一種半導(dǎo)體器件陰極結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型的名稱為一種半導(dǎo)體器件陰極結(jié)構(gòu)。屬于半導(dǎo)體器件【技術(shù)領(lǐng)域】。它主要是解決現(xiàn)有半導(dǎo)體器件陰極因放大門極漸開線指條太長而存在di/dt耐量低、門極控制開通均勻性差等缺點。它的主要特征是：所述的放大門極延長線指條包括呈輻射狀均勻分布的直線型內(nèi)指條和與其外端連接的V字型外指條，內(nèi)端插入并與放大門極圓環(huán)連接；直線型內(nèi)指條的兩個邊外指條對稱；各V字型外指條的外端點在所在的圓周上均勻分布；直線型內(nèi)指條、V字型外指條的夾角邊緣為圓形。本實用新型具有提高芯片有效利用面積、初始導(dǎo)通面積和陰極區(qū)開通均勻性的特點，廣泛應(yīng)用于電力半導(dǎo)體快快速晶閘管、脈沖晶閘管等快開通器件陰極圖形設(shè)計。
【專利說明】一種半導(dǎo)體器件陰極結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于半導(dǎo)體器件【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種功率半導(dǎo)體器件陰極結(jié)構(gòu)，尤其是一種應(yīng)用于電力半導(dǎo)體領(lǐng)域脈沖晶閘管器件、快速晶閘管器件、高頻晶閘管等的陰極結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]陰極圖形是各類晶閘管器件設(shè)計的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，對快開通類晶閘管尤其重要。陰極圖形的分布直接影響器件的動態(tài)參數(shù)，所以其圖形設(shè)計和排布必須科學(xué)合理。一般設(shè)計在對器件各項參數(shù)后設(shè)計出草樣，然后結(jié)合傳統(tǒng)設(shè)計經(jīng)驗確定最終圖形。設(shè)計圖形以掩膜版為載體，通過多次光刻工藝轉(zhuǎn)移到芯片表面，且劃分出相應(yīng)的門極和陰極區(qū)。
[0003]快速晶閘管或高頻晶閘管，陰極常采用條狀門極、工字形門極、漸開線門極或仿漸開線門極，此類門極的設(shè)置對陰極面相對均勻分布。應(yīng)用于中頻時，可基本滿足要求，但對于脈沖電流100KA以上，原陰極圖形設(shè)計的di/dt能力、強脈沖通流能力等動態(tài)特性已無法滿足器件要求。而提高晶閘管的開通脈沖能力，首先要提高脈沖晶閘管的開關(guān)速度、初始導(dǎo)通面積大小和導(dǎo)通均勻性，這樣可縮短晶閘管開通時間，但單純提高的放大門極延長線或枝條數(shù)量，如其分布的均勻性不夠好，將造成陰極面積的損失，同時將引起通態(tài)壓降、開關(guān)損耗等對于頻率特性至關(guān)重要的一系列動態(tài)特性參數(shù)的變化。
[0004]現(xiàn)有快開通器件產(chǎn)品充分考慮了器件的導(dǎo)通電流及時間，通過加長放大門極線，如圖1至圖4所示，使快開通晶閘管的放大門極呈現(xiàn)輻射狀，該輻射結(jié)構(gòu)可由多條漸開線構(gòu)成，雖在一定范圍內(nèi)提高了工作性能，但由于其放大門極漸開線指條太長，門極觸發(fā)導(dǎo)通過程中，放大門極條本身電阻限制了指條末端的開啟時間不均勻、di/dt耐量低、門極控制開通均勻性差等缺點。
[0005]脈沖類器件，往往在較短的開通時間內(nèi)，達到較高的脈沖峰值電流，因此開發(fā)一種高di/dt、適用各種尺寸和陰極開通更均勻的半導(dǎo)體器件陰極圖形成為當(dāng)前亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型解決的技術(shù)問題是采用提高放大門極延長線，提高初始導(dǎo)通面積，并使延長線所處陰極區(qū)周圍均勻分布結(jié)構(gòu)的陰極結(jié)構(gòu)。該陰極結(jié)構(gòu)及其排布方法提高了芯片的有效利用面積，提高各放大門極枝條開通的均勻性，有利于改善陰極距離中心門極遠(yuǎn)近帶來的開通差異，并便于加工。
[0007]本實用新型的技術(shù)解決方案是:一種半導(dǎo)體器件陰極結(jié)構(gòu)，包括陰極區(qū)域及分布在陰極區(qū)域上的陰極區(qū)短路點、以圓心為中心門極的同心圓環(huán)、以圓心為中心的放大門極圓環(huán)和放大門極延長線指條，其特征在于:所述的放大門極延長線指條包括呈輻射狀均勻分布的直線型內(nèi)指條；該直線型內(nèi)指條的一端插入并與放大門極圓環(huán)連接；直線型內(nèi)指條的另一端連接有V字型外指條，該V字型外指條的兩個邊外指條對稱，且均為呈鈍角夾角的兩段；各V字型外指條的外端點在所在的圓周上均勻分布；直線型內(nèi)指條、V字型外指條的夾角邊緣為圓形。
