專利名稱：正反向?qū)ΨQp型徑向變摻雜、類臺面負(fù)角造型結(jié)終端晶閘管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體電力電子技術(shù)領(lǐng)域，是一種具有特殊摻雜及造型結(jié)終端的正反 向?qū)ΨQP型徑向變摻雜、類臺面負(fù)角造型結(jié)終端晶閘管。
背景技術(shù)：
目前所公知的特高壓大功率雙向阻斷硅晶閘管結(jié)終端有兩種1、正向P型徑向變 摻雜、類臺面負(fù)角造型，反向正角造型(以下簡稱為I型)。其缺點有①正反向造型不對 稱造成晶閘管正反向阻斷電壓不對稱。②正角造型獲取一定反向阻斷電壓時必然引入附加 長基區(qū)(N區(qū))而附加片厚。③從芯片邊緣依次向內(nèi)進(jìn)行反向正角、正向類臺面負(fù)角造型有 累加占用芯片面積、損失陰極面積(有效導(dǎo)通面積)的作用。2、正反向?qū)ΨQ負(fù)角造型(以 下簡稱為II型)。其缺點有①較高濃度P型雜質(zhì)在負(fù)角造型終端區(qū)表面部分淹沒低濃度 區(qū)?？紤]到空間電荷區(qū)展寬的需要，低濃度P—型擴(kuò)散的深度必須足夠大，制造工藝耗時長 并引入附加短基區(qū)及陽極面Γ區(qū)而附加片厚。②占用面積大，損失過多的陰極面積。與阻斷電壓不協(xié)調(diào)的附加片厚帶來降低通流能力、劣化開關(guān)速度、增大瞬態(tài)功耗 等多種負(fù)作用。造型區(qū)占用面積大，損失陰極面積多導(dǎo)致通流能力減小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為保持已廣為應(yīng)用的各種結(jié)終端在正、反向上的優(yōu)點，克服其缺點而提供 一種正反向?qū)ΨQP型徑向變摻雜、類臺面負(fù)角造型結(jié)終端晶閘管，使其同時具有正反向阻 斷電壓對稱，長、短基區(qū)無附加厚度，陰極面損失最小的特點。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種正反向?qū)ΨQP型徑向變摻雜、類臺面負(fù)角造型結(jié) 終端晶閘管，包括N—型襯底(1)、正向阻斷結(jié)(2)、反向阻斷結(jié)(3)，正、反向阻斷結(jié)(2、3)兩 邊分別設(shè)有低濃度Γ型摻雜層(4、5)和較高濃度P型摻雜層(6、7)，晶閘管沿徑向分為金 屬歐姆接觸層(8)以內(nèi)的一般晶閘管體內(nèi)區(qū)(12)及其以外的結(jié)終端區(qū)(11)，低濃度P—型 摻雜層(4、5)在N—型襯底(1)上形成的正、反向阻斷結(jié)(2、3)為平行平面結(jié)，較高濃度P型 摻雜層(6、7)在低濃度P—型摻雜層(4、5)上形成的高低結(jié)(13)為非平行平面結(jié)，其結(jié)面 產(chǎn)生彎曲變化避免較高濃度P型雜質(zhì)進(jìn)入結(jié)終端區(qū)(11)，正、反向結(jié)終端區(qū)(11)邊緣為類 臺面負(fù)角造型(9)。所述的結(jié)終端區(qū)(11)內(nèi)低濃度P—雜質(zhì)和較高濃度P型雜質(zhì)濃度分關(guān)于N—型襯底 (1)垂直中心線(14)中心對稱，布關(guān)于N—型襯底(1)水平中線(10)上下對稱。所述的較高濃度P型摻雜層(6、7)的區(qū)域半徑比Ν_型襯底(1)小3. 6 4. 9mm, 薄層電阻為40 90 Ω，深度為30 50 μ m。所述的類臺面負(fù)角造型(9)的邊緣包絡(luò)線關(guān)于N—型襯底垂(1)直中心線(14)中 心對稱，布關(guān)于N—型襯底(1)水平中線(10)上下對稱。所述的類臺面負(fù)角造型(9)的邊緣包絡(luò)線端部與正、反向阻斷結(jié)(2、3)夾角為14 50°，沿徑向由外向內(nèi)深入0. 1 0.3mm，然后，與正、反向阻斷結(jié)(2、3)平行線夾角 為1. 1 1. 6°角，沿徑向深入3. 0 3. 6mm，最后，以任意角向平行平面硅表面終止，沿徑 向深入0. 5 1. 0_。本發(fā)明能夠制造最高電壓片厚比、最大陰極面積的雙向阻斷硅晶閘管。