一種門(mén)極和陽(yáng)極共面的單向可控硅芯片的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種門(mén)極和陽(yáng)極共面的單向可控硅芯片，包括陽(yáng)極電極A、P型陽(yáng)極擴(kuò)散區(qū)、N型長(zhǎng)基區(qū)、環(huán)繞在N型長(zhǎng)基區(qū)四周的P型對(duì)通隔離區(qū)、置于P型對(duì)通隔離區(qū)之上的門(mén)極電極G、正面環(huán)狀鈍化溝槽、P型短基區(qū)、帶有短路孔的N+陰極區(qū)、陰極電極K和位于芯片背面的四周的背面阻焊槽，帶有短路孔的N+陰極區(qū)和陰極電極K設(shè)置在芯片的背面并終止在背面阻焊槽的內(nèi)壁，P型陽(yáng)極擴(kuò)散區(qū)和陽(yáng)極電極A設(shè)置在芯片的正面并終止在正面環(huán)狀鈍化溝槽的內(nèi)壁，P型對(duì)通隔離區(qū)的一個(gè)角的面積比其它三個(gè)角大。該單向可控硅芯片提高了產(chǎn)品的di/dt值和散熱能力，在應(yīng)用時(shí)可以多只可控硅共用一個(gè)散熱片。
【專利說(shuō)明】
一種門(mén)極和陽(yáng)極共面的單向可控硅芯片
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體芯片技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種門(mén)極和陽(yáng)極共面的單向可控娃芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]單向可控硅廣泛應(yīng)用于交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)、家用電器控制電路、工業(yè)控制等領(lǐng)域。要求其具備較高的di/dt值、較強(qiáng)的散熱能力，近年來(lái)，很多應(yīng)用領(lǐng)域提出了可控硅的外殼底板為陰極的要求、便于在應(yīng)用時(shí)可以多只可控硅共用一個(gè)散熱片。如圖1至圖3所示，目前市場(chǎng)上銷售的單向可控硅，都是門(mén)極和陰極在芯片正面、陽(yáng)極在芯片背面，封裝后的外殼底板為陽(yáng)極，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多只可控硅共用一個(gè)散熱片;此外，單向可控硅在應(yīng)用時(shí)產(chǎn)生的熱量主要來(lái)自陰極區(qū)和短基區(qū)，當(dāng)陰極區(qū)和短基區(qū)處在芯片的正面時(shí)、其遠(yuǎn)離散熱底板，熱量傳遞慢、散熱效果差、di/dt值較低。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種門(mén)極和陽(yáng)極共面的單向可控硅芯片，其封裝后的外殼底板為陰極，提高了產(chǎn)品的di/dt值和散熱能力，在應(yīng)用時(shí)可以多只可控硅共用一個(gè)散熱片。
[0004]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種門(mén)極和陽(yáng)極共面的單向可控硅芯片，包括陽(yáng)極電極A、P型陽(yáng)極擴(kuò)散區(qū)、P型對(duì)通隔離區(qū)、門(mén)極電極G、N型長(zhǎng)基區(qū)、正面環(huán)狀鈍化溝槽、P型短基區(qū)、帶有短路孔的N+陰極區(qū)、陰極電極K和位于芯片背面四周的背面阻焊槽，所述P型陽(yáng)極擴(kuò)散區(qū)頂面設(shè)有陽(yáng)極電極A，所述P型對(duì)通隔離區(qū)環(huán)繞在N型長(zhǎng)基區(qū)四周，所述門(mén)極電極G置于P型對(duì)通隔離區(qū)之上，所述正面環(huán)狀鈍化溝槽位于陽(yáng)極電極A和門(mén)極電極G之間，所述P型陽(yáng)極擴(kuò)散區(qū)和陽(yáng)極電極A設(shè)置在N型長(zhǎng)基區(qū)正面并終止在正面環(huán)狀鈍化溝槽的內(nèi)壁，所述帶有短路孔的N+陰極區(qū)和陰極電極K設(shè)置在芯片的背面并終止在背面阻焊槽的內(nèi)壁，所述P型短基區(qū)位于N型長(zhǎng)基區(qū)和帶有短路孔的N+陰極區(qū)之間并與P型對(duì)通隔離區(qū)對(duì)通連接成一體，所述環(huán)繞在N型長(zhǎng)基區(qū)四周的P型對(duì)通隔離區(qū)的一個(gè)角的面積比其它三個(gè)角大，便于設(shè)置門(mén)極焊線Pad，所述門(mén)極電極G從P型對(duì)通隔離區(qū)的正面引出并在正面環(huán)狀鈍化溝槽的外部環(huán)繞一周且設(shè)有一個(gè)焊線Pad。
