有限公司