一种半导体器件阴极结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型的名称为一种半导体器件阴极结构。属于半导体器件【技术领域】。它主要是解决现有半导体器件阴极因放大门极渐开线指条太长而存在di/dt耐量低、门极控制开通均匀性差等缺点。它的主要特征是：所述的放大门极延长线指条包括呈辐射状均匀分布的直线型内指条和与其外端连接的V字型外指条，内端插入并与放大门极圆环连接；直线型内指条的两个边外指条对称；各V字型外指条的外端点在所在的圆周上均匀分布；直线型内指条、V字型外指条的夹角边缘为圆形。本实用新型具有提高芯片有效利用面积、初始导通面积和阴极区开通均匀性的特点，广泛应用于电力半导体快快速晶闸管、脉冲晶闸管等快开通器件阴极图形设计。
【专利说明】一种半导体器件阴极结构
【技术领域】
[0001]本实用新型属于半导体器件【技术领域】，具体涉及一种功率半导体器件阴极结构，尤其是一种应用于电力半导体领域脉冲晶闸管器件、快速晶闸管器件、高频晶闸管等的阴极结构。
【背景技术】
[0002]阴极图形是各类晶闸管器件设计的基础环节，对快开通类晶闸管尤其重要。阴极图形的分布直接影响器件的动态参数，所以其图形设计和排布必须科学合理。一般设计在对器件各项参数后设计出草样，然后结合传统设计经验确定最终图形。设计图形以掩膜版为载体，通过多次光刻工艺转移到芯片表面，且划分出相应的门极和阴极区。
[0003]快速晶闸管或高频晶闸管，阴极常采用条状门极、工字形门极、渐开线门极或仿渐开线门极，此类门极的设置对阴极面相对均匀分布。应用于中频时，可基本满足要求，但对于脉冲电流100KA以上，原阴极图形设计的di/dt能力、强脉冲通流能力等动态特性已无法满足器件要求。而提高晶闸管的开通脉冲能力，首先要提高脉冲晶闸管的开关速度、初始导通面积大小和导通均匀性，这样可缩短晶闸管开通时间，但单纯提高的放大门极延长线或枝条数量，如其分布的均匀性不够好，将造成阴极面积的损失，同时将引起通态压降、开关损耗等对于频率特性至关重要的一系列动态特性参数的变化。
[0004]现有快开通器件产品充分考虑了器件的导通电流及时间，通过加长放大门极线，如图1至图4所示，使快开通晶闸管的放大门极呈现辐射状，该辐射结构可由多条渐开线构成，虽在一定范围内提高了工作性能，但由于其放大门极渐开线指条太长，门极触发导通过程中，放大门极条本身电阻限制了指条末端的开启时间不均匀、di/dt耐量低、门极控制开通均匀性差等缺点。
[0005]脉冲类器件，往往在较短的开通时间内，达到较高的脉冲峰值电流，因此开发一种高di/dt、适用各种尺寸和阴极开通更均匀的半导体器件阴极图形成为当前亟待解决的问题。
【发明内容】
[0006]本实用新型解决的技术问题是采用提高放大门极延长线，提高初始导通面积，并使延长线所处阴极区周围均匀分布结构的阴极结构。该阴极结构及其排布方法提高了芯片的有效利用面积，提高各放大门极枝条开通的均匀性，有利于改善阴极距离中心门极远近带来的开通差异，并便于加工。
[0007]本实用新型的技术解决方案是:一种半导体器件阴极结构，包括阴极区域及分布在阴极区域上的阴极区短路点、以圆心为中心门极的同心圆环、以圆心为中心的放大门极圆环和放大门极延长线指条，其特征在于:所述的放大门极延长线指条包括呈辐射状均匀分布的直线型内指条；该直线型内指条的一端插入并与放大门极圆环连接；直线型内指条的另一端连接有V字型外指条，该V字型外指条的两个边外指条对称，且均为呈钝角夹角的两段；各V字型外指条的外端点在所在的圆周上均匀分布；直线型内指条、V字型外指条的夹角边缘为圆形。
[0008]本实用新型的技术解决方案中所述的直线型内指条数为4…12条。
[0009]本实用新型的技术解决方案中所述的直线型内指条宽度大于V字型外指条宽度。
[0010]本实用新型的技术解决方案中所述的V字型外指条的两个边外指条夹角为30 - 160° ;每个边外指条上的呈钝角夹角为100 - 165°。
[0011]本实用新型的技术解决方案中所述的直线型内指条数为8…12条。
[0012]本实用新型的技术解决方案还可以是:一种半导体器件阴极结构，包括阴极区域及分布在阴极区域上的阴极区短路点、以圆心为中心门极的同心圆环、以圆心为中心的放大门极圆环和放大门极延长线指条，其特征在于:所述的放大门极延长线指条包括呈辐射状均匀分布的直线型指条；该直线型指条的一端插入并与放大门极圆环连接；该直线型指条上叠加有与直线型指条连接的、均匀分布的环形指条；直线型指条及其与环形指条的夹角边缘为圆形。
[0013]本实用新型的技术解决方案中所述的环形指条为以圆心为中心的圆环形指条。
[0014]本实用新型的技术解决方案中所述的环形指条数为2 ~ 6条。
