CN113066869B - 一种快恢复二极管芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了快恢复二极管芯片技术领域内的一种快恢复二极管芯片及其制备方法。该二极管芯片包括衬底和背面金属电极，衬底上设置有源区和终端区，衬底上还设置有若干个压敏电阻条，若干个压敏电阻条分布设置于终端区的外围，每个压敏电阻条两端均设有压敏条电极；衬底底面设置有凹槽，背面金属电极设置于凹槽内且位于源区正下方，压敏电阻条的正投影位于背面金属电极和凹槽内壁之间。该二极管芯片集成有压敏电阻条，压敏电阻条在工作时与快恢复源区有相似的工作环境，从而实现对二极管芯片工作时的压力监控。
Description
技术领域
本发明涉及快恢复二极管芯片技术领域，特别涉及一种快恢复二极管芯片及其制备方法。
背景技术
当前，功率半导体器件在电源转换领域的具有无可替代的作用，尤其是快恢复二极管芯片，受到了市场的广泛认可。现有的快恢复二极管芯片结构较为简单，一般由源区和终端组成，其作为重要的开关和续流器件，工作状态无法被直接监控。同时，由于现在封装方式和工作环境的多变性，除传统可靠性要求外，芯片在较为精密的设备应用时，对外界条件和自身性能的变化提出了监控的需求。
发明内容
本申请通过提供一种带压力感应功能的快恢复二极管芯片及其制备方法，在实现快恢复二极管芯片原本性能的基础上实现监控芯片应力状况的功能。
本申请实施例提供了一种快恢复二极管芯片，包括衬底和背面金属电极，所述衬底上设置有源区和终端区，所述衬底上还设置有若干个压敏电阻条，若干个所述压敏电阻条分布设置于所述终端区的外围，每个所述压敏电阻条两端均设有压敏条电极；所述衬底底面设置有凹槽，所述背面金属电极设置于所述凹槽内且位于所述源区正下方，所述压敏电阻条的正投影位于所述背面金属电极和所述凹槽内壁之间。
上述实施例的有益效果在于：压敏电阻条集成在快恢复芯片上，在工作时与快恢复源区有相似的工作环境，从而实现对二极管芯片工作时的压力监控；实现快恢复功能的源区背面金属电极不能延伸至压敏电阻条下方，且芯片背面通过光刻腐蚀形成凹槽，确保压敏电阻条在二极管芯片背面的空隙以保证其灵敏度，并且确保源区背面金属电极外接电路时不与压敏电阻条的压敏条电极形成通路。
在上述实施例基础上，本申请可进一步改进，具体如下：
在本申请其中一个实施例中，所述压敏电阻条共设置有四个，四个所述压敏电阻条分布于所述终端区外围，四个所述压敏电阻条相互连通形成惠斯通电桥结构。四个压敏电阻条由后续封装打线形成惠斯通电桥结构后接出，配合外电路实现桥臂阻值测定，再由压阻系数换算为压力值，从而对压力检测更灵敏。
在本申请其中一个实施例中，还包括正面金属电极，所述正面金属电极与所述压敏电阻条的压敏条电极绝缘。
在本申请其中一个实施例中，所述衬底为硅基衬底，所述硅基衬底为N型[100]晶向，所述压敏电阻条为在所述硅基衬底上构造的P型区，且所述P型区沿[110]或
晶向排布。芯片在N型[100]晶向的硅基半导体衬底上构造时，构造的P型电阻条在[110]和
上压阻系数最大，对称性好。
在本申请其中一个实施例中，所述背面金属电极下表面与所述衬底底面平行。源区背面金属电极尽量补平槽深以便焊接。
在本申请其中一个实施例中，终端区正面设置有钝化层，钝化层厚度范围：1～4μm。
本申请实施例还提供了一种快恢复二极管芯片的制备方法，包括以下步骤：
S1、在硅基衬底上光刻形成源区、终端区和压敏电阻条的窗口；再通过光刻注入杂质，形成源区和压敏电阻条；
S2、通过蒸发或者溅射方式淀积金属作为正面的欧姆接触金属层，通过光刻腐蚀的方式在各个压敏电阻条两端和源区形成独立的压敏条电极和正面金属电极；
S3、利用光刻刻蚀在硅基衬底背面形成凹槽；
