一種高壓晶閘管芯片的硼擴(kuò)散方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高壓晶閘管芯片的硼擴(kuò)散方法，包括以下步驟：①將多個(gè)高壓晶閘管芯片按間距為2~3mm等距離放置于氧化爐內(nèi)，在1200~1300℃下氧化2~10小時(shí)使得各芯片的陽(yáng)極面和陰極面上分別生成一層厚度大于1.5微米的氧化層后取出；②對(duì)各芯片進(jìn)行光刻去掉芯片的陽(yáng)極面上的氧化層及短路點(diǎn)表面的氧化層，保留N+磷擴(kuò)散區(qū)擴(kuò)磷層表面的氧化層；③將步驟②后的芯片按間距為0.5~1mm等距離放置于擴(kuò)硼爐內(nèi)，并在各芯片的陽(yáng)極面上涂上厚度為0.8~1.5微米的硼源，在1200~1300℃下進(jìn)行硼擴(kuò)散1~4小時(shí)后取出；降低壓降、提高開(kāi)通速度，提升電流上升率、電壓上升率并減少漏電流，同時(shí)增加單次擴(kuò)散的芯片數(shù)量。
【專利說(shuō)明】一種高壓晶閘管芯片的硼擴(kuò)散方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種硼擴(kuò)散的方法，尤其是涉及一種高壓晶閘管芯片的硼擴(kuò)散方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，晶閘管芯片正向著更高電壓、更大電流的超高控制功率的方向發(fā)展，這必然 要求晶閘管芯片具有更厚的厚度、更高的電阻率及更大的直徑。然而晶閘管芯片的厚度、電 阻率的增加將導(dǎo)致晶閘管芯片產(chǎn)生更大的通態(tài)壓降（Vtm)，即晶閘管芯片在工作時(shí)因自身的 發(fā)熱而產(chǎn)生的能量損耗更大；同時(shí)晶閘管芯片的開(kāi)通速度會(huì)降低，即開(kāi)通能量損耗增大，且 晶閘管芯片的電流上升率（di/dt)也會(huì)降低。晶閘管芯片分為陽(yáng)極面和陰極面，一般陽(yáng)極 面由陽(yáng)極（P型）組成，陰極面由陰極（N+型）、門(mén)極（P型）及短路點(diǎn)（P型）組成，其中短 路點(diǎn)均勻間隔分布于陰極面，陰極（N+型）即陰極位于N+磷擴(kuò)散區(qū)上，陽(yáng)極（P型）即陽(yáng)極 位于P上。
[0003] 為了解決上述增加晶閘管芯片的厚度、電阻率及直徑來(lái)滿足高壓晶閘管芯片對(duì)高 電壓、大電流的需求而帶來(lái)的矛盾，一般采用如下方法：（1)通過(guò)提高陰極面上N+磷擴(kuò)散區(qū) 擴(kuò)磷層的濃度和結(jié)深來(lái)降低芯片的通態(tài)壓降、提高開(kāi)通速度和電流上升率，然而這種方式 會(huì)使得高壓晶閘管芯片的電壓上升率（dv/dt)降低，漏電流上升，即高壓晶閘管芯片的電 壓阻斷能力變差；（2)在陽(yáng)極面采用硼擴(kuò)散的方式，即在高壓晶閘管芯片的陽(yáng)極面上涂硼 源，只對(duì)陽(yáng)極面擴(kuò)散一層高摻雜濃度的P+擴(kuò)硼層，且摻雜濃度達(dá)到IX102°cnT3,然而這僅助 于降低高壓晶閘管芯片的通態(tài)壓降，卻無(wú)助于提高高壓晶閘管芯片的電壓上升率、降低高 壓晶閘管芯片的漏電流。此外，在硼擴(kuò)散的過(guò)程中，涂在高壓晶閘管芯片的陽(yáng)極面上的硼源 會(huì)擴(kuò)散至鄰近高壓晶閘管芯片的陰極面上，導(dǎo)致陰極面上N+磷擴(kuò)散區(qū)擴(kuò)磷層的濃度被補(bǔ) 償而降低，且硼擴(kuò)散時(shí)間越長(zhǎng)，補(bǔ)償程度越嚴(yán)重。