高反压穿通式GPP整流芯片制造技术

本实用新型专利技术提供一种高反压穿通式GPP整流芯片的制造技术，属于“新型电子元器件——片式半导体器件技术”领域；提出了P型宽耗尽层高反压/N型薄基区穿通式结构技术方案，二次主扩散工艺技术方案；所述产品的反向耐压可超过1600伏，正向压降可降低10％，其它电热特性也得到明显改善，技术指标处于国内领先水平。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
高反压穿通式GPP整流芯片
GPP整流芯片技术，属于“国家支持的高新
”，其中“新型电子元器件-片式半导体器件技术”领域。
技术介绍
上世纪70年代以来，国内整流芯片均使用所谓“0J整流芯片”工艺技术，即:芯片有I?2片厚金属电极作为支撑，PN结表面采用硅橡胶保护覆盖。因其可靠性差、尘产成本高、环境污染重，已成为制造商的垢病。本世纪后，一种额定电流为0.5?100安培,额定电压400?1200伏特，PN结表面由玻璃钝化保护覆盖，且无厚金属电极的裸片结构的整流芯片应运而生，这就是所谓“GPP整流芯片”(Glassivation Passivation Parts)。产品不含任何有害有毒物质，生产中无重金属污染，产品电热性能优良，制造成本低。台湾地区较早批量尘产，大陆现也有近百家企业投产，近年新投资十亿元左右的“GPP整流芯片”项目已有多个。GPP整流芯片技术，属于“国家支持的高新
”中“新型电子元器件-片式半导体器件技术”范畴，是整流芯片技术的发展方向。但是，常规GPP整流芯片由于其结构工艺的限制，也有其技术缺憾，就此分析讨论如下:常规GPP整流芯片的物理结构如图1所示。图中，A为芯片厚度，270?290微米；B为N型基区宽度，130?160微米，图上标为N-区；C为P型扩散区宽度，80?85微米，图上标为P+和P-区；E为N型扩散区宽度，50?60微米，图上标为N+区；W为芯片化学腐蚀开槽深度，140?150微米。常规GPP整流芯片加上最高反向电压时，N区和P区都将出现耗尽层，其结构及耐反压机理参见图1。图中，D为P型扩散区耗尽层宽度，最大值为4?6微米；F为N型基区耗尽层宽度，以基区电阻率为30?40欧姆厘米为例，该最大宽度为97?125微米；S为等势线，处于同一线上各部位电势相等。图1中，在N区标出了 4根，P区标出了一根。由于GPP芯片的特殊工艺造型结构，P区比N区损失了更多的面积，根据电中性原理，各等势线终端将如图1所示呈弯曲上翘状态，近表面区等势线密集，电场强度增强，在该区域首先发生电压击穿，使得常规GPP整流芯片的实际反向耐压远低于理论耐压。这是GPP整流芯片产品反向耐压难以提高的一个主要因素。N型区耗尽层最大宽度F，可根据N基区电阻率计算得出，使用公式:d =4.95 P °_875 (微米)，代入N基区电阻率P = 30?40欧姆厘米，得到N型区耗尽层最大宽度，d = 97?125微米。由于芯片化学腐蚀开槽深度140?150微米的限制，如继续提高N基区电阻率，N型区耗尽层将继续展宽，其最底端的等势线将碰触化学腐蚀槽底，反向耐压不升反降。这是GPP整流芯片产品反向耐压难以提高的另一个主要因素。P型扩散区耗尽层宽度，是由P型扩散区物理结构决定的，根椐常规GPP整流芯片解剖结果知，其值为4?6微米。PN结的表面区，由于等势线的弯曲上翅，该值略有增加，因P+区为高浓度扩散区，增加量有限，其值约为6~9微米。根据公式Vp~17.3XWp，代入Wp = 6~9微米，P区的反向耐压值约为Vp ^ 104~156伏特，对常规GPP整流芯片产品反向耐压的贡献不大。常规GPP整流芯片的反向耐压最大值，由N区的反向耐压与P区的反向耐压相加而成。N区的反向理论耐压，使用公式:V = 94p°_75(伏特)，代入N基区电阻率P =30~40欧姆厘米，得N型区最高理论反向耐压Vn = 1205~1495伏特，设PN结的表面区N型区耗尽层减少到理论值的80%估算，N型区最高实际反向耐压值为771~957伏特，加上段所证Vp ^ 104~156伏特，GPP整流芯片产品的最高理论反向耐压值为875~1113伏特。市场上的常规GPP整流芯片，将反向耐压值400~800伏特者，通常称为低压芯片，约占市场份额的70 % ;反向耐压值800~1200伏特者，称为中压芯片，约占市场份额的30% ;反向耐压值1200~1600伏特者，称为高压芯片，目前市场无商品供应。
技术实现思路
