双向光控晶闸管芯片、光触发耦合器及固态继电器制造技术

一种双向光控晶闸管芯片，包括：　　　　在半导体芯片的表面上彼此相距形成的第一光控晶闸管部分和第二光控晶闸管部分；以及　　　　在半导体芯片的表面上在其几乎整个宽度上形成的、用于分开第一光控晶闸管部分的沟道和第二光控晶闸管部分的沟道的沟道隔离区；　　　　沟道隔离区在与第一光控晶闸管部分的沟道和第二光控晶闸管部分的沟道相交的方向上延伸。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及双向光控晶闸管芯片、利用双向光控晶闸管芯片的光触发(light-fired)耦合器以及利用光触发耦合器的固态继电器(下面缩写为SSR)通常，固态继电器与交流电一起使用，具有如图21所示的电路结构。该SSR8由光触发耦合器3、双向晶闸管(下面有时称为主晶闸管)4以及缓冲电路7构成，光触发耦合器3由发光器件1如LED(发光二极管)和双向光控晶闸管2构成，双向晶闸管4用于实际控制负载，缓冲电路7由电阻5、电容器6等构成。图22示出了构成SSR 8的光触发耦合器3的等效电路图。双向光控晶闸管2由CH(沟道)1的光控晶闸管9和CH2的光控晶闸管10构成。通过将PNP型晶体管Q1的基极连接到NPN型晶体管Q2的集电极以及将PNP型晶体管Q1的集电极连接到NPN型晶体管Q2的基极构成CH1的光控晶闸管9。同样，通过将PNP型晶体管Q3的基极连接到NPN型晶体管Q4的集电极以及将PNP型晶体管Q3的集电极连接到NPN型晶体管Q4的基极构成CH2的光控晶闸管10。而且，在CH1侧，PNP型晶体管Q1的发射极直接连接到电极T1。另一方面，NPN型晶体管Q2的发射极和基极分别直接连接和经过栅电阻11连接到电极T2。同样，在CH2侧，PNP型晶体管Q3的发射极直接连接到电极T2。另一方面，NPN型晶体管Q4的发射极和基极分别直接连接和经过栅电阻12连接到电极T1。图23是图22的双向光控晶闸管2的示意性图形布局。图24A和24B是沿图23的箭头线A-A′的示意性剖面图。图24A示出了电压反相过程中(整流过程中)光学导通的状态，图24B示出了电压反相过程中(整流过程中)光学截止的状态。该双向光控晶闸管2在N型硅衬底21的正面侧上提供有两个阳极扩散区(P型)22和两个P栅扩散区(P型)23，在图中这些区彼此横向反相。在每个P栅扩散区23中在与阳极扩散区22相对的侧上提供阴极扩散区(N型)24。因此，形成构成图22中的CH1的光控晶闸管9的PNPN部分，从图中右侧上的阳极扩散区22朝着左侧上的阴极扩散区24的方向延伸。而且，形成构成图22中的CH2的光控晶闸管10的PNPN部分，从图中左侧上的阳极扩散区22朝着右侧上的阴极扩散区24的方向延伸。亦即，CH1侧上的PNP型晶体管Q1由在右侧上的阳极扩散区22、N型硅衬底21以及左侧上的P栅扩散区23构成，同时CH1侧上的NPN型晶体管Q2由左侧上的阴极扩散区24、P栅扩散区23以及N型硅衬底21构成。另一方面，CH2侧上的PNP型晶体管Q3由左侧上的阳极扩散区22、N型硅衬底21以及右侧上的P栅扩散区23构成，同时CH2侧上的NPN型晶体管Q4由右侧上的阴极扩散区24、P栅扩散区23以及N型硅衬底21构成。右侧上的阳极扩散区22和电极T1通过金线25a彼此连接，同时阴极扩散区24和电极T1通过芯片内部的右侧上的铝电极26彼此连接。而且，左侧上的阳极扩散区22和电极T2通过金线25b彼此连接，同时阴极扩散区24和电极T2通过芯片内部左侧上的铝电极26彼此连接。如下操作具有前述结构的双向光控晶闸管2。亦即，在图22至24A中，首先，在将比器件的通态电压(约1.5V)更高的电源电压作为偏压施加到电极T1和电极T2的条件下，如果电极T1侧的电位极性与电极T2侧的电位极性相比为正极，那么当双向光控晶闸管2接收来自LED 1的光信号时，CH1侧的NPN型晶体管Q2导通。然后，从CH1侧的PNP型晶体管Q1抽出基极电流，该PNP型晶体管Q1导通。随后，通过PNP型晶体管Q1的集电极电流将基极电流提供给CH1侧的NPN型晶体管Q2，通过正反馈导通CH1侧的PNPN部分，以使对应于AC电路的负载的通态电流从电极T1流到电极T2。在上述情况，由于偏压施加方向反向，CH2侧没有出现PNPN部分的正反馈，因此只有最初的光电流流动。另一方面，如果电极T2侧的电位极性与电极T1侧的电位极性相比为正极，那么通过与上述情况完全类似的正反馈操作，导通CH2侧上的PNPN部分，CH1侧只有最初的光电流流动。因此，当CH1侧的PNPN部分或CH2侧的PNPN部分执行光触发操作时，该电流流入主晶闸管4的栅极，触发主晶闸管4。如现有技术的参考文献的涉及用于如上所述的光触发耦合器的双向光控晶闸管，例如，日本专利特开平10-242449的专利公报。在图21所示的SSR的电路结构中，它是实际控制负载电流的主晶闸管4和用于光触发主晶闸管4的双向光控晶闸管2。那么，具有前述电路结构的SSR 8具有电绝缘特点。