机车用晶闸管制造技术

本实用新型专利技术的名称为机车用晶闸管。属于功率半导体器件技术领域。它主要是解决现有机车用晶闸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：包括管壳或塑封壳体、封装在该管壳或塑封壳体内包括阳极掺杂区P、长基区N、阴极面N型层、门极短基区P型区域构成的PNPN四层结构的半导体芯片、阳极钼片、阴极表面金属镀层、以及芯片台面保护胶层；所述PNPN四层结构半导体芯片的阳极掺杂区P表面为化学粗糙度层，且在阳极掺杂区P阳极面设有阳极P+重掺杂区，阴极面N型层设有阴极掺杂区N，形成P+PNPN+四层结构的半导体芯片。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，主要用于车用晶闸管。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于功率半导体器件
，涉及一种机车用大功率半导体器件。
技术介绍
机车用晶闸管针对客户对器件的高稳定性和高可靠性的苛刻要求，特别是降低器件输出时的通态压降和温升，我们在常规生产晶闸管的基础上结合现代高度发展的电子技术，采用成熟的晶闸管生产工艺，结合我厂生产平板型可控硅的工艺，可以达到通流大、压降低、温升低的要求，从而提高器件测试的稳定性和运行的高可靠性。自从有这种器件的开发需求后，我们结合公司多年生产可控硅系列产品的经验，对生产过程中个别关键点进行了改善，同时对原生产线的操作人员进行了适当的培训，实现了对该产品的试制生产，因此，在人员上、技术上已经全部具备生产推广的条件，从目前的样品测试来分析，各项指标符合客户要求和公司出厂规范。晶闸管一般包括管壳或塑封壳体、封装在该管壳或塑封壳体内的PNPN四层结构的半导体芯片、阳极钥片、阴极表面金属镀层、以及芯片台面保护胶层，其中，由于未采用P+PNPN+四层结构，因而在用于机车通流大的情况下，通态压降和温升较高，从而影响晶闸管的稳定性和可靠性。
技术实现思路
本技术的目的就是针对上述不足之处而提供一种高频率、长寿命、可靠性高、一致性好和成本低的机车用大功率晶闸管。本技术的技术解决方案是:一种机车用晶闸管，包括管壳或塑封壳体、封装在该管壳或塑封壳体内包括阳极掺杂区P、长基区N、阴极面N型层、门极短基区P型区域构成的PNPN四层结构的半导体芯片、阳极钥片、阴极表面金属镀层、以及芯片台面保护胶层，其特征在于:所述的PNPN四层结构半导体芯片的阳极掺杂区P表面为化学粗糙度层，且在阳极掺杂区P阳极面设有阳极P+重掺杂区，阴极面N型层设有阴极重掺杂区N+，形成P+PNPN+四层结构的半导体芯片。本技术的技术解决方案中所述的阳极掺杂区P为表面浓度2 8X1017cm_3、结深45 130Mm的阳极表面层。本技术的技术解决方案中所述的阴极掺杂区N为表面浓度2、X102°CnT3、结深l(T50Mm的高浓度N型层。本技术的技术解决方案中所述的长基区N厚度为50_500Mm。本技术的技术解决方案中所述的阳极P+重掺杂区掺杂浓度高于阴极掺杂区N掺杂浓度，阳极P+重掺杂区结深明显小于门极短基区P型区域结深。本专利技术由于米用由管壳或塑封壳体、封装在该管壳或塑封壳体内包括阳极掺杂区P、长基区N、阴极面N型层、门极短基区P型区域构成的PNPN四层结构的半导体芯片，将阳极掺杂区P表面为化学粗糙度层，且在阳极掺杂区P阳极面设有阳极P+重掺杂区，阴极面N型层设有阴极重掺杂区N+，形成P+PNPN+四层结构的半导体芯片，因而具有阻断电压高、通流大、压降低、高频率、长寿命、可靠性高、一致性好和成本低的特点，可以同时达到5000V并通5000A电流，通态压降小于1.6V。本技术可广泛应用于机车、国防、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是普通晶闸管芯片结构图。图3为本技术的晶闸管芯片结构图。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。具体实施方式机车用晶闸管常用于整流电路形式，整流电路原理图如图1所示。如图2至图5所示，阳极掺杂区P1，长基区N2，短基区P3，阴极掺杂区N4，门极5，阴极6，阳极7，阳极P+重掺杂区8，涂胶保护区9。