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一種晶閘管芯片、晶閘管及其制作方法

專利號(hào)
CN111883587B
公開(kāi)日期
2025-04-29
申請(qǐng)人
株洲中車時(shí)代半導(dǎo)體有限公司(湖南省株洲市石峰區(qū)田心高科園半導(dǎo)體三線辦公大樓三樓309室)
發(fā)明人
王東東; 王政英; 姚震洋; 高軍; 銀登杰; 郭潤(rùn)慶; 劉軍
IPC分類
H10D18/00; H10D18/01; H01L23/373
技術(shù)領(lǐng)域
陰極,晶閘管,金屬,薄膜,dlc,放大,陽(yáng)極,芯片,工藝,厚度
地域: 湖南省 湖南省株洲市

摘要

本發(fā)明公開(kāi)了一種晶閘管芯片及其制作方法,其中所述芯片包括,位于陽(yáng)極P型層之上的N型基區(qū)及P型基區(qū);位于所述P型基區(qū)上表面內(nèi)的陰極N型區(qū);位于所述陰極發(fā)射N型區(qū)之上的陰極金屬;位于所述P型基區(qū)表面之上放大門極金屬及中心門極金屬;位于放大門極金屬之上指定厚度的第一介質(zhì)薄膜層;及所述陽(yáng)極P型層之下的陽(yáng)極金屬。本發(fā)明無(wú)需傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)放大門級(jí)懸空,即可達(dá)到封裝時(shí)放大門級(jí)與陰極隔離的目的,并能提高耐受di/dt的能力,有利于提升晶閘管性能,延長(zhǎng)使用壽命,降低了工藝復(fù)雜程度,降低了工藝成本。

