专利名称：一种高频晶闸管的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电力电子器件，特别是一种高频晶闸管。
背景技术：
传统高频晶闸管开通和关断时间长，工作频率较低，工作电流极少数能达到 1200A，极少工作频率在8 10KHZ左右。如中国专利号87208366实用新型专利提供的一种 高频晶闸管，平均通态电流200A，工作频率10KHZ，适用于8KHZ以上中频电源；中国专利号 200510086992实用新型专利提供的高频晶闸管，能在8 10kHz，平均通态电流1200A下工作。而正向通态平均电流111仏￥)=250(^，断态重复峰值电压队1^=1200￥，反向重复峰 值电SUm=1200V，应用频率f =IOKHz的高频晶闸管是高频熔炼、高频淬火等设备的关键 器件，是高频应用市场急需的关键器件。这种高频晶闸管既解决IOKHz高频应用，又要求大 功率(电流2500A，电压1200V)。提高了工作频率同时又要求解决电压和电流不易做高的 矛盾。而传统的大功率高频熔炼炉，要么采用牺牲效率而降低应用频率，要么靠多只中功率 (如200A)高频晶闸管并联带来的应用限制。但无论哪种方式都给应用带来了很多的限制。提高晶闸管的应用频率是提高产品 质量、节能降耗的需要，而大容量高频晶闸管更是市场急需的高效节能产品。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种高频晶闸管，提高了电流扩展能力，有 较高的dv/dt和di/dt耐量，又确保了耐压和动态特性；提高了晶间管的应用频率，提高产 品质量、满足节能降耗的需要。为解决上述技术问题，本实用新型专利提供的一种高频晶闸管，包括晶闸管，单晶 硅片由P+P1N1P2N2型非对称结构构成，N2区的图形为渐开线图形。单晶硅片采用N型(100)晶向低阻单晶硅片。P+层由P层研磨减薄扩散后构成。P+层厚度为15 μ m，P层厚度为60 μ m。单晶硅片的台面造型中，正斜角磨角角度Q1大小为60° ^ Q1 = 80°，负斜角磨 角角度θ2大小为3.5° ^ θ2 ^ 4.5°。P+层端面上设有钛镍金蒸镀层，厚度分别为Ti: 0. 2μπι, Ni: 0. 5ym, Au: 0· 1 μ m。渐开线图形为2、条。渐开线附近分布的短路点间距D=O. 4mm,直径d=0. 08mm。本实用新型专利提供的一种高频晶闸管，有益效果如下1、正向通态平均电流 IT(AV) =25OOA, Vdkm=V腿=I2OOV,应用频率 f=10KHz。2、采用N型100晶向低阻单晶硅片，相比111晶向单晶片，提高了电流扩展能力20% 30%，有利于电流 上升率di/dt的提高。3、采用直径偏小、厚度偏薄的硅片，通过双面一次P型扩散，一面减薄后扩散P+，而 另一面氧化光刻后，再扩散N+的非对称Pp P2区的方法。非对称Pp P2区的方法，既使硅片 较薄，又确保了耐压和动态特性。4、本实用新型光刻版图形采用渐开线插入式的放大门极结构，分布科学合理，正 负光刻版和阴极垫片都在一个图形定位下，精密制作，确保开通电流均勻地全域展开，器件 有较高的dv/dt和di/dt耐量。5、全新的基区少子寿命τ ρ的控制方法降低基区少子寿命τ Ρ是制作高频晶闸管 的关键技术，本实用新型采用的是扩金和电子辐照相结合的技术控制少子寿命τ ρ，增加复 合中心，降低少数载流子寿命，从而减少关断时间。