一种高电流上升率的晶闸管芯片的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高电流上升率的晶闸管芯片，包括N型硅单晶片构成的长基区N，在长基区N的两侧设置有短基区P1、P2，在短基区P2上设置有阴极发射区、短路点和门极区；所述短基区P1上设置有背面金属层，阴极发射区和门极区上设置有正面金属层；所述的门极区设置在阴极发射区的中心位置，在门极区和阴极发射区间设置有隔离环；所述门极区包括用于焊接引线的焊接区以及与该焊接区相连的长条型延长区。本发明能增加门极触发阴极发射区的导通面积，在不增加门极触发功率的条件下达到提高晶闸管的电流上升率di/dt值，同时能够防止门极区周边的阴极区烧毁。可广泛应用于晶闸管芯片领域。
【专利说明】—种高电流上升率的晶闸管芯片
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种晶闸管芯片，尤其涉及一种高电流上升率的晶闸管芯片。
【背景技术】
[0002]目前，电力电子产品作为自动化、节材、节能、机电一体化、智能化的基础，正朝着应用技术高频化、产品性能绿色化、硬件结构模块化的方向发展。现有的晶闸管芯片一般包括硅片部分，设置在硅片上方和下方的两个金属层，硅片的上方还设置有隔离区，在硅片上方金属层上的门极区和阴极区，门极区和阴极区之间通过隔离区隔离。现有的单向晶闸管芯片产品经常在工作中被烧毁，导致电路被损坏而不能正常工作，已经不能满足高端市场的需求。因为现有的晶闸管大都存在着门极触发阴极发射区的导通面积小，芯片dl/dt耐量值不高，过电流承受能力差的问题。而且在高的dl/dt环境下，会使得电流集中在门极附近很小的区域内，使该区域的电流密度过大引起局部剧烈发热，该种发热引起器件温度上升和停止工作后的温度下降多次循环所造成的热应力会引起硅材料的晶格损伤，导致器件的门极区周边的阴极区容易被烧毁。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种高电流上升率的晶闸管芯片，能增加门极触发阴极发射区的导通面积，在不增加门极触发功率的条件下达到提高晶闸管的电流上升率di/dt值，同时能够防止门极区周边的阴极区烧毁。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种高电流上升率的晶闸管芯片，包括N型硅单晶片构成的长基区N，在长基区N的两侧设置有短基区P1、P2，在短基区P2上设置有阴极发射区、短路点和门极区；所述短基区Pl上设置有背面金属层，阴极发射区和门极区上设置有正面金属层；所述的门极区设置在阴极发射区的中心位置，在门极区和阴极发射区间设置有隔离环；所述靠近门极区的第一排短路点与隔离环的最小距离为0.5?2mm，第一排短路点间的距离为0.5?3mm。所述门极区包括用于焊接引线的焊接区以及与该焊接区相连的长条型延长区。
[0005]优选的，所述门极区为蝌蚪型结构；蝌蚪型头部为焊接区，身尾部为延长区。
[0006]进一步的，在短基区P1、P2上还焊接有用于保护芯片和方便焊接的保护电极，保护电极上设置有比隔离环大的通孔。
[0007]优选的，所述隔离环为二氧化硅保护的隔离环。
[0008]进一步的，所述背面金属层和正面金属层为自里向外依次设置由钛、镍、银层结合而成的金属层。
[0009]本发明的有益效果:蝌蚪形门极区设置在晶闸管芯片的中心位置，所述蝌蚪形门极区头部用于焊接引线的焊接区、身尾为门极的延长区，在晶闸管芯片大小，形状相同的情况下，本门极结构与传统结构相比能够在不增加触发功率的情况下有效提升晶闸管电流上升率2倍左右；同时解决芯片初始导通阶段发热量集中在门极窄小的周边，芯片容易烧毁的问题。通过对阴极对应长条形门极的第一圈短路点个数的优化设计，在提高电流上升率的同时，使得芯片的触发电流保持与传统的芯片结构的触发电流不变，从而保证了外部线路的触发功率可以不需改变，避免配套产品的变更。门极区设置成蝌蚪形能有效增加门极触发面积，阴极区和阳极区上分别设置保护电极能够更好的保护芯片，且方便焊接。
[0010]下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明的主视图。
[0012]图2为图1的A-A剖视图。
[0013]图3为本发明中保护电极的主视图。
【具体实施方式】
[0014]实施例，如图1至3所示，一种高电流上升率的晶闸管芯片，包括N型硅单晶片构成的长基区N，在长基区N的两侧设置有短基区P1、P2，在短基区P2上设置有阴极发射区1、短路点8和门极区2 ;所述短基区Pl上设置有背面金属层3，阴极发射区I和门极区2上设置有正面金属层4 ;所述的门极区2设置在阴极发射区I的中心位置，在门极区2和阴极发射区I间设置有隔离环5 ;所述门极区2包括用于焊接引线的焊接区21以及与该焊接区相连的长条型延长区22。
[0015]所述门极区2为蝌蚪型结构；蝌蚪型头部为焊接区21，身尾部为延长区22。
[0016]所述靠近门极区2的第一排短路点8与隔离环5的最小距离为0.5?2mm，第一排短路点间的距离为0.5?3mm。
[0017]在短基区P1、P2上还焊接有用于保护芯片和方便焊接的保护电极6，保护电极6上设置有比隔离环5大的通孔7。
[0018]所述隔离环5为二氧化硅保护的隔离环。
[0019]所述背面金属层3和正面金属层4为自里向外依次设置由钛、镍、银层结合而成的金属层。
[0020]所述高电流上升率的晶闸管芯片的制造方法，以耐压1200V产品为例，包括步骤如下:
[0021]1、硅单晶片要求:片厚440um，电阻率65-70.
