一种高压整流管芯片的制作方法

本实用新型属于功率半导体器件技术领域，具体涉及一种高压整流管芯片。

背景技术：

当前功率半导体器件正在向着大电流、高电压、高功率转化率的方向发展，且对产品参数的一致性有更高的要求。

传统的整流管芯片采用焊接方式，将硅晶片通过铝箔烧结焊在钼片上，但随着整流管芯片直径越来越大、电压越来越高，焊接质量难以保证，产品可靠性无法保证；限制产品向大直径、高电压发展。

功率半导体器件的主要工艺在于PN结的制作，对大功率高耐压的器件，一般选用在N型硅衬底上进行铝镓或铝硼两种杂质不同浓度梯度掺杂的方式形成PN结。对于整流管PN结的制作，大多采用涂源扩散直接形成PN结，同时形成N⁺、P⁺高浓度层；而先采用铝预沉积双面扩散制作PN结工艺，则需要考虑对称扩散后去除一面P型层，一般采用单面研磨的方法，但对高压整流管，由于扩散结深较深，直接单面研磨时间长，厚度偏差大，平行度差。

在实现现有技术时发现，利用上述方法进行更高电压的整流管器件制造，芯片压降大、电压达标率低，不能满足产品设计要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供了一种高压整流管芯片结构，解决了传统整流管芯片结构，芯片压降大，电压不易提高，且电压高档率不高的问题，有利于产品向大直径、高电压发展。

本实用新型的技术解决方案是：一种高压整流管芯片，其特征在于：包括结构为P⁺PNN⁺的高压整流管芯片晶片；晶片双面有蒸发形成的铝层；晶片的边缘侧面为由磨角造型、台面腐蚀形成的台面；晶片的上、下边缘及台面处设有环形圆柱形保护胶；晶片的直径为38~150mm。

本实用新型的技术解决方案中所述的晶片常用直径为80~150mm。

本实用新型的技术解决方案还可以是：一种高压整流管芯片，其特征在于：包括结构为P⁺PNN⁺的高压整流管芯片晶片；晶片的一面有蒸发形成的铝层，另一面有通过铝箔高温烧结连接的钼片；晶片的边缘侧面为由磨角造型、台面旋转腐蚀形成的台面；晶片的台面处设有环形圆柱形保护胶；晶片的直径为30~100mm。

本实用新型的技术解决方案中所述的晶片的常用直径为30~77mm。

本实用新型的技术解决方案中所述的晶片的N区为N型硅单晶材质的N型层，P区为铝掺杂扩散所形成的P型层，N⁺区为磷扩散所形成的N⁺ 型层，P⁺区为涂B源扩散及推进所形成的P⁺型层。

本实用新型的技术解决方案中所述的N型层电阻率为 250~450Ω.cm ，厚度为600 ~1100 μm；P型层浓度方块电阻为30 ~300Ω/□，结深为80~150μm；P⁺型层浓度方块电阻为0.2~ 8Ω/□，结深为20~50μm；N⁺型层浓度方块电阻为0.1~ 3Ω/□，结深为10~30μm。

本实用新型高压整流管芯片特点是：降低了PN结的前沿浓度，使PN结承受电压时，空间电荷区展宽加宽，降低了体内电场强度和表面电场强度，从而使整流管芯片反向重复峰值电压提高，有利于芯片向更高电压发展。

本实用新型高压整流管芯片反向重复峰值电压可达6000V以上，芯片通态压降小，满足产品设计和客户要求。

本实用新型主要用于高压整流管芯片。

附图说明

为了更清楚说明本实用新型或现有技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简要介绍。显然，下面描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对本领域技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为高压整流管压接芯片结构示意图。

图2为高压整流管焊接芯片结构示意图。

图3为高压整流管晶片微观纵向P⁺PNN⁺结构示意图。

附图标记说明：1-晶片； 2-铝层； 3-保护胶； 4-铝箔； 5-钼片。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