這種晶閘 管同時具有正反向阻斷電壓對稱，長、短基區(qū)無附加厚度，陰極面損失最小的特點。因為本 發(fā)明實施的正反向?qū)ΨQ的P型徑向變摻雜可起到雙面減薄ρ-區(qū)的作用，而背景技術(shù)中I型 只能在正向起到減薄ρ-區(qū)的作用。本發(fā)明實施的正反向?qū)ΨQ類臺面負(fù)角造型，與I型相 比可大幅減薄長基區(qū)；與II型相比可大幅減小自身占用面積，增大陰極面積。同時采用目 前最高電阻率水平、最大直徑硅單晶片，分別實施本發(fā)明、I型、II型結(jié)終端技術(shù)制造最高 電壓的雙向阻斷晶閘管，特征性試驗結(jié)果如下本發(fā)明正向轉(zhuǎn)折電壓9300V、反向轉(zhuǎn)折電壓 9300V、轉(zhuǎn)折電壓比芯片厚度6. 7V/μ m、陰極面比原始硅片面積0. 803 ；I型9300V、8700V、 6ν/μπι、0· 706 ；II型9000V、9000V、6. 3V/ym、0. 746。因此證實本發(fā)明制造的雙向阻斷硅晶 閘管阻斷電壓最高、電壓片厚比最高、陰極面積最大。


附圖為本發(fā)明管芯沿直徑方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明包括N—型襯底⑴、正向阻斷結(jié)(2)、反向阻斷結(jié)(3)，正、反向阻斷結(jié)(2、3) 兩邊分別設(shè)有低濃度P—型摻雜層(4、5)和較高濃度P型摻雜層(6、7)，沿徑向分為金屬歐 姆接觸層(8)以內(nèi)的一般晶閘管體內(nèi)區(qū)(12)及其以外的結(jié)終端區(qū)(11)，制造正反向?qū)ΨQP 型徑向變摻雜的實施方式為首先對N"型襯底(1)原始單晶片兩邊實施雙面對稱的低濃度 P"型摻雜，結(jié)深比II型結(jié)終端結(jié)構(gòu)淺20 40 μ m,薄層電阻Rs為500 1000 Ω，形成低濃 度P—摻雜層(4，S5)，低濃度P—型摻雜層(4、5)在N—型襯底(1)上形成的正、反向阻斷結(jié) (2,3)為平行平面結(jié)；緊接雙面對稱的較高濃度P型雜質(zhì)預(yù)沉積，薄層電阻Rs 5 13 Ω， 結(jié)深5 8 μ m ；然后雙面對稱的選擇腐蝕，腐蝕區(qū)域為單晶片邊緣沿徑向深入3. 6 4. 9mm 的環(huán)狀區(qū)域，腐蝕深度為9 11 μ m;最后推進(jìn)形成體內(nèi)較高濃度P型摻雜層(6，7)。這種 方式容易地實現(xiàn)了氧化層難以掩蔽的快擴(kuò)散雜質(zhì)對硅襯底的選擇性擴(kuò)散摻雜。所述的較高 濃度P型摻雜層(6、7)關(guān)于N—型襯底垂直中心線(14)中心對稱，關(guān)于N—型襯底水平中線 (10)上下對稱，其區(qū)域半徑比N"型襯底(1)小3. 6 4. 9mm，薄層電阻為40 90 Ω，深度 為30 50 μ m。較高濃度P型摻雜層(6、7)在低濃度P_型摻雜層(4、5)上形成的高低結(jié)為非平行平面結(jié)，其結(jié)面產(chǎn)生彎曲變化避免較高濃度P型雜質(zhì)進(jìn)入結(jié)終端區(qū)(11)，完 成正反向?qū)ΨQ的P型徑向變摻雜。 經(jīng)過后續(xù)常規(guī)擴(kuò)散、氧化及金屬化，完成晶閘管體內(nèi)制造后，實施正反向?qū)ΨQ類臺 面負(fù)角造型的方式為依次對正、反向結(jié)終端區(qū)(11)用14 50°磨角頭研磨邊緣，磨削 的垂直深度為正、反向阻斷結(jié)(2、3)的結(jié)深Xjp+30ym，然后用數(shù)控切磨機(jī)對芯片邊緣磨 面進(jìn)行精細(xì)切磨，使類臺面負(fù)角造型(9)邊緣包絡(luò)線端部與正、反向阻斷結(jié)(2、3)夾角為 14 50°，沿徑向由外向內(nèi)深入0. 1 0.3mm，然后，與正、反向阻斷結(jié)(2、3)平行線夾角 為1. 1 1. 6°，沿徑向深入3. 0 3. 6mm，最后，以任意角向硅片平行平面表面終止，沿徑向深入0.5 1.0mm。完成正反向?qū)ΨQ的類臺面負(fù)角造型(9)。所述的類臺面負(fù)角造型(9) 邊緣包絡(luò)線關(guān)于型襯底(1)垂直方向中線(10)中心對稱，關(guān)于N—型襯底(1)水平中線 (10)上下對稱。最后，經(jīng)常規(guī)腐蝕保護(hù)、封裝，完成晶間管制造。
