高壓晶閘管及設計工藝方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體技術領域，特別是涉及一種高壓晶閘管及設計工藝方法。
【背景技術】
[0002]晶閘管是在晶體管基礎上發展起來的一種大功率半導體器件。它的出現使半導體器件由弱電領域擴展到強電領域。晶閘管也像半導體二極管那樣具有單向導電性，但它的導通時間是可控的，主要用于整流、逆變、調壓及開關等方面。晶閘管的優點包括:體積小、重量輕、效率高、動作迅速、維修簡單、操作方便、壽命長、容量大。
[0003]在目前高電壓應用環境中，因為單只晶閘管耐壓不夠必須采用晶閘管串聯技術，即將多只晶閘管串聯起來。多只晶閘管相互串聯時，要求各器件承受電壓相等，但實際上因器件特性之間的差異，一般都會存在電壓分配不均勻、開通關斷不同步等問題。因此，如要求串聯器件開通、觸發特性一致性好，則同時需要增加均壓措施，如此會導致裝置體積增大，電路復雜，發生損壞的幾率增加。

【發明內容】

[0004]有鑒于此，本發明提供了一種高壓晶閘管及設計工藝方法。
[0005]為了實現上述目的之一，本發明的一種高壓晶閘管的設計工藝方法，其包括如下步驟:
[0006]S1.提供待擴散的濃度為6X 115CnT3?9X 115CnT3的鋁源，將所述鋁源加入到S12乳膠中，在80?90h內，通過S12乳膠源擴散的方式，使鋁源在N型襯底上進行第一次擴散，第一次擴散過程中，控制結深為150?160 μ m，表面濃度為80?10mV ；
[0007]S2.在第一次擴散基礎上，提供待擴散的濃度為2.5 X 118CnT3?3 X 118CnT3的硼源，將所述硼源加入到S12乳膠中，在8?1h內，通過S12乳膠源擴散的方式，使硼源在第一次擴散形成的P型層上進行第二次擴散，第二次擴散過程中，控制結深為28?32 μ m,表面濃度為8?10mV。
[0008]作為本發明的進一步改進，所述鋁源為高純硝酸鋁。
[0009]作為本發明的進一步改進，所述高純硝酸鋁的質量為3g，將其加入到10ml的S12乳膠中，形成混合溶液。
[0010]作為本發明的進一步改進，所述硼源為高純三氧化二硼。
[0011]作為本發明的進一步改進，所述高純三氧化二硼的質量為450mg，將其加入到10ml的S12乳膠中，形成混合溶液。
[0012]為實現上述另一發明目的，本發明的一種高壓晶閘管，其根據所述權利要求1?5任一項所述的設計工藝方法進行制造。
[0013]與現有技術相比，本發明的有益效果是:由本發明的設計工藝方法制造的晶閘管阻斷電壓高，可靠性高，有效地減小了將若干個晶閘管相串聯的裝置的體積。
【附圖說明】
[0014]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0015]圖1為本發明的高壓晶閘管的設計工藝方法的一【具體實施方式】的方法流程示意圖；
[0016]圖2為本發明的高壓晶閘管的縱向雜質濃度分布圖，其中，Jl代表PN結，P段曲線代表第一次擴散雜質濃度分布，P+段曲線代表第二次擴散雜質濃度分布，NI段曲線代表襯底雜質濃度，Ns代表表面濃度；
[0017]圖3為高壓晶閘管的管芯阻斷特性測試曲線。
【具體實施方式】
[0018]為了使本技術領域的人員更好地理解本發明中的技術方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護的范圍。
[0019]如圖1所示，本發明的一種高壓晶閘管的設計工藝方法，其包括如下步驟:
[0020]S1.提供待擴散的濃度為6X 115CnT3?9X 115CnT3的鋁源，將所述鋁源加入到S12乳膠中，在80?90h內，通過S12乳膠源擴散的方式，使鋁源在N型襯底上進行第一次擴散，獲得PN結。其中，第一次擴散過程中，控制結深為150?160 μ m，表面濃度為80?10mV。
[0021]通過第一次擴散，形成的耐壓PN結附近擴散雜質的分散較緩，從而能夠減小相應的高壓晶閘管中Jl結和J2結的濃度梯度，使空間電荷區展寬增加，從而降低了空間電荷區的電場強度，有利于晶閘管阻斷電壓的提高。
[0022]具體地，其中所述鋁源為高純硝酸鋁。作為一種實施方式，第一次擴散過程中，所述高純硝酸鋁的質量為3g，將其加入到10ml的S12乳膠中，形成混合溶液。
