专利名称：门极灵敏触发单向可控硅芯片及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体芯片，尤其涉及一种门极灵敏触发单向可控硅芯 片及其生产方法。
背景技术：
门极灵敏触发单向可控硅重要的一个特性是使用时需要的门极触发信号
很小， 一般它的触发电流1。t的指标为《200uA，市场上销售的产品Ist—般在 5-40uA。 (1)在制造工艺中存在一个"触发电流Igt—致性差，受控性差"的
难题在制造过程中每一批产品的L离散性很大，批与批之间的重复性也很
差；当客户要求I。—20-40uA或I。t二30-50uA或L^40-60uA的产品时，生产厂 家不能满足要求；而客户最喜欢的是ICT=20-40uA或1^二30-50uA或ICT=40-60uA 的产品。(2)有很多用途需要ICT=40-60uA和ICT=60-80uA的产品，目前的情 况是不能满足要求的。(3)存在一个使用环境的限制问题Ist随温度的升高 而减小，随温度的降低而增大，这就在使用时有了一个温度的限制，生产厂 家一般给出的结温Tj在-4(TC ll(TC，客户控制的使用温度(壳温)范围一 般在-2(TC 65'C;这个使用温度范围还不够宽，限制了使用。(4)目前国内、 国外制做灵敏触发单向可控硅芯片时，门极(G)和阴极(K)之间都没有电 阻，需要使用者在使用时外加电阻。
发明内容
本发明的目的是提供一种门极灵敏触发单向可控硅芯片，提高了产品的
温度特性，改善了触发电流IST的批一致性。
本发明的另一目的是提供生产门极灵敏触发单向可控硅芯片的方法，该 方法工艺简单，加工方便，并改善了产品的性能。 本发明采用的技术方案是
门极灵敏触发单向可控硅芯片，包括门极电极G、阴极电极K、阳极电极
A、 W发射区、N型长基区、P型短基区和P型阳极区，所述芯片周围蚀刻有外 沟槽，在芯片内部设有一段内沟槽，所述内沟槽与外沟槽之间构成一个长条 形的电阻臂，所述电阻臂利用N+发射区下的P型短基区形成一个阻值较大的 扩散电阻Rgk,所述扩散电阻R。k的一端通过芯片的内引线与门极电极G连接， 另一端通过芯片的内引线与阴极电极K连接。 所述扩散电阻Rgk的阻值为2 40K Q 。
该内沟槽从N+发射区的上表面开起，穿过P型短基区、开至N型长基区 层内。
所述内沟槽深度为65 85um。
一种生产门极灵敏触发单向可控硅芯片的方法，该方法包括以下步骤 硅片抛光、氧化、双面光刻对通隔离扩散窗口、对通隔离扩散、P型短基区扩 散、光刻W发射区窗口、 N+发射区扩散、光刻沟槽窗口、腐刻沟槽、玻璃钝化、 光刻引线孔、正面蒸铝膜、反刻铝电极、合金、背面喷砂、背面蒸镀电极、 芯片测试和锯片，在腐刻沟槽步骤中还在芯片内部蚀刻了一个长形沟槽形式 的内沟槽，使所述内沟槽与外沟槽之间构成一个长条形的电阻臂。
该内沟槽从N+发射区的上表面开起，穿过P型短基区、开至N型长基区层内。
所述内沟槽深度为65 85um。本发明在N+发射区下的P型短基区内制做了一个较大阻值(2KQ 40KQ)的"扩散电阻R(3K"，这个电阻的一端通过芯片的内引线连接在门极 电极G上、另一端通过芯片的内引线连接在阴极电极K上；为了实现这个较 大阻值(2KQ 40KQ)的扩散电阻，在芯片内部的一侧用"挖内沟槽法"制 做了一个"电阻臂"；通过调整这个"电阻臂"的宽度和长度可以调整"扩散
电阻R(3K"的阻值，达到调整触发电流lc3T的目的；
本发明的原理是利用短基区扩散层的次表面层形成G-K间较大的横向 扩散电阻RcK，当可控硅的门极和阴极间加电流L时，在RoK上产生一个电压降 VR，只有当V^P-N结的门坎电压VT时，可控硅才会触发；RsK处在N+发射区下 的P型短基区内，极大的提高了可控硅的开通速度。
"扩散电阻IV'的阻值的测量条件和阻值范围K极接正电位、G极接负 电位，在K禾n G之间加2 12V的直流电压VKe，测量流过K、 G的直流电流IKC， RSK=VK(;/ IKS，如图4所示； 也可以G极接正电位、 K极接负电位，在G和K之间加O. 1 0. 5V的直流 电压V吣测量流过G、 K的直流电流I。k， Rc^VcV Ick。
为能蚀刻出内沟槽并与外沟槽之间形成电阻臂，电阻臂利用N+发射区下的 P型短基区形成一个阻值较大的扩散电阻R吣本发明还采用了一种带有"电 阻臂"的光刻掩膜版第一层为刻蚀对通隔离扩散窗口的正面掩膜版，第二 层为刻蚀对通隔离扩散窗口的背面掩膜版，第三层为刻蚀阴极区扩散窗口的 掩膜版，第四层为刻蚀沟槽窗口的掩膜版，第五层为刻蚀引线孔窗口的掩膜
版，第六层为反刻铝电极的掩膜版。同时采用了重量比HF:冰醋酸HN03=1:
1: (4 6)的腐蚀液，其中HF是浓度为42%的溶液，冰醋酸(CH3C00H)是
纯的，朋03是浓度为67%的溶液。
本发明中ROK数值的计算方法
