高压晶闸管及设计工艺方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种高压晶闸管及设计工艺方法。
【背景技术】
[0002]晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调压及开关等方面。晶闸管的优点包括:体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、容量大。
[0003]在目前高电压应用环境中，因为单只晶闸管耐压不够必须采用晶闸管串联技术，即将多只晶闸管串联起来。多只晶闸管相互串联时，要求各器件承受电压相等，但实际上因器件特性之间的差异，一般都会存在电压分配不均匀、开通关断不同步等问题。因此，如要求串联器件开通、触发特性一致性好，则同时需要增加均压措施，如此会导致装置体积增大，电路复杂，发生损坏的几率增加。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提供了一种高压晶闸管及设计工艺方法。
[0005]为了实现上述目的之一，本发明的一种高压晶闸管的设计工艺方法，其包括如下步骤:
[0006]S1.提供待扩散的浓度为6X 115CnT3?9X 115CnT3的铝源，将所述铝源加入到S12乳胶中，在80?90h内，通过S12乳胶源扩散的方式，使铝源在N型衬底上进行第一次扩散，第一次扩散过程中，控制结深为150?160 μ m，表面浓度为80?10mV ；
[0007]S2.在第一次扩散基础上，提供待扩散的浓度为2.5 X 118CnT3?3 X 118CnT3的硼源，将所述硼源加入到S12乳胶中，在8?1h内，通过S12乳胶源扩散的方式，使硼源在第一次扩散形成的P型层上进行第二次扩散，第二次扩散过程中，控制结深为28?32 μ m,表面浓度为8?10mV。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述铝源为高纯硝酸铝。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述高纯硝酸铝的质量为3g，将其加入到10ml的S12乳胶中，形成混合溶液。
[0010]作为本发明的进一步改进，所述硼源为高纯三氧化二硼。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述高纯三氧化二硼的质量为450mg，将其加入到10ml的S12乳胶中，形成混合溶液。
[0012]为实现上述另一发明目的，本发明的一种高压晶闸管，其根据所述权利要求1?5任一项所述的设计工艺方法进行制造。
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果是:由本发明的设计工艺方法制造的晶闸管阻断电压高，可靠性高，有效地减小了将若干个晶闸管相串联的装置的体积。
【附图说明】
[0014]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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他的附图。
[0015]图1为本发明的高压晶闸管的设计工艺方法的一【具体实施方式】的方法流程示意图；
[0016]图2为本发明的高压晶闸管的纵向杂质浓度分布图，其中，Jl代表PN结，P段曲线代表第一次扩散杂质浓度分布，P+段曲线代表第二次扩散杂质浓度分布，NI段曲线代表衬底杂质浓度，Ns代表表面浓度；
[0017]图3为高压晶闸管的管芯阻断特性测试曲线。
【具体实施方式】
[0018]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0019]如图1所示，本发明的一种高压晶闸管的设计工艺方法，其包括如下步骤:
[0020]S1.提供待扩散的浓度为6X 115CnT3?9X 115CnT3的铝源，将所述铝源加入到S12乳胶中，在80?90h内，通过S12乳胶源扩散的方式，使铝源在N型衬底上进行第一次扩散，获得PN结。其中，第一次扩散过程中，控制结深为150?160 μ m，表面浓度为80?10mV。
[0021]通过第一次扩散，形成的耐压PN结附近扩散杂质的分散较缓，从而能够减小相应的高压晶闸管中Jl结和J2结的浓度梯度，使空间电荷区展宽增加，从而降低了空间电荷区的电场强度，有利于晶闸管阻断电压的提高。