[0005]優(yōu)選的，所述帶有短路孔的N+陰極區(qū)的擴(kuò)散深度為8?30um，所述P型陽(yáng)極擴(kuò)散區(qū)和P型短基區(qū)的擴(kuò)散深度為15?80um，所述正面環(huán)狀鈍化溝槽的深度為60?120um、寬度為70?200um，所述背面阻焊槽的深度為60?120um、半寬度為20?lOOum。
[0006]本實(shí)用新型的原理是:將帶有短路孔的N+陰極區(qū)設(shè)置在芯片的背面，將門(mén)極電極G置于P型對(duì)通隔離區(qū)之上并在鈍化溝槽的外部環(huán)繞一周?？煽毓韫ぷ鲿r(shí)，陽(yáng)極相對(duì)于陰極施加正電壓，門(mén)極相對(duì)于陰極施加正觸發(fā)信號(hào)，門(mén)極電流經(jīng)過(guò)門(mén)極—對(duì)通隔離區(qū)—部份短基區(qū)—陰極短路孔—陰極電極這個(gè)路徑流動(dòng)，當(dāng)門(mén)極電流橫向流過(guò)短基區(qū)、使短基區(qū)上產(chǎn)生的電位差大于P-N結(jié)門(mén)坎電壓時(shí)可控硅觸發(fā)導(dǎo)通。
[0007]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:該單向可控硅芯片陰極和外殼底板焊接在一起，極大的提高了散熱效果和產(chǎn)品的di/dt值，使用時(shí)允許多只可控硅共用同一個(gè)散熱片，方便了應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是【背景技術(shù)】的單向可控硅芯片的縱向結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0009]圖2是【背景技術(shù)】的單向可控硅芯片的俯視圖；
[0010]圖3是【背景技術(shù)】的單向可控硅芯片的仰視圖；
[0011 ]圖4是本實(shí)用新型單向可控硅芯片的縱向結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0012]圖5是圖4的俯視圖；
[0013]圖6是圖4的仰視圖；
[0014]圖7是本實(shí)用新型的正面對(duì)通隔離光刻版圖形；
[0015]圖7a是本實(shí)用新型的背面對(duì)通隔離光刻版圖形；
[0016]圖8是本實(shí)用新型的正面溝槽光刻版的圖形；
[0017]圖8a是本實(shí)用新型的背面溝槽光刻版的圖形；
[0018]圖中，1、S12膜，2、門(mén)極電極G，3、陽(yáng)極電極A，4、正面環(huán)狀溝槽，5、P型陽(yáng)極擴(kuò)散區(qū)，
6、P型對(duì)通隔離擴(kuò)散區(qū)，7、N型長(zhǎng)基區(qū)，8、P型短基區(qū)，9、N+陰極擴(kuò)散區(qū)，10、陰極短路孔，11、陰極電極K，12、背面阻焊槽。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于此。
[0020]如圖4至圖8a所示，本實(shí)用新型的一種門(mén)極和陽(yáng)極共面的單向可控硅芯片，包括正面的S12膜1、陽(yáng)極電極A 3、P型陽(yáng)極擴(kuò)散區(qū)5、P型對(duì)通隔離區(qū)6、門(mén)極電極G 2、N型長(zhǎng)基區(qū)7、正面環(huán)狀鈍化溝槽4、P型短基區(qū)8、帶有陰極短路孔10的N+陰極區(qū)9、陰極電極K 11和位于芯片背面四周的背面阻焊槽12; P型陽(yáng)極擴(kuò)散區(qū)5頂面設(shè)有陽(yáng)極電極A 3，P型對(duì)通隔離區(qū)6環(huán)繞在N型長(zhǎng)基區(qū)7四周，門(mén)極電極G 