CN117174747A - 一种门极和阳极共面的双向可控硅芯片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种门极和阳极共面的双向可控硅芯片及其制造方法，其通过把门极和阳极设计在同一侧，阴极设计在另一侧，使得阴极和底板可以焊接在一起，提高了散热效果和产品的di/dt值，并且使用时多只可控硅可共用同一个散热片，增加了终端厂家的应用空间，所述芯片包括从上至下设置的磷区N、硼铝区P、磷区N，所述硼铝区P内部设置有单晶材料区N，其特征在于：所述芯片的门极和阳极设置在上表面，阴极设置在下表面，在所述门极和阳极同一侧的硼铝区P上制有深度超过PN结深度的台面沟槽钝化层，所述门极设置在沟槽外侧，所述阳极设置在沟槽内侧。
Description
技术领域
本发明涉及可控硅相关技术领域，具体涉及一种门极和阳极共面的双向可控硅芯片及其制造方法。
背景技术
现有市面上销售的双向可控硅都是门极（G极）和阴极（T1极）在芯片正面，阳极（T2极）在芯片背面，产品封装后的外壳底板为T2极，因此无法实现多只可控硅共用一个散热片；此外，双向可控硅在应用时产生的热量主要来自T1极和短基区，当T1极和短基区处在芯片的正面时，其远离散热底板，因此存在热量传递慢、散热效果差、di/dt值较低的情况。
有鉴于上述的缺陷，当前亟需设计一种新型的双向可控硅来解决上述问题。
发明内容
为了解决上述内容中提到的问题，本发明提出了一种门极和阳极共面的双向可控硅芯片，其通过把门极和阳极设计在同一侧，阴极设计在另一侧，使得阴极和底板可以焊接在一起，提高了散热效果和产品的di/dt值，并且使用时多只可控硅可共用同一个散热片，增加了终端厂家的应用空间。
其技术方案是这样的：
一种门极和阳极共面的双向可控硅芯片，所述芯片包括从上至下设置的磷区N、硼铝区P、磷区N，所述硼铝区P内部设置有单晶材料区N，其特征在于：所述芯片的门极和阳极设置在上表面，阴极设置在下表面，在所述门极和阳极同一侧的硼铝区P上制有深度超过PN结深度的台面沟槽钝化层，所述门极设置在沟槽外侧，所述阳极设置在沟槽内侧。
进一步的，本发明还提供了一种的双向可控硅芯片的制造方法：所述制造方法包括以下步骤：
A、进行硅单晶片化腐：去除单晶缺陷层，腐蚀至产品需求厚度；
B、进行一次氧化：生长保护底膜；
C、进行光刻隔离窗；
D、进行第一次注入铝：注入P型隔离区杂质；
E、进行隔离扩散：形成P型穿通隔离结构；
F、进行注入硼：注入基区杂质；
G、进行第二次注入铝：注入基区杂质；
H、进行P型基区扩散：形成PNP结构；
I、进行光刻K区；
J、进行磷予扩：扩入N型杂质；
K、进行磷再扩：形成NPNPN结构；
L、进行光刻沟槽；
M、进行腐蚀沟槽：将PN结做到斜台面上；
N、进行钝化保护；
O、进行光刻引线；
P、进行双面蒸发铝：形成电极区；
Q、进行光刻反刻；
R、进行真空合金：形成欧姆接触；
S、进行背面蒸发银：形成背面焊区。
进一步的，所述制造方法还包括：进行测试、划片、整理、入库。
进一步的，所述步骤A中：硅单晶片厚度设置为280±5um；腐蚀后的硅片厚度设置为240±5um。
进一步的，所述步骤B中：一次氧化的条件为：温度设置为1180±20℃，时间设置为6±1h，氧化层厚度设置为0.9~1.2um。
进一步的，所述步骤J中：温度设置为1070±20℃，时间设置为1.5±0.2h，方阻设置为0.9±0.2Ω/cm2。
进一步的，所述步骤M中：沟槽深度设置为75~85um。
进一步的，所述步骤N中：采用Sipos+玻璃粉+LTO进行钝化。
进一步的，所述步骤P中：双面铝膜厚度设置为3~5um。
进一步的，所述步骤S中背面银膜：Ti膜厚=1000~1400A○；Ni膜厚=4000~6000A○；Ag膜厚=0.5~0.8um。
本发明的有益效果为：
本发明的双向可控硅芯片通过把门极和阳极设计在同一侧，阴极设计在另一侧，使得阴极和底板可以焊接在一起，提高了散热效果和产品的di/dt值，并且使用时多只可控硅可共用同一个散热片，增加了终端厂家的应用空间；本发明提供的制造方法，其工艺步骤简单，加工方便，提高了本发明的产业适用性。
附图说明
图1为本发明的可控硅结构示意图。
图2为本发明的可控硅俯视图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述。
以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的保护范围。实施例中的条件可以根据具体条件做进一步的调整，在本发明的构思前提下对本发明的方法简单改进都属于本发明要求保护的范围。
如图1和图2所示，一种门极和阳极共面的双向可控硅芯片，所述芯片包括从上至下设置的磷区N、硼铝区P、磷区N，所述硼铝区P内部设置有单晶材料区N，所述芯片的G极和T2极设置在上表面，T1极设置在下表面，在所述G极和T2极同一侧的硼铝区P上制有深度超过PN结深度的台面沟槽钝化层，所述G极设置在沟槽外侧，所述T2极设置在沟槽内侧，所述G极通过穿通区与T1极连接。
本发明可控硅芯片的工作原理：
①可控硅芯片工作时，T2极相对于T1极施加正电压，G极相对于T1极施加正触发信号，门极电流经过G极→对通隔离区→部分短基区→T1极短路点→T1极电极这个路径流动，当G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芯片触发导通。
