CN106340539A - 一种交流开关及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种交流开关，包括N型半导体基体、P型扩散区、P+型扩散隔离区、N+扩散区、凹槽、钝化区、电极T1、门极G、电极T2，所述交流开关是一种采用单一负向门极触发的双向可控硅交流开关，门极区只有N+扩散层结构，只有所述G电极上加相对于所述T1电极为负的电压时可控硅才能触发导通。本发明的交流开关是一种仅工作在Ⅱ、Ⅲ象限触发的双向可控硅，具有灵敏度高、抗干扰能力强的特点，同时该双向可控硅管脚排布与现有交流开关应用线路兼容，具有通用、节约成本的特点。
Description
技术领域
本发明属于功率半导体技术领域，具体涉及到一种交流开关及其制造方法。
背景技术
双向可控硅具有双向导通电流和双向阻断电压能力，因而非常适合作为交流开关使用，双向可控硅有四种触发工作状态，分别为：Ⅰ象限、Ⅱ象限、Ⅲ象限和Ⅳ象限，在使用中通常只工作在两个象限，一般使用Ⅰ、Ⅲ象限或者Ⅱ、Ⅲ象限触发较多。由MCU控制触发的双向可控硅通常工作在Ⅱ、Ⅲ象限，这种控制方式具有灵敏度高、抗扰度强的特点，有公司根据这种应用开发了只采用负向电流触发的交流开关，但这类产品采用T2-T1-G的封装管脚结构，与通常使用的T1-T2-G的管脚排布冲突，不利于在现有线路上使用。
发明内容
本发明提供的一种交流开关及其制造方法，目的在于实现一种仅工作在Ⅱ、Ⅲ象限触发的双向可控硅，并且该种双向可控硅管脚排布与现有线路兼容。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种交流开关，包括N型半导体基体、P型扩散区、P+型扩散隔离区、N+扩散区、凹槽、钝化区、电极T1、门极G、电极T2，所述交流开关是采用单一负向门极触发的双向可控硅交流开关，门极区只有N+扩散层结构，只有所述G电极上加相对于所述T1电极为负的电压时可控硅能触发导通，只能工作在Ⅱ或Ⅲ象限。
进一步地，所述门极G只与门极区N+扩散层相连。
一种交流开关的制造方法，包括如下步骤：
(1)、硅片进行双面抛光；
(2)、硅片氧化；
(3)、穿通区光刻；
(4)、对穿通区进行硼扩散，先进行硼预淀积扩散再进行硼再扩散；
(5)、对短基区进行硼扩散，先进行硼预淀积扩散再进行硼再扩散；
(6)、浓硼区光刻；
(7)、对浓硼区进行硼扩散，先进行硼预淀积扩散再进行硼再扩散；
(8)、阴极区光刻；
(9)、对磷扩散，先预淀积扩散，预淀积扩散后再进行磷再扩散推结；
(10)、对台面槽光刻，再对台面槽进行腐蚀，最后对沟槽进行玻璃钝化；
(11)、引线孔光刻；
(12)、在硅片两面蒸发铝膜，再对铝层进行光刻，最后再进行铝合金；
(13)、硅片背面蒸发Ti-Ni-Ag层；
(14)、测试、划片。
本发明的有益效果：本发明的交流开关是一种仅工作在Ⅱ、Ⅲ象限触发的双向可控硅，具有灵敏度高、抗干扰能力强的特点，同时该双向可控硅管脚排布与现有交流开关应用线路兼容，具有通用、节约成本的特点。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明一种交流开关的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种交流开关是采用单一负向门极触发的双向可控硅交流开关，该交流开关包括N型半导体基体、P型扩散区、P+型扩散隔离区、P+型扩散区、N+扩散区、凹槽、钝化区、电极T1、门极G、电极T2；N型半导体基体位于双向可控硅的中间，P型扩散区位于半导体基体的上下两端，P+型扩散隔离区分别位于半导体基体的左右两侧，P+型扩散区位于P型扩散区内，N+扩散区位于P型扩散区内，凹槽位于P+扩散隔离区、半导体基体以及P型扩散区之间，钝化区位于位于凹槽内，电极T1和电极G分别位于半导体基体的上部，其中电极T1与上部的P+型扩散区、N+扩散区相连，门极区只有N+扩散层，门极G只与门极区N+扩散层相连，电极T2位于半导体基体的下部。
当在T2电极上加相对于T1电极为正的电压，G电极上加相对于T1电极为负的电压时，与T1电极相连的P+型扩散区和门极N+扩散区构成的PN结正偏，由背面P+型扩散区、N型半导体基体、正面P型扩散区、门极N+扩散区构成PNPN可控硅采用标准单向可控硅的触发方式触发导通，流经T2电极、G电极的电流引导由背面P+型扩散区、N型半导体基体、正面P型扩散区和与T1电极相连的N+扩散区构成的PNPN主可控硅触发导通，此为交流开关的Ⅱ象限工作方式。