S4、采用蒸发或者溅射等工艺方法实现背面欧姆接触金属的淀积，再经过光刻从而形成背面金属电极。
上述制备方法，在制备二极管芯片时，同步制备源区和压敏电阻条，以及同步制备压敏条电极和正面金属电极，从而不增加生产工序，提高效率，缩减成本。
在本申请其中一个实施例中，所述制备方法还包括以下步骤：
S5、将四个压敏电阻条以惠斯通电桥的方式打线连接，并在相同供电电流且不同压力情况下测试桥臂的电阻值并制作对应数据表格。
在本申请其中一个实施例中，所述步骤S1与S2之间还需要将铂或金等杂质源通过涂覆、蒸发或者溅射等方式附于硅基衬底正面或者背面上，并把清洗后的硅片放入温度800～1100℃扩散炉中进行替位掺杂。从而形成少子复合中心以控制少子寿命。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1.压敏电阻条集成在快恢复芯片上，在工作时与快恢复源区有相似的工作环境，从而实现对二极管芯片工作时的压力监控；
2.通过凹槽确保压敏电阻条在二极管芯片背面的空隙，从而保证压敏电阻条的灵敏度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的正面结构示意图；
图2为本发明的截面结构示意图；
其中，1.硅基衬底、2.源区、3.终端区、4.正面金属电极、5.背面金属电极、6.压敏电阻条、61.压敏条电极、7.凹槽。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“外周面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本发明描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
实施例一：
如图1-2所示，一种快恢复二极管芯片，包括硅基衬底1、源区2、终端区3、正面金属电极4、背面金属电极5和四个压敏电阻条6；源区2、终端区3、压敏电阻条6均设置于硅基衬底1上，终端区3正面设置有钝化层，钝化层厚度范围为1～4μm，四个压敏电阻条6间隔均布于终端区3的外围，每个压敏电阻条6两端均设有压敏条电极61，四个压敏电阻条6由后续封装打线形成惠斯通电桥结构后接出，配合外电路实现桥臂阻值测定，再由压阻系数换算为压力值；正面金属电极4与压敏电阻条6的压敏条电极61绝缘，芯片底面设置有凹槽7，凹槽7内设置有背面金属电极5，背面金属电极5位于源区2正下方，压敏电阻条6的正投影位于背面金属电极5和凹槽7内壁之间，确保压敏电阻条6在二极管芯片背面的空隙以保证其灵敏度，且确保源区2背面金属电极5外接电路时不与压敏电阻条6的压敏条电极61形成通路，背面金属电极5下表面与硅基衬底1底面平行，源区2背面金属电极5尽量补平槽深以便后续焊接。
上述硅基衬底1为N型[100]晶向的，压敏电阻条6为在所述硅基衬底上构造的P型区，且沿[110]和
晶向分布。
实施例二：
如图1-2所示，一种快恢复二极管芯片的制备方法，包括以下步骤：
S1、在[100]晶向的N型硅基衬底1上生长初始的钝化层，此钝化层经过光刻后会形成源区2、终端区3和压敏电阻条6的窗口，硅基衬底1为硅单晶外延或三扩片；再通过光刻注入B杂质，之后放入扩散炉中进行高温推进，形成源区2和压敏电阻条6的P阱，P阱深度主要取决于器件的功能参数设计，一般来说在3-20μm；再用光刻刻蚀方式将终端区3图案打开，通过离子注入或气源扩散等方式形成终端的纵向结构；再将铂或金等杂质源通过涂覆、蒸发或者溅射等方式附于硅片正面或者背面上，把清洗后的硅片放入温度800～1100℃扩散炉中进行替位掺杂，形成少子复合中心以控制少子寿命；
S2、通过蒸发或者溅射方式淀积金属作为正面的欧姆接触金属层，通过光刻腐蚀的方式在各个压敏电阻条6两端和源区2形成独立的压敏条电极61和正面金属电极4；
