[发明专利]用金属铝膜实现对通隔离扩散的晶闸管芯片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶闸管技术领域，更具体的说涉及一种单台面工艺的晶闸管、用于制造晶闸管的芯片及其制作方法。

背景技术

电力半导体器件晶闸管，主要包括外壳、芯片、框架三部分，其核心部分在于芯片，芯片的阳极焊接在框架上，芯片的门极和阴极分别通过导线连接到框架相应的管脚上，外壳起到保护芯片的作用。晶闸管芯片的制造方法按工艺分类可以分为：台面工艺和平面工艺，台面工艺又分为双台面工艺和单台面工艺；

1. 双台面工艺： 由于双台面工艺不采用隔离扩散，工艺相对简单。但是：①该结构的硅片在生产制造过程中容易破碎；②台面的钝化保护(半绝缘多晶硅SIPOS+玻璃钝化+低温氧化物LTO)所需成本较高及工艺控制难度较大；③硅片在使用砂轮划切的情况下其划切效率极低，且容易造成芯片破损。④芯片在封装制造过程中，粘片空洞率较大导致芯片可靠性降低，焊锡溢出至背面沟槽内导致反向电压失效，产品合格率降低。

2. 单台面工艺： 单台面工艺采用对通隔离技术形成隔离保护墙，隔离保护墙与芯片阳极相连，与阴极共用槽型台面实现正反向耐压。与此同时，隔离墙也是隔离相邻芯片的公共区域和划切区域，使得芯片在制造及封装过程中有效克服双面刻槽腐蚀法的缺点。

3. 平面工艺：与单台面工艺类似，平面工艺也采用对通隔离技术形成隔离保护墙，N型高阻区和场限环将隔离保护墙与P型主结隔离开(即结终端结构)，以实现正反向耐压。通常在结终端处表面刻蚀一个较浅的钝化槽，钝化槽内采用SIPOS+LTO(或氮化硅薄膜)+聚酰亚胺多层钝化工艺，有效确保产品良好的可靠性和一致性。

上述单台面工艺和平面工艺都需要隔离保护墙对芯片进行保护，目前，实现半导体功率器件对通隔离的方法有以下两种：浓硼隔离扩散法、激光穿孔法。但两种方法各自都存在不足之处：

⑴浓硼隔离扩散法：

①由于硼在硅中的杂质扩散系数很慢(扩散温度为1200~1300℃条件下：硼扩散系数约为1*10^-11cm²/S，而铝扩散系数约为8*10^-11cm²/S)，硅片的厚度只能限制在250um以下，这使得采用浓硼隔离扩散的器件只能实现1200V以下的耐压。

②浓硼隔离扩散的扩散温度较高，一般在1250℃~1300℃，扩散时间需要120-200小时。过高的扩散温度及过长的扩散时间使得产品的少子寿命缩短，还会造成扩散缺陷的增多，致使产品的稳定性、可靠性降低，漏电流增大。同时还造成生产周期过长、耗能高。

③浓硼隔离扩散造成对通隔离区杂质浓度偏高(一般表面浓度R_□≤10)，PN结耗尽层宽度降低，导致产品的反向阻断电压降低。

④浓硼隔离扩散的横向扩散较大，通常为扩散深度的80%，减小了芯片的有效面积，降低了产品的通态电流。

⑵激光穿孔法：

利用紫外激光束以一定的间距在芯片周围的隔离墙上垂直穿孔(激光孔直径可以调节)，达到加快隔离墙形成速度的目的。但是，该方法也有以下不足：

①单片硅片激光穿孔造型最少需要30分钟，特别是芯片版面较小的产品所需时间更长(达到1.5小时)，批量生产难度较大。后续经过抛光等工序加工，容易造成碎片，产品合格率低。

②激光孔的直径通常较小(直径一般为30-100um)，孔内残留的硅渣很难去除，容易造成污染，影响产品性能。

③由于隔离墙上设有垂直的激光孔，后续玻璃钝化保护时，玻璃填覆在激光孔内，芯片划切时容易造成玻璃膜裂纹，降低产品的合格率和可靠性。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种用于构成单台面工艺晶闸管的芯片，通过两种采用蒸发金属铝膜实现对通隔离的方法来制造该晶闸管芯片，进而利用该晶闸管芯片来生产一种成本低、生产周期短、耗能及污染少性能优越、稳定可靠的晶闸管。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供一种用于制造单台面工艺晶闸管的芯片；

该芯片用于制造单向晶闸管时，包含：

位于芯片中间的N型长基区N1，设置在N型长基区N1下侧的第一P型短基区P1，设置在N型长基区N1上侧的第二P型短基区P2；

设置在第二P型短基区P2上的第一扩磷区域N2，设置在第一扩磷区域N2上的阴极；设置在第二P型短基区P2上的门极；设置在第一P型短基区P1上的阳极；