如图1、图3所示。本实用新型一种高压整流管压接芯片由晶片1、铝层2、保护胶3组成，主要用于直径为38~150mm的高压整流管压接芯片，特别适用于直径为80~150mm的高压整流管压接芯片。晶片1是内部微观纵向结构为P⁺PNN⁺的高压整流管芯片晶片。选择直径为100~175mm、电阻率为250 ~ 450Ω.cm、厚度为900 ~ 1400 μm的N型单晶硅片，将硅片与铝杂质源放置在密闭的扩散舟中，在真空下将铝杂质源高温加热挥发，使铝蒸汽在硅片表面预沉积到一定浓度，测试表面方块电阻在80~200Ω。再将硅片取出放置到另一扩散舟上，提高扩散温度进行长时间铝推进，形成低浓度深结深的P型扩散层，结深约80~120μm。再进行第二次铝预沉积到更高浓度，测试表面方块电阻30~80Ω，进行第二次高温短时间铝推进，得到不同浓度梯度的PNP结构硅片，此时推进结深控制在90~140μm。采用对称扩散方式，扩散应力对称，形变量小。

然后通过先单面减薄、再单面研磨的方式去除一面的P型层，单面研磨量20~50μm，形成单结PN结结构，晶片片厚偏差5~25μm，平行度5~15μm。通过先单面切割减薄、再单面研磨，减少研磨时间和厚度，厚度偏差减小，平行度得以保证。单面研磨方式可以是单片单面研磨，也可以2片对粘双面研磨。2片对粘双面研磨具体方法为：对晶片挑选后叠粘合，贴合的方向为将两个PNP结构的晶片贴合成PNPxPNP结构（x代表粘合剂）。测试贴合后的片厚，按每5μm为一档次分档进行双面机械研磨减薄，同时去除两个晶片的单面P型结构；减薄后通过分离剂浸泡，分离两个晶片。分离粘合剂时，在稀释的粘合剂溶解剂中进行，通过掰开方式避免粘接面划伤。

通过N+磷扩散和P+硼扩散形成P⁺PNN⁺结构。其方法为：先氧化光刻、再磷预沉积、涂B源扩散同时进行磷推进和硼推进扩散，使晶片两面的扩散应力互相平衡避免硅片变形。N型层厚度为600~1100μm；P型层浓度方块电阻为30~300Ω/□，结深为80~150μm；P⁺型层浓度方块电阻为0.2~8Ω/□，结深为20~50μm；N⁺型层浓度方块电阻为0.1~3Ω/□，结深为10~30μm。

晶片1双面有蒸发形成的铝层2。其制备方法为：先在晶片1两面，通过电子束真空镀铝两次，形成双面10~30μm的铝层2，并真空合金。晶片1的边缘负角磨角进行台面造型、台面腐蚀，形成台面。晶片1的上、下边缘及台面处双面注胶进行台面保护，形成芯片外圆环形圆柱形保护胶3。芯片未进行高温烧结，形变量小，可采用全压接封装工艺制成高压整流管，有利于产品芯片向更大直径、更高电压发展。

将晶片1双面蒸发合金、边缘磨角造型、台面腐蚀和注胶保护形成高压整流管压接芯片，芯片边缘保护胶为环形圆柱。其特点是，解决了大直径芯片焊接难题，有利于芯片向更大直径发展；台面保护环形圆柱结构，增加了台面表面爬电距离，有利于提高芯片表面耐压。

如图2、图3所示。本实用新型一种高压整流管芯片还可以由晶片1、铝层2、保护胶3、铝箔4和钼片5组成，主要用于直径为30~100mm的高压整流管焊接芯片，特别是直径为30~77mm的高压整流管焊接芯片。晶片1先通过铝箔4和钼片5高真空高温烧结，再通过单面蒸发铝层2，厚度为10~30μm。晶片1的边缘负角磨角进行台面造型、台面旋转腐蚀，形成台面。晶片1的台面处注胶进行台面保护，形成芯片外圆环形圆柱形保护胶3。

将晶片1单面蒸发合金、边缘磨角造型、台面腐蚀和注胶保护形成高压整流管焊接芯片，芯片边缘保护胶为环形圆柱。其特点是，对小直径芯片，先采用晶片和钼片通过铝箔高温烧结，再通过单面蒸发合金、边缘磨角造型、台面旋转腐蚀和注胶保护形成高压整流管焊接芯片，其边缘保护胶为环形圆柱，增加了台面表面爬电距离，有利于提高芯片表面耐压。

本实用新型高压整流管芯片晶片特点是：降低了PN结的前沿浓度，使PN结承受电压时，空间电荷区展宽加宽，降低了体内电场强度和表面电场强度，从而使整流管芯片反向重复峰值电压提高，有利于芯片向更高电压发展。

本实用新型所述的高压整流管芯片，反向重复峰值电压可达6000V以上，芯片通态压降小，满足产品设计和客户要求。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制。因此，凡是未脱离本实用新型的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围。