[0008]本實用新型的技術(shù)解決方案中所述的直線型內(nèi)指條數(shù)為4…12條。
[0009]本實用新型的技術(shù)解決方案中所述的直線型內(nèi)指條寬度大于V字型外指條寬度。
[0010]本實用新型的技術(shù)解決方案中所述的V字型外指條的兩個邊外指條夾角為30 - 160° ;每個邊外指條上的呈鈍角夾角為100 - 165°。
[0011]本實用新型的技術(shù)解決方案中所述的直線型內(nèi)指條數(shù)為8…12條。
[0012]本實用新型的技術(shù)解決方案還可以是:一種半導(dǎo)體器件陰極結(jié)構(gòu)，包括陰極區(qū)域及分布在陰極區(qū)域上的陰極區(qū)短路點、以圓心為中心門極的同心圓環(huán)、以圓心為中心的放大門極圓環(huán)和放大門極延長線指條，其特征在于:所述的放大門極延長線指條包括呈輻射狀均勻分布的直線型指條；該直線型指條的一端插入并與放大門極圓環(huán)連接；該直線型指條上疊加有與直線型指條連接的、均勻分布的環(huán)形指條；直線型指條及其與環(huán)形指條的夾角邊緣為圓形。
[0013]本實用新型的技術(shù)解決方案中所述的環(huán)形指條為以圓心為中心的圓環(huán)形指條。
[0014]本實用新型的技術(shù)解決方案中所述的環(huán)形指條數(shù)為2 ~ 6條。
[0015]本實用新型的技術(shù)解決方案中所述的環(huán)形指條數(shù)為3條。
[0016]本實用新型的技術(shù)解決方案中所述的陰極區(qū)短路點為正四邊形或正六邊形或正八邊形排列、或其任2種組合排列。
[0017]本實用新型的技術(shù)解決方案中所述的陰極區(qū)短路點直徑為0.06 - 0.6mm,間距為
.0.4 ~3.5mm。
[0018]本實用新型排布半導(dǎo)體器件陰極結(jié)構(gòu)方法的技術(shù)解決方案，包括以下步驟:
[0019]⑴以圓心為軸將半導(dǎo)體器件的陰極區(qū)域劃分為4 - 12個等分扇區(qū)或2 ~5條等分圓環(huán)；各等分陰極區(qū)面積與放大門極延長線比例基本一致。
[0020]⑵根據(jù)放大門極延長線指條開通的陰極面積，確定放大門極延長線指條形狀、徑向長度及寬度；放大門極延長線指條是包括呈輻射狀均勻分布的直線型內(nèi)指條，該直線型內(nèi)指條的一端插入并與放大門極圓環(huán)連接，直線型內(nèi)指條的另一端連接有V字型外指條，該V字型外指條的兩個邊外指條呈30 - 160°夾角對稱，且均為呈100 - 165°鈍角夾角的兩段，各V字型外指條的外端點在所在的圓周上均勻分布，直線型內(nèi)指條、V字型外指條的夾角邊緣為圓形；或者放大門極延長線指條是包括呈輻射狀均勻分布的直線型指條，該直線型指條的一端插入并與放大門極圓環(huán)連接，該直線型指條上疊加有與直線型指條連接的、均勻分布的環(huán)形指條，直線型指條及其與環(huán)形指條的夾角邊緣為圓形；
[0021]⑶根據(jù)陰極區(qū)短路點排布，確定放大門極延長線指條位置，使放大門極延長線指條與陰極區(qū)短路點間距一致；陰極區(qū)短路點為正四邊形或正六邊形或正八邊形排列、或其任2種組合排列；陰極區(qū)短路點直徑為0.06 ~ 0.6mm,間距為0.4 ~ 3.5mm ;
[0022]⑷在陰極區(qū)的中心區(qū)域設(shè)置中心門極；
[0023](5)將按上述設(shè)計的光刻掩膜版通過光刻工藝加工，把所設(shè)計的陰極圖形轉(zhuǎn)移到芯片的表面。
[0024]通過實施本實用新型一種半導(dǎo)體器件陰極結(jié)構(gòu)【具體實施方式】所描述的方案，可達到以下技術(shù)效果:[0025]1、半導(dǎo)體器件陰極結(jié)構(gòu)單元內(nèi)各放大門極延長線指條以圓心為軸等分，使放大門極延長線指條開通的陰極區(qū)域完全等效，提高了放大門極開通的均勻性；
[0026]2、放大門極延長線指條夾角邊緣為圓形，過渡光滑圓整，不存在尖角，減少芯片動態(tài)開通時局部缺陷影響；并確保加工的便利性和實用性，無須特別保護；
[0027]3、同樣的放大門極延長線，放大門極延長線指條長度較其它方法短，占用芯片直徑稍小，提高了芯片的有效利用面積；
[0028]4、放大門極延長線指條徑向變窄，有利于減少末端距離與前端的電阻差異，平衡末端距中心門極遠(yuǎn)近的橫向電阻帶來的開通/關(guān)斷差異。
