一種門極和陽極共面的單向可控硅芯片的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種門極和陽極共面的單向可控硅芯片，包括陽極電極A、P型陽極擴散區、N型長基區、環繞在N型長基區四周的P型對通隔離區、置于P型對通隔離區之上的門極電極G、正面環狀鈍化溝槽、P型短基區、帶有短路孔的N+陰極區、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+陰極區和陰極電極K設置在芯片的背面并終止在背面阻焊槽的內壁，P型陽極擴散區和陽極電極A設置在芯片的正面并終止在正面環狀鈍化溝槽的內壁，P型對通隔離區的一個角的面積比其它三個角大。該單向可控硅芯片提高了產品的di/dt值和散熱能力，在應用時可以多只可控硅共用一個散熱片。
【專利說明】
一種門極和陽極共面的單向可控硅芯片
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種半導體芯片技術領域，具體是一種門極和陽極共面的單向可控娃芯片。
【背景技術】
[0002]單向可控硅廣泛應用于交流無觸點開關、家用電器控制電路、工業控制等領域。要求其具備較高的di/dt值、較強的散熱能力，近年來，很多應用領域提出了可控硅的外殼底板為陰極的要求、便于在應用時可以多只可控硅共用一個散熱片。如圖1至圖3所示，目前市場上銷售的單向可控硅，都是門極和陰極在芯片正面、陽極在芯片背面，封裝后的外殼底板為陽極，無法實現多只可控硅共用一個散熱片;此外，單向可控硅在應用時產生的熱量主要來自陰極區和短基區，當陰極區和短基區處在芯片的正面時、其遠離散熱底板，熱量傳遞慢、散熱效果差、di/dt值較低。
【實用新型內容】
[0003]為解決上述技術問題，本實用新型提供一種門極和陽極共面的單向可控硅芯片，其封裝后的外殼底板為陰極，提高了產品的di/dt值和散熱能力，在應用時可以多只可控硅共用一個散熱片。
[0004]本實用新型采用的技術方案是:一種門極和陽極共面的單向可控硅芯片，包括陽極電極A、P型陽極擴散區、P型對通隔離區、門極電極G、N型長基區、正面環狀鈍化溝槽、P型短基區、帶有短路孔的N+陰極區、陰極電極K和位于芯片背面四周的背面阻焊槽，所述P型陽極擴散區頂面設有陽極電極A，所述P型對通隔離區環繞在N型長基區四周，所述門極電極G置于P型對通隔離區之上，所述正面環狀鈍化溝槽位于陽極電極A和門極電極G之間，所述P型陽極擴散區和陽極電極A設置在N型長基區正面并終止在正面環狀鈍化溝槽的內壁，所述帶有短路孔的N+陰極區和陰極電極K設置在芯片的背面并終止在背面阻焊槽的內壁，所述P型短基區位于N型長基區和帶有短路孔的N+陰極區之間并與P型對通隔離區對通連接成一體，所述環繞在N型長基區四周的P型對通隔離區的一個角的面積比其它三個角大，便于設置門極焊線Pad，所述門極電極G從P型對通隔離區的正面引出并在正面環狀鈍化溝槽的外部環繞一周且設有一個焊線Pad。
[0005]優選的，所述帶有短路孔的N+陰極區的擴散深度為8?30um，所述P型陽極擴散區和P型短基區的擴散深度為15?80um，所述正面環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]本實用新型的原理是:將帶有短路孔的N+陰極區設置在芯片的背面，將門極電極G置于P型對通隔離區之上并在鈍化溝槽的外部環繞一周。可控硅工作時，陽極相對于陰極施加正電壓，門極相對于陰極施加正觸發信號，門極電流經過門極—對通隔離區—部份短基區—陰極短路孔—陰極電極這個路徑流動，當門極電流橫向流過短基區、使短基區上產生的電位差大于P-N結門坎電壓時可控硅觸發導通。
[0007]本實用新型的優點是: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品的di/dt值，使用時允許多只可控硅共用同一個散熱片，方便了應用。
【附圖說明】
[0008]圖1是【背景技術】的單向可控硅芯片的縱向結構剖面圖；
[0009]圖2是【背景技術】的單向可控硅芯片的俯視圖；
[0010]圖3是【背景技術】的單向可控硅芯片的仰視圖；
[0011 ]圖4是本實用新型單向可控硅芯片的縱向結構剖面圖；
[0012]圖5是圖4的俯視圖；
[0013]圖6是圖4的仰視圖；
[0014]圖7是本實用新型的正面對通隔離光刻版圖形；
[0015]圖7a是本實用新型的背面對通隔離光刻版圖形；
[0016]圖8是本實用新型的正面溝槽光刻版的圖形；
[0017]圖8a是本實用新型的背面溝槽光刻版的圖形；
[0018]圖中，1、S12膜，2、門極電極G，3、陽極電極A，4、正面環狀溝槽，5、P型陽極擴散區，
6、P型對通隔離擴散區，7、N型長基區，8、P型短基區，9、N+陰極擴散區，10、陰極短路孔，11、陰極電極K，12、背面阻焊槽。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型的技術方案作進一步的說明，但本實用新型的保護范圍不限于此。
