专利名称：耐高温大功率晶闸管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件，尤其是涉及一种耐高温大功率晶闸管。
背景技术：
由于电力电子技术是应用电力电子器件来实现对电能的多种变换和控制，采用电力电子技术制造的电力电子装置实现了用弱电控制强电的功能，具有节能、降耗、省材，提高用电质量的优点。因此，电力电子技术被认为是新兴产业和改造传统产业的基础，也是新一代的高新技术。电力电子器件是电力电子技术基础和关键，每一个新型电力电子器件的产生都带来了电力电子技术一次革命性的发展。同国外相比，目前我国电力电子器件的品种和质量存在很大的差距，为适应我国国民经济高速发展的需要，必须加大力度支持新型电力电子器件的开发和生产，并尽快推向市场。电力电子器件在大功率状态下工作，过程中产生大量的热使器件的温度升高，需要散热装置进行散热以维持器件在一定的温度下正常工作，器件高温性能决定器件能否正常工作的特性，行业中用最高结温这个概念来描述，结温就是器件可以正常工作的最高温度。器件的结温越高越能保证器件在越高的温度下稳定可靠工作。提高器件的结温是由改进器件的结构设计和工艺实施来实现的。我国的标准规定大功率晶闸管器件的结温是125°C，器件的高温测试条件是在 125°C条件下进行的。这也是综合考虑了我国的材料和工艺水平作出来的行业标准。但是随着电力电子技术的发展，125°C已经满足不了需求，器件需要更好的耐高温性能。中华人民共和国国家知识产权局于2010年12月四日公开了申请公布号为 CN101931001A的专利文献，名称是一种非对称快速晶闸管。它包括管壳和封装在该管壳内的PNPN四层三端结构的半导体芯片；半导体芯片的Pl阳极区的洁深是阴极端P2区结深的 20 70%，Pl阳极区中设有P+高浓度区。当晶闸管阳、阴极间施加足够大的正向电压，基区中的载流子在电场作用下发生漂移，当漂移电流达到一定的值，门极没有施加电压晶闸管也会导通。同样，当温度升高，基区中的部分载流子得到能量到达导带，在正向电场作用下发生漂移产生正向电流，使晶闸管导通，这两种情况是非正常导通，应该尽量避免。器件的结温越高，越能在高温条件下正常工作，不会发生误导通。此方案的不足之处在于不能承受更高的温度和更大的电流。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的结温低的技术问题，提供一种结温高、承受的电流密度大的耐高温大功率晶闸管。本发明针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的.一种耐高温大功率晶闸管，包括管壳和封装在管壳内的PNPN四层三端结构的半导体芯片，半导体芯片包括依次叠加的阳极钼片、Pl阳极发射区、Nl长基区、P2短基区、N2阴极发射区，Nl长基区厚度大于100 μ m,耐高温大功率高晶闸管还包括一层P+高浓度区，P+高浓度区位于Pl阳极发射区和阳极钼片之间，阳极钼片通过P+高浓度区连接Pl阳极发射区。P2短基区为门极，N2阴极发射区为阴极。本发明相对现有产品具有较厚的基区，即加大基区宽度，从而减弱电场，达到减少漂移电流，避免阳极电流增大致使晶闸管误开通的目的；但厚基区设计带来两个负面效应需要解决一是器件的压降增大，功率损耗增大，温度会升高使其失效；二是增大基区势必减薄Pl区，会对提高器件工作电压不利。而高浓度P+区的加入利于基区少子注入，加强了电导调制效应，明显降低压降和功耗，同时可以有效阻止空间电荷区的扩展，解决了压降增大和降低工作电压两个问题。通过以上两个技术工艺方面的应用，可以较大幅度提高器件的结温，提高器件的最高工作温度，同时大幅度提高器件单位面积的电流