图1中阳极掺杂区P1、长基区N2、短基区P3、阴极掺杂区N4、门极5、阴极6、阳极7和阳极P+重掺杂区8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23(Γ430 Ω.cm，厚度86(Tl300Mffl。总厚度的选取既要求保证长基区N2实现器件正向耐压的要求，又不至于增加压降。阳极掺杂区Pl和短基区P 3由双面同时进行第一次P型杂质扩散获得，可以是Al或Ga。结深45 160Mm,表面浓度2 8xl017cm 3。将短基区P 3的表面保护好后，通过研磨、喷砂和化学腐蚀等方法，对阳极掺杂区P I进行化学粗糙度处理。去除3 150Mm。对阳极掺杂区P I进行化学粗糙度处理后，将阳极掺杂区P I和短基区P 3表面做氧化处理，对短基区P 3表面氧化层进行选择刻蚀，再对短基区P 3表面做N型杂质扩散，形成阴极掺杂区N4。结深9 28Mm，表面浓度2 9xl02°CnT3。对阳极掺杂区P I表面经过高表面浓度P型扩散形成阳极P+重掺杂区8，结深15 70Mm。必要时阳极P+重掺杂区8表面进行选择扩散。涂胶保护区9即为芯片台面保护胶层，与现有技术相同。器件的封装结构为=KTllOdT (如图4所示)。为降低机车用晶闸管的漏电流和恢复电荷，对扩散好的硅片掺金或掺钼扩散，以降低少数载流子寿命。扩散温度为830 880° C，时间2(Γ45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。将做好的机车用晶 闸管硅片烧结在钥片上，对短基区P 3和阴极掺杂区Ν4表面进行金属蒸镀后再选择性刻蚀，清晰分离出所需要的图形和门极5、阴极6和阳极7，钥片作为芯片的阳极7。最后将芯片安装到定制的标准管壳中，完成本技术机车用晶闸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10、芯片制作11和封装测试12。这种晶闸管芯片的制造工艺，包括长基区2较薄，阳极端P型区域I比阴极端P型区域3掺杂浓度高且结深较浅，其结构特点:P+PNPN+。实施方式是:先形成PNP结构，然后在将其中的一个P区域保护起来，在另一个P区域扩散具体N+区域，再在被保护的第一个P区域形成一个P+区域，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晶闸管重复峰值电压，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IOOmm普通晶闸管和机车用晶闸管主要静态指标测试对比。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机车用晶闸管，包括管壳或塑封壳体、封装在该管壳或塑封壳体内包括阳极掺杂区P（1）、长基区N（2）、阴极面N型层、门极短基区P型区域（3）构成的PNPN四层结构的半导体芯片、阳极钼片（5）、阴极表面金属镀层、以及芯片台面保护胶层，其特征在于：所述的PNPN四层结构半导体芯片的阳极掺杂区P（1）表面为化学粗糙度层，且在阳极掺杂区P（1）阳极面设有阳极P+重掺杂区（8），阴极面N型层设有阴极掺杂区N（4），形成P+PNPN+四层结构的半导体芯片。

【技术特征摘要】
1.一种机车用晶闸管,包括管壳或塑封壳体、封装在该管壳或塑封壳体内包括阳极掺杂区P (I)、长基区N (2)、阴极面N型层、门极短基区P型区域(3)构成的PNPN四层结构的半导体芯片、阳极钥片(5)、阴极表面金属镀层、以及芯片台面保护胶层，其特征在于:所述的PNPN四层结构半导体芯片的阳极掺杂区P (I)表面为化学粗糙度层，且在阳极掺杂区P (I)阳极面设有阳极P+重掺杂区(8)，阴极面N型层设有阴极掺杂区N (4)，形成P+PNPN+四层结构的半导体芯片。2.根据权利要求1所述的一种机车用晶闸管，其特征在于:所述的阳极...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨成标，吴拥军，张桥，刘小俐，李娴，张明辉，任丽，
申请(专利权)人：湖北台基半导体股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：