a、由短基区的Rs和Xjc计算出短基区的平均电导率o =1/Rs Xjc;
b 、查《硅扩散层表面杂质浓度与扩散层平均电导率的关系曲线》得出
短基区的表面浓度ns;
c 、算出N+发射区的Xje和Xjc的比值Xje/Xjc;
d、 由Ns、 Xje/Xjc的值查《硅扩散层表面杂质浓度与扩散层平均电导率 的关系曲线》得出N+发射区下的短基区的次表面层平均电导率o '，
e、 由次表面层平均电导率a'=l/Rs'(Xjc—Xje)算出N+发射区下的短基区 的次表面层的薄层电阻Rs'，
f、 RgK=Rs' X (Hl+3/4.nR) /S。
g、 由RoK的要求值计算出版图横向结构中的Hl、 R、 S值。 本发明的门极灵敏触发单向可控硅的优点
1 、在可控硅的门极电极G和阴极电极K之间增加了 一个较大阻值的电阻， 客户在使用时可以省掉一个电阻，方便了客户。
2、 产品的温度特性提高了使客户的实际使用温度范围增大了，可以在 壳温为-40 90°范围内使用。
3、 触发电流IsT的批一致性特别好，同一批产品(300个圆片)可以将Ict 的范围控制在20uA之内(即同一批产品的ICTfflM-ICT in <20uA)。
4、 IeT的批重复性特别好，批与批之间的产品，可以将IeT的范围控制在
20uA之内(即批与批之间产品的IGTmax-ICTfflin <20uA)。
5、 能方便的生产L^40-60uA或I^60-80uA或If80-100uA的产品，满
足了客户的需求。
本发明生产门极灵敏触发单向可控硅芯片的方法，工艺简单，生产加工 比较方便，并提高了产品的性能。
图1为本发明的横向结构示意图一。
图2为本发明的纵向结构示意图一。
图3为本发明的线路符号图。
图4为ReK的伏-安特性。
图5为本发明的横向结构示意图二。
图6为本发明的纵向结构示意图二。
图中1、门极电极G， 2、阴极电极K， 3、阳极电极A， 4、 N+发射区，5、 N型长基区，6、 P型短基区，7、 P型阳极区，8、外沟槽，9、电阻臂，10、 扩散电阻Rw 11、内引线，12、内沟槽、13、 N+型发射区下的短基区Rs'， 14、阴极扩散区，15、扩散电阻连接点。
具体实施例方式
如图1至6所示，本发明的门极灵敏触发单向可控硅芯片，包括门极电 极G1、阴极电极K2、阳极电极A3、 ^发射区4、 N型长基区5、 P型短基区6 和P型阳极区7，所述芯片周围蚀刻有外沟槽8，在芯片内部设有一段内沟槽 12，内沟槽12从N+发射区的上表面开起、穿过P型短基区、开到N型长基区 5层内，所述内沟槽12与外沟槽8之间构成一个长条形的电阻臂9，所述电 阻臂9利用K发射区4下的P型短基区6形成一个阻值较大的扩散电阻ReK10， 所述扩散电阻ReKlO的一端通过芯片的内引线11与门极电极G1连接，另一端
通过芯片的内引线11与阴极电极K2连接。扩散电阻RsK的阻值为2 40KQ， 它为W发射区下的P型短基去的电阻+电阻臂9的电阻，电阻臂9是内沟槽 与外槽之间的一段长窄条。所述构成电阻臂9的内沟槽12深度为65 85um。 本发明生产门极灵敏触发单向可控硅芯片的方法，
1. 硅单晶片要求P=35-40-45 Q*cm， 硅单晶片厚度t=270±5咖。
2. 硅片化学腐蚀及抛光抛光后的硅片厚度t二220土5 um。
3. 氧化T二1120土20。C， t=8.0±lh，要求氧化层厚度=1. 3-1. 5um。
4. 双面光刻对通隔离扩散窗口利用双面光刻机，先对准上、下两块光刻版，
将硅片置于两块光刻版的中间，同时曝光。
5. 对通隔离扩散
予沉积T二1070土20。C, t=2.0±0.2h， R口二4. 5±0. 8 Q/口 再分布T二1270士10。C， t=136±12h， Xj=115-125um
6. P型短基区扩散予沉积T二930士10。C， t=1.0±0.2h， R口^50土2Q/口
再分布T二1250士10。C， t=36±6h， Xj=35±3um， RO220士20Q/口
7. 光刻N+发射区窗口用K区版进行光刻
8. N+发射区扩散
予沉积T二1070士20。C， t二1.5土0.2h， ROl. 2±0. 2 Q/□ 再分布T二1220士10。C， t=4±lh， Xj=16-26um
9. 光刻沟槽窗口用刻槽版进行光刻，但背面要匀胶保护。
10. 化学腐蚀沟槽腐刻沟槽步骤中在芯片内部蚀刻了一个长形沟槽形式的 内沟槽12，芯片周围蚀刻有外沟槽8，使所述内沟槽12与外沟槽8之间构成 一个长条形的电阻臂9。腐蚀液用HF:冰乙酸HN03=1: 1: (4-6)，该内沟
槽12从If发射区4的上表面开起，穿过P型短基区6、井至N型长基区5层 内。该内沟槽深度要求二65-85um。 HF是浓度为42%的溶液，冰醋酸(CH3C00H) 是纯的，朋03是浓度为67%的溶液。
11. 玻璃钝化用GP350型玻璃粉，两层玻璃膜.
