一種門極和陽極共面的單向可控硅芯片及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體芯片技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種門極和陽極共面的單向可控硅芯片及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]單向可控硅廣泛應(yīng)用于交流無觸點(diǎn)開關(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，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(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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明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(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]本發(fā)明還提供一種門極和陽極共面的單向可控硅芯片的制造方法，該方法工藝步驟簡單，加工方便，并改善了產(chǎn)品的關(guān)鍵性能。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)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(kuò)散區(qū)、P型對(duì)通隔離區(qū)、門極電極G、N型長基區(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型陽極擴(kuò)散區(qū)頂面設(shè)有陽極電極A，所述P型對(duì)通隔離區(qū)環(huán)繞在N型長基區(qū)四周，所述門極電極G置于P型對(duì)通隔離區(qū)之上，所述正面環(huán)狀鈍化溝槽位于陽極電極A和門極電極G之間，所述P型陽極擴(kuò)散區(qū)和陽極電極A設(shè)置在N型長基區(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)置門極焊線Pad，所述門極電極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。
[0006]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。
[0007]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:硅單晶片拋光或表面腐蝕、氧化、雙面光刻對(duì)通隔離窗口、對(duì)通隔離擴(kuò)散、P型陽極區(qū)擴(kuò)散和P型短基區(qū)擴(kuò)散、光刻N(yùn)+陰極區(qū)窗口、N+陰極區(qū)擴(kuò)散、雙面光刻溝槽窗口、腐刻溝槽、玻璃鈍化、光刻引線孔、正面蒸鋁膜、反刻鋁電極、合金、背面噴砂、背面蒸鍍電極、芯片測試和鋸片，其特征在于:在雙面光刻對(duì)通隔離窗口步驟中蝕刻出正背面不同的圖形，便于形成門極焊線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)角也形成圓弧過渡;在雙面光刻溝槽窗口和腐刻溝槽步驟中蝕刻出正背面不同的圖形，正面溝槽窗口為正方形，正方形的四個(gè)角形成圓弧過渡，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，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阻焊溝槽。
[0008]優(yōu)選的，所述雙面光刻對(duì)通隔離窗口步驟中，正面對(duì)通隔離窗口的四邊寬度為30-80um，一個(gè)角的圓弧半徑為450_900um，其他三個(gè)角的圓弧半徑為280_600um，背面對(duì)通隔離窗口的四邊寬度為30-80um，四個(gè)角的圓弧半徑均為280-600um;所述雙面光刻溝槽窗口和腐刻溝槽步驟中，正面溝槽窗口的四邊寬度為60-100um，一個(gè)角的圓弧半徑為300-750um，其他三個(gè)角的圓弧半徑為120-480um，背面溝槽窗口的四邊寬度為25_60um，四個(gè)角為直角，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阻焊溝槽。
[0009]本發(fā)明的原理是: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)，陽極相對(duì)于陰極施加正電壓，門極相對(duì)于陰極施加正觸發(fā)信號(hào)，門極電流經(jīng)過門極—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)門極電流橫向流過短基區(qū)、使短基區(qū)上產(chǎn)生的電位差大于P-N結(jié)門坎電壓時(shí)可控硅觸發(fā)導(dǎo)通。
[0010]本發(fā)明的優(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。本發(fā)明提供的制造門極和陽極共面的單向可控硅芯片的方法，工藝步驟簡單，加工方便，并提高了產(chǎn)品的di/dt值。
【附圖說明】
[0011]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；
圖2是【背景技術(shù)】的單向可控硅芯片的俯視圖；
圖3是【背景技術(shù)】的單向可控硅芯片的仰視圖；
圖4是本發(fā)明單向可控硅芯片的縱向結(jié)構(gòu)剖面圖；
圖5是圖4的俯視圖；
圖6是圖4的仰視圖；
圖7是本發(fā)明的正面對(duì)通隔離光刻版圖形；
圖7a是本發(fā)明的背面對(duì)通隔離光刻版圖形；
圖8是本發(fā)明的正面溝槽光刻版的圖形；
圖8a是本發(fā)明的背面溝槽光刻版的圖形；
圖中，1、Si02膜，2、門極電極G，3、陽極電極A，4、正面環(huán)狀溝槽，5、P型陽極擴(kuò)散區(qū)，6、P型對(duì)通隔離擴(kuò)散區(qū)，7、N型長基區(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】
[0012]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此。
[0013]如圖4至圖8a所示，本發(fā)明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(kuò)散區(qū)5、P型對(duì)通隔離區(qū)6、門極電極G 2、N型長基區(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型陽極擴(kuò)散區(qū)5頂面設(shè)有陽極電極A 3，P型對(duì)通隔離區(qū)6環(huán)繞在N型長基區(qū)7四周，門極電極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位于陽極電極A 3和門極電極G 2之間，P型陽極擴(kuò)散區(qū)5和陽極電極A 3設(shè)置在N型長基區(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)置門極焊線Pad，門極電極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。
[0014]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。
[0015]本發(fā)明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:
1.硅單晶片要求:Ρ=20-25-30-35-40-45-50Ω.cm，硅單晶片厚度t=(200?300)±5
um ；
2.硅片拋光或化學(xué)腐蝕:完成后的硅片厚度t=(170?270)±5 um；