在1250°C下，硼擴(kuò)散時(shí)間即使小于0. 5小 時(shí)，N+擴(kuò)磷層的濃度也會(huì)由2XIO2tlCnT3降低至IXIO2tlCnT3 ;而當(dāng)硼擴(kuò)散時(shí)間小于0. 5小時(shí) 時(shí)，硼擴(kuò)散的結(jié)深會(huì)小于10微米，這樣對(duì)通態(tài)壓降的改善作用是有限的。若要降低硼擴(kuò)散 時(shí)鄰近高壓晶閘管芯片間的相互干擾，則需要在擴(kuò)散時(shí)適當(dāng)拉大各高壓晶閘管芯片之間的 間距（例如：對(duì)于3英寸的芯片，至少要將各高壓晶閘管芯片之間的間距拉大至3mm才能基 本消除干擾），而這樣則會(huì)減少單次擴(kuò)散的芯片數(shù)量，降低生產(chǎn)效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高壓晶閘管芯片的硼擴(kuò)散方法，該方法既 能降低高壓晶閘管芯片的通態(tài)壓降、提高其開(kāi)通速度和電流上升率，又能提升高壓晶閘管 芯片的電壓上升率并減少漏電流，同時(shí)能夠增加單次擴(kuò)散的高壓晶閘管芯片的數(shù)量，提高 生產(chǎn)效率。
[0005] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：一種高壓晶閘管芯片的硼擴(kuò)散方 法，包括以下步驟：①將多個(gè)高壓晶閘管芯片按間距為2?3mm等距離放置于氧化爐內(nèi)，在 1200?1300°C下氧化2?10小時(shí)使得各高壓晶閘管芯片的陽(yáng)極面和陰極面上分別生成 一層厚度大于I. 5微米的氧化層后取出；②對(duì)高壓晶閘管芯片進(jìn)行光刻，光刻去掉高壓晶 閘管芯片的陽(yáng)極面上的氧化層及陰極面上短路點(diǎn)表面的氧化層，保留陰極面上N+磷擴(kuò)散 區(qū)表面的氧化層；③將去掉部分氧化層后的高壓晶閘管芯片按間距為〇. 5?Imm等距離放 置于擴(kuò)硼爐內(nèi)，并在各高壓晶閘管芯片的陽(yáng)極面上涂上厚度為〇. 8?1. 5微米的硼源，在 1200?1300°C下進(jìn)行硼擴(kuò)散1?4小時(shí)后取出。
[0006] 所述的步驟①中將多個(gè)高壓晶閘管芯片按間距為3mm等距離放置于氧化爐內(nèi)，在 1250°C下氧化5小時(shí)使得各高壓晶閘管芯片的陽(yáng)極面和陰極面上分別生成一層厚度大于 1.5微米的氧化層后取出。
[0007] 步驟③中將去掉部分氧化層后的高壓晶閘管芯片按間距為0. 8mm等距離放置于 擴(kuò)硼爐內(nèi)，并在各高壓晶閘管芯片的陽(yáng)極面上涂上厚度為1微米的硼源，在1250°C下進(jìn)行 硼擴(kuò)散4小時(shí)后取出。
[0008] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：（1)高壓晶閘管芯片在擴(kuò)硼爐內(nèi)硼擴(kuò)散過(guò) 程中，陰極面上N+磷擴(kuò)散區(qū)表面保留的氧化層能阻止鄰近高壓晶閘管芯片上的硼源對(duì)N+ 磷擴(kuò)散區(qū)擴(kuò)磷層的干擾，且該阻止作用可長(zhǎng)達(dá)5小時(shí)，從而在相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持N+磷擴(kuò)散 區(qū)擴(kuò)磷層的濃度不變；（2)陰極面上N+磷擴(kuò)散區(qū)擴(kuò)磷層表面的氧化層消除了硼源對(duì)擴(kuò)磷層 