②可控硅芯片工作时，T2极相对于T1极施加正电压，G极相对于T1极施加负触发信号，门极电流经过T1极电极→T1极短路点→对通隔离区→部分短基区→G极这个路径流动，当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芯片触发导通。
③可控硅芯片工作时，T2极相对于T1极施加负电压，G极相对于T1极施加负触发信号，门极电流经过T1极电极→T1极短路点→对通隔离区→部分短基区→G极这个路径流动，当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芯片触发导通。
优选的，本发明还提供了一种的双向可控硅芯片的制造方法：所述制造方法包括以下步骤：
A、进行硅单晶片化腐：去除单晶缺陷层，腐蚀至产品需求厚度；对硅单晶片的要求：ρ=34-37-40-43Ω·cm，硅单晶片厚度：W1=280±5 um；要求硅单晶片腐蚀后硅片厚度：W2=240±5um。
B、进行一次氧化：生长保护底膜；氧化条件为：温度1180±20℃，时间t=6±1h，要求氧化层厚度W3=0.9-1.2um。
C、进行光刻隔离窗。
D、进行第一次注入铝：注入P型隔离区杂质；注入条件为：(3.5±1) E15/150KV。
E、进行隔离扩散：形成P型穿通隔离结构；隔离扩散要求环宽W4=140-220um。
F、进行注入硼：注入基区杂质；注入条件为：(5±1) E14//80KeV。
G、进行第二次注入铝：注入基区杂质；注入条件为：(2±1) E14//120KeV。
H、进行P型基区扩散：形成PNP结构；基区扩散要求：B方阻=150±50Ω/cm2；BXj=28±5um；ALXj=52±10um。
I、进行光刻K区。
J、进行磷予扩：扩入N型杂质；磷予扩的条件：温度1070±20℃，时间1.5±0.2h，要求：方阻为0.9±0.2Ω/cm2。
K、进行磷再扩：形成NPNPN结构；磷再扩的条件：温度1215±10℃，时间4.5h，要求：PXj=17±5um。
L、进行光刻沟槽；沟槽深度设置为75~85um。
M、进行腐蚀沟槽：将PN结做到斜台面上。
N、进行钝化保护。
O、进行光刻引线。
P、进行双面蒸发铝：形成电极区；双面铝膜厚度设置为3~5um。
Q、进行光刻反刻。
R、进行真空合金：形成欧姆接触；真空合金的条件为：温度480±10℃，时间0.4±0.1h。
S、进行背面蒸发银：形成背面焊区；背面银膜：Ti膜厚=1000~1400A○；Ni膜厚=4000~6000A○；Ag膜厚=0.5~0.8um。
尽管已经出示和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种门极和阳极共面的双向可控硅芯片，所述芯片包括从上至下设置的磷区（N）、硼铝区（P）、磷区（N），所述硼铝区（P）内部设置有单晶材料区（N），其特征在于：所述芯片的门极（G极）和阳极（T2极）设置在上表面，阴极（T1极）设置在下表面，在所述门极（G极）和阳极（T2极）同一侧的硼铝区（P）上制有深度超过PN结深度的台面沟槽钝化层，所述门极（G极）设置在沟槽外侧，所述阳极（T2极）设置在沟槽内侧。
2.基于权利要求1所述的双向可控硅芯片的制造方法：所述制造方法包括以下步骤：
A、进行硅单晶片化腐：去除单晶缺陷层，腐蚀至产品需求厚度；
B、进行一次氧化：生长保护底膜；
C、进行光刻隔离窗；
D、进行第一次注入铝：注入P型隔离区杂质；
E、进行隔离扩散：形成P型穿通隔离结构；
F、进行注入硼：注入基区杂质；
G、进行第二次注入铝：注入基区杂质；
H、进行P型基区扩散：形成PNP结构；
I、进行光刻K区；
J、进行磷予扩：扩入N型杂质；
K、进行磷再扩：形成NPNPN结构；
L、进行光刻沟槽；
M、进行腐蚀沟槽：将PN结做到斜台面上；
N、进行钝化保护；
O、进行光刻引线；
P、进行双面蒸发铝：形成电极区；
Q、进行光刻反刻；
R、进行真空合金：形成欧姆接触；
S、进行背面蒸发银：形成背面焊区。
3.根据权利要求2所述的双向可控硅芯片的制造方法，其特征在于：所述制造方法还包括：进行测试、划片、整理、入库。
4.根据权利要求2所述的双向可控硅芯片的制造方法，其特征在于：所述步骤A中：硅单晶片厚度设置为280±5um；腐蚀后的硅片厚度设置为240±5um。
5.根据权利要求2所述的双向可控硅芯片的制造方法，其特征在于：所述步骤B中：一次氧化的条件为：温度设置为1180±20℃，时间设置为6±1h，氧化层厚度设置为0.9~1.2um。
6.根据权利要求2所述的双向可控硅芯片的制造方法，其特征在于：所述步骤J中：温度设置为1070±20℃，时间设置为1.5±0.2h，方阻设置为0.9±0.2Ω/cm2。
7.根据权利要求2所述的双向可控硅芯片的制造方法，其特征在于：所述步骤M中：沟槽深度设置为75~85um。
8.根据权利要求2所述的双向可控硅芯片的制造方法，其特征在于：所述步骤N中：采用Sipos+玻璃粉+LTO进行钝化。
9.根据权利要求2所述的双向可控硅芯片的制造方法，其特征在于：所述步骤P中：双面铝膜厚度设置为3~5um。
10.根据权利要求2所述的双向可控硅芯片的制造方法，其特征在于：所述步骤S中背面银膜：Ti膜厚=1000~1400A○；Ni膜厚=4000~6000A○；Ag膜厚=0.5~0.8um。
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