[0022]具体地，其中所述铝源为高纯硝酸铝。作为一种实施方式，第一次扩散过程中，所述高纯硝酸铝的质量为3g，将其加入到10ml的S12乳胶中，形成混合溶液。
[0023]S2.在第一次扩散基础上，提供待扩散的浓度为2.5 X 118CnT3?3 X 118CnT3的硼源，将所述硼源加入到S12乳胶中，在8?1h内，通过S12乳胶源扩散的方式，使硼源在第一次扩散形成的P型层上进行第二次扩散，第二次扩散过程中，控制结深为28?32 μ m,表面浓度为8?10mV。
[0024]如图2所示，第二次扩散的目次在于，为了减小短基区的横向电阻，改善晶闸管的动态特性。通过第二次扩散可在P型区形成明显的浓度梯度。因此，通过本发明的设计工艺方法制造的高压晶闸管的扩散杂质分布是阶梯型分布，这种阶梯型分布是经过优化的结构，更加适用于高压晶闸管的制造。
[0025]具体地，其中所述硼源为高纯三氧化二硼。作为一种实施方式，第二次扩散过程中，所述高纯三氧化二硼的质量为450mg，将其加入到10ml的S12乳胶中，形成混合溶液。
[0026]本发明还提供一种根据如上所述的设计工艺方法制造的高压晶闸管。
[0027]下面针对由本发明的设计工艺方法制造的高压晶闸管进行测试实验，测试实验的过程及结果如下:
[0028]通过对本发明的高压晶闸管的测试，其在25 °C条件下，其正、反向阻断电压>8.6kV，漏电流〈1mA。
[0029]如图3所示，为本发明的高压晶闸管的管芯阻断特性测试曲线，图中测试电路取样衰减幅度为1000:1，实测的断态不重复峰值电压为图中横坐标显示值的(1000X 31/2)倍，漏电流为图中纵坐标显示值除以100Ω的取样电阻。
[0030]如此说明杂质浓度掺杂分布设计合理，工艺方案可行，实现了预期的耐压设计要求。同时，本发明的高压晶闸管具有承受较高电压的特性。
[0031]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0032]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【主权项】
1.一种高压晶闸管的设计工艺方法，其特征在于，所述高压晶闸管的设计工艺方法包括如下步骤: 51.提供待扩散的浓度为6X115CnT3?9X 115CnT3的铝源，将所述铝源加入到S12乳胶中，在80?90h内，通过S12乳胶源扩散的方式，使铝源在N型衬底上进行第一次扩散，第一次扩散过程中，控制结深为150?160 μ m，表面浓度为80?10mV ； 52.在第一次扩散基础上，提供待扩散的浓度为2.5 X 118Cm-3?3 X 1018cm_3的硼源，将所述硼源加入到S12乳胶中，在8?1h内，通过S12乳胶源扩散的方式，使硼源在第一次扩散形成的P型层上进行第二次扩散，第二次扩散过程中，控制结深为28?32 μ m，表面浓度为8?1mV02.根据权利要求1所述的高压晶闸管的设计工艺方法，其特征在于，所述铝源为高纯硝酸铝。3.根据权利要2所述的高压晶闸管的设计工艺方法，其特征在于，所述高纯硝酸铝的质量为3g，将其加入到10ml的S12乳胶中，形成混合溶液。4.根据权利要求1所述的高压晶闸管的设计工艺方法，其特征在于，所述硼源为高纯二氧化二硼。5.根据权利要求4所述的高压晶闸管的设计工艺方法，其特征在于，所述高纯三氧化二硼的质量为450mg，将其加入到10ml的S12乳胶中，形成混合溶液。6.一种高压晶闸管，其特征在于，所述高压晶闸管根据所述权利要求1?5任一项所述的设计工艺方法进行制造。
【专利摘要】本发明公开了一种高压晶闸管及设计工艺方法，其中所述设计工艺方法包括如下步骤：S1.提供待扩散的浓度为6×1015cm-3～9×1015cm-3的铝源，将所述铝源加入到SiO2乳胶中，在80～90h内，通过SiO2乳胶源扩散的方式，使铝源在N型衬底上进行第一次扩散；S2.在第一次扩散基础上，提供待扩散的浓度为2.5×1018cm-3～3×1018cm-3的硼源，将所述硼源加入到SiO2乳胶中，在8～10h内，通过SiO2乳胶源扩散的方式，使硼源在第一次扩散形成的P型层上进行第二次扩散。由本发明的设计工艺方法制造的晶闸管阻断电压高，可靠性高，有效地减小了将若干个晶闸管相串联的装置的体积。
【IPC分类】H01L21/225
【公开号】CN104934305
【申请号】CN201410100472
【发明人】陶崇勃, 刘朋
【申请人】西安永电电气有限责任公司
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2014年3月18日