[0022]2、硅片清洗。
[0023]3、激光打标芯片造型。
[0024]4、硼铝涂层扩散:扩散温度1255°C，时间30h，结深要求:70_90um。
[0025]5、氧化:温度1050°C，时间7小时，干湿干交替氧化。二氧化硅厚度大于10000埃。
[0026]6、光刻N+阴极区窗口:匀胶、前烘、光刻、显影、定影、坚膜、腐蚀、去胶。用本发明的专用N+阴极区窗口光刻版。
[0027]7、N+阴极区扩散:
[0028]a、预扩磷:温度1050°C，时间60分钟。
[0029]b、主扩磷:温度1180°C，时间120分钟。结深要求:15_20um，方块电阻1.5-1.8.
[0030]8、光刻电压槽窗口:匀胶、前烘、光刻、显影、定影、坚膜、腐蚀二氧化硅、混合酸腐蚀电压槽。
[0031]9、电压槽表面钝化:
[0032]a.玻璃粉的配制:配制玻璃粉溶剂:乙基纤维素:丁基卡比醇(2.5-3.5:100ml),玻璃粉浆料配制:玻璃粉溶剂:GP370玻璃粉(1: 2-3)，搅拌直至完全均匀后使用。
[0033]b.刮涂和烧结，烧结温度800°C，时间:5分钟。
[0034]10、光刻开窗蒸金属:包括以下工序，匀胶、前烘、光刻、显影、定影、坚膜、湿法腐蚀二氧化硅、去胶。
[0035]11、双面蒸发金属:蒸发钛、镍、银。厚度要求:钛2000埃，镍5000埃，银10000埃左右。
[0036]12、金属分离:匀胶、前烘、光刻、显影、定影、坚膜、湿法腐蚀金属、去胶。
[0037]13、合金:520°C，30分钟氢、氮保护合金。
[0038]14、芯片检测及划片:对芯片的 VDRM/VRRM/IDRM/IRRM/VGT/IGT/IH
[0039]等参数进行全检，划片采用激光划片机进行划切。划切速度:50mm/s.
[0040]15、芯片电极焊接:焊接温度:350°C.
[0041]16、台面二次保护:用406硅橡胶涂敷。
[0042]17、芯片终测:芯片参数进行全检。
[0043]18、芯片包装:用专用包装盒包装，入库。
【权利要求】
1.一种闻电流上升率的晶闸管芯片，包括N型娃单晶片构成的长基区N,在长基区N的两侧设置有短基区P1、P2，在短基区P2上设置有阴极发射区(I)、短路点(8)和门极区(2);所述短基区Pl上设置有背面金属层(3)，阴极发射区(I)和门极区(2)上设置有正面金属层(4);其特征在于:所述的门极区(2)设置在阴极发射区(I)的中心位置，在门极区(2)和阴极发射区(I)间设置有隔离环(5);所述靠近门极区(2)的第一排短路点(8)与隔离环(5)的最小距离为0.5?2mm，第一排短路点间的距离为0.5?3mm。所述门极区(2)包括用于焊接引线的焊接区(21)以及与该焊接区相连的长条型延长区(22)。
2.根据权利要求1所述的高电流上升率的晶闸管芯片，其特征在于:所述门极区(2)为蝌蚪型结构；蝌蚪型头部为焊接区(21)，尾部为延长区(22)。
3.根据权利要求1或2所述的高电流上升率的晶闸管芯片，其特征在于:在短基区P1、P2上还焊接有用于保护芯片和方便焊接的保护电极(6)，保护电极(6)上设置有比隔离环(5)大的通孔(7)。
4.根据权利要求1所述的高电流上升率的晶闸管芯片，其特征在于:所述隔离环(5)为二氧化硅保护的隔离环。
5.根据权利要求1所述的高电流上升率的晶闸管芯片，其特征在于:所述背面金属层(3)和正面金属层(4)为自里向外依次设置由钛、镍、银层结合而成的金属层。
【文档编号】H01L29/74GK104347686SQ201310325198
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年7月30日 优先权日:2013年7月30日
【发明者】王民安, 王日新, 汪杏娟, 叶民强, 黄富强, 项建辉 申请人:安徽省祁门县黄山电器有限责任公司