專利名稱：反向阻斷二極晶閘管的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于功率半導體器件技術領域。特別是涉及一種適用于雷達調制器和激光脈沖等領域的反向阻斷二極晶閘管。
背景技術：
二極晶閘管是一種兩端半導體開關，能夠在很短的時間內實現開關狀態轉
換。二極晶閘管具有與晶閘管類似的四層PNPN結構即P1陽極發射區、Nl長基區、P2短基區、N2陰極發射區四層結構，Pl陽極發射區外為燒結歐姆接觸層和陽極鉬片，N2陰極發射區設有陰極表面金屬鍍層，晶閘管芯片臺面設有保護膠層。由于二極晶閘管的晶閘管芯片中心部位未設有濃度高于N2陰極發射區濃度、結深大于或等于N2陰極發射區結深的高濃度N區，即沒有形成高濃度陰極溝道，因而當將二極晶閘管用于雷達調制器和激光脈沖等領域時，存在正常工作峰值電流不夠大、di/dt不夠高、重復率不夠高、快速開關能力不夠強和可靠性不高的不足。發明內容
本實用新型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、重復率高、快速開關能力強和可靠性高，適用于雷達調制器和激光脈沖等領域的反向阻斷二極晶閘管。
本實用新型的技術解決方案是 一種反向阻斷二極晶閘管，包括管殼和封裝在該管殼內的晶閘管芯片，晶閘管芯片為Pl陽極發射區、Nl長基區、P2短基區、N2陰極發射區四層結構，Pl陽極發射區外為燒結歐姆接觸層和陽極鉬片，N2陰極發射區設有陰極表面金屬鍍層，晶閘管芯片臺面設有保護膠層，其特征是所述的晶閘管芯片N2陰極發射區設有特別陰極區，該區域及其下方的雜質濃度高于N2陰極發射區，并在N2陰極發射區和P2短基區的界面形成陰極溝道。
本實用新型技術解決方案中所述的特別陰極區位于晶閘管芯片中心。本實用新型技術解決方案中所述的特別陰極區為刻蝕槽，在該刻蝕槽下方及周圍形成濃度高于N2陰極發射區濃度的高濃度N型區，且高濃度N型區伸入P2短基區，形成陰極溝道。
本實用新型技術解決方案中所述的N2陰極發射區是單窗口擴散形成的整塊式陰極發射區。
本實用新型技術解決方案中所述的N2陰極發射區是多窗口擴散形成的分塊式陰極發射區。
本實用新型技術解決方案中所述的高濃度特別陰極區是直接在晶閘管芯片中心部位進行選擇擴散形成的，該擴散也使N2陰極發射區的結深向P2短基區推進，形成陰極溝道。
本實用新型由于在晶閘管芯片中心部位設有濃度高于N2陰極發射區濃度、結深大于或等于N2陰極發射區結深的高濃度N型區，并在PN結界面形成陰極溝道，因而反向阻斷二極晶閘管在正向電壓大于導通抑制電壓時開通，產生高電流和低的正向壓降。這樣就產生了兩種不同層次的載流子擴展，確保晶閘管從中心區優先導通，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。觸發時，反向阻斷二極晶閘管峰值電壓一般超過額定阻斷電壓，且觸發電壓的dv/dt很高。此后，在高電壓下，觸發電流開始上升，電壓跌落f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電流。在電壓跌落之前的所有電流都被看作dv/dt的激發電流，從而使得反向阻斷二極晶閘管全面開通。在觸發期間，觸發電流由嚴格的dv/dt確定，且在達到峰值之前，觸發電壓上升率是線性的。本實用新型具有正常工作峰值電流大、di/dt高、重復率高、快速開關能力強和可靠性高的特點。本實用新型主要應用于雷達調制器和激光脈沖等領域。
圖1是本實用新型實施例1芯片剖面圖；圖2是本實用新型實施例2芯片剖面圖；圖3是本實用新型實施例3芯片剖面圖；圖4是本實用新型一種典型應用電路圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
實施例1如圖1所示。管殼、Pl陽極發射區3、 Nl長基區4、 P2短基區5、 N2陰極發射區6、燒結歐姆接觸層2、陽極鉬片1、陰 表面金屬鍍層7和晶閘管芯片臺面膠層9與現有晶閘管相同。N2陰極發射區6是單窗口擴散 形成的整塊式陰極發射區。不同的是在N2陰極發射區6的中心部位設有陰極 刻蝕槽8，在該陰極刻蝕槽8下方及周圍形成濃度高于N2陰極發射區6濃度 的高濃度N型區，且高濃度N型區伸入P2短基區5，形成陰極溝道IO。本實 用新型設計了陰極發射區中心區與周邊區域不同的雜質分布，在N型端區域形 成深的中心N型區域和淺的周邊N型區域。 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4的摻雜濃度在 8xl0"cm—3至3.2xl0"cnf3，厚度100 260pm。硅片總厚度的選取既要求保證 Nl長基區4實現器件耐壓的要求，又不至于通態壓降較大。