在设计一般的SSR器件中，使用于触发的双向光控晶闸管2接收来自LED 1的光，且由此时产生的约10μA的光致激发电流变为工作状态。另一方面，主晶闸管4用约20mA的栅极触发电流变为工作状态，栅极触发电流是双向光控晶闸管2的工作电流。因此，由LED 1的光致激发电流根本不能触发主晶闸管4。就在单芯片内部具有双向沟道CH1和CH2，并用作AC电路的开关的前述器件而言，它的整流特性(随后将详细描述)是用于评价器件的重要标准。由于该整流特性，如果主晶闸管4不具有超过希望被控制的电流值的容量，那么主晶闸管4变得不能控制(截止控制)负载，不利地引起故障。同样，如果双向光控晶闸管2不具有超过主晶闸管4的触发电流的容量，那么由于整流特性，双向光控晶闸管2也将产生误操作，主晶闸管4的触发电流值约为50mA。用于交流电路的开关在具有改进的整流性能的包括如图25所示的光学PNPN开关的单芯片内具有双向沟道CH1和CH2(例如，日本专利特许公开平8-97403)。在光学PNPN开关中，在N型硅衬底31的正侧面提供阳极扩散区(p型)32和与阳极扩散区32相对的P栅扩散区(p型)33，以便彼此以水平状态和相对的垂直状态布置在图25中的上部30a和下部30b。在两个P栅扩散区33、33都提供阴极扩散区(N型)34、34。利用这些，在每个芯片的上部30a和下部30b从阳极扩散区32朝着阴极扩散区34的方向形成PNPN部分。由具有深度D的缝槽35分开芯片的上部30a和下部30b，缝槽从N型硅衬底31的正表面延伸到衬底内的一点。电流从上部30a中的右侧阳极32到阴极34的流径设为CH1，同时电流从下部30b中的左侧阳极32到阴极34的流径设为CH2。而且，在芯片的两个部分30a和30b上都提供用于增加CH1和CH2的光敏度的光敏晶体管Q5、Q5。每个光敏晶体管Q5由基极扩散区(P型)36、发射极扩散区(N型)37以及N型硅衬底31组成，基极扩散区36布置从阳极扩散区32跨越P栅扩散区，发射极扩散区37形成在基极扩散区36内，N型硅衬底31起集电极的作用。每个光敏晶体管Q5中的基极扩散区36和发射极扩散区37之间存在基极电阻(未示出)。而且，在芯片上部30a和下部30b的PNPN部分的P栅扩散区33和光敏晶体管Q5的基极扩散区36之间中形成栅电阻(p型)38。同时上部30a中的阳极扩散区32和下部30b中的基极扩散区36连接到引线框T1，上部30a中的基极扩散区36和下部30b中的阳极扩散区32连接到引线框T2。因此，在上部30a和下部30b上提供的PNPN部分反向平行地布线，用单个芯片执行交流电的开关。下面操作上述结构的光学PNPN本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双向光控晶闸管芯片，包括在半导体芯片的表面上彼此相距形成的第一光控晶闸管部分和第二光控晶闸管部分；以及在半导体芯片的表面上在其几乎整个宽度上形成的、用于分开第一光控晶闸管部分的沟道和第二光控晶闸管部分的沟道的沟道隔离区；沟道隔离区在与第一光控晶闸管部分的沟道和第二光控晶闸管部分的沟道相交的方向上延伸。2.如权利要求1所述的双向光控晶闸管芯片，其中各个光控晶闸管部分包括具有第一导电类型的第一扩散层和具有第二导电类型的第二扩散层，以及平行于沟道隔离区布置的各个扩散层，沟道隔离区插入其间。3.如权利要求2所述的双向光控晶闸管芯片，其中第一光控晶闸管部分的第一扩散层和第二光控晶闸管的第二扩散层彼此电连接，同时第一光控晶闸管部分的第二扩散层和第二光控晶闸管部分的第一扩散层彼此电连接。4.如权利要求1所述的双向光控晶闸管芯片，其中沟道隔离区由在半导体芯片的表面上形成的切割槽构成。5.如权利要求1所述的双向光控晶闸管芯片，其中半导体芯片由N型硅衬底构成，以及沟道隔离区由包括在N型硅衬底的表面上形成的掺有磷的氧掺杂半绝缘多晶硅薄膜构成。6.如权利要求1所述的双向光控晶闸管芯片，其中半导体芯片由N型硅衬底构成，以及沟道隔离区由包括与N型硅衬底的表面接触形成的掺有磷的氧掺杂半绝缘多晶硅薄膜构成。7.如权利要求1所述的双向光控晶闸管芯片，其中沟道隔离区由包括在半导体芯片的表面上形成的短路二极管构成。8.如权利要求1所述的双向光控晶闸管芯片，其中各个光控晶闸管部分具有阳极扩散区和阴极扩散区，以及阳极扩散区比阴极扩散区布置得更靠近沟道隔离区的一侧。9.如权利要求1所述的双向光控晶闸管芯片，其中各个光控晶闸管部分具有阳极扩散区和栅光接收器扩散区以及阴极扩散区，以及栅光接收器扩散区比阳极扩散区布置得更靠近沟道隔离区的一侧。10.如权利要求1所述的双向光控晶闸管芯片，其中各个光控晶闸管部分包括由具有N型和P型之一的一种导电型的阳极扩散区、具有N型和P型的另一导电类型的衬底、与阳极扩散区相对且具有一种导电类型的栅极扩散区和与栅极扩散区内的阳极扩散区相对地形成且具有另一导电类型的阴极扩散区构成的...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠山满，久保胜，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：