的有害干擾，因此硼擴(kuò)散的時(shí)間可以提升至1?4小時(shí)，進(jìn)而使得硼擴(kuò)散的結(jié)深能提升至 25微米，這樣能夠進(jìn)一步增強(qiáng)高壓晶閘管芯片導(dǎo)通時(shí)的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，降低其通態(tài)壓降， 提升高壓晶閘管芯片的開(kāi)通速度和電流上升率，從而減少高壓晶閘管芯片工作時(shí)的自身能 量損耗、提高能量轉(zhuǎn)換效率；(3)陰極面上短路點(diǎn)表面沒(méi)有氧化層的阻擋，因此擴(kuò)散中的高 壓晶閘管芯片間距較小及硼擴(kuò)散時(shí)間的加長(zhǎng)都有助于將短路點(diǎn)的干擾擴(kuò)散濃度由P型提 升至P+型，即相當(dāng)于高壓晶閘管芯片的陰陽(yáng)兩面都進(jìn)行了硼擴(kuò)散，且短路點(diǎn)的P型摻雜濃 度可由3XIO17CnT3提升至IX102°cnT3,這有利于降低短路點(diǎn)的電阻，提升短路效果，從而提 升高壓晶閘管芯片的電壓上升率并減少漏電流，且高壓晶閘管芯片的電壓上升率能由一般 1000?1500V/μs提升至2000?3000V/μs; (4)相較于傳統(tǒng)的硼擴(kuò)散方式，本發(fā)明方法 實(shí)施過(guò)程中擴(kuò)散中的高壓晶閘管芯片之間的間距能由3_縮短為0. 5?1_，因此單次擴(kuò)散 的高壓晶閘管芯片數(shù)量增加，有利于提高生產(chǎn)效率。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1為實(shí)施例中1?壓晶閘管芯片陰極面的平面不意圖；
[0010] 圖2為圖1中A-A截面的剖視圖；
[0011] 圖3為高壓晶閘管芯片的陽(yáng)極面及陰極面分別氧化獲得氧化層后的狀態(tài)圖；
[0012] 圖4為光刻掉高壓晶閘管芯片的陽(yáng)極面及陰極面短路點(diǎn)表面上氧化層后的狀態(tài) 圖；
[0013] 圖5為四個(gè)等間距放置的高壓晶閘管芯片在陽(yáng)極面上涂硼源后擴(kuò)散的效果圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0015] 如圖1?5所示，晶閘管芯片分為陽(yáng)極面和陰極面，一般陽(yáng)極面由陽(yáng)極（P型）1組 成，陰極面由陰極2 (N+型）、門(mén)極（P型）及短路點(diǎn)4 (P型）組成，其中短路點(diǎn)4均勻間隔分 布于陰極面，陰極（N+型）2即陰極2位于N+磷擴(kuò)散區(qū)3上，陽(yáng)極（P型）1即陽(yáng)極1位于P上。一種高壓晶閘管芯片的硼擴(kuò)散方法，包括以下步驟：①將多個(gè)高壓晶閘管芯片按間距為 3mm等距離放置于氧化爐（圖中未示出）內(nèi)，在1250°C下氧化5小時(shí)后使得各高壓晶閘管 芯片的陽(yáng)極面和陰極面上分別生成一層厚度為1. 5微米的氧化層5后取出；②對(duì)高壓晶閘 管芯片進(jìn)行光刻，光刻去掉高壓晶閘管芯片的陽(yáng)極面上的氧化層5及陰極面上短路點(diǎn)4表 面上的氧化層5,保留陰極面上N+磷擴(kuò)散區(qū)3擴(kuò)磷層表面的氧化層5 ;③將去掉部分氧化層 5后的高壓晶閘管芯片按間距為0.8mm等距離放置于氧化爐（圖中未示出）內(nèi)，并在各高壓 晶閘管芯片的陽(yáng)極面上涂上厚度為1微米的硼源6,在1250°C下進(jìn)行硼擴(kuò)散4小時(shí)后取出。