說(shuō)明書

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[0022] 所述放大門極金屬與所述陰極金屬厚度相同,所述第一介質(zhì)薄膜層厚度遠(yuǎn)小于所述放大門極金屬和所述陰極金屬厚度。 [0023] 在本發(fā)明的實(shí)施例中, [0024] 所述第一介質(zhì)薄膜包括DLC薄膜、氮化硅或氧化硅薄膜中至少一種。 [0025] 在本發(fā)明的實(shí)施例中, [0026] 在未被陰極金屬、放大門極金屬和中心門極金屬覆蓋的P型基區(qū)上表面還設(shè)置有指定厚度的第二介質(zhì)薄膜層,第二介質(zhì)薄膜層厚度遠(yuǎn)小于所述放大門極金屬和所述陰極金屬厚度,所述第二介質(zhì)薄膜包括DLC薄膜。 [0027] 在本發(fā)明的實(shí)施例中, [0028] 所述第一介質(zhì)DLC薄膜層的指定厚度設(shè)置為20~300nm; [0029] 所述第二介質(zhì)薄膜層的指定厚度設(shè)置為20~500nm; [0030] 所述芯片總厚度設(shè)置為1.2mm; [0031] 所述放大門極金屬與所述陰極金屬厚度設(shè)置為30μm; [0032] 所述N型基區(qū)的載流子濃度設(shè)置為1013cm?3; [0033] 所述陽(yáng)極P型層和P型基區(qū)為鋁元素?fù)诫s,載流子濃度設(shè)置為1014cm?3~1016cm?3; [0034] 所述陰極N型區(qū)為磷元素?fù)诫s,載流子濃度設(shè)置為1019cm?3; [0035] 所述陽(yáng)極金屬、陰極金屬和門極金屬材質(zhì)為鋁。 [0036] 本發(fā)明還提供了一種晶閘管, [0037] 包括以上內(nèi)容中任一項(xiàng)的晶閘管芯片。 [0038] 本發(fā)明還提供了一種晶閘管芯片的制作方法,包括以下步驟: [0039] 同步在N型襯底下表面及上表面分別形成陽(yáng)極P型層和P型基區(qū); [0040] 在所述P型基區(qū)部分區(qū)域內(nèi)形成上表面與所述P型基區(qū)上表面齊平的陰極N型區(qū),其中所述陰極N型區(qū)包括陰極發(fā)射N型區(qū)和門極N型區(qū); [0041] 同步在所述陰極發(fā)射N型區(qū)、P型基區(qū)、門極N型區(qū)之上以及在所述陽(yáng)極P型層之下形成歐姆接觸電極金屬,其中,在所述陰極發(fā)射N型區(qū)之上形成顯露部分所述陰極發(fā)射N型區(qū)上表面的陰極金屬,在所述P型基區(qū)表面之上形成同時(shí)與所述P型基區(qū)和所述門極N型區(qū)接觸的放大門極金屬,在所述P型基區(qū)上表面之上形成不與所述門極N型區(qū)接觸的中心門極金屬,在所述陽(yáng)極P型層之下形成陽(yáng)極金屬; [0042] 在所述放大門極金屬之上通過(guò)沉積工藝形成指定厚度的第一介質(zhì)薄膜層。 [0043] 在本發(fā)明的實(shí)施例中, [0044] 所述沉積工藝包括化學(xué)氣相沉積工藝、物理氣相沉積工藝、離子束沉積工藝、過(guò)濾式真空陰極弧工藝、脈沖激光沉積工藝、磁控濺射工藝,其中所述化學(xué)氣相沉積工藝包括PECVD工藝; [0045] 在未被陰極金屬、放大門極金屬和中心門極金屬覆蓋的P型基區(qū)上表面還設(shè)置有指定厚度的第二介質(zhì)薄膜層。 [0046] 在本發(fā)明的實(shí)施例中, [0047] 所述放大門極金屬與所述陰極金屬厚度相同; [0048] 所述第一介質(zhì)薄膜層厚度、第二介質(zhì)薄膜層厚度均遠(yuǎn)小于所述放大門極金屬和所述陰極金屬厚度; [0049] 所述第一介質(zhì)薄膜包括DLC薄膜、氮化硅或氧化硅薄膜中至少一種; [0050] 所述第二介質(zhì)薄膜包括DLC薄膜。 [0051] 在本發(fā)明的實(shí)施例中, [0052] 所述第一介質(zhì)DLC薄膜層的指定厚度設(shè)置為20~300nm; [0053] 所述第二介質(zhì)薄膜層的指定厚度設(shè)置為20~500nm; [0054] 所述沉積DLC薄膜的所述PECVD工藝參數(shù)包括如下設(shè)置: [0055] 沉積腔體抽真空氣壓設(shè)置為10?6Pa; [0056] 烷烴類氣體流量范圍設(shè)置為0~500sccm; [0057] 沉積腔體內(nèi)壓強(qiáng)范圍設(shè)置為0~66.5Pa; [0058] 射頻源設(shè)置為13.56MHz; [0059] 沉積工藝時(shí)間范圍設(shè)置為3~10分鐘; [0060] 沉積工藝過(guò)程中保持所述芯片溫度恒定,且沉積工藝中所述芯片溫度≤300℃。 [0061] 本發(fā)明提供了一種晶閘管的制作方法,包括以上內(nèi)容中中任一項(xiàng)的晶閘管芯片的制作方法。 [0062] 與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可以具有如下優(yōu)點(diǎn): [0063] 1、本發(fā)明通過(guò)將DLC(類金剛石)薄膜材料應(yīng)用于晶閘管結(jié)構(gòu),無(wú)需金屬層高度差、或硅片層高度差、或鉬片開(kāi)槽的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)放大門級(jí)懸空,即可達(dá)到封裝時(shí)放大門級(jí)與陰極隔離的目的。 [0064] 2、采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)后,中心門級(jí)、放大門級(jí)、陰極金屬層高度一致,鉬片是一塊完整平整的鉬片,降低了放大門級(jí)與陰極金屬層之間存在沾污、氣體擊穿,鉬片圖形與管芯圖形錯(cuò)位等造成的門陰極短路并進(jìn)一步造成晶閘管失效的風(fēng)險(xiǎn),提升了放大門級(jí)與陰極隔離效果,有利于提升晶閘管性能,延長(zhǎng)使用壽命。 [0065] 3、采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)后,減少了淀極或刻蝕金屬層工藝步驟,或減少了刻蝕硅片工藝,或減少了鉬片開(kāi)槽工藝,降低了工藝復(fù)雜程度,降低了工藝成本。