Pl陽極發射區3和P2短基區5可雙面同時進行P型雜質擴散，也可分別 進行，雜質源可以是B、 Ga或Al。 Pl陽極發射區3的厚度為35 8(Him，表面 濃度5xl017~lxl018cm—3 。 P2短基區5的深度為35~86nm ，表面濃度 3xlO" lxlO'W30
陰極刻蝕槽8位于芯片的正中心區。
N2陰極發射區6通過高溫擴散形成，雜質源通常為POCl3。 N2陰極發射 區6的深度為12~25pm，表面濃度l~8xl02Qcm-3。由于陰極刻蝕槽8的作用， N2陰極發射區6的中心區形成溝道10。
硅片經由以上加工后.用約4(Him厚的鋁箔將硅片和陽極鉬片1燒結在一 起。然后在陰極面進行金屬蒸鍍形成陰極表面金屬鍍層7。芯片用金剛砂磨角 后進行臺面腐蝕，涂保護臺面膠層9，放入干燥箱進行老化。最后將芯片安裝 到定制的標準管殼中，完成本發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2000A4is，重復率超過1000pps，
快速開關能力強。
實施例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構的。 與實施例1不同的是N2陰極發射區6是多窗口擴散形成的分塊式陰極發射區， 陰極刻蝕槽8位于中心部位窗口的陰極發射區內。
實施例3如圖3所示。與實施例1不同的是反向阻斷二極晶閘管芯片為后 期掩蔽擴散獲得的陰極高濃度N區，所以溝道與N2陰極發射區6的結面幾乎 平齊。本實用新型一種典型應用電路圖如圖4所示。二極晶閘管應用電路有一個 觸發回路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RBDT使其由斷態轉為通態，由主回路產生的脈沖電壓即通過隔離管 加到RBDT的陽極端，實現反向阻斷二極晶閘管的全面導通。
權利要求1、一種反向阻斷二極晶閘管，包括管殼和封裝在該管殼內的晶閘管芯片，晶閘管芯片為P1陽極發射區(3)、N1長基區(4)、P2短基區(5)、N2陰極發射區(6)四層結構，P1陽極發射區(3)外為燒結歐姆接觸層(2)和陽極鉬片(1)，N2陰極發射區(6)設有陰極表面金屬鍍層(7)，晶閘管芯片臺面設有保護膠層(9)，其特征是所述的晶閘管芯片N2陰極發射區(6)設有特別陰極區(8)，該區域及其下方的雜質濃度高于N2陰極發射區(6)，并在N2陰極發射區(6)和P2短基區(5)的界面形成陰極溝道(10)。
2、 根據權利要求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(8)位于晶閘管芯片中心。
3、 根據權利要求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(8)為刻蝕槽，在該刻蝕槽(8)下方及周圍形成濃度高于N2陰極發射區(6)濃度的高濃度N型區，且高濃度N型區伸入P2短基區(5)，形成陰極溝道(10)。
4、 根據權利要求3所述的一種反向阻斷二極晶閘管，其特征是所述的N2陰極發射區(6)是單窗口擴散形成的整塊式陰極發射區。
5、 根據權利要求3所述的一種反向阻斷二極晶閘管，其特征是所述的N2陰極發射區(6)是多窗口擴散形成的分塊式陰極發射區。
6、 根據權利要求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(8)是直接在晶閘管芯片中心部位進行選擇擴散形成的，該擴散也使N2陰極發射區(6)的結深向P2短基區(5)推進，形成陰極溝道(10)。
專利摘要本實用新型的名稱為反向阻斷二極晶閘管。屬于功率半導體器件技術領域。它主要是解決現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的晶閘管芯片，該芯片為P1陽極發射區、N1長基區、P2短基區、N2陰極發射區四層結構，P1陽極發射區外為燒結歐姆接觸層和陽極鉬片，N2陰極發射區設有陰極表面金屬鍍層，晶閘管芯片臺面設有保護膠層，晶閘管芯片中心部位設有濃度高于N2陰極發射區濃度、結深大于或等于N2陰極發射區結深的高濃度N區，形成陰極溝道。本實用新型具有正常工作峰值電流大、di/dt高、重復率高、快速開關能力強和可靠性高的特點，主要應用于雷達調制器和激光脈沖等領域。
文檔編號H01L29/36GK201430143SQ20092008684
公開日2010年3月24日 申請日期2009年6月24日 優先權日2009年6月24日
發明者劉小俐, 吳擁軍, 橋 張, 楊成標, 顏家圣 申請人:湖北臺基半導體股份有限公司