[0011 ] 本专利技术提供一种高反压穿通式GPP整流芯片，其结构如图2所示，其耐反压机理如图3所示。相比常规GPP整流芯片，采取了以下六项改进技术措施:a、“芯片总厚度减薄技术”——减薄了芯片总厚度A，为240~260微米；b、“N型薄基区技术”一减薄了图上N-基区宽度B，为70~95微米；C、“宽P型扩散区技术”一增加了图上P+和P-型扩散区宽度C，为95~100微米;d、“P型宽耗尽层技术”一变更了 P型扩散区的浓度结构曲线，外加最高反向电压时，P型扩散区耗尽层宽度D，为50~53微米，图上标为P-区；e、“宽N型扩散区技术”一增加了图上N+区宽度E，为60~70微米；f、“芯片中部穿通技术”一外加最高反向电压时，N型基区耗尽层宽度F，被限制在N型基区宽度B，为70~95微米，芯片中部发生穿通现象。采取了上述技术措施后，芯片的电热特性指标有了明显提高，分析如下:首先，使用了“宽P型耗尽层技术”后，P型扩散区耗尽层宽度D增加到50~53微米，增加了 P区的反向耐压值，这是有别于常规GPP整流芯片的一个重要特征。图3中，标出了 P型扩散区耗尽层的三根等势线。根据公式Vp~17.3 XWp，代入Wp = 50~53微米，P区的反向理论耐压值可增加到Vp ^ 865~917伏特。这里，尚未计入等势线的弯曲上翘所增加的耐压。如N基区电阻率仍用P = 30~40欧姆厘米，N型区最高反向耐压值同上节，仍为771~957伏特，则高反压穿通式GPP整流芯片的最高理论反向耐压值，可以达到1636~1874伏特，即所谓“高反压”水平。其次，使用了“宽N型扩散区技术”后，N+型扩散区宽度E，增加到60~70微米，增宽了低电阻率区域，并增强了 N+区对N基区发射电子的能力，可降低GPP整流芯片的正向压降。N型基区宽度B，由原130~160微米减为70~95微米，因为体压降与基区宽度的平方成正比，此举可较大幅度地降低GPP整流芯片的正向压降。对高反压穿通式GPP整流芯片的检测结果表明，相比常规GPP整流芯片，正向压降可降低10%，节能作用明显。[0021 ] 其三，使用了“N 型薄基区技术”后，N型基区宽度B减薄到70~95微米，不能满足N型区耗尽层最大理论宽度97~125微米，在承受反向电压时，芯片中部的N型区耗尽层进Λ N+区，出现所谓“穿通”现象。图3中部底端的二根等势线之间距离明显减小，表示的就是这种穿通现象，这是有别于常规GPP整流芯片的另一重要特征。芯片的中部工作在穿通状态，不会改变产品N型区反向耐压由近表面层决定的原状况，不会对原反向耐压值形成任何影响。巧妙利用产品中部的穿通现象，却可以大幅度地改善产品的正向动态电热特性，除上述的正向压降特性得以降低外，产品的其它热特性均改善10%及以上:瞬态热阻抗和结壳热阻减小11%，安全电流密度增加15%，耐冲击电流能力提高20%。【附图说明】图1，常规GPP整流芯片典型局部结构机理剖面图。图中:Α为芯片厚度，270?290微米；Β SN型基区宽度，130?160微米，图上标为N-区；C为P型扩散区宽度，80?85微米，图上标为P+和P-区；D为P型扩散区耗尽层宽度，最大值为4?6微本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高反压穿通式GPP整流芯片，其结构特征在于：所述整流芯片，材料为N型单晶硅；芯片平面形状有正方形、正六角形、圆形三种，表面积为0.5～200平方毫米，芯片厚度为240～260微米；芯片边缘是腐蚀曲面和机械垂直断面，腐蚀曲面内有玻璃体G；芯片内部由N型基区N‑、P型扩散区P+和P‑、N型扩散区N+组成；N型基区N‑位于芯片中部，P型扩散区P+和P‑、N型扩散区N+分别处位于N型基区N‑的二侧，三个区域的平面与芯片平面成平行状态。

【技术特征摘要】
1.一种高反压穿通式GPP整流芯片，其结构特征在于:所述整流芯片，材料为N型单晶硅；芯片平面形状有正方形、正六角形、圆形三种，表面积为0.5?200平方毫米，芯片厚度为240?260微米；芯片边缘是腐蚀曲面和机械垂直断面，腐蚀曲面内有玻璃体G ;芯片内部由N型基区N-、P型扩散区P+和P-、N型扩散区N+组成；N型基区N-位于芯片中部，P型扩散区P+和P-、N型扩散区N+分别处位于N型基区N-的二侧，三个区域的平面与芯片平面成平行状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：程德明，
申请(专利权)人：程德明，
类型：新型
国别省市：安徽;34