一种双向晶闸管及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种双向晶闸管及其制造方法，所述双向晶闸管包括：硅单晶，所述硅单晶被隔离区分割为第一区域和第二区域，所述第一区域和所述第二区域之间通过隔离区隔离；主晶闸管，位于所述第一区域，包括第一阴极、第一门极和第一阳极，所述第一阴极和所述第一门极位于所述第一区域的上表面，所述第一阳极位于所述第一区域的下表面；集成BOD晶闸管，位于所述第二区域，包括第二阴极和第二阳极，所述第二阳极位于所述第二区域的上表面，所述第二阴极位于所述第二区域的下表面。本发明专利技术的主晶闸管和集成BOD晶闸管集成在一片芯片上，二者之间通过隔离区间隔开，其中过压保护功能通过集成BOD晶闸管实现，该集成BOD晶闸管的转折电压通过挖槽尺寸进行控制。过挖槽尺寸进行控制。过挖槽尺寸进行控制。

【技术实现步骤摘要】
一种双向晶闸管及其制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件
，特别涉及一种双向晶闸管的制造方法。

技术介绍

[0002]在柔性直流输电工程中，为了保护并联的IGBT，通常需要配备耐压不低于IGBT的旁路晶闸管，如图1所示。在柔性直流系统直流极线短路故障下，快恢复二极管(FRD)长期承受短路电流，需要旁路晶闸管分流保护，避免整个换流阀过热烧毁。因此，在此工况下，要求该旁路晶闸管能够在较低的FRD管压降下实现正向快速导通。另外，工程中明确提出旁路晶闸管需有过压击穿的作用，即当晶闸管两端电压(反向电压)高于IGBT耐压后，晶闸管可以实现自导通，避免线路两端电压持续升高，造成IGBT器件失效或对后端电容器形成高电压冲击。晶闸管自导通后，需持续通过一定的电流。
[0003]基于以上需求，如何提供一种双向晶闸管的制造工艺，以满足低电压开通功能以及反向过压保护功能，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种同时具有过压保护与双向通流能力的双向晶闸管的制造方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种双向晶闸管的制造方法，包括以下步骤：
[0006]S1：选取N型硅单晶，对所述硅单晶的上表面和下表面分别进行清洗处理；
[0007]S2：对所述硅单晶的上表面和下表面分别进行第一次铝杂质扩散；
[0008]S3：在所述硅单晶中形成隔离区，所述隔离区穿透所述上表面和所述下表面，将所述硅单晶划分为第一区域和第二区域；r/>[0009]S4：去掉所述硅单晶的上表面的全部铝杂质，并在所述硅单晶的下表面进行刻蚀形成第二圆槽，所述第二圆槽是位于所述第二区域内的半径为R的圆形凹槽；
[0010]S5：在所述下表面进行铝杂质氧化推进，形成P1-区；
[0011]S6：在所述上表面和所述下表面进行第二次铝杂质或镓杂质扩散；
[0012]S7：在所述硅单晶的下表面的第二区域内进行刻蚀，形成第一圆环和第二圆环，所述第一圆环的外径小于R，所述第二圆环的内径大于R；
[0013]S8：进行双面铝杂质或镓杂质推进，在所述上表面形成P2区，在所述下表面形成P1区；
[0014]S9：在所述上表面的第一区域和所述下表面的第二区域分别进行选择性磷扩散，形成N+区；
[0015]S10：在所述上表面和所述下表面进行选择性硼扩散，形成P+区；
[0016]S11:在所述上表面和所述下表面蒸发金属铝并光刻，分别引出第一阴极、第一门极、第一阳极、第二阴极和第二阳极；其中所述第一阴极和所述第一门极位于所述上表面的第一区域，所述第二阳极位于所述上表面的第二区域和所述第二阴极位于所述下表面的第
二区域，所述第一阳极位于所述下表面的第一区域。
[0017]根据本专利技术提供的双向晶闸管的制造方法，所述步骤S3中在所述硅单晶中形成隔离区的步骤包括：
[0018]通过去除所述上表面和所述下表面相应区域中的铝杂质形成隔离区；或者
[0019]通过对所述上表面和所述下表面的相应区域进行辐照形成隔离区。
[0020]根据本专利技术提供的双向晶闸管的制造方法，当通过去除所述上表面和所述下表面相应区域中的铝杂质形成隔离区时，所形成的隔离区的宽度为0.3-0.6mm；当通过对所述上表面和所述下表面的相应区域进行辐照形成隔离区时，所形成的隔离区的宽度为3-5mm，所述辐照的能量为12MeV，所述辐照的剂量为1000-3000戈瑞。
[0021]根据本专利技术提供的双向晶闸管的制造方法，对于所述通过去除所述上表面和所述下表面相应区域中的铝杂质形成隔离区的步骤，还包括：在所述隔离区内进行硼扩散，以限制表面电场强度。
[0022]根据本专利技术提供的双向晶闸管的制造方法，所述第一门极位于所述双向晶闸管的圆心位置。
[0023]根据本专利技术提供的双向晶闸管的制造方法，在所述上表面形成的P区的深度小于在所述下表面形成的P区的深度。
[0024]根据本专利技术提供的的双向晶闸管的制造方法，所述下表面形成的P区是通过第一次铝杂质扩散和第二次铝杂质或镓杂质扩散，并分别推进后形成的；所述上表面形成的P区是在第一次铝杂质扩散后对所述上表面进行腐蚀，去掉表面铝杂质层,在第二次铝杂质或镓杂质扩散后推进形成的；其中所述上表面形成的P区中不包含P2-区。