[0029]本實用新型具有提高了芯片有效利用面積，提高了芯片初始導(dǎo)通面積，有利于平衡距離中心門極電極距離遠(yuǎn)近帶來的枝條開通差異，提高了陰極區(qū)開通均勻性的特點。本實用新型廣泛應(yīng)用于電力半導(dǎo)體快速晶閘管、脈沖晶閘管等快開通器件陰極圖形設(shè)計。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]為了更清楚說明本實用新型或現(xiàn)有技術(shù)方案，下面對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡要介紹。顯然，下面描述的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它附圖。
[0031]圖1是現(xiàn)有半導(dǎo)體器件陰極結(jié)構(gòu)米形排列示意圖。
[0032]圖2是現(xiàn)有半導(dǎo)體器件陰極結(jié)構(gòu)仿漸開線排列示意圖。
[0033]圖3是現(xiàn)有半導(dǎo)體器件陰極結(jié)構(gòu)漸開線排列示意圖。
[0034]圖4是現(xiàn)有半導(dǎo)體器件陰極結(jié)構(gòu)樹枝狀排列示意圖。
[0035]圖5是本實用新型陰極結(jié)構(gòu)實施例1排列示意圖。
[0036]圖6是本實用新型陰極結(jié)構(gòu)實施例2排列示意圖。
[0037]圖7是本實用新型陰極結(jié)構(gòu)實施例3排列示意圖。
[0038]圖8是本實用新型陰極結(jié)構(gòu)陰極區(qū)短路點排列示意圖。
[0039]圖中，中心門極1、7、10、放大門極2、陰極區(qū)域3、5、8、環(huán)形指條4、直線型指條6、放
大門極延長線指條9、直線型內(nèi)指條9a、V字型外指條％。
【具體實施方式】
[0040]下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例進行完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。任何基于本實用新型的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0041]實施例1如圖5所示。半導(dǎo)體器件陰極結(jié)構(gòu)包括陰極區(qū)域3、陰極區(qū)短路點、以圓心為中心門極的同心圓環(huán)1、以圓心為中心的放大門極圓環(huán)和放大門極延長線指條2。放大門極延長線指條2包括8條呈輻射狀均勻分布的直線型內(nèi)指條，直線型內(nèi)指條的一端插入并與放大門極圓環(huán)連接，另一端連接有V字型外指條。8條直線型內(nèi)指條將陰極區(qū)域劃分為等分8個扇區(qū)，每45°為一主扇區(qū)。V字型外指條的兩個邊外指條對稱，且均為呈157.5°鈍角夾角的兩段。各V字型外指條的外端點在所在的圓周上均勻分布，每22.5度為分枝扇區(qū)。直線型內(nèi)指條與V字型外指條構(gòu)成Y形指條。直線型內(nèi)指條、V字型外指條的夾角邊緣為圓形。其特點是按照徑向分區(qū)，使各扇區(qū)均勻分布，確保各扇區(qū)間的開通均勻性。陰極區(qū)域中放大門極形指條為各段寬度不等的指條，其直線型內(nèi)指條較寬，V字型外指條稍窄。
[0042]實施例2如圖6所示。半導(dǎo)體器件陰極結(jié)構(gòu)包括陰極區(qū)域5、陰極區(qū)短路點、以圓心為中心門極7的同心圓環(huán)、以圓心為中心的放大門極圓環(huán)和放大門極延長線指條。放大門極延長線指條包括4條呈輻射狀均勻分布的直線型指條6，將陰極區(qū)域劃分為等分4個等分扇區(qū)，直線型指條6的一端插入并與放大門極圓環(huán)連接。每個等分扇區(qū)的放大門極延長長度與面積比例關(guān)系相同。直線型指條6上疊加有與直線型指條連接的、均勻分布的3條環(huán)形指條4，環(huán)形指條為以圓心為中心的圓環(huán)形指條。直線型指條及其與環(huán)形指條的夾角邊緣為圓形。與實施例1的不同之處在于，其按照放大門極延長長度與面積比例關(guān)系進行等分，提高了大直徑芯片邊緣區(qū)域與中心區(qū)域開通時一致性。
[0043]實施例3如圖7所示。陰極區(qū)域8、陰極區(qū)短路點、以圓心為中心門極的同心圓環(huán)
10、以圓心為中心的放大門極圓環(huán)和放大門極延長線指條9，放大門極延長線指條9為由直線型內(nèi)指條9a與V字型外指條9b構(gòu)成Y形指條。與實施例1的不同之處在于，直線型內(nèi)指條為12條，將陰極區(qū)域劃分為等分12個扇區(qū)，每30°為一主扇區(qū)。V字型外指條將陰極區(qū)域劃分為每15度為分枝扇區(qū)。其特點在于，將陰極區(qū)域通過放大門極枝條數(shù)，等分為更小的扇區(qū)，更進一步縮短了開通時間，提高了開通的均勻性。