[0020]如圖4至圖8a所示，本實用新型的一種門極和陽極共面的單向可控硅芯片，包括正面的S12膜1、陽極電極A 3、P型陽極擴散區5、P型對通隔離區6、門極電極G 2、N型長基區7、正面環狀鈍化溝槽4、P型短基區8、帶有陰極短路孔10的N+陰極區9、陰極電極K 11和位于芯片背面四周的背面阻焊槽12; P型陽極擴散區5頂面設有陽極電極A 3，P型對通隔離區6環繞在N型長基區7四周，門極電極G 2置于P型對通隔離區6之上，正面環狀鈍化溝槽4位于陽極電極A 3和門極電極G 2之間，P型陽極擴散區5和陽極電極A 3設置在N型長基區7正面并終止在正面環狀鈍化溝槽4的內壁，帶有短路孔10的N+陰極區9和陰極電極K 11設置在芯片的背面并終止在背面阻焊槽12的內壁，P型短基區8位于N型長基區7和帶有短路孔10的N+陰極區9之間并與P型對通隔離區6對通連接成一體，環繞芯片四周的P型對通隔離區6的一個角的面積比其它三個角大，便于設置門極焊線Pad，門極電極G 2從P型對通隔離區6的正面引出并在正面環狀鈍化溝槽4的外部環繞一周、且設有一個焊線Pad。
[0021]優選的，帶有短路孔10的N+陰極區9的擴散深度為8?30um，P型陽極擴散區5和P型短基區8的擴散深度為15?80um，正面環狀鈍化溝槽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]上述門極和陽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.雙面光刻對通隔離窗口:利用雙面光刻機，先對準上、下兩塊光刻版，將硅片置于兩塊光刻版的中間，同時曝光;上、下兩塊光刻版的圖形是不同的，便于形成門極焊線Pad區，正面對通隔離窗口為正方形，正方形的四個角形成圓弧過渡，其中一個角的圓弧半徑大于其他三個角的圓弧半徑;背面對通隔離窗口為正方形，正方形的四個角也形成圓弧過渡，如圖7所示，正面對通隔離窗口四邊寬度為1=30-801!!!!正面對通隔離窗口一個角的圓弧半徑R2=450-900um，其他三個角的圓弧半徑仏=280-60011111，如圖7a所示，背面對通隔離窗口的四邊寬度為W2=30-80um，四個角的圓弧半徑R5=280-600um ；
[0027]5.對通隔離擴散:
[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.?型短基區和卩型陽極區擴散: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+陰極區窗口:用K區版進行光刻；
[0033]8.N+陰極區擴散:
[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，正方形的四個角形成圓弧過渡，其中一個角的圓弧半徑大于其他三個角的圓弧半徑，背面溝槽窗口為正方形，四個角為直角；其正面溝槽窗口形成正面環狀鈍化溝槽，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，一個角的圓弧半徑R4=300-750um，其他三個角的圓弧半徑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。正面的環狀鈍化溝槽位于芯片的內部，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高真空電子束蒸發臺蒸鍍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.芯片測試:用JUNO的自動測試臺進行測試.測試Vdrm、Vrrm、Ieb、Vfgm、Idrm、Irrm、Ih、I1、Igt、Vgt等參數，并對IGT進行分檔；
[0047]19.鋸片:鋸透硅片并將藍膜劃切1/3厚度；
[0048]20.芯片包裝。
[0049]該方法工藝步驟簡單，加工方便，并提高了產品的di/dt值，制得的產品使用時允許多只可控硅共用同一個散熱片，方便了應用。
【主權項】
1.一種門極和陽極共面的單向可控硅芯片，包括陽極電極A、P型陽極擴散區、P型對通隔離區、門極電極G、N型長基區、正面環狀鈍化溝槽、P型短基區、帶有短路孔的N+陰極區、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型陽極擴散區頂面設有陽極電極A，所述P型對通隔離區環繞在N型長基區四周，所述門極電極G置于P型對通隔離區之上，所述正面環狀鈍化溝槽位于陽極電極A和門極電極G之間，所述P型陽極擴散區和陽極電極A設置在N型長基區正面并終止在正面環狀鈍化溝槽的內壁，所述帶有短路孔的N+陰極區和陰極電極K設置在芯片的背面并終止在背面阻焊槽的內壁，所述P型短基區位于N型長基區和帶有短路孔的N+陰極區之間并與P型對通隔離區對通連接成一體，所述環繞在N型長基區四周的P型對通隔離區的一個角的面積比其它三個角大，便于設置門極焊線Pad，所述門極電極G從P型對通隔離區的正面引出并在正面環狀鈍化溝槽的外部環繞一周且設有一個焊線Pad。2.根據權利要求1所述的一種門極和陽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+陰極區的擴散深度為8?30um，所述P型陽極擴散區和P型短基區的擴散深度為15?80um，所述正面環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】H01L29/74GK205428939SQ201620137606
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年2月24日
【發明人】王成森, 錢清友
【申請人】江蘇捷捷微電子股份有限公司