[0023]S2.在第一次擴散基礎上，提供待擴散的濃度為2.5 X 118CnT3?3 X 118CnT3的硼源，將所述硼源加入到S12乳膠中，在8?1h內，通過S12乳膠源擴散的方式，使硼源在第一次擴散形成的P型層上進行第二次擴散，第二次擴散過程中，控制結深為28?32 μ m,表面濃度為8?10mV。
[0024]如圖2所示，第二次擴散的目次在于，為了減小短基區的橫向電阻，改善晶閘管的動態特性。通過第二次擴散可在P型區形成明顯的濃度梯度。因此，通過本發明的設計工藝方法制造的高壓晶閘管的擴散雜質分布是階梯型分布，這種階梯型分布是經過優化的結構，更加適用于高壓晶閘管的制造。
[0025]具體地，其中所述硼源為高純三氧化二硼。作為一種實施方式，第二次擴散過程中，所述高純三氧化二硼的質量為450mg，將其加入到10ml的S12乳膠中，形成混合溶液。
[0026]本發明還提供一種根據如上所述的設計工藝方法制造的高壓晶閘管。
[0027]下面針對由本發明的設計工藝方法制造的高壓晶閘管進行測試實驗，測試實驗的過程及結果如下:
[0028]通過對本發明的高壓晶閘管的測試，其在25 °C條件下，其正、反向阻斷電壓>8.6kV，漏電流〈1mA。
[0029]如圖3所示，為本發明的高壓晶閘管的管芯阻斷特性測試曲線，圖中測試電路取樣衰減幅度為1000:1，實測的斷態不重復峰值電壓為圖中橫坐標顯示值的(1000X 31/2)倍，漏電流為圖中縱坐標顯示值除以100Ω的取樣電阻。
[0030]如此說明雜質濃度摻雜分布設計合理，工藝方案可行，實現了預期的耐壓設計要求。同時，本發明的高壓晶閘管具有承受較高電壓的特性。
[0031]對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
[0032]此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
【主權項】
1.一種高壓晶閘管的設計工藝方法，其特征在于，所述高壓晶閘管的設計工藝方法包括如下步驟: 51.提供待擴散的濃度為6X115CnT3?9X 115CnT3的鋁源，將所述鋁源加入到S12乳膠中，在80?90h內，通過S12乳膠源擴散的方式，使鋁源在N型襯底上進行第一次擴散，第一次擴散過程中，控制結深為150?160 μ m，表面濃度為80?10mV ； 52.在第一次擴散基礎上，提供待擴散的濃度為2.5 X 118Cm-3?3 X 1018cm_3的硼源，將所述硼源加入到S12乳膠中，在8?1h內，通過S12乳膠源擴散的方式，使硼源在第一次擴散形成的P型層上進行第二次擴散，第二次擴散過程中，控制結深為28?32 μ m，表面濃度為8?1mV02.根據權利要求1所述的高壓晶閘管的設計工藝方法，其特征在于，所述鋁源為高純硝酸鋁。3.根據權利要2所述的高壓晶閘管的設計工藝方法，其特征在于，所述高純硝酸鋁的質量為3g，將其加入到10ml的S12乳膠中，形成混合溶液。4.根據權利要求1所述的高壓晶閘管的設計工藝方法，其特征在于，所述硼源為高純二氧化二硼。5.根據權利要求4所述的高壓晶閘管的設計工藝方法，其特征在于，所述高純三氧化二硼的質量為450mg，將其加入到10ml的S12乳膠中，形成混合溶液。6.一種高壓晶閘管，其特征在于，所述高壓晶閘管根據所述權利要求1?5任一項所述的設計工藝方法進行制造。
【專利摘要】本發明公開了一種高壓晶閘管及設計工藝方法，其中所述設計工藝方法包括如下步驟：S1.提供待擴散的濃度為6×1015cm-3～9×1015cm-3的鋁源，將所述鋁源加入到SiO2乳膠中，在80～90h內，通過SiO2乳膠源擴散的方式，使鋁源在N型襯底上進行第一次擴散；S2.在第一次擴散基礎上，提供待擴散的濃度為2.5×1018cm-3～3×1018cm-3的硼源，將所述硼源加入到SiO2乳膠中，在8～10h內，通過SiO2乳膠源擴散的方式，使硼源在第一次擴散形成的P型層上進行第二次擴散。由本發明的設計工藝方法制造的晶閘管阻斷電壓高，可靠性高，有效地減小了將若干個晶閘管相串聯的裝置的體積。
【IPC分類】H01L21/225
【公開號】CN104934305
【申請號】CN201410100472
【發明人】陶崇勃, 劉朋
【申請人】西安永電電氣有限責任公司
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2014年3月18日