[0016] 取經(jīng)過(guò)上述硼擴(kuò)散方法硼擴(kuò)散后的高壓晶閘管芯片進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的測(cè)定，并與經(jīng) 過(guò)現(xiàn)有硼擴(kuò)散方法硼擴(kuò)散后的高壓晶閘管芯片進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如下：
[0017] (1)采用本實(shí)施例方法對(duì)404011批次KP1300A-6500V的高壓晶閘管芯片進(jìn)行硼擴(kuò) 散，隨機(jī)挑選6片擴(kuò)散后的高壓晶閘管芯片進(jìn)行開(kāi)通時(shí)間、峰值壓降、電壓上升率、正漏電 流及反漏電流等相關(guān)參數(shù)的測(cè)試，其中各參數(shù)對(duì)應(yīng)的測(cè)試條件如下：開(kāi)通時(shí)間的測(cè)定條件： 正向電壓為2200V，門(mén)極觸發(fā)電流脈沖峰值為2A，觸發(fā)脈沖上升時(shí)間為0. 5μs;峰值壓降的 測(cè)定條件：結(jié)溫為125°C，峰值電流為1500Α;電壓上升率的測(cè)定條件：結(jié)溫為125°C，電壓 從零開(kāi)始線性上升到3750V;正向漏電流及反向漏電流的測(cè)定：結(jié)溫為125°C，反向電壓、 正向電壓均為6500V。測(cè)試結(jié)果如表1所不：
[0018] 表1 :對(duì)采用本實(shí)施例方法硼擴(kuò)散后的高壓晶閘管芯片進(jìn)行測(cè)試得到的相關(guān)參數(shù)
[0019]

【權(quán)利要求】
1. 一種高壓晶閘管芯片的硼擴(kuò)散方法，其特征在于包括以下步驟：①將多個(gè)高壓晶閘 管芯片按間距為2~3mm等距離放置于氧化爐內(nèi)，在120(n300°C下氧化2~10小時(shí)使得各高 壓晶閘管芯片的陽(yáng)極面和陰極面上分別生成一層厚度大于1. 5微米的氧化層后取出；②對(duì) 高壓晶閘管芯片進(jìn)行光刻，光刻去掉高壓晶閘管芯片的陽(yáng)極面上的氧化層及陰極面上短路 點(diǎn)表面的氧化層，保留陰極面上N+磷擴(kuò)散區(qū)表面的氧化層；③將去掉部分氧化層后的高壓 晶閘管芯片按間距為0. 5~lmm等距離放置于擴(kuò)硼爐內(nèi)，并在各高壓晶閘管芯片的陽(yáng)極面上 涂上厚度為〇. 81. 5微米的硼源，在120(n300°C下進(jìn)行硼擴(kuò)散廣4小時(shí)后取出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓晶閘管芯片的硼擴(kuò)散方法，其特征在于所述的步驟 ①中將多個(gè)高壓晶閘管芯片按間距為3mm等距離放置于氧化爐內(nèi)，在1250°C下氧化5小時(shí) 使得各高壓晶閘管芯片的陽(yáng)極面和陰極面上分別生成一層厚度大于1.5微米的氧化層后 取出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高壓晶閘管芯片的硼擴(kuò)散方法，其特征在于所述的 步驟③中將去掉部分氧化層后的高壓晶閘管芯片按間距為0. 8mm等距離放置于擴(kuò)硼爐內(nèi)， 并在各高壓晶閘管芯片的陽(yáng)極面上涂上厚度為1微米的硼源，在1250°C下進(jìn)行硼擴(kuò)散4小 時(shí)后取出。
【文檔編號(hào)】H01L21/332GK104392911SQ201410604940
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】王大江, 王森彪, 徐艷艷, 李建忠 申請(qǐng)人:寧波芯科電力半導(dǎo)體有限公司