6、台面造型由磨角造型改为喷砂造型，即正斜角为大角度喷砂，一改磨角角度只 能35度以下的状况，可喷6(Γ80度的正角；负斜角也改为喷砂造型，实现类台面造型。实现 阴极面积最大，表面漏电流最小又提高了阴极面积。7、阳极欧姆接触采用电子束蒸发钛-镍-金工艺，确保器件长时间的可靠性。8、配合N型100晶向低阻单晶硅片，去掉阳极烧铝工艺，将高压晶闸管的全压接工 艺直接移植在大功率高频晶间管上。9、采用无裙边的95%氧化铝的专用陶瓷管壳，真空充氮气冷压封装，氦质谱检漏 合格。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明
图1为本实用新型的单晶硅片结构示意图；图2为本实用新型的台面造型结构示意图；图3为本实用新型的光刻版图型；图4为本实用新型的全压接封装内部结构示意图。
具体实施方式
一种高频晶闸管，包括晶闸管，单晶硅片1由P+P1N1P2N2型非对称结构构成，N2区4 的图形为渐开线图形。单晶硅片1采用N型(100)晶向低阻单晶硅片。P+层5’由P层5研磨减薄扩散后构成。P+层5，厚度为15μπι，Ρ层5厚度为60μπι。单晶硅片1的台面造型中，正斜角磨角角度Q1大小为60° ^ Q1 = 80°，负斜角 磨角角度θ 2大小为3. 5° ^ θ2 ^ 4.5°。P+层5，端面上设有钛镍金蒸镀层3，厚度分别为Ti 0. 2 μ m、Ni 0. 5 μ m, Au: 0· 1 μ m。渐开线图形为2、条。渐开线附近分布的短路点间距D=O. 4mm,直径d=0. 08mm。铜层7与钛镍金蒸镀层3相连构成欧姆接触阴极，铜层7’与铝层2相连构成欧姆接触阳极。单晶硅片1封装在陶瓷管壳6内部，单晶硅片1与陶瓷管壳6之间填充有聚四氟 乙烯8绝缘固定。单晶硅片1构成的P+P1N1P2N2基本结构为非对称结构。
陶瓷管壳6采用无裙边的95%氧化铝。本实用新型制造流程N型(100)晶向低阻(Pn=45Q-cm)单晶硅片1测试、筛选、分类一去砂、去油、清 洗、腐蚀一甩干一闭管纯镓扩散一氧化一阳极面P+扩散一阴极面磨片一氧化一光刻一三氯 氧磷气体携带N+扩散一光刻一电子束蒸发一正负角喷砂造型一腐蚀、钝化、保护、烘干一中 测一全压接装配一真空充氮气冷封一氦质谱捡漏一出厂全参数检测一打印一合格证一入库。实施例本实用新型高频晶闸管是在在N型(100)晶向、低阻(4(Γ50) Ω的中照单晶硅片 1上进行双面一次真空闭管扩散P层5，5’，即一次P型纯镓扩散，结深55 μ m,单面研磨 15 μ m后扩P+层5’做阳极面，氧化并在另一 P型面光刻，然后单面进行三氯氧磷N+扩散形 成N2区4，构成非对称的总厚度250 μ m的晶闸管P+P1N1P2N2基本结构，如图1所示；台面造型由磨角造型改为喷砂造型，为正、负角结构。即正斜角为大角度喷砂，一 改磨角角度只能35度以下的状况，可喷6(Γ80度的正角；负斜角也改为喷砂造型，实现类台 面造型。实现阴极面积最大，表面漏电流最小又提高了阴极面积，如图2所示；采用渐开线插入式的放大门极结构，同一渐开线分布的短路点间距D=O. 4mm，直径 d=0. 08mm，分布科学合理，光刻版和阴极垫片都在同一个中心图形下得出，如图3所示而精 密制作，确保开通电流均勻地全域展开，器件有较高的dv/dt和di/dt耐量； 通过上 述技术，实现正向通态平均电流It(av)=2500A，Vdem=Veem= 1200Vo对N型(100)晶向低阻单晶硅片1，不采用常规的阳极烧铝工艺，而将高压晶闸 管采用的全压接工艺直接移植于大功率高频晶闸管，如图4所示。