[0015]本实用新型的技术解决方案中所述的环形指条数为3条。
[0016]本实用新型的技术解决方案中所述的阴极区短路点为正四边形或正六边形或正八边形排列、或其任2种组合排列。
[0017]本实用新型的技术解决方案中所述的阴极区短路点直径为0.06 - 0.6mm,间距为
.0.4 ~3.5mm。
[0018]本实用新型排布半导体器件阴极结构方法的技术解决方案，包括以下步骤:
[0019]⑴以圆心为轴将半导体器件的阴极区域划分为4 - 12个等分扇区或2 ~5条等分圆环；各等分阴极区面积与放大门极延长线比例基本一致。
[0020]⑵根据放大门极延长线指条开通的阴极面积，确定放大门极延长线指条形状、径向长度及宽度；放大门极延长线指条是包括呈辐射状均匀分布的直线型内指条，该直线型内指条的一端插入并与放大门极圆环连接，直线型内指条的另一端连接有V字型外指条，该V字型外指条的两个边外指条呈30 - 160°夹角对称，且均为呈100 - 165°钝角夹角的两段，各V字型外指条的外端点在所在的圆周上均匀分布，直线型内指条、V字型外指条的夹角边缘为圆形；或者放大门极延长线指条是包括呈辐射状均匀分布的直线型指条，该直线型指条的一端插入并与放大门极圆环连接，该直线型指条上叠加有与直线型指条连接的、均匀分布的环形指条，直线型指条及其与环形指条的夹角边缘为圆形；
[0021]⑶根据阴极区短路点排布，确定放大门极延长线指条位置，使放大门极延长线指条与阴极区短路点间距一致；阴极区短路点为正四边形或正六边形或正八边形排列、或其任2种组合排列；阴极区短路点直径为0.06 ~ 0.6mm,间距为0.4 ~ 3.5mm ;
[0022]⑷在阴极区的中心区域设置中心门极；
[0023](5)将按上述设计的光刻掩膜版通过光刻工艺加工，把所设计的阴极图形转移到芯片的表面。
[0024]通过实施本实用新型一种半导体器件阴极结构【具体实施方式】所描述的方案，可达到以下技术效果:[0025]1、半导体器件阴极结构单元内各放大门极延长线指条以圆心为轴等分，使放大门极延长线指条开通的阴极区域完全等效，提高了放大门极开通的均匀性；
[0026]2、放大门极延长线指条夹角边缘为圆形，过渡光滑圆整，不存在尖角，减少芯片动态开通时局部缺陷影响；并确保加工的便利性和实用性，无须特别保护；
[0027]3、同样的放大门极延长线，放大门极延长线指条长度较其它方法短，占用芯片直径稍小，提高了芯片的有效利用面积；
[0028]4、放大门极延长线指条径向变窄，有利于减少末端距离与前端的电阻差异，平衡末端距中心门极远近的横向电阻带来的开通/关断差异。
[0029]本实用新型具有提高了芯片有效利用面积，提高了芯片初始导通面积，有利于平衡距离中心门极电极距离远近带来的枝条开通差异，提高了阴极区开通均匀性的特点。本实用新型广泛应用于电力半导体快速晶闸管、脉冲晶闸管等快开通器件阴极图形设计。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]为了更清楚说明本实用新型或现有技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简要介绍。显然，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对本领域技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
[0031]图1是现有半导体器件阴极结构米形排列示意图。
[0032]图2是现有半导体器件阴极结构仿渐开线排列示意图。
[0033]图3是现有半导体器件阴极结构渐开线排列示意图。
[0034]图4是现有半导体器件阴极结构树枝状排列示意图。
[0035]图5是本实用新型阴极结构实施例1排列示意图。
[0036]图6是本实用新型阴极结构实施例2排列示意图。
[0037]图7是本实用新型阴极结构实施例3排列示意图。
[0038]图8是本实用新型阴极结构阴极区短路点排列示意图。
[0039]图中，中心门极1、7、10、放大门极2、阴极区域3、5、8、环形指条4、直线型指条6、放
大门极延长线指条9、直线型内指条9a、V字型外指条％。
【具体实施方式】
