一种载流子隔离的高压半导体器件制造技术

本实用新型专利技术的名称是一种载流子隔离的高压半导体器件。属于功率半导体器件技术领域。它主要是解决2个或多个半导体器件集成在同一晶片上时存在挖槽工艺或浓度较难掌握、更高电压时易出现换向失败的问题。它的主要特征是：包括2个或多个半导体器件集成在同一半导体晶片上的高压半导体器件，所述2个或多个半导体器件之间设有隔离区；所述的隔离区宽度为基区载流子扩散长度的5.0～20倍；在所述隔离区内按0.60～0.92倍隔离区宽度设置少子寿命隔离区，少子寿命隔离区内的少子寿命为隔离区其它区域少子寿命的15%～40%。本实用新型专利技术具有提高器件间参数均匀性和隔离效果一致性的特点，主要应用于高压双向晶闸管、逆导晶闸管、IGCT等半导体器件。半导体器件。半导体器件。

【技术实现步骤摘要】
一种载流子隔离的高压半导体器件


[0001]本技术属于功率半导体器件
，具体涉及一种2个或多个半导体器件集成在同一晶片上对载流子进行隔离的高压半导体器件，主要应用于高压双向晶闸管、逆导晶闸管、IGCT等半导体器件。

技术介绍

[0002]目前，高压双向晶闸管或逆导晶闸管工艺常采用挖槽、降低隔离区的浓度等措施，来实现2个半导体器件间的隔离，如图1所示，当晶闸管电压更高时，或因基区长而影响隔离效果和需增加隔离区宽度，并缩小了导电面积，且挖槽工艺或浓度较难掌握，或当更高电压时，左或右晶闸管分别导通或关断时，因挖槽深度不够而不足以阻碍载流子的横向流动，将使另一晶闸管失去阻断能力，即换向失败。即使如此，也常出现半导体器件换向失败或不具备多只串并联应用。而更简化、稳定的方案是合理设置隔离区宽度，控制隔离区下的少子寿命，让电子或空穴不易穿透隔离区，而达到不同电压下都能实现隔离的效果。

