一种门极和阳极共面的单向可控硅芯片及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种门极和阳极共面的单向可控硅芯片，包括阳极电极A、P型阳极扩散区、N型长基区、环绕在N型长基区四周的P型对通隔离区、置于P型对通隔离区之上的门极电极G、正面环状钝化沟槽、P型短基区、带有短路孔的N+阴极区、阴极电极K和位于芯片背面的四周的背面阻焊槽，带有短路孔的N+阴极区和阴极电极K设置在芯片的背面并终止在背面阻焊槽的内壁，P型阳极扩散区和阳极电极A设置在芯片的正面并终止在正面环状钝化沟槽的内壁，P型对通隔离区的一个角的面积比其它三个角大。该单向可控硅芯片提高了产品的di/dt值和散热能力，在应用时可以多只可控硅共用一个散热片，其制作方法工艺步骤简单，加工方便，并改善了产品的关键性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体芯片
，具体是一种门极和阳极共面的单向可控硅芯片及其制造方法。
技术介绍
单向可控硅广泛应用于交流无触点开关、家用电器控制电路、工业控制等领域。要求其具备较高的di/dt值、较强的散热能力，近年来，很多应用领域提出了可控硅的外壳底板为阴极的要求、便于在应用时可以多只可控硅共用一个散热片。如图1至图3所示，目前市场上销售的单向可控硅，都是门极和阴极在芯片正面、阳极在芯片背面，封装后的外壳底板为阳极，无法实现多只可控硅共用一个散热片；此外，单向可控硅在应用时产生的热量主要来自阴极区和短基区，当阴极区和短基区处在芯片的正面时、其远离散热底板，热量传递慢、散热效果差、di/dt值较低。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种门极和阳极共面的单向可控硅芯片，其封装后的外壳底板为阴极，提高了产品的di/dt值和散热能力，在应用时可以多只可控硅共用一个散热片。本专利技术还提供一种门极和阳极共面的单向可控硅芯片的制造方法，该方法工艺步骤简单，加工方便，并改善了产品的关键性能。本专利技术采用的技术方案是：一种门极和阳极共面的单向可控硅芯片，包括阳极电极A、P型阳极扩散区、P型对通隔离区、门极电极G、N型长基区、正面环状钝化沟槽、P型短基区、带有短路孔的N+阴极区、阴极电极K和位于芯片背面四周的背面阻焊槽，所述P型阳极扩散区顶面设有阳极电极A，所述P型对通隔离区环绕在N型长基区四周，所述门极电极G置于P型对通隔离区之上，所述正面环状钝化沟槽位于阳极电极A和门极电极G之间，所述P型阳极扩散区和阳极电极A设置在N型长基区正面并终止在正面环状钝化沟槽的内壁，所述带有短路孔的N+阴极区和阴极电极K设置在芯片的背面并终止在背面阻焊槽的内壁，所述P型短基区位于N型长基区和带有短路孔的N+阴极区之间并与P型对通隔离区对通连接成一体，所述环绕在N型长基区四周的P型对通隔离区的一个角的面积比其它三个角大，便于设置门极焊线Pad，所述门极电极G从P型对通隔离区的正面引出并在正面环状钝化沟槽的外部环绕一周且设有一个焊线Pad。优选的，所述带有短路孔的N+阴极区的扩散深度为8～30um，所述P型阳极扩散区和P型短基区的扩散深度为15～80um，所述正面环状钝化沟槽的深度为60～120um、宽度为70～200um，所述背面阻焊槽的深度为60～120um、半宽度为20～100um。上述门极和阳极共面的单向可控硅芯片的制造方法，包括以下步骤：硅单晶片抛光或表面腐蚀、氧化、双面光刻对通隔离窗口、对通隔离扩散、P型阳极区扩散和P型短基区扩散、光刻N+阴极区窗口、N+阴极区扩散、双面光刻沟槽窗口、腐刻沟槽、玻璃钝化、光刻引线孔、正面蒸铝膜、反刻铝电极、合金、背面喷砂、背面蒸镀电极、芯片测试和锯片，其特征在于：在双面光刻对通隔离窗口步骤中蚀刻出正背面不同的图形，便于形成门极焊线Pad区，正面对通隔离窗口为正方形，正方形的四个角形成圆弧过渡，其中一个角的圆弧半径大于其他三个角的圆弧半径，背面对通隔离窗口为正方形，正方形的四个角也形成圆弧过渡；在双面光刻沟槽窗口和腐刻沟槽步骤中蚀刻出正背面不同的图形，正面沟槽窗口为正方形，正方形的四个角形成圆弧过渡，其中一个角的圆弧半径大于其他三个角的圆弧半径，背面沟槽窗口为正方形，四个角为直角，正面沟槽窗口形成正面环状钝化沟槽，背面沟槽窗口形成背面阻焊沟槽。优选的，所述双面光刻对通隔离窗口步骤中，正面对通隔离窗口的四边宽度为30-80um，一个角的圆弧半径为450-900um，其他三个角的圆弧半径为280-600um，背面对通隔离窗口的四边宽度为30-80um，四个角的圆弧半径均为280-600um；所述双面光刻沟槽窗口和腐刻沟槽步骤中，正面沟槽窗口的四边宽度为60-100um，一个角的圆弧半径为300-750um，其他三个角的圆弧半径为120-480um，背面沟槽窗口的四边宽度为25-60um，四个角为直角，正面沟槽窗口形成正面环状钝化沟槽，背面沟槽窗口形成背面阻焊沟槽。本专利技术的原理是：将带有短路孔的N+阴极区设置在芯片的背面，将门极电极G置于P型对通隔离区之上并在钝化沟槽的外部环绕一周。可控硅工作时，阳极相对于阴极施加正电压，门极相对于阴极施加正触发信号，门极电流经过门极→对通隔离区→部份短基区→阴极短路孔→阴极电极这个路径流动，当门极电流横向流过短基区、使短基区上产生的电位差大于P-N结门坎电压时可控硅触发导通。本专利技术的优点是：该单向可控硅芯片阴极和外壳底板焊接在一起，极大的提高了散热效果和产品的di/dt值，使用时允许多只可控硅共用同一个散热片，方便了应用。本发明提供的制造门极和阳极共面的单向可控硅芯片的方法，工艺步骤简单，加工方便，并提高了产品的di/dt值。附图说明图1是