[0040]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例进行完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。任何基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0041]实施例1如图5所示。半导体器件阴极结构包括阴极区域3、阴极区短路点、以圆心为中心门极的同心圆环1、以圆心为中心的放大门极圆环和放大门极延长线指条2。放大门极延长线指条2包括8条呈辐射状均匀分布的直线型内指条，直线型内指条的一端插入并与放大门极圆环连接，另一端连接有V字型外指条。8条直线型内指条将阴极区域划分为等分8个扇区，每45°为一主扇区。V字型外指条的两个边外指条对称，且均为呈157.5°钝角夹角的两段。各V字型外指条的外端点在所在的圆周上均匀分布，每22.5度为分枝扇区。直线型内指条与V字型外指条构成Y形指条。直线型内指条、V字型外指条的夹角边缘为圆形。其特点是按照径向分区，使各扇区均匀分布，确保各扇区间的开通均匀性。阴极区域中放大门极形指条为各段宽度不等的指条，其直线型内指条较宽，V字型外指条稍窄。
[0042]实施例2如图6所示。半导体器件阴极结构包括阴极区域5、阴极区短路点、以圆心为中心门极7的同心圆环、以圆心为中心的放大门极圆环和放大门极延长线指条。放大门极延长线指条包括4条呈辐射状均匀分布的直线型指条6，将阴极区域划分为等分4个等分扇区，直线型指条6的一端插入并与放大门极圆环连接。每个等分扇区的放大门极延长长度与面积比例关系相同。直线型指条6上叠加有与直线型指条连接的、均匀分布的3条环形指条4，环形指条为以圆心为中心的圆环形指条。直线型指条及其与环形指条的夹角边缘为圆形。与实施例1的不同之处在于，其按照放大门极延长长度与面积比例关系进行等分，提高了大直径芯片边缘区域与中心区域开通时一致性。
[0043]实施例3如图7所示。阴极区域8、阴极区短路点、以圆心为中心门极的同心圆环
10、以圆心为中心的放大门极圆环和放大门极延长线指条9，放大门极延长线指条9为由直线型内指条9a与V字型外指条9b构成Y形指条。与实施例1的不同之处在于，直线型内指条为12条，将阴极区域划分为等分12个扇区，每30°为一主扇区。V字型外指条将阴极区域划分为每15度为分枝扇区。其特点在于，将阴极区域通过放大门极枝条数，等分为更小的扇区，更进一步缩短了开通时间，提高了开通的均匀性。
[0044]如图8所示。阴极区短路点为正八边形和正四边形组合排布。阴极区短路点直径为0.06 μ 0.6謹，间距为0.4 μ 3.5謹。均可用于实施例1、2、3。
【权利要求】
1.一种半导体器件阴极结构，包括阴极区域及分布在阴极区域上的阴极区短路点、以圆心为中心门极的同心圆环、以圆心为中心的放大门极圆环和放大门极延长线指条，其特征在于:所述的放大门极延长线指条包括呈辐射状均匀分布的直线型内指条；该直线型内指条的一端插入并与放大门极圆环连接；直线型内指条的另一端连接有V字型外指条，该V字型外指条的两个边外指条对称，且均为呈钝角夹角的两段；各V字型外指条的外端点在所在的圆周上均匀分布；直线型内指条、V字型外指条的夹角边缘为圆形。
2.根据权利要求1所述的一种半导体器件阴极结构，其特征在于:所述的直线型内指条数为4 μ 12条。
3.根据权利要求1或2所述的一种半导体器件阴极结构，其特征在于:所述的直线型内指条宽度大于V字型外指条宽度。
4.根据权利要求1或2所述的一种半导体器件阴极结构，其特征在于:所述的V字型外指条的两个边外指条夹角为30 - 160° ;每个边外指条上的呈钝角夹角为100 - 165°。
5.根据权利要求2所述的一种半导体器件阴极结构，其特征在于:所述的直线型内指条数为8 μ 12条。
6.一种半导体器件阴极结构，包括阴极区域及分布在阴极区域上的阴极区短路点、以圆心为中心门极的同心圆环、以圆心为中心的放大门极圆环和放大门极延长线指条，其特征在于:所述的放大门极延长线指条包括呈辐射状均匀分布的直线型指条；该直线型指条的一端插入并与放大门极圆环连接；该直线型指条上叠加有与直线型指条连接的、均匀分布的环形指条；直线型指条及其与环形指条的夹角边缘为圆形。
7.根据权利要求6所述的一种半导体器件阴极结构，其特征在于:所述的环形指条为以圆心为中心的圆环形指条。
8.根据权利要求6或7所述的一种半导体器件阴极结构，其特征在于:所述的环形指条数为2 μ 6条。`
9.根据权利要求1或6所述的一种半导体器件阴极结构，其特征在于:所述的阴极区短路点排列为正四边形或正六边形或正八边形、或其任2种组合排列。
10.根据权利要求1或6所述的一种半导体器件阴极结构，其特征在于:所述的阴极区短路点直径为0.06 ^ 0.6mm,间距为0.4 ^ 3.5mm。
【文档编号】H01L29/417GK203445128SQ201320521965
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年8月26日 优先权日:2013年8月26日
【发明者】张桥, 刘鹏, 颜家圣, 刘小俐, 杨宁 申请人:湖北台基半导体股份有限公司