专利名称：双向阻断晶闸管正反向对称p型径向变掺杂结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力半导体器件制造技术领域，特别涉及一种双向阻断特高压晶 闸管的正反向对称的P型快扩散杂质深扩散选择性掺杂结构。
背景技术：
双向阻断特高压晶闸管P型杂质纵、径向浓度分布与结终端造型有关。截止目前， 7200V以上双向阻断特高压晶闸管所公知的P型掺杂技术结构中只有在反向正角、正向负 角造型结终端晶闸管的正向阻断结以上实施了 P型径向变掺杂(以下简称为I型)其缺点 有①正反向造型不对称造成晶闸管正反向阻断电压不对称。②正角造型获取一定反向阻 断电压时必然引入附加长基区(N区)而附加片厚。③从芯片边缘依次向内进行反向正角、 正向负角造型有累加占用芯片面积、损失阴极面积(有效导通面积)的作用。而在正反向都 为负角，即对称双负角造型结终端的晶闸管中，由于P型快扩散杂质难于被热氧化层屏蔽， 还没有引入P型径向变掺杂技术结构(以下简称为II型)。虽然II型已克服了 I型的缺 点，但仍有以下问题较高浓度P型杂质在负角造型终端区表面部分淹没低浓度区。考虑到 空间电荷区展宽的需要，低浓度P—型扩散的深度必须足够大，制造工艺耗时长并引入附加 短基区及阳极面P—区而附加片厚。与阻断电压不协调的附加片厚带来降低通流能力、劣化开关速度、增大瞬态功耗 等多种负作用。
实用新型内容本实用新型提供一种双向阻断晶闸管正反向对称P型径向变掺杂结构，将其引入 双负角造型结终端晶闸管，使其保持正反向阻断电压对称、长基区极薄化的同时进一步去 除短基区及阳极面ρ-区的附加厚度，以使采用本实用新型制造的双负角造型晶闸管具有最 高的电压片厚比。本实用新型的技术解决方案是一种双向阻断晶闸管正反向对称P型径向变掺杂 技术结构，包括型衬底(1)、正向阻断结(2)、反向阻断结(3)，正、反向阻断结(2、3)两边 分别设有低浓度P—型掺杂层(4、5)和较高浓度P型掺杂层(6、7)，晶闸管沿径向分为金属 欧姆接触层(8)以内的一般晶闸管体内区(9)及其以外的结终端区(10)，低浓度P—型掺杂 层(4、5)在N—型衬底(1)上形成的正、反向阻断结(2、3)为平行平面结，较高浓度P型掺杂 层(6、7)浓度分布沿径向产生变化，在低浓度P—型掺杂层(4、5)上形成的高低结(11)为 非平行平面结，其结面产生弯曲变化避免较高浓度P型杂质进入结终端区(10)，结终端区 只有低浓度杂质。所述的低浓度P—杂质和较高浓度P型杂质浓度分布关于N—型衬底(1)水平中线 (12)上下对称。所述的较高浓度P型掺杂层(6、7)关于N—型衬底垂直中心线(13)中心对称，其 区域半径比N"型衬底(1)小3. 6 4. 9mm,薄层电阻为40 90 Ω，深度为30 50 μ m。[0008]本实用新型实施的正反向对称的P型径向变掺杂可起到双面减薄双负角晶闸管 ρ-区的作用，使特高压双向阻断硅晶闸管同时具有正反向阻断电压对称，长、短基区及阳极 面ρ_区无附加厚度，电压片厚比最高的特点。同时采用目前最高电阻率水平的硅单晶片， 分别实施本实用新型、I型、II型技术结构制造最高电压的双向阻断晶闸管，特征性试验结 果如下本实用新型正向转折电压9300V、反向转折电压9300V、转折电压比芯片厚度6. 7V/ μπκ ；I 型 9300V、8700V、6V/ym ;ΙΙ 型 9000V、9000V、6. 3V/ym。因此证实具有本实用新型 技术结构的双向阻断硅晶闸管阻断电压及电压片厚比最高。
附图1为本实用新型沿直径方向的剖面示意图。