也/又。作为优选，P+高浓度区表面浓度为2-3 Ω / 口。作为优选，P+高浓度区厚度为3 8μπι。较薄的P+高浓度区使得本发明可以利用现有的硅单晶制造，降低成本。作为优选，P+高浓度区杂质为硼。利用硼作为扩散杂质技术成熟，利用现有设备就可以进行生产。作为优选，Pl阳极发射区厚度小于70 μ m。通过控制Pl阳极发射区的厚度控制了半导体芯片的厚度。本发明带来的实质性效果是，可以提高器件的工作温度，降低对散热条件的要求； 可以大幅度提高器件单位面积的电流密度，相同面积的器件可以通过更大的电流，一定电流的器件可以做成尺寸更小，更紧凑。
图1是本发明的一种半导体芯片结构示意图中1、阳极钼片，2、P+高浓度区，3、Pl阳极发射区，4、Nl长基区，5、P2短基区，6、 N2阴极发射区。
具体实施例方式下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。实施例本实施例的一种耐高温晶闸管，包括管壳和封装在管壳内的PNPN四层三端结构的半导体芯片，半导体芯片结构如图1所示，包括依次叠加的阳极钼片ι、ρ+高浓度区2、P1阳极发射区3、m长基区4、P2短基区5、N2阴极发射区6。P2短基区5为门极，N2 阴极发射区6为阴极。P+高浓度区2表面浓度为2-3 Ω / □，厚度为3 8 μ m，杂质为硼。 Nl长基区4厚度为120 140 μ m, Pl阳极发射区3厚度为60 70 μ m。较宽的基区设计可以减弱电场，减小漂移电流，避免阳极电流增大导致晶闸管误开通，同时P+高浓度区2利于基区少子注入，加强了电导调制效应，降低了压降和功耗。本实施例的结温为175摄氏度，远高于现有器件的125摄氏度的结温，方块电阻为2-3 Ω / □，通态压降为小于1. 2V，低于现有器件的1. 8 2. 22V。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了阳极发射区、杂质等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
权利要求
1.一种耐高温大功率晶闸管，包括管壳和封装在管壳内的PNPN四层三端结构的半导体芯片，所述半导体芯片包括依次叠加的阳极钼片、Pi阳极发射区、m长基区、P2短基区、 N2阴极发射区，其特征在于，所述m长基区厚度大于100 μ m，所述耐高温大功率高晶闸管还包括一层P+高浓度区，所述P+高浓度区位于所述Pi阳极发射区和所述阳极钼片之间， 所述阳极钼片通过所述P+高浓度区连接所述Pi阳极发射区。
2.根据权利要求1所述的耐高温大功率晶闸管，其特征在于，所述P+高浓度区表面浓度为 2-3 Ω / 口。
3.根据权利要求1或2所述的耐高温大功率晶闸管芯片，其特征在于，所述P+高浓度区厚度为3 8μπι。
4.根据权利要求1或2所述的耐高温大功率晶闸管芯片，其特征在于，所述P+高浓度区杂质为硼。
5.根据权利要求3所述的耐高温大功率晶闸管芯片，其特征在于，所述P+高浓度区杂质为硼。
6.根据权利要求1所述的耐高温大功率晶闸管芯片，其特征在于，所述Pl阳极发射区厚度小于70 μ m。
全文摘要
本发明公开了一种耐高温大功率晶闸管，旨在提供一种结温高、承受的电流密度大的耐高温大功率晶闸管。它包括管壳和封装在管壳内的PNPN四层三端结构的半导体芯片，半导体芯片包括依次叠加的阳极钼片、P+高浓度区、P1阳极发射区、N1长基区、P2短基区、N2阴极发射区，N1长基区厚度大于100μm。本发明相对现有产品具有较厚的基区，从而减弱电场，达到减少漂移电流，避免阳极电流增大致使晶闸管误开通的目的；而高浓度P+区的加入利于基区少子注入，加强了电导调制效应，明显降低压降和功耗，同时可以有效阻止空间电荷区的扩展，解决了压降增大和降低工作电压两个问题，提高器件的结温和单位面积的电流密度。
文档编号H01L29/10GK102184951SQ20111007007
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月23日 优先权日2011年3月23日
发明者徐伟, 李晓明, 李有康, 项卫光 申请人:浙江正邦电力电子有限公司