技术介绍
的单向可控硅芯片的纵向结构剖面图；图2是
技术介绍
的单向可控硅芯片的俯视图；图3是
技术介绍
的单向可控硅芯片的仰视图；图4是本专利技术单向可控硅芯片的纵向结构剖面图；图5是图4的俯视图；图6是图4的仰视图；图7是本专利技术的正面对通隔离光刻版图形；图7a是本专利技术的背面对通隔离光刻版图形；图8是本专利技术的正面沟槽光刻版的图形；图8a是本专利技术的背面沟槽光刻版的图形；图中，1、SiO2膜，2、门极电极G，3、阳极电极A，4、正面环状沟槽，5、P型阳极扩散区，6、P型对通隔离扩散区，7、N型长基区，8、P型短基区，9、N+阴极扩散区，10、阴极短路孔，11、阴极电极K，12、背面阻焊槽。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但本专利技术的保护范围不限于此。如图4至图8a所示，本专利技术的一种门极和阳极共面的单向可控硅芯片，包括正面的SiO2膜1、阳极电极A3、P型阳极扩散区5、P型对通隔离区6、门极电极G2、N型长基区7、正面环状钝化沟槽4、P型短基区8、带有阴极短路孔10的N+阴极区9、阴极电极K11和位于芯片背面四周的背面阻焊槽12；P型阳极扩散区5顶面设有阳极电极A3，P型对通隔离区6环绕在N型长基区7四周，门极电极G2置于P型对通隔离区6之上，正面环状钝化沟槽4位于阳极电极A3和门极电极G2之间，P型阳极扩散区5和阳极电极A3设置在N型长基区7正面并终止在正面环状钝化沟槽4的内壁，带有短路孔10的N+阴极区9和阴极电极K11设置在芯片的背面并终止在背面阻焊槽12的内壁，P型短基区8位于N型长基区7和带有短路孔10的N+阴极区9之间并与P型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种门极和阳极共面的单向可控硅芯片，包括阳极电极A、P型阳极扩散区、P型对通隔离区、门极电极G、N型长基区、正面环状钝化沟槽、P型短基区、带有短路孔的N+阴极区、阴极电极K和位于芯片背面四周的背面阻焊槽，其特征在于：所述P型阳极扩散区顶面设有阳极电极A，所述P型对通隔离区环绕在N型长基区四周，所述门极电极G置于P型对通隔离区之上，所述正面环状钝化沟槽位于阳极电极A和门极电极G之间，所述P型阳极扩散区和阳极电极A设置在N型长基区正面并终止在正面环状钝化沟槽的内壁，所述带有短路孔的N+阴极区和阴极电极K设置在芯片的背面并终止在背面阻焊槽的内壁，所述P型短基区位于N型长基区和带有短路孔的N+阴极区之间并与P型对通隔离区对通连接成一体，所述环绕在N型长基区四周的P型对通隔离区的一个角的面积比其它三个角大，便于设置门极焊线Pad，所述门极电极G从P型对通隔离区的正面引出并在正面环状钝化沟槽的外部环绕一周且设有一个焊线Pad。

【技术特征摘要】
1.一种门极和阳极共面的单向可控硅芯片，包括阳极电极A、P型阳极扩散区、P型对通
隔离区、门极电极G、N型长基区、正面环状钝化沟槽、P型短基区、带有短路孔的N+阴极区、阴
极电极K和位于芯片背面四周的背面阻焊槽，其特征在于：所述P型阳极扩散区顶面设有阳
极电极A，所述P型对通隔离区环绕在N型长基区四周，所述门极电极G置于P型对通隔离区之
上，所述正面环状钝化沟槽位于阳极电极A和门极电极G之间，所述P型阳极扩散区和阳极电
极A设置在N型长基区正面并终止在正面环状钝化沟槽的内壁，所述带有短路孔的N+阴极区
和阴极电极K设置在芯片的背面并终止在背面阻焊槽的内壁，所述P型短基区位于N型长基
区和带有短路孔的N+阴极区之间并与P型对通隔离区对通连接成一体，所述环绕在N型长基
区四周的P型对通隔离区的一个角的面积比其它三个角大，便于设置门极焊线Pad，所述门
极电极G从P型对通隔离区的正面引出并在正面环状钝化沟槽的外部环绕一周且设有一个
焊线Pad。
2.根据权利要求1所述的一种门极和阳极共面的单向可控硅芯片，其特征在于：所述带
有短路孔的N+阴极区的扩散深度为8～30um，所述P型阳极扩散区和P型短基区的扩散深度
为15～80um，所述正面环状钝化沟槽的深度为60～120um、宽度为70～200um，所述背面阻焊
槽的深度为60～120um、半宽度为20～100um。
3.一种门极和阳极共面的单向可控硅芯片的制造方法，包括以下步骤：硅单晶片抛光
或表面腐蚀、氧化、双面光刻对通隔离窗口、对通隔离扩散、P型阳极...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成森，钱清友，
申请(专利权)人：江苏捷捷微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32