CN206558509U - 大电流高频低饱和压降npn型功率晶体管 - Google Patents
大电流高频低饱和压降npn型功率晶体管 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供一种大电流高频低饱和压降NPN型功率晶体管，包括N型衬底，形成于N型衬底背面的背面金属层，用于形成晶体管的集电极；N型衬底的上方中间形成有P型基区；P型基区上方连接有基区一级金属层；P型基区的正面形成有N+型发射区和N+型增阻环，N+型发射区的上方连接有发射区一级金属层；上方衬底的顶部覆盖有绝缘介质层、表面保护阻挡层、钝化层；基区二级金属层并通过钝化层的开口与基区一级金属层相连，用于形成晶体管的基极；发射区二级金属层通过钝化层的开口与发射区一级金属层相连，用于形成晶体管的发射极；本实用新型具有可靠性高，漏电小，电流大，高频，低饱和压降、开关时间速度快等特点。
Description
技术领域
本实用新型属于半导体晶体管技术领域，涉及一种汽车高速逆变器用的功率晶体管，尤其是一种大电流高频低饱和压降NPN型功率晶体管。
背景技术
大电流高频低饱和压降NPN型功率晶体管应用范围广泛，其在汽车电子、工业设备、继电器驱动、高速逆变器、转换器及其他一般大电流切换应用程序，其市场前景非常广阔。这些应用中要求电流大，漏电小，饱和压降低，频率高，开关速度快，放大倍数一致性好，可靠性高等特点。长期以来，我国的此类高端半导体产品市场一直是被欧美、日本等发达国家占领，使用厂家只能进口原装管，价格昂贵，进货渠道很不稳定。因此，汽车电子、工业设备等厂家非常期待国内的功率半导体厂家能尽快研发出高端功率器件来，因此需要研制的功率晶体管也必须具有大电流、低饱和压降、高频率、快速开关的特性。对于双极型功率晶体管在起开关作用时，要做到开关电源损耗小，则必须提高功率管的开关速度，开关时间ton、ts、tf要小；同时，功率管的饱和压降Vce(sat)也要低，来适应顾客及市场需求，提升产品及行业水平。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种大电流高频低饱和压降NPN型功率晶体管，该功率晶体管具有大电流、低饱和压降、高频率、快速开关，可靠性高，放大倍数一致性好等特点。本实用新型采用的技术方案是：
一种大电流高频低饱和压降NPN型功率晶体管，包括N型衬底，还包括：形成于N型衬底背面的背面金属层，用于形成晶体管的集电极；
N型衬底的上方中间形成有P型基区9；P型基区9的上方连接有基区一级金属层4；P型基区9的正面形成有N+型发射区8，N型衬底正面形成N+型增阻环13，N+型增阻环13与P型基区9保持间隔并围绕P型基区9设置，N+型发射区8的上方连接有发射区一级金属层3；
发射区一级金属层3和基区一级金属层4相互隔离；
衬底的顶部覆盖有绝缘介质层7，绝缘介质层7上方形成有表面保护阻挡层6，表面保护阻挡层6上方形成有钝化层5；基区二级金属层2设置在钝化层5上，并通过钝化层5的开口与基区一级金属层4相连，用于形成晶体管的基极；
发射区二级金属层2设置在钝化层5上，并通过钝化层5的开口与发射区一级金属层3相连，用于形成晶体管的发射极；
基区二级金属层2和发射区二级金属层1相互隔离。
进一步地，N+型发射区8和N+型增阻环13同时形成，其结深和掺杂浓度相同。
进一步地，N型衬底包括与背面金属层12相接的N+型第一衬底子层11和N+型第一衬底子层11之上的N-型第二衬底子层10。
进一