当在T2电极上加相对于T1电极为负的电压、G电极上加相对于T1为负的电压时，与T1电极相连的P+型扩散区和门极N+扩散区构成的PN结正偏，门极N+扩散区的电子注入正面P型扩散区并渡越到N型半导体基体区，使得N型半导体基体区电势降低，P+型扩散区向N型半导体基体区注入空穴，使得正面P+型扩散区、N型半导体基体、背面P型扩散区、背面N+扩散区构成的PNPN可控硅触发导通，此为交流开关的Ⅲ象限工作方式。
当在门极G上加相对于T1电极为正的电压时，门极N+扩散区和P型扩散区构成的PN结反偏，电流不能流过，从而不能触发可控硅导通，因此本发明中的交流开关只能采用负电流触发方式工作，只能工作在Ⅱ或Ⅲ象限。
一种交流开关的制造方法，包括如下步骤：
(1)、选用电阻率为30～40Ω·cm，厚度为220～230μm的N型硅片进行双面抛光；
(2)、采用干氧-湿氧-干氧的方法对硅片进行氧化，氧化的温度为1130±5℃，干氧-湿氧-干氧的时间分别为1h-4h-1h，氧气流量为8L/min，要求800℃进出炉，氧化层厚度dsio2≥1.5μm；
(3)、对穿通区进行光刻；
(4)、对穿通区进行硼预淀积，温度为1080±5℃、时间为180±10min，N2流量为6L/min，O2流量为0.2L/min，硼预淀积后再扩散，扩散的温度为1270±5℃、时间为140±10h，N2流量为6L/min，O2流量为2L/min；
(5)、短基区硼扩散：硼预淀积的温度为930±5℃、时间为60-120min，N2流量为6L/min，O2流量为0.2L/min，硼预淀积后再扩散，扩散的温度为1250±5℃、时间25±2h，N2流量为6L/min，O2流量为2L/min；
(6)、对浓硼区进行光刻；
(7)、对浓硼区进行硼预淀积，温度1085±2℃、时间150-180min，N2流量为6L/min，O2流量为0.2L/min；硼预淀积后再扩散，扩散的温度为1120±2℃、时间为3±0.5h，N2流量为6L/min，O2流量为2L/min。
(8)、对阴极区进行光刻；
(9)、用POCl3进行掺杂扩散，先预淀积扩散，温度为1050±2℃、时间为120min，N2流量为4.5L/min，O2流量为1.5L/min；预淀积扩散后再进行磷再扩散推结，温度1200±2℃、时间300±30min，N2流量为6L/min，O2流量为2L/min；
(10)、对台面槽进行光刻，再对台面槽进行腐蚀，腐蚀的温度为5±2℃，时间为15-20min，台面槽深为δ＝60～70μm，，最后对沟槽进行玻璃钝化，烧结温度820±5℃，时间10-15min；
(11)、引线孔光刻；
(12)、在硅片两面蒸发铝膜，铝层正面厚度为4.0～5.0μm，背面厚度为1.5-2μm，再对铝层进行光刻，最后再进行铝合金，温度为450℃，时间为30min；
(13)、硅片背面蒸发Ti-Ni-Ag层；
(14)、测试、划片。
本发明的交流开关是一种仅工作在Ⅱ、Ⅲ象限触发的双向可控硅，具有灵敏度高、抗干扰能力强的特点，同时该双向可控硅管脚排布与现有交流开关应用线路兼容，具有通用、节约成本的特点。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员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，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种交流开关，包括N型半导体基体、P型扩散区、P+型扩散隔离区、P+型扩散区、N+扩散区、凹槽、钝化区、电极T1、门极G、电极T2，其特征在于：该交流开关是采用单一负向门极触发的双向可控硅交流开关，门极区只有N+扩散层结构，只有所述G电极上加相对于所述T1电极为负的电压时可控硅能触发导通，只能工作在Ⅱ或Ⅲ象限。
2.根据权利要求1所述的一种交流开关，其特征在于：所述门极G只与门极区N+扩散层相连。
3.根据权利要求1所述的一种交流开关的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)、硅片进行双面抛光；
(2)、硅片氧化；
(3)、穿通区光刻；
(4)、对穿通区进行硼扩散，先进行硼预淀积扩散再进行硼再扩散；
(5)、对短基区进行硼扩散，先进行硼预淀积扩散再进行硼再扩散；
(6)、浓硼区光刻；
(7)、对浓硼区进行硼扩散，先进行硼预淀积扩散再进行硼再扩散；
(8)、阴极区光刻；
(9)、对磷扩散，先预淀积扩散，预淀积扩散后再进行磷再扩散推结；
(10)、对台面槽光刻，再对台面槽进行腐蚀，最后对沟槽进行玻璃钝化；
(11)、引线孔光刻；
(12)、在硅片两面蒸发铝膜，再对铝层进行光刻，最后再进行铝合金；
(13)、硅片背面蒸发Ti-Ni-Ag层；
(14)、测试、划片。
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