具体实施方式
本实用新型包括N—型衬底(1)、正向阻断结(2)、反向阻断结(3)，正、反向阻断结 (2,3)两边分别设有低浓度P—型掺杂层(4、5)和较高浓度P型掺杂层(6、7)，沿径向分为 金属欧姆接触层(8)以内的一般晶闸管体内区(9)及其以外的结终端区(10)，制造正反向 对称P型径向变掺杂的实施方式为首先对N—型衬底(1)原始单晶片两边实施双面对称的 低浓度P.型掺杂，结深比II型浅20 40 μ m,薄层电阻Rs为500 1000 Ω，形成低浓度 Ρ_掺杂层(4，5)，低浓度P—型掺杂层(4、5)在N—型衬底⑴上形成的正、反向阻断结(2、3) 为平行平面结；紧接双面对称的较高浓度P型杂质预沉积，薄层电阻Rs 5 13 Ω，深度 5 8 μ m ；然后双面对称的选择腐蚀，腐蚀区域为单晶片边缘沿径向深入3. 6 4. 9mm的环 状区域，腐蚀深度为9 Ilym ；最后推进形成体内较高浓度P型掺杂层(6，7)。这种方式 容易地实现了氧化层难以掩蔽的快扩散杂质对硅衬底的选择性扩散掺杂。所述的较高浓度 P型掺杂层(6、7)关于N_型衬底垂直中心线(13)中心对称，其区域半径比N_型衬底(1)小 3. 6 4. 9mm，薄层电阻为40 90 Ω，深度为30 50 μ m。较高浓度P型掺杂层(6、7)浓度 分布沿径向产生变化，在低浓度P—型掺杂层(4、5)上形成的高低结(11)为非平行平面结， 其结面产生弯曲变化避免较高浓度P型杂质进入结终端区(10)，完成正反向对称的P型径 向变掺杂。
权利要求一种双向阻断晶闸管正反向对称P型径向变掺杂结构，包括N 型衬底(1)、正向阻断结(2)、反向阻断结(3)，正、反向阻断结(2、3)两边分别设有低浓度P 型掺杂层(4、5)和较高浓度P型掺杂层(6、7)，晶闸管沿径向分为金属欧姆接触层(8)以内的一般晶闸管体内区(9)及其以外的结终端区(10)，其特征在于低浓度P 型掺杂层(4、5)在N 型衬底(1)上形成的正、反向阻断结(2、3)为平行平面结，较高浓度P型掺杂层(6、7)浓度分布沿径向产生变化，在低浓度P 型掺杂层(4、5)上形成的高低结(11)为非平行平面结，其结面产生弯曲变化避免较高浓度P型杂质进入结终端区(10)，结终端区(10)只有低浓度杂质。
2.如权利要求1所述的双向阻断晶闸管正反向对称P型径向变掺杂结构，其特征在于 所述的低浓度P—杂质和较高浓度P型杂质浓度分布关于N—型衬底(1)水平中线(12)上下 对称。
3.如权利要求1所述的双向阻断晶闸管正反向对称P型径向变掺杂结构，其特征在于 所述的较高浓度P型掺杂层(6、7)关于N—型衬底垂直中心线(13)中心对称，其区域半径 比N"型衬底(1)小3. 6 4. 9讓，薄层电阻为40 90 Ω，深度为30 50 μ m。
专利摘要本实用新型涉及一种双向阻断晶闸管正反向对称P型径向变掺杂结构，较高浓度P型掺杂层在低浓度P-型掺杂层上形成的高低结为非平行平面结，其结面产生弯曲变化避免较高浓度P型杂质进入双负角造型结终端区，本实用新型具有双面减薄P-区的作用，使特高压双向阻断硅晶闸管同时具有正反向阻断电压对称，长、短基区及阳极面P-区无附加厚度，电压片厚比最高的特点。适用于制造电压片厚比最高的双向阻断晶闸管。
文档编号H01L29/06GK201655807SQ20092024547
公开日2010年11月24日 申请日期2009年11月27日 优先权日2009年11月27日
发明者刘 东, 刘惠玲, 王正鸣, 高山城, 高建峰 申请人:西安电力电子技术研究所