2置于P型對(duì)通隔離區(qū)6之上，正面環(huán)狀鈍化溝槽4位于陽(yáng)極電極A 3和門(mén)極電極G 2之間，P型陽(yáng)極擴(kuò)散區(qū)5和陽(yáng)極電極A 3設(shè)置在N型長(zhǎng)基區(qū)7正面并終止在正面環(huán)狀鈍化溝槽4的內(nèi)壁，帶有短路孔10的N+陰極區(qū)9和陰極電極K 11設(shè)置在芯片的背面并終止在背面阻焊槽12的內(nèi)壁，P型短基區(qū)8位于N型長(zhǎng)基區(qū)7和帶有短路孔10的N+陰極區(qū)9之間并與P型對(duì)通隔離區(qū)6對(duì)通連接成一體，環(huán)繞芯片四周的P型對(duì)通隔離區(qū)6的一個(gè)角的面積比其它三個(gè)角大，便于設(shè)置門(mén)極焊線Pad，門(mén)極電極G 2從P型對(duì)通隔離區(qū)6的正面引出并在正面環(huán)狀鈍化溝槽4的外部環(huán)繞一周、且設(shè)有一個(gè)焊線Pad。
[0021]優(yōu)選的，帶有短路孔10的N+陰極區(qū)9的擴(kuò)散深度為8?30um，P型陽(yáng)極擴(kuò)散區(qū)5和P型短基區(qū)8的擴(kuò)散深度為15?80um，正面環(huán)狀鈍化溝槽4的深度為60?120um、寬度為70?200um，背面阻焊槽12的深度為60?120um、半寬度為20?lOOum。
[0022]上述門(mén)極和陽(yáng)極共面的單向可控硅芯片的制造方法，包括以下步驟:
[0023]1.硅單晶片要求:ρ=20-25-30-35-40-45-50 Ω.cm，硅單晶片厚度t=(200?300)±5 um ；
[0024]2.硅片拋光或化學(xué)腐蝕:完成后的硅片厚度t=( 170?270)±5 um;
[0025]3.氧化:T=I120±20cC，t=8.0±Ih，要求氧化層厚度=1.3-1.5um;
[0026]4.雙面光刻對(duì)通隔離窗口:利用雙面光刻機(jī)，先對(duì)準(zhǔn)上、下兩塊光刻版，將硅片置于兩塊光刻版的中間，同時(shí)曝光;上、下兩塊光刻版的圖形是不同的，便于形成門(mén)極焊線Pad區(qū)，正面對(duì)通隔離窗口為正方形，正方形的四個(gè)角形成圓弧過(guò)渡，其中一個(gè)角的圓弧半徑大于其他三個(gè)角的圓弧半徑;背面對(duì)通隔離窗口為正方形，正方形的四個(gè)角也形成圓弧過(guò)渡，如圖7所示，正面對(duì)通隔離窗口四邊寬度為1=30-801!!!!正面對(duì)通隔離窗口一個(gè)角的圓弧半徑R2=450-900um，其他三個(gè)角的圓弧半徑仏=280-60011111，如圖7a所示，背面對(duì)通隔離窗口的四邊寬度為W2=30-80um，四個(gè)角的圓弧半徑R5=280-600um ；
[0027]5.對(duì)通隔離擴(kuò)散:
[0028]予沉積T=1070±2(TC，t=2.2±0.5h，RO=4.5±0.8Ω/口
[0029]再分布T=1270±1cC，t=136±12h,Xj=100_145um;
[0030]6.?型短基區(qū)和卩型陽(yáng)極區(qū)擴(kuò)散:予沉積了=930±10°(:八=1.0±0.211，R0=50±5Ω /□
[0031]再分布T=1250±1cC，t=36± 1h，Xj=35± 10um，RO=220±20 Ω/□;
[0032]7.光刻N(yùn)+陰極區(qū)窗口:用K區(qū)版進(jìn)行光刻；
[0033]8.N+陰極區(qū)擴(kuò)散:
[0034]予沉積T=1070±2(TC，t=1.5±0.2h，RO=I.2±0.2 Ω/口
[0035]再分布T=1220±ICTC，t=4±lh,Xj=8_25um;
[0036]9.雙面光刻正背面溝槽窗口:上、下兩塊溝槽光刻版的圖形是不同的，正面溝槽窗口為正方形，正方形的四個(gè)角形成圓弧過(guò)渡，其中一個(gè)角的圓弧半徑大于其他三個(gè)角的圓弧半徑，背面溝槽窗口為正方形，四個(gè)角為直角；其正面溝槽窗口形成正面環(huán)狀鈍化溝槽，背面溝槽窗口形成背面的阻焊溝槽。如圖8所示，正面溝槽窗口的四邊寬度為W3=60-lOOum，一個(gè)角的圓弧半徑R4=300-750um，其他三個(gè)角的圓弧半徑R3=120-480um，如圖8a所示，背面溝槽窗口的四邊寬度為W4=25-60um;