技术实现思路

[0003]本技术的目的就是针对上述不足，提供一种可应用于2000∽8500V的一种载流子隔离的高压半导体器件器件，当将2个或多个半导体器件集成在同一晶片上，为避免每个半导体器件之间相互影响，各器件之间设置的隔离区，可保证不同工艺结果或浓度分布的纵向结构、不同多个半导体器件集成在同一晶片上时的隔离区结构简洁优化，即保持原设计晶闸管的产品质量、换向特性，又工艺稳定、参数一致等特点，从而改善器件的隔离区质量控制，简化结构并提高工作可靠性。
[0004]本技术的技术解决方案是：一种载流子隔离的高压半导体器件，包括2个或多个半导体器件集成在同一半导体晶片上的高压半导体器件，所述2个或多个半导体器件之间设有隔离区，其特征在于：所述的隔离区宽度为基区载流子扩散长度的5.0～20倍；在所述隔离区内按0.60～0.92倍隔离区宽度设置少子寿命隔离区，少子寿命隔离区内的少子寿命为隔离区其它区域少子寿命的15%～40%。
[0005]本技术的技术解决方案中所述的隔离区的边缘设有N+掺杂条；所述N+掺杂条沿掺杂侧的整个边缘设置，宽度为0.2～0.5mm，深度为18～30μm。
[0006]本技术的技术解决方案中所述的隔离区的晶片表面为经腐蚀工艺处理后的表面。
[0007]本技术的技术解决方案中所述的隔离区为由第一高浓度P区、第一低浓度P
‑
区、长基区N区、第二低浓度P
‑
区、第二高浓度P区构成的PNP结构。
[0008]本技术的技术解决方案中所述的高压半导体器件由管壳下封接件、下门极组件、下垫片、半导体晶片、上垫片、上门极组件和上封接件封装而成。
[0009]本技术的技术解决方案中所述的高压半导体器件为高压双向晶闸管；所述隔离区设置在半导体晶片（4）的垂直中心线及两侧区域，为由第一高浓度P区、第一低浓度P
‑
区、长基区N区、第二低浓度P
‑
区、第二高浓度P区构成的PNP结构；所述第一高浓度P区的两侧分别为阳极P1区和阴极短基区P2区，第一低浓度P
‑
区的两侧分别为阳极P1
‑
区和阴极P2
‑
区，所述长基区N区的两侧分别为N1区，所述第二低浓度P
‑
区的两侧分别为阴极P2
‑
区和阳极P1
‑
区，所述第二高浓度P区的两侧分别为阴极短基区P2区和阳极P1区，构成180
°
对称的双向晶闸管结构。
[0010]本技术的技术解决方案中所述的长基区N区为电阻率340～420Ω
•
cm、厚度1125～1250
µ
m、材质晶向<100>或<111> NTD的N型单晶硅；所述第一低浓度P
‑
区、第二低浓度P
‑
区的结深为90～150μm、90～125μm或125～150μm，表面杂质浓度为0.32～3.16
×
10
16
/cm3；所述第一高浓度P区、第二高浓度P区的结深为35～62μm、35～48μm或48～62μm，表面杂质浓度为0.6～2.4
×
10
18
/cm3。
[0011]本技术的技术解决方案中所述阴极短基区P2区表面选择性磷扩散并氧化，形成阴极N
+
区，阴极N
+
区表面杂质浓度为4.2～9.2
×
10
19
/cm3或0.92～6.6
×
10
20
/cm3，阴极N
+
区结深为11～17μm或17～25μm；所述阳极P1区和阴极N
+
层短路区硼扩散后形成阳极P
+
层和阴极P
+
层，阳极P
+
层和阴极P
+
层结深为10～16μm或16～22μm，阳极P
+
层和阴极P
+
层的表面杂质浓度为0.9～4.6
×
10
20
/cm3。
[0012]本技术的技术解决方案中所述的少子寿命隔离区内的少子寿命为隔离区其它区域少子寿命的15%～40%，是通过在离区掺重金属杂质或采用电子或质子辐照实现的；所述电子或质子辐照，是先对半导体晶片全面辐照，以控制器件整体的少子寿命为所需值，然后在隔离区进行选择性局部辐照，以控制隔离区的少子寿命；所述的少子寿命隔离区的宽度为1.5～2.3mm。
[0013]本技术的技术解决方案中所述的对半导体晶片全面辐照，是将半导体芯片进行全面电子辐照，辐照剂量为0.1～1.0KGY，使芯片的动态恢复特性符合要求；所述在隔离区进行选择性局部辐照，是对少子寿命隔离区进行电子辐照，辐照剂量为2.0～5.0KGY，则少子寿命隔离区下的载流子少子寿命约1.5～40μS。
[0014]通过一种载流子隔离的高压半导体器件技术方案，可达到以下技术效果：
[0015]1、采用隔离区宽度为基区载流子扩散长度的5.0～20倍，控制隔离区一定宽度范围内的少子寿命，可不受芯片阻断电压或晶片厚度影响，都可以达到隔离区效果。
[0016]2、采用N+掺杂条隔离，N+掺杂条的宽度较小，即不会造成结横向电流大而开通，也使表层载流子横向流动时必须绕至N+结深下，可减小横向影响。
[0017]3、隔离区晶片表面轻微腐蚀降低表面掺杂浓度，增加隔离区两边的电阻，未深入挖槽，工艺较易控制。
[0018]4、隔离区掺重金属杂质、或隔离区域采用电子或质子辐照，可以均匀的降低隔离区少子寿命和减小载流子扩散长度，不受不同批次、不同产品影响。
[0019]5、采用电子或质子辐照，先对半导体晶片全面辐照，可控制器件整体特性参数，然后在隔离区选择性局部辐照，可贯穿整个晶片结构并控制隔离区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种载流子隔离的高压半导体器件，包括2个或多个半导体器件集成在同一半导体晶片（4）上的高压半导体器件，所述2个或多个半导体器件之间设有隔离区，其特征在于：所述的隔离区宽度为基区载流子扩散长度的5.0～20倍；在所述隔离区内按0.60～0.92倍隔离区宽度设置少子寿命隔离区（8），少子寿命隔离区（8）内的少子寿命为隔离区其它区域少子寿命的15%～40%。2.根据权利要求1所述的一种载流子隔离的高压半导体器件，其特征在于：所述的隔离区的边缘设有N+掺杂条（14）；所述N+掺杂条（14）沿掺杂侧的整个边缘设置，宽度为0.2～0.5mm，深度为18～30μm。3.根据权利要求2所述的一种载流子隔离的高压半导体器件，其特征在于：所述的隔离区的晶片表面为经腐蚀工艺处理后的表面。4.根据权利要求1所述的一种载流子隔离的高压半导体器件，其特征在于：所述的隔离区为由第一高浓度P区、第一低浓度P
‑
区、长基区N区、第二低浓度P
‑
区、第二高浓度P区构成的PNP结构。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的一种载流子隔离的高压半导体器件，其特征在于：所述的高压半导体器件由管壳下封接件（1）、下门极组件、下垫片（2）、半导体晶片（4）、上垫片（5...

【专利技术属性】
技术研发人员：张桥，刘鹏，颜家圣，黄智，刘晓，吕晨襄，
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：