[实用新型]一种晶闸管芯片及晶闸管

说明书

本实用新型公开了一种晶闸管芯片和晶闸管，其中所述芯片包括，位于阳极P型层之上的N型基区及P型基区；位于所述P型基区上表面内的阴极N型区；位于所述阴极发射N型区之上的阴极金属；位于所述P型基区表面之上放大门极金属及中心门极金属；位于放大门极金属之上指定厚度的第一介质薄膜层；及所述阳极P型层之下的阳极金属。本实用新型无需传统结构来实现放大门级悬空，即可达到封装时放大门级与阴极隔离的目的，并能提高耐受di/dt的能力，有利于提升晶闸管性能，延长使用寿命，降低了工艺复杂程度，降低了工艺成本。

技术领域

本实用新型涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种晶闸管芯片及晶闸管。

背景技术

电流等级大于300A、电压等级大于1200V的大功率晶闸管分立器件，普遍采用的平板式封装结构如图1所示，从上至下依次是管盖1、上钼片2、晶闸管芯片3、下钼片4、管座15，封装过程再施加几十千牛的力将上述部件压紧。

晶闸管芯片3是一种三端四层的半导体器件，如图2所示，传统晶闸管的三端分别是阳极金属31、阴极金属32、门极金属33(包括放大门极金属34)，四层分别是：深扩散层的阳极P型层35、低阻N型基区36，深扩散层的P型基区37，扩散形成高浓度的阴极N型区38，在阳极P型层35和阴极N型区38区上引出欧姆接触式的金属电极分别做阳极、阴极的端子，P型基区37引出欧姆接触式的金属电极做门极。

晶闸管芯片存在三个电极：阳极、阴极和门极，给门阴极之间加一个正的触发信号，可以控制晶闸管的导通。门极和阴极处于同一面，两者表面需要覆盖金属薄膜，金属薄膜引出电极和实现欧姆接触，门极金属层和阴极金属层必须隔离。如图3所示，门阴极面结构示意图，通常大功率晶闸管分中心门级和放大门级，中心门极通过门极组件与外界触发电路连接，放大门极可以降低开通时间，降低开通电流，提高开通di/dt等。如图1所示，中心门极通过上钼片的开孔实现与阴极的隔离，放大门极则需要特殊的结构实现与阴极的隔离。

现有技术实现放大门极与阴极隔离的结构及制作方法主要有以下三种：

1)阴极金属32厚度为30um，放大门极金属34厚度为10um，放大门极金属34与阴极金属32存在的高度差为20um。封装时上钼片2是一块平整的钼片，厚度为3mm，放大门极金属与阴极金属存在的高度差使放大门极悬空，实现放大门极与阴极隔离，如图4所示。实现此结构的制作方法为：硅片进行扩散实现阳极P型层35、P型基区37、阴极N型区38的掺杂→蒸发/溅射在硅片阴极面上淀积一层20μm金属层→光刻工艺留出中心门极和阴极的金属层→蒸发/溅射在硅片阴极面上淀积一层10μm金属层→光刻工艺留出中心门极、阴极和放大门极的金属层，实现如4所示的结构。

缺点是工艺过程复杂，门阴极容易短路。

2)硅片层放大门极和阴极存在高度差20um，金属层高度一致，封装时上钼片是一块平整的钼片厚度3mm，放大门极悬空。硅片进行铝扩散形成阳极P型层35和P型基区37→放大门极区化学湿法挖槽工艺挖出20μm深的槽→蒸发/溅射在硅片阴极面上淀积一层20μm金属层→光刻工艺流出中心门极、放大门极和阴极金属层如图5所示，通过对放大门极区域的硅进行一次光刻和化学腐蚀，淀积一次金属层和一次光刻实现。

缺点是工艺过程复杂，门阴极容易短路。

3)放大门极、阴极的硅片层和金属层度高度一致都为30μm，封装时上钼片有与管芯放大门极图形一致的通孔槽或盲孔槽，钼片厚度3mm，盲孔开槽1mm。放大门极悬空。硅片进行扩散实现阳极P型层35、P型基区37、阴极N型区38的掺杂→蒸发/溅射在硅片阴极面上淀积一层30μm金属层→光刻工艺留出中心门极、放大门极、阴极的金属层→钼片朝向晶闸管管芯面开出与放大门极图形一致的1mm深的槽。如图6所示。通过上钼片开出与放大门极图形一致的盲孔槽或通孔槽实现。

缺点是成本高，上钼片的图形需与管芯上的图形对准，装配麻烦，门阴极容易短路。