權(quán)利要求

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在所述P型基區(qū)部分區(qū)域內(nèi)形成上表面與所述P型基區(qū)上表面齊平的陰極N型區(qū),其中所述陰極N型區(qū)包括陰極發(fā)射N型區(qū)和門極N型區(qū); 同步在所述陰極發(fā)射N型區(qū)、P型基區(qū)、門極N型區(qū)之上以及在所述陽(yáng)極P型層之下形成歐姆接觸電極金屬,其中,在所述陰極發(fā)射N型區(qū)之上形成顯露部分所述陰極發(fā)射N型區(qū)上表面的陰極金屬,在所述P型基區(qū)表面之上形成同時(shí)與所述P型基區(qū)和所述門極N型區(qū)接觸的放大門極金屬,在所述P型基區(qū)上表面之上形成不與所述門極N型區(qū)接觸的中心門極金屬,在所述陽(yáng)極P型層之下形成陽(yáng)極金屬; 在所述放大門極金屬之上通過(guò)沉積工藝形成指定厚度的第一絕緣介質(zhì)薄膜層; 在所述放大門極金屬之上、以及所述陰極金屬之上形成鉬片; 所述放大門極金屬與所述陰極金屬厚度相同,所述第一絕緣介質(zhì)薄膜層厚度遠(yuǎn)小于所述放大門極金屬、所述陰極金屬和所述鉬片的厚度,且遠(yuǎn)小于所述放大門極金屬、所述陰極金屬和所述鉬片的公差,可達(dá)到所述放大門極金屬和所述陰極金屬隔離的目的,也可達(dá)到所述陰極金屬與所述鉬片接觸的目的。 7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法,其特征在于, 所述沉積工藝包括化學(xué)氣相沉積工藝、物理氣相沉積工藝、離子束沉積工藝、過(guò)濾式真空陰極弧工藝、脈沖激光沉積工藝、磁控濺射工藝,其中所述化學(xué)氣相沉積工藝包括PECVD工藝; 在未被陰極金屬、放大門極金屬和中心門極金屬覆蓋的P型基區(qū)上表面還設(shè)置有指定厚度的第二介質(zhì)薄膜層。 8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其特征在于, 所述第二介質(zhì)薄膜層的厚度遠(yuǎn)小于所述放大門極金屬和所述陰極金屬厚度;所述第二介質(zhì)薄膜層的指定厚度設(shè)置為20~500nm;所述放大門極金屬與所述陰極金屬厚度設(shè)置為 30μm; 所述第一絕緣介質(zhì)薄膜層包括DLC薄膜、氮化硅或氧化硅薄膜中至少一種; 所述第二介質(zhì)薄膜層包括DLC薄膜。 9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法,其特征在于, 所述第一絕緣介質(zhì)薄膜層的指定厚度設(shè)置為20~300nm; 所述沉積DLC薄膜的所述PECVD工藝參數(shù)包括如下設(shè)置: ?6 沉積腔體抽真空氣壓設(shè)置為10 Pa; 烷烴類氣體流量范圍設(shè)置為0~500sccm; 沉積腔體內(nèi)壓強(qiáng)范圍設(shè)置為0~66.5Pa; 射頻源設(shè)置為13.56MHz; 沉積工藝時(shí)間范圍設(shè)置為3~10分鐘; 沉積工藝過(guò)程中保持所述芯片溫度恒定,且沉積工藝中所述芯片溫度≤300℃。 10.一種晶閘管的制作方法,其特征在于, 包括權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)的晶閘管芯片的制作方法。
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