專利名稱：耐高溫大功率晶閘管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種半導(dǎo)體器件，尤其是涉及一種耐高溫大功率晶閘管。
背景技術(shù)：
由于電力電子技術(shù)是應(yīng)用電力電子器件來實現(xiàn)對電能的多種變換和控制，采用電力電子技術(shù)制造的電力電子裝置實現(xiàn)了用弱電控制強電的功能，具有節(jié)能、降耗、省材，提高用電質(zhì)量的優(yōu)點。因此，電力電子技術(shù)被認(rèn)為是新興產(chǎn)業(yè)和改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，也是新一代的高新技術(shù)。電力電子器件是電力電子技術(shù)基礎(chǔ)和關(guān)鍵，每一個新型電力電子器件的產(chǎn)生都帶來了電力電子技術(shù)一次革命性的發(fā)展。同國外相比，目前我國電力電子器件的品種和質(zhì)量存在很大的差距，為適應(yīng)我國國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需要，必須加大力度支持新型電力電子器件的開發(fā)和生產(chǎn)，并盡快推向市場。電力電子器件在大功率狀態(tài)下工作，過程中產(chǎn)生大量的熱使器件的溫度升高，需要散熱裝置進(jìn)行散熱以維持器件在一定的溫度下正常工作，器件高溫性能決定器件能否正常工作的特性，行業(yè)中用最高結(jié)溫這個概念來描述，結(jié)溫就是器件可以正常工作的最高溫度。器件的結(jié)溫越高越能保證器件在越高的溫度下穩(wěn)定可靠工作。提高器件的結(jié)溫是由改進(jìn)器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝實施來實現(xiàn)的。我國的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定大功率晶閘管器件的結(jié)溫是125°C，器件的高溫測試條件是在 125°C條件下進(jìn)行的。這也是綜合考慮了我國的材料和工藝水平作出來的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但是隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，125°C已經(jīng)滿足不了需求，器件需要更好的耐高溫性能。中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局于2010年12月四日公開了申請公布號為 CN101931001A的專利文獻(xiàn)，名稱是一種非對稱快速晶閘管。它包括管殼和封裝在該管殼內(nèi)的PNPN四層三端結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片；半導(dǎo)體芯片的Pl陽極區(qū)的潔深是陰極端P2區(qū)結(jié)深的 20 70%，Pl陽極區(qū)中設(shè)有P+高濃度區(qū)。當(dāng)晶閘管陽、陰極間施加足夠大的正向電壓，基區(qū)中的載流子在電場作用下發(fā)生漂移，當(dāng)漂移電流達(dá)到一定的值，門極沒有施加電壓晶閘管也會導(dǎo)通。同樣，當(dāng)溫度升高，基區(qū)中的部分載流子得到能量到達(dá)導(dǎo)帶，在正向電場作用下發(fā)生漂移產(chǎn)生正向電流，使晶閘管導(dǎo)通，這兩種情況是非正常導(dǎo)通，應(yīng)該盡量避免。器件的結(jié)溫越高，越能在高溫條件下正常工作，不會發(fā)生誤導(dǎo)通。此方案的不足之處在于不能承受更高的溫度和更大的電流。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的結(jié)溫低的技術(shù)問題，提供一種結(jié)溫高、 承受的電流密度大的耐高溫大功率晶閘管。本實用新型針對上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的.一種耐高溫大功率晶閘管，包括管殼和封裝在管殼內(nèi)的PNPN四層三端結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片，半導(dǎo)體芯片包括依次疊加的陽極鉬片、Pi陽極發(fā)射區(qū)、m長基區(qū)、P2短基區(qū)、N2陰極發(fā)射區(qū)，m長基區(qū)厚度大于100 μ m,耐高溫大功率高晶閘管還包括一層P+高濃度區(qū)，P+高濃度區(qū)位于Pl
3陽極發(fā)射區(qū)和陽極鉬片之間，陽極鉬片通過P+高濃度區(qū)連接Pl陽極發(fā)射區(qū)。P2短基區(qū)為門極，N2陰極發(fā)射區(qū)為陰極。本實用新型相對現(xiàn)有產(chǎn)品具有較厚的基區(qū)，即加大基區(qū)寬度， 從而減弱電場，達(dá)到減少漂移電流，避免陽極電流增大致使晶閘管誤開通的目的；但厚基區(qū)設(shè)計帶來兩個負(fù)面效應(yīng)需要解決一是器件的壓降增大，功率損耗增大，溫度會升高使其失效；二是增大基區(qū)勢必減薄Pl區(qū)，會對提高器件工作電壓不利。而高濃度P+區(qū)的加入利于基區(qū)少子注入，加強了電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，明顯降低壓降和功耗，同時可以有效阻止空間電荷區(qū)的擴(kuò)展，解決了壓降增大和降低工作電壓兩個問題。通過以上兩個技術(shù)工藝方面的應(yīng)用，可以較大幅度提高器件的結(jié)溫，提高器件的最高工作溫度，同時大幅度提高器件單位面積的電流密度。作為優(yōu)選，P+高濃度區(qū)表面濃度為2-3 Ω / 口。作為優(yōu)選，P+高濃度區(qū)厚度為3 8 μ m。較薄的P+高濃度區(qū)使得本實用新型可以利用現(xiàn)有的硅單晶制造，降低成本。作為優(yōu)選，P+高濃度區(qū)雜質(zhì)為硼。利用硼作為擴(kuò)散雜質(zhì)技術(shù)成熟，利用現(xiàn)有設(shè)備就可以進(jìn)行生產(chǎn)。作為優(yōu)選，Pl陽極發(fā)射區(qū)厚度小于70 μ m。通過控制Pl陽極發(fā)射區(qū)的厚度控制了半導(dǎo)體芯片的厚度。本實用新型帶來的實質(zhì)性效果是，可以提高器件的工作溫度，降低對散熱條件的要求；可以大幅度提高器件單位面積的電流密度，相同面積的器件可以通過更大的電流，一定電流的器件可以做成尺寸更小，更緊湊。