采用无裙边的95%氧化铝的专用陶瓷管壳，真空充氮气冷压封装，氦质谱检漏合 格，以及除规定的换向关断时间、和反向恢复电荷0 测试外，严格执行门极触发开通时间 tgt和IOKHz高频额定电流通电实验。本实用新型采用扩散前后都进行吸收的技术以确保τ p，使15μ 即保证 τ η彡1 μ s的情况下，实现低通态压降Vtm值，使大电流密度Jt成为可能，而电流密度Jt大， 有利于提高电流横向扩展速度。降低基区少子寿命τρ是制作高频晶闸管的关键技术。扩 金、扩钼再吸收，长期可靠性好，最有利于各电参数协调，但重复性差，不易控制；电子辐照 (含快中子，Y射线等)，简单易行，可以方便地反复调整少子寿命τ ρ，不受其它工艺过程限 制，但辐照结果易蜕化，长期可靠性差；质子辐照深度可以控制，性能最好。本实用新型采用 的是扩金和电子辐照相结合的技术控制少子寿命τ ρ 即先行扩金，将少子寿命降到原值的 1/5左右，即τ Ρ=3 μ S，然后又采用电子辐照技术，将τ ρ控制在1 1.2 μ S，提高应用频 率f=10KHz。
权利要求1.一种高频晶闸管，包括晶闸管，其特征在于单晶硅片(1)由P+P1N1P2N2型非对称结构 构成，队区(4)的图形为渐开线图形。
2.根据权利要求1所述的一种高频晶闸管，其特征在于单晶硅片(1)采用N型(100) 晶向低阻单晶硅片。
3.根据权利要求1所述的一种高频晶闸管，其特征在于P+层(5’)由P层(5)研磨减 薄扩散后构成。
4.根据权利要求1所述的一种高频晶闸管，其特征在于P+层(5’)厚度为15μ m，P层 (5)厚度为60 μ m。
5.根据权利要求1所述的一种高频晶闸管，其特征在于单晶硅片(1)的台面 造型中，正斜角磨角角度Q1大小为60° ^ Q1 g 80°，负斜角磨角角度θ 2大小 3. 5 — θ 2 — 4. 5 ο
6.根据权利要求1所述的一种高频晶间管，其特征在于Ρ+层(5’)端面上设有钛镍金 蒸镀层(3)，厚度分别为Ti: 0. 2ym、Ni: 0. 5ym、Au: 0. 1 μ m。
7.根据权利要求1所述的一种高频晶闸管，其特征在于渐开线图形为2、条。
8.根据权利要求1所述的一种高频晶闸管，其特征在于渐开线附近分布的短路点间 距 D=O. 4mm,直径 d=0. 08mm。
专利摘要一种高频晶闸管，包括晶闸管，单晶硅片由P+P1N1P2N2型非对称结构构成，N2区的图形为渐开线图形。单晶硅片采用N型(100)晶向低阻单晶硅片，P+层由P层研磨减薄扩散后构成，P+层厚度为15μm，P层厚度为60μm，单晶硅片的台面造型中，正斜角磨角角度θ1大小为60o≦θ1≦80o，负斜角磨角角度θ2大小为3.5°≦θ2≦4.5°，P+层端面上设有钛镍金蒸镀层，厚度分别为Ti:0.2μm、Ni:0.5μm、Au:0.1μm，渐开线图形为2~8条，渐开线附近分布的短路点间距D=0.4mm，直径d=0.08mm。本实用新型晶闸管提高了晶闸管的应用频率，提高产品质量、满足节能降耗的需要。
文档编号H01L29/04GK201877430SQ20102062642
公开日2011年6月22日 申请日期2010年11月26日 优先权日2010年11月26日
发明者夏吉夫, 崔振森, 潘福泉 申请人:宜昌市晶石电力电子有限公司