12. 光刻引线孔用刻引线孔版进行光刻
13. 正面蒸镀铝膜要求铝膜厚度=4. 0-5. 5um.
14. 反刻铝电极用反刻版进行光刻
15. 合金T=480±10°C， t=0.4±0. lh
16. 背面喷砂用W2(T金刚砂喷去8-10um.
17. 背面蒸镀电极用MARK50高真空电子束蒸发台蒸镀Ti-Ni-Ag， Ti膜厚-1000-1400 A。； Ni膜厚喵000-6000A。； Ag膜厚=1.4-1.8um。
18. 芯片测试用JUN0的自动测试台进行测试.测试V。RM、 V 、 IEB、 V, I剛、 I 、 IH、 L_、 Ict、 Vcr等参数，并对IGT进行分档。
19. 锯片锯透硅片并将蓝膜划切1/3厚度。
20. 芯片包装。
权利要求
1、门极灵敏触发单向可控硅芯片，包括门极电极G、阴极电极K、阳极电极A、N+发射区、N型长基区、P型短基区和P型阳极区，所述芯片周围蚀刻有外沟槽，其特征是在芯片内部设有一段内沟槽，所述内沟槽与外沟槽之间构成一个长条形的电阻臂，所述电阻臂利用N+发射区下的P型短基区形成一个阻值较大的扩散电阻RGK，所述扩散电阻RGK的一端通过芯片的内引线与门极电极G连接，另一端通过芯片的内引线与阴极电极K连接。
2、 根据权利要求l所述的门极灵敏触发单向可控硅芯片，其特征是所述 扩散电阻RsK的阻值为2 40KQ。
3、 根据权利要求1或2所述的门极灵敏触发单向可控硅芯片，其特征是 该内沟槽从N+发射区的上表面开起，穿过P型短基区、开至N型长基区层内。
4、 根据权利要求3所述的门极灵敏触发单向可控硅芯片，其特征是所述 内沟槽深度为65 85um。
5、 一种生产门极灵敏触发单向可控硅芯片的方法，该方法包括以下步骤 硅片抛光、氧化、双面光刻对通隔离扩散窗口、对通隔离扩散、P型短基区扩 散、光刻^发射区窗口、 N+发射区扩散、光刻沟槽窗口、腐刻沟槽、玻璃钝化、 光刻引线孔、正面蒸铝膜、反刻铝电极、合金、背面喷砂、背面蒸镀电极、 芯片测试和锯片，其特征是在腐刻沟槽步骤中还在芯片内部蚀刻了一个长形 沟槽形式的内沟槽，使所述内沟槽与外沟槽之间构成一个长条形的电阻臂。
6、 根据权利要求5所述的生产门极灵敏触发单向可控硅芯片的方法，其 特征是该内沟槽从N+发射区的上表面开起，穿过P型短基区、开至N型长基 区层内。
7、根据权利要求6所述生产门极灵敏触发单向可控硅芯片的方法，其特 征是所述内沟槽深度为65 85um。
全文摘要
本发明提供一种门极灵敏触发单向可控硅芯片，它提高了产品的温度特性，改善了触发电流I<sub>GT</sub>的批一致性。本发明还提供生产门极灵敏触发单向可控硅芯片的方法，该方法工艺简单，加工方便，并改善了产品的性能。门极灵敏触发单向可控硅芯片，包括门极电极G、阴极电极K、阳极电极A、N<sup>+</sup>发射区、N型长基区、P型短基区和P型阳极区，所述芯片周围蚀刻有外沟槽，其特征是在芯片内部设有一段内沟槽，所述内沟槽与外沟槽之间构成一个长条形的电阻臂，所述电阻臂利用N<sup>+</sup>发射区下的P型短基区形成一个阻值较大的扩散电阻R<sub>GK</sub>，所述扩散电阻R<sub>GK</sub>的一端通过芯片的内引线与门极电极G连接，另一端通过芯片的内引线与阴极电极K连接。
文档编号H01L21/332GK101339955SQ20081012260
公开日2009年1月7日 申请日期2008年6月16日 优先权日2008年6月16日
发明者沈卫群, 王成森, 薛治祥, 颜呈祥, 黄善兵, 黎重林 申请人:启东市捷捷微电子有限公司