圖1是本實用新型的一種半導(dǎo)體芯片結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1、陽極鉬片，2、P+高濃度區(qū)，3、Pl陽極發(fā)射區(qū)，4、Nl長基區(qū)，5、P2短基區(qū)，6、N2陰極發(fā)射區(qū)。
具體實施方式
下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。實施例本實施例的一種耐高溫晶閘管，包括管殼和封裝在管殼內(nèi)的PNPN四層三端結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片，半導(dǎo)體芯片結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括依次疊加的陽極鉬片ι、ρ+高濃度區(qū)2、P1陽極發(fā)射區(qū)3、m長基區(qū)4、P2短基區(qū)5、N2陰極發(fā)射區(qū)6。P2短基區(qū)5為門極，N2 陰極發(fā)射區(qū)6為陰極。P+高濃度區(qū)2表面濃度為2-3 Ω / □，厚度為3 8 μ m，雜質(zhì)為硼。 Nl長基區(qū)4厚度為120 140 μ m, Pl陽極發(fā)射區(qū)3厚度為60 70 μ m。較寬的基區(qū)設(shè)計可以減弱電場，減小漂移電流，避免陽極電流增大導(dǎo)致晶閘管誤開通，同時P+高濃度區(qū)2利于基區(qū)少子注入，加強了電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，降低了壓降和功耗。本實施例的結(jié)溫為175攝氏度，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有器件的125攝氏度的結(jié)溫，方塊電阻為2-3 Ω / □，通態(tài)壓降為小于1. 2V，低于現(xiàn)有器件的1. 8 2. 22V。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。[0019] 盡管本文較多地使用了陽極發(fā)射區(qū)、雜質(zhì)等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本實用新型的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本實用新型精神相違背的。
權(quán)利要求1.一種耐高溫大功率晶閘管，包括管殼和封裝在管殼內(nèi)的PNPN四層三端結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片，所述半導(dǎo)體芯片包括依次疊加的陽極鉬片、Pi陽極發(fā)射區(qū)、m長基區(qū)、P2短基區(qū)、 N2陰極發(fā)射區(qū)，其特征在于，所述m長基區(qū)厚度大于100 μ m，所述耐高溫大功率晶閘管還包括一層P+高濃度區(qū)，所述P+高濃度區(qū)位于所述Pi陽極發(fā)射區(qū)和所述陽極鉬片之間，所述陽極鉬片通過所述P+高濃度區(qū)連接所述Pi陽極發(fā)射區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫大功率晶閘管，其特征在于，所述P+高濃度區(qū)表面濃度為 2-3 Ω / 口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耐高溫大功率晶閘管，其特征在于，所述P+高濃度區(qū)厚度為3 8ym。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耐高溫大功率晶閘管，其特征在于，所述P+高濃度區(qū)雜質(zhì)為硼。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐高溫大功率晶閘管，其特征在于，所述P+高濃度區(qū)雜質(zhì)為硼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫大功率晶閘管，其特征在于，所述Pl陽極發(fā)射區(qū)厚度小于70ymo
專利摘要本實用新型公開了一種耐高溫大功率晶閘管，旨在提供一種結(jié)溫高、承受的電流密度大的耐高溫大功率晶閘管。它包括管殼和封裝在管殼內(nèi)的PNPN四層三端結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片，半導(dǎo)體芯片包括依次疊加的陽極鉬片、P+高濃度區(qū)、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)，N1長基區(qū)厚度大于100μm。本實用新型相對現(xiàn)有產(chǎn)品具有較厚的基區(qū)，從而減弱電場，達(dá)到減少漂移電流，避免陽極電流增大致使晶閘管誤開通的目的；而高濃度P+區(qū)的加入利于基區(qū)少子注入，加強了電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，明顯降低壓降和功耗，同時可以有效阻止空間電荷區(qū)的擴(kuò)展，解決了壓降增大和降低工作電壓兩個問題，提高器件的結(jié)溫和單位面積的電流密度。
文檔編號H01L29/08GK202042486SQ20112007799
公開日2011年11月16日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者徐偉, 李曉明, 李有康, 項衛(wèi)光 申請人:浙江正邦電力電子有限公司