[0025]根据本专利技术提供的双向晶闸管的制造方法，所述步骤S7还包括，通过调整所述第一圆环，以调整在所述第二区域内形成的晶闸管的转折电压。
[0026]根据本专利技术提供的双向晶闸管的制造方法，所述步骤S9中形成的N+区的深度为10-20um，杂质浓度为(2.0-5.0)
ⅹ
10
20
/cm3；所述步骤S10中形成的P+区的杂质浓度为(1.0-7.0)
ⅹ
10
20
/cm3。
[0027]根据本专利技术提供的双向晶闸管的制造方法，所述第一门极的铝层厚度为5-10um，所述第一阳极、所述第一阴极、所述第二阳极、所述第二阴极的铝层厚度为20-30um。
[0028]根据本专利技术提供的双向晶闸管的制造方法，还包括以下步骤：
[0029]S12:进行芯片台面造型，造型结构为双正角或双负角结构，其中双正角角度为20
°-
50
°
，双负角角度分别为10
°-
20
°
和1.5
°-
2.5
°
；
[0030]S13：对芯片台面进行台面腐蚀、边缘钝化及保护。
[0031]为实现上述目的，本专利技术还提供一种双向晶闸管，包括：
[0032]硅单晶，所述硅单晶被隔离区分割为第一区域和第二区域，所述第一区域和所述第二区域之间通过隔离区隔离；
[0033]主晶闸管，位于所述第一区域，包括第一阴极、第一门极和第一阳极，所述第一阴极和所述第一门极位于所述第一区域的上表面，所述第一阳极位于所述第一区域的下表面；
[0034]集成BOD晶闸管，位于所述第二区域，包括第二阴极和第二阳极，所述第二阳极位于所述第二区域的上表面，所述第二阴极位于所述第二区域的下表面。
[0035]本专利技术提供的双向晶闸管及其制造方法，将主晶闸管和集成BOD(break-over diode)晶闸管集成在一片芯片上，二者之间通过隔离区间隔开，其中过压保护功能通过集成BOD晶闸管实现，该集成BOD晶闸管的转折电压可以通过挖槽尺寸进行控制。
附图说明
[0036]图1为现有的IGBT并联保护电路示意图；
[0037]图2为本专利技术的双向晶闸管的制造方法中步骤S1的示意图；
[0038]图3为本专利技术的双向晶闸管的制造方法中步骤S2的示意图；
[0039]图4为本专利技术的双向晶闸管的制造方法中步骤S3和S4的示意图；
[0040]图5为本专利技术的双向晶闸管的制造方法中步骤S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双向晶闸管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：选取N型硅单晶，对所述硅单晶的上表面和下表面分别进行清洗处理；S2：对所述硅单晶的上表面和下表面分别进行第一次铝杂质扩散；S3：在所述硅单晶中形成隔离区，所述隔离区穿透所述上表面和所述下表面，将所述硅单晶划分为第一区域和第二区域；S4：去掉所述硅单晶的上表面的全部铝杂质，并在所述硅单晶的下表面进行刻蚀形成第二圆槽，所述第二圆槽是位于所述第二区域内的半径为R的圆形凹槽；S5：在所述下表面进行铝杂质氧化推进，形成P1-区；S6：在所述上表面和所述下表面进行第二次铝杂质或镓杂质扩散；S7：在所述硅单晶的下表面的第二区域内进行刻蚀，形成第一圆环和第二圆环，所述第一圆环的外径小于R，所述第二圆环的内径大于R；S8：进行双面铝杂质或镓杂质推进，在所述上表面形成P2区，在所述下表面形成P1区；S9：在所述上表面的第一区域和所述下表面的第二区域分别进行选择性磷扩散，形成N+区；S10：在所述上表面和所述下表面进行选择性硼扩散，形成P+区；S11:在所述上表面和所述下表面蒸发金属铝并光刻，分别引出第一阴极、第一门极、第一阳极、第二阴极和第二阳极；其中所述第一阴极和所述第一门极位于所述上表面的第一区域，所述第二阳极位于所述上表面的第二区域和所述第二阴极位于所述下表面的第二区域，所述第一阳极位于所述下表面的第一区域。2.根据权利要求1所述的双向晶闸管的制造方法，其特征在于，所述步骤S3中在所述硅单晶中形成隔离区的步骤包括：通过去除所述上表面和所述下表面相应区域中的铝杂质或镓杂质形成隔离区；或者通过对所述上表面和所述下表面的相应区域进行辐照形成隔离区。3.根据权利要求2所述的双向晶闸管的制造方法，其特征在于，当通过去除所述上表面和所述下表面相应区域中的铝杂质或镓杂质形成隔离区时，所形成的隔离区的宽度为0.3-0.6mm；当通过对所述上表面和所述下表面的相应区域进行辐照形成隔离区时，所形成的隔离区的宽度为3-5mm，所述辐照的能量为12MeV，所述辐照的剂量为1000-3000戈瑞。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王政英，姚震洋，朱为为，李勇，操国宏，王东东，郭润庆，王亚飞，张西应，高军，银登杰，
申请(专利权)人：株洲中车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：