[0037]10.化學(xué)腐蝕溝槽:腐蝕液配比為HF:冰乙酸:HNO3=1:1: (4-6)，HF是濃度為42%的溶液，冰醋酸(CH3COOH)是純的，HNO3是濃度為67%的溶液，腐蝕溫度為5-10°C。正面的環(huán)狀鈍化溝槽位于芯片的內(nèi)部，溝槽中心距離芯片邊沿的距離為220-800um，溝槽深度為60-120um，正面溝槽的寬度為70?200um，背面溝槽的半寬度為20?10um;
[0038]11.玻璃鈍化:用GP350型玻璃粉，兩層玻璃膜；
[0039]12.光刻引線孔:用刻引線孔版進(jìn)行光刻；
[0040]13.正面蒸鍍鋁膜:要求鋁膜厚度=5.0-8.0um;
[0041]14.反刻鋁電極:用反刻版進(jìn)行光刻；
[0042]15.合金:T=480±l(TC，t=0.4±0.1h;
[0043]16.背面噴砂:用W20#金剛砂噴去8-10um;
[0044]17.背面蒸鍍電極:用MARK50高真空電子束蒸發(fā)臺(tái)蒸鍍T1-N1-Ag，
[0045]Ti膜厚=1000-1400 A0;Ni膜厚=4000-6000 A0;Ag膜厚=0.5-0.8um；
[0046]18.芯片測(cè)試:用JUNO的自動(dòng)測(cè)試臺(tái)進(jìn)行測(cè)試.測(cè)試Vdrm、Vrrm、Ieb、Vfgm、Idrm、Irrm、Ih、I1、Igt、Vgt等參數(shù)，并對(duì)IGT進(jìn)行分檔；
[0047]19.鋸片:鋸?fù)腹杵⑺{(lán)膜劃切1/3厚度；
[0048]20.芯片包裝。
[0049]該方法工藝步驟簡(jiǎn)單，加工方便，并提高了產(chǎn)品的di/dt值，制得的產(chǎn)品使用時(shí)允許多只可控硅共用同一個(gè)散熱片，方便了應(yīng)用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種門(mén)極和陽(yáng)極共面的單向可控硅芯片，包括陽(yáng)極電極A、P型陽(yáng)極擴(kuò)散區(qū)、P型對(duì)通隔離區(qū)、門(mén)極電極G、N型長(zhǎng)基區(qū)、正面環(huán)狀鈍化溝槽、P型短基區(qū)、帶有短路孔的N+陰極區(qū)、陰極電極K和位于芯片背面四周的背面阻焊槽，其特征在于:所述P型陽(yáng)極擴(kuò)散區(qū)頂面設(shè)有陽(yáng)極電極A，所述P型對(duì)通隔離區(qū)環(huán)繞在N型長(zhǎng)基區(qū)四周，所述門(mén)極電極G置于P型對(duì)通隔離區(qū)之上，所述正面環(huán)狀鈍化溝槽位于陽(yáng)極電極A和門(mén)極電極G之間，所述P型陽(yáng)極擴(kuò)散區(qū)和陽(yáng)極電極A設(shè)置在N型長(zhǎng)基區(qū)正面并終止在正面環(huán)狀鈍化溝槽的內(nèi)壁，所述帶有短路孔的N+陰極區(qū)和陰極電極K設(shè)置在芯片的背面并終止在背面阻焊槽的內(nèi)壁，所述P型短基區(qū)位于N型長(zhǎng)基區(qū)和帶有短路孔的N+陰極區(qū)之間并與P型對(duì)通隔離區(qū)對(duì)通連接成一體，所述環(huán)繞在N型長(zhǎng)基區(qū)四周的P型對(duì)通隔離區(qū)的一個(gè)角的面積比其它三個(gè)角大，便于設(shè)置門(mén)極焊線Pad，所述門(mén)極電極G從P型對(duì)通隔離區(qū)的正面引出并在正面環(huán)狀鈍化溝槽的外部環(huán)繞一周且設(shè)有一個(gè)焊線Pad。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種門(mén)極和陽(yáng)極共面的單向可控硅芯片，其特征在于:所述帶有短路孔的N+陰極區(qū)的擴(kuò)散深度為8?30um，所述P型陽(yáng)極擴(kuò)散區(qū)和P型短基區(qū)的擴(kuò)散深度為15?80um，所述正面環(huán)狀鈍化溝槽的深度為60?120um、寬度為70?200um，所述背面阻焊槽的深度為60?120um、半寬度為20?10um0
【文檔編號(hào)】H01L29/74GK205428939SQ201620137606
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年2月24日
【發(fā)明人】王成森, 錢(qián)清友
【申請(qǐng)人】江蘇捷捷微電子股份有限公司