[其他]功率半导体器件的电极引出技术

说明书

本发明通过制作一组导电、绝缘薄膜，对半导体器件芯片表面电极进行有选择的电镀，并在电镀层上加金属压块或焊接引线，从而构成完整的主电极引出工艺。本发明能满足可关断晶闸管（ＧＴＯ）一类器件精细的多个弧立主电极的并联引出要求，也可同样方便地用于巨型晶体管（ＧＴＲ）、门极辅助关断晶闸管（ＧＡＴＴ）等一般功率半导体器件的制造工艺。本发明可采用平面工艺，允许有较高集成度，使用设备简单、成本低廉、可靠性好，并适合于大批量生产。

功率半导体器件的电极引出技术。

本发明属半导体器件的电极制作工艺方法。

门极可关断晶闸管（GTO）等一类大功率半导体器件，其芯片上集成了大量彼此不相连通的精细的弧立主电极（在GTO上是阴极单元），制造时需要将这些电极并联地引至外电极，才能构成产品。这是制造这类器件的技术关键之一。巨型晶体管（GTR）、门极辅助关断晶闸管（GATT）、快速及高频的晶闸管（SCR）等一类器件，主电极是可以连通的，但当主电极图型更为精细（为大容量、高频率所要求）以后，电极引出方法也成为一大关键技术。

目前，国外常采用硅片上挖槽加压块的技术来实现GTO的电极引出工艺。这在日本已经是成熟了的方法（参考日本专利：昭61-2307（JP-B2）、昭61-22869（JP-B2）），国内尚未见其应用于大容量GTO的制造工艺上。挖槽工艺失去了平面工艺的许多优点。首先，因挖槽挖去了门极区的低电阻率层，为保证门极电阻一致性，门极的电极光刻位置偏差要求与平面工艺大为提高;其次，光刻电极是在台面与沟槽两个台阶上进行的，需要采用昂贵的投影爆光光刻设备;第三，刻槽精密度要求很高，不然会引入新的参数不均匀（而这对GTO一类器件是致命的），而要做到这一点，采用常规工艺又是困难的。因此要保证高的成品率，对设备与操作的要求都是很高的。国内常采用阴极单元逐个点焊的方式来解决GTO阴极单元的引线并联引出，目前只限于中小容量规格、小批量生产。这种方式不适合GTO的大容量化及大批量生产。

采用电镀工艺，在所有阴极单元上形成金属台面，在其上加金属压块（不用焊接），以压接方式完成阴极单元的并联地垂直引出和阴极面散热。这就构成了一种新的GTO电极并联引出技术。这种方案设有上面所提的挖槽工艺及逐个单元点焊工艺的缺点。由于大功率GTO的结构上特点，不能采用一般电镀技术，因而国内外尚未有人利用电镀、加压块的方法来制作GTO。另外，对于GTR、GATT、快速及高频S′R等类器件，当主电极图形更为精细后也可考虑用＊GTO相仿的技术来解决电极引出问题。

本发明的目的，是解决目前国内迫切需要的大容量GTO制造工艺中的电极引出问题。并为一般大功率半导体器件（诸如GTR、GATT、快速及高频SCR）提供一种设备简单、成本低廉、集成度高、可靠性好、适合于大批量生产的电极引出工艺方法。

本发明的构成如下：

通常大功率半导体器件芯片表面的电极可以分为主电极与非主电极两部份。本发明实施时，先做好各电极的导电基底层。之后在芯片表面制作上一层（或多层）绝缘介质膜作为隔离层，并在隔离层上开窗，窗口位置与各单元主电极基底层一一对应以确保主电极电流基本垂直流过基底层。接着在隔离层上面覆加一层连通的导电薄膜作为连通层，使连通层与隔离层窗口内的主电极基底层直接连通。在屏蔽层下电镀窗位置（见下文）加一层或多层金属膜作为电镀底层。然后在芯片上面加一层绝缘膜作为电镀屏蔽层，在屏蔽层选定部位开窗，作为电镀窗。以芯片上连通层作为电镀阴极的连接导体，放在电镀槽内电镀。再除去屏蔽层和电镀窗口外的连通层、隔离层（如作为钝化膜则可保留）。最后在电镀层上加金属压块（同时作为热沉）或焊接引出线，从而构成完整的主电极引出结构。非主电极可以用电镀及点焊等方式引出。

上述基底层由芯片前道工艺确定，可以是Al、Ti、Ni、Au、Cr、Pt等金属或其它导电薄膜，当采用单层金属时，以Al为宜。其厚度应适应其它电极水平导电要求。在GTO中至少为数微米以上。