[0044]如圖8所示。陰極區(qū)短路點為正八邊形和正四邊形組合排布。陰極區(qū)短路點直徑為0.06 μ 0.6謹(jǐn)，間距為0.4 μ 3.5謹(jǐn)。均可用于實施例1、2、3。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體器件陰極結(jié)構(gòu)，包括陰極區(qū)域及分布在陰極區(qū)域上的陰極區(qū)短路點、以圓心為中心門極的同心圓環(huán)、以圓心為中心的放大門極圓環(huán)和放大門極延長線指條，其特征在于:所述的放大門極延長線指條包括呈輻射狀均勻分布的直線型內(nèi)指條；該直線型內(nèi)指條的一端插入并與放大門極圓環(huán)連接；直線型內(nèi)指條的另一端連接有V字型外指條，該V字型外指條的兩個邊外指條對稱，且均為呈鈍角夾角的兩段；各V字型外指條的外端點在所在的圓周上均勻分布；直線型內(nèi)指條、V字型外指條的夾角邊緣為圓形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體器件陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的直線型內(nèi)指條數(shù)為4 μ 12條。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種半導(dǎo)體器件陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的直線型內(nèi)指條寬度大于V字型外指條寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種半導(dǎo)體器件陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的V字型外指條的兩個邊外指條夾角為30 - 160° ;每個邊外指條上的呈鈍角夾角為100 - 165°。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種半導(dǎo)體器件陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的直線型內(nèi)指條數(shù)為8 μ 12條。
6.一種半導(dǎo)體器件陰極結(jié)構(gòu)，包括陰極區(qū)域及分布在陰極區(qū)域上的陰極區(qū)短路點、以圓心為中心門極的同心圓環(huán)、以圓心為中心的放大門極圓環(huán)和放大門極延長線指條，其特征在于:所述的放大門極延長線指條包括呈輻射狀均勻分布的直線型指條；該直線型指條的一端插入并與放大門極圓環(huán)連接；該直線型指條上疊加有與直線型指條連接的、均勻分布的環(huán)形指條；直線型指條及其與環(huán)形指條的夾角邊緣為圓形。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種半導(dǎo)體器件陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的環(huán)形指條為以圓心為中心的圓環(huán)形指條。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種半導(dǎo)體器件陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的環(huán)形指條數(shù)為2 μ 6條。`
9.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種半導(dǎo)體器件陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的陰極區(qū)短路點排列為正四邊形或正六邊形或正八邊形、或其任2種組合排列。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種半導(dǎo)體器件陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的陰極區(qū)短路點直徑為0.06 ^ 0.6mm,間距為0.4 ^ 3.5mm。
【文檔編號】H01L29/417GK203445128SQ201320521965
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月26日
【發(fā)明者】張橋, 劉鵬, 顏家圣, 劉小俐, 楊寧 申請人:湖北臺基半導(dǎo)體股份有限公司