S3、将硅基衬底1背面采用砂轮、化学腐蚀等方法，将硅片减薄到需要的厚度，再将正面贴膜保护，利用光刻刻蚀在背面形成5μm以下的凹槽7；
S4、采用蒸发或者溅射等工艺方法实现背面欧姆接触金属的淀积，再经过光刻从而形成背面金属电极5；
S5、将四个压敏电阻条6以惠斯通电桥的方式打线连接，并在相同供电电流且不同压力情况下测试桥臂的电阻值并制作对应数据表格。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
1.压敏电阻条集成在快恢复芯片上，在工作时与快恢复源区有相似的工作环境，从而实现对二极管芯片工作时的压力监控；
2.通过凹槽确保压敏电阻条在二极管芯片背面的空隙，从而保证压敏电阻条的灵敏度。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种快恢复二极管芯片，包括衬底和背面金属电极，所述衬底上设置有源区和终端区，其特征在于：所述衬底上还设置有若干个压敏电阻条，若干个所述压敏电阻条分布设置于所述终端区的外围，每个所述压敏电阻条两端均设有压敏条电极；所述衬底底面设置有凹槽，所述背面金属电极设置于所述凹槽内且位于所述源区正下方，所述压敏电阻条的正投影位于所述背面金属电极和所述凹槽内壁之间，所述压敏电阻条用以实现对二极管芯片工作时的压力监控。
2.根据权利要求1所述的快恢复二极管芯片，其特征在于：所述压敏电阻条共设置有四个，四个所述压敏电阻条分布于所述终端区外围，四个所述压敏电阻条相互连通形成惠斯通电桥结构。
3.根据权利要求2所述的快恢复二极管芯片，其特征在于：还包括正面金属电极，所述正面金属电极与所述压敏电阻条的压敏条电极绝缘。
4.根据权利要求3所述的快恢复二极管芯片，其特征在于：所述衬底为硅基衬底，所述硅基衬底为N型[100]晶向，构造所述压敏电阻条的P型区沿[110]和
晶向布置。
5.根据权利要求4所述的快恢复二极管芯片，其特征在于：所述背面金属电极下表面与所述衬底底面平行。
6.根据权利要求4所述的快恢复二极管芯片，其特征在于：所述终端区正面设置有钝化层，所述钝化层厚度范围：1～4μm。
7.一种如权利要求4-6任一所述的快恢复二极管芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在所述硅基衬底上光刻形成所述源区、终端区和压敏电阻条的窗口；再通过光刻注入杂质，形成所述源区和压敏电阻条；
S2、通过蒸发或者溅射方式淀积金属作为正面的欧姆接触金属层，通过光刻腐蚀的方式在各个所述压敏电阻条两端和所述源区形成独立的所述压敏条电极和所述正面金属电极；
S3、利用光刻刻蚀在硅基衬底背面形成所述凹槽；
S4、采用蒸发或者溅射工艺方法实现背面欧姆接触金属的淀积，再经过光刻从而形成所述背面金属电极。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S5、将四个所述压敏电阻条以惠斯通电桥的方式打线连接，并在相同供电电流且不同压力情况下测试桥臂的电阻值并制作对应数据表格。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1与S2之间还需要将铂或金杂质源通过涂覆、蒸发或者溅射方式附于所述硅基衬底正面或者背面上，并把清洗后的所述硅基衬底放入温度800～1100℃扩散炉中进行替位掺杂。
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| CN113066869A (zh) | 2021-07-02 |
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