權(quán)利要求
一種正反向?qū)ΨQP型徑向變摻雜、類臺面負(fù)角造型結(jié)終端晶閘管，包括N 型襯底(1)、正向阻斷結(jié)(2)、反向阻斷結(jié)(3)，正、反向阻斷結(jié)(2、3)兩邊分別設(shè)有低濃度P 型摻雜層(4、5)和較高濃度P型摻雜層(6、7)，晶閘管沿徑向分為金屬歐姆接觸層(8)以內(nèi)的一般晶閘管體內(nèi)區(qū)(12)及其以外的結(jié)終端區(qū)(11)，其特征在于低濃度P 型摻雜層(4、5)在N 型襯底(1)上形成的正、反向阻斷結(jié)(2、3)為平行平面結(jié)，較高濃度P型摻雜層(6、7)在低濃度P 型摻雜層(4、5)上形成的高低結(jié)(13)為非平行平面結(jié)，其結(jié)面產(chǎn)生彎曲變化避免較高濃度P型雜質(zhì)進(jìn)入結(jié)終端區(qū)(11)，正、反向結(jié)終端區(qū)(11)邊緣為類臺面負(fù)角造型(9)。
2.如權(quán)利要求1所述的正反向?qū)ΨQP型徑向變摻雜、類臺面負(fù)角造型結(jié)終端晶閘管，其 特征在于所述的結(jié)終端區(qū)(11)內(nèi)低濃度P—雜質(zhì)和較高濃度P型雜質(zhì)濃度分布關(guān)于N—型 襯底(1)垂直中心線(14)中心對稱，關(guān)于N—型襯底(1)水平中線(10)上下對稱。
3.如權(quán)利要求1所述的正反向?qū)ΨQP型徑向變摻雜、類臺面負(fù)角造型結(jié)終端晶閘管，其 特征在于所述的較高濃度P型摻雜層(6、7)的區(qū)域半徑比Ν_型襯底(1)小3. 6 4. 9mm， 薄層電阻為40 90 Ω，深度為30 50 μ m。
4.如權(quán)利要求1所述的正反向?qū)ΨQP型徑向變摻雜、類臺面負(fù)角造型結(jié)終端晶閘管， 其特征在于所述的類臺面負(fù)角造型(9)的邊緣包絡(luò)線關(guān)于N—型襯底(1)垂直中心線(14) 中心對稱，關(guān)于N—型襯底(1)水平中線(10)上下對稱。
5.如權(quán)利要求1所述的正反向?qū)ΨQP型徑向變摻雜、類臺面負(fù)角造型結(jié)終端晶閘管， 其特征在于所述的類臺面負(fù)角造型(9)的邊緣包絡(luò)線端部與正、反向阻斷結(jié)(2、3)夾角為 14 50°，沿徑向由外向內(nèi)深入0. 1 0.3mm，然后，與正、反向阻斷結(jié)(2、3)平行線夾角 為1. 1 1. 6°角，沿徑向深入3. 0 3. 6mm，最后，以任意角向平行平面硅表面終止，沿徑 向深入0. 5 1. 0_。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種正反向?qū)ΨQP型徑向變摻雜、類臺面負(fù)角造型結(jié)終端晶閘管，較高濃度P型摻雜層在低濃度P-型摻雜層上形成的高低結(jié)為非平行平面結(jié)，其結(jié)面產(chǎn)生彎曲變化避免較高濃度P型雜質(zhì)進(jìn)入結(jié)終端區(qū)，正、反向結(jié)終端區(qū)邊緣為類臺面負(fù)角造型。正反向?qū)ΨQ的P型徑向變摻雜具有雙面減薄P-區(qū)的作用；正反向?qū)ΨQ的類臺面負(fù)角造型，具有減薄長基區(qū)、減小自身占用面積、增大陰極面積并使正反向耐壓對稱的作用。本發(fā)明同時具有正反向阻斷電壓對稱，長、短基區(qū)無附加厚度，陰極面積最大的特點。用相同電阻率及直徑的原始硅材料，本發(fā)明制造的晶閘管阻斷電壓最高、轉(zhuǎn)折電壓與芯片厚度之比最高、陰極面積最大。
文檔編號H01L29/36GK101931003SQ200910219199
公開日2010年12月29日 申請日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
發(fā)明者王正鳴, 陸劍秋 申請人:西安電力電子技術(shù)研究所