一种超薄型大功率半导体整流管制造技术

本实用新型专利技术的名称为一种超薄型大功率半导体整流管。属于功率半导体器件技术领域。它主要是解决现有整流管由于通态压降和温升较高而影响稳定性和可靠性的问题。它的主要特征是：包括陶瓷管壳或塑封壳体、半导体芯片、阳极钼片、阴极表面金属镀层、以及芯片台面保护胶层；半导体芯片为由阳极高浓度掺杂区P+、阳极掺杂区P、阴极掺杂区N、阴极高浓度掺杂区N+构成的P+PNN+四层结构的半导体芯片；阳极高浓度掺杂区P+表面为经化学处理的粗糙层；陶瓷管壳或塑封壳体为与半导体芯片厚度一致的陶瓷管壳或塑封壳体。本实用新型专利技术具有高频率、长寿命、可靠性高、一致性好和成本低的特点，主要用于大电流电焊机、脉冲领域、电源、机车、环保等领域。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于功率半导体器件
，涉及一种超薄型大功率半导体整流 管。
技术介绍
我们常规工艺生产的整流管达不到大电流、低压降和高稳定性的要求，因此，需要 在常规生产工艺的基础上结合现代高速发展的电子技术，改进整流管设计和生产工艺流 程，可以达到大电流、低压降、温升低和高稳定性的要求，从而提高器件测试的稳定性和运 行的高可靠性。 常规工艺生产的整流管包括陶瓷管壳或塑封壳体、封装在该陶瓷管壳或塑封壳体 内的半导体芯片、阳极钼片5、阴极表面金属镀层7、以及芯片台面保护胶层6。其中，半导体 芯片结构如图1所示，为由阳极掺杂区P2、阴极掺杂区N3构成的PN二层结构的半导体芯 片。 本技术超薄型大功率半导体整流管厚度一般为5-20mm，常规工艺生产的整流 管的厚度一般为大于24_。
技术实现思路
本技术的目的就是针对客户对器件的大电流、低压降和高稳定性的要求，特 别是降低器件输出时的通态压降和温升，并针对上述普通整流管的不足之处，提供一种大 电流、低压降和高稳定性的整流管，同时具备频率高、寿命长、一致性好和成本低的特点。 本技术的技术解决方案是：一种超薄型大功率半导体整流管，包括陶瓷管壳 或塑封壳体、封装在该陶瓷管壳或塑封壳体内的半导体芯片、阳极钼片、阴极表面金属镀 层、以及芯片台面保护胶层，其特征在于：所述半导体芯片为由阳极高浓度掺杂区P +、阳极 掺杂区P、阴极掺杂区N、阴极高浓度掺杂区N+构成的P +PNN+四层结构的半导体芯片；阳极 高浓度掺杂区P+表面为经化学处理的粗糙层；陶瓷管壳或塑封壳体为与半导体芯片厚度 一致的陶瓷管壳或塑封壳体。 本技术的技术解决方案中所述的阳极高浓度掺杂区P+的表面浓度为 I. 5~9xl02°cm 3、结深为3~5〇Mm ;阳极掺杂区P为表面浓度2~8xl017cm 3、结深25~16〇Mm的阳 极表面层；阴极掺杂区N为表面浓度2~9X10 2°cm 3、结深10~500Mm的低浓度N型层；阴极高 浓度掺杂区N+的表面浓度2~9xl0 21cm 3、结深为5~5〇Mm。 本技术由于采用上述结构，形成了 P+PNN+四层结构的半导体整流管芯片，因 而具有阻断电压高、通流大、压降低、频率高、寿命长、可靠性高、一致性好和成本低的特点， 可以同时达到200-500V并通5000-20000A超大电流，通态压降小于I. 05V。本技术可 广泛应用于大电流电焊机、脉冲领域、电源、机车、环保等领域，其社会效益是十分明显的。【附图说明】 图1是整流电路原理图。 图2是普通整流管芯片结构图。 图3为本技术的超薄型大功率半导体整流管芯片结构图。 图4为本技术的封装结构图。 图5为本技术生产的工艺流程图。【具体实施方式】 超薄型大功率半导体整流管常用于整流电路形式，整流电路原理图如图1所示。 如图3至图5所示，阳极高浓度掺杂区P+l，阳极掺杂区P2,阴极掺杂区N3,阴极高 浓度掺杂区N +4,阳极钼片5,芯片台面保护胶层6,阴极表面金属镀层7。图3中阳极高浓 度掺杂区P+l，阳极掺杂区P2,阴极掺杂区N3,阴极高浓度掺杂区N +4,阳极钼片5,芯片台面 保护胶层6,阴极表面金属镀层7与图2中对应相同。 根据不同的应用要求，硅单晶选用NTD材料，电阻率为5~35 Ω . cm，厚度 180~25〇μπι。总厚度的选取既要求保证阴极掺杂区N3实现器件阻断电压的要求，又不至于 增加压降。 阳极掺杂区Ρ2由双面同时进行一次P型杂质扩散获得，可以是Al、Ga或GeGa。结 深 25~16〇Mm，表面浓度 2~8xl017cm 3。 将阳极掺杂区P2的表面保护好后，通过研磨、喷砂和化学腐蚀等方法，去除另一 面25~165Mm，余下阳极掺杂区P2和阴极掺杂区N3。 对阳极掺杂区P2进行化学粗糙度处理后，将阳极掺杂区P2表面做高表面浓度P 型扩散，形成阳极高浓度掺杂区P+l，结深3~50Pm，表面浓度I. 5~9X102°cm 3。 阴极掺杂区N结深为10~50〇μπι。对阴极掺杂区N3表面氧化层进行选择刻蚀，再 对阴极掺杂区Ν3表面做N型杂质扩散，形成阴极高浓度掺杂区Ν +4,结深5~50Mm，表面浓度 2~9xlO21 cm 3〇 必要时阳极高浓度掺杂区P+I表面进行选择扩散。涂胶保护区即为芯片台面保护 胶层6,与现有技术相同。器件的封装结构如图4所示。 为降低超薄型大功率半导体整流管的漏电流和恢复电荷，对扩散好的硅片掺金或 掺铂扩散，以降低少数载流子寿命。扩散温度为830~880° C，时间15~45分钟。也采用电 子辐照，其特点是漏电流小，高温特性较好，恢复电荷和软度因子的一致性更好，因此，大多 数采用电子辐照方式。 将晶圆扩散好的超薄型大功率半导体整流管硅片烧结在钼片上，形成阳极，对阴 极高浓度掺杂区N +4表面进行多层金属蒸镀后再选择性刻蚀，清晰分离出所需要的阳极和 阴极，阳极钼片5作为芯片的阳极。最后将芯片安装到与上述超薄芯片对应的超薄型陶瓷 管壳中，完成本技术的超薄型大功率半导体整流管的最终封装和测试。 本技术的工艺流程如图5所示，包括晶片扩散8、芯片制作9和封装测试10。 这种超薄型大功率半导体整流管芯片的制造工艺，包括阴极掺杂区N3较薄，阳极掺杂区P2 比阴极掺杂区N3掺杂浓度高且结深较浅，其结构特点=P +PNN+。实施方式是：先形成PNP结 构，然后在将其中的一个P区域用机械或者化学的方法去除，在另一个P区域扩散P +区域， 再在另一个阴极掺杂区N3扩散形成一个阴极高浓度掺杂区N+4,通过上述工艺的调整和改 良，器件重复峰值电压明显高于普通整流管重复峰值电压，压降明显低于普通器件，其他特 性也有明显改善，具体见表一和表二(注：电子辐照工艺应依据产品工艺参数或客户需求进 行，未特别注明不需要电子辐照)。 表一是同规格的50mm普通整流管和超薄型大功率半导体整流管主要静态指标测 试对比。 数据表明，在相同的反向阻断电压设计时，超薄型大功率半导体整流管通态压降 平均Vtm比常规超薄型大功率半导体整流管低0. 5V，达45%，且阻断电压提高200V，同时恢 复电荷较小，软度因子更大。 表二是动态参数抽样测试对比。 从中看到：超薄型大功率半导体整流管比普通整流管开通时间略快，恢复电荷较 小，扩展电压更低，软度因子更大。通过计算机仿真计算，其开关损耗小27%。 以上试验结果表明，超薄型大功率半导体整流管相对于常规对称设计的普通整流 管，在动、静态特性上，具有较明显的优势。其在运行中有更低的通态损耗，因此器件可靠性 更尚。【主权项】1. 一种超薄型大功率半导体整流管，包括陶瓷管壳或塑封壳体、封装在该陶瓷管壳或 塑封壳体内的半导体芯片、阳极钼片（5)、阴极表面金属镀层（6)、以及芯片台面保护胶层 (7)，其特征在于：所述半导体芯片为由阳极高浓度掺杂区P+ (1)、阳极掺杂区P(2)、阴极 掺杂区N(3)、阴极高浓度掺杂区N+ (4)构成的P+PNN+四层结构的半导体芯片；阳极高浓度 掺杂区P+表面为经化学处理的粗糙层；陶瓷管壳或塑封壳体为与半导体芯片厚度一致的陶 瓷管壳或塑封壳体。2. 根据权利要求1所述的一种超薄型大功率半导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超薄型大功率半导体整流管，包括陶瓷管壳或塑封壳体、封装在该陶瓷管壳或塑封壳体内的半导体芯片、阳极钼片（5）、阴极表面金属镀层（6）、以及芯片台面保护胶层（7），其特征在于：所述半导体芯片为由阳极高浓度掺杂区P+（1）、阳极掺杂区P（2）、阴极掺杂区N（3）、阴极高浓度掺杂区N+（4）构成的P+PNN+四层结构的半导体芯片；阳极高浓度掺杂区P+表面为经化学处理的粗糙层；陶瓷管壳或塑封壳体为与半导体芯片厚度一致的陶瓷管壳或塑封壳体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨成标，刘鹏，任丽，邹宗林，张桥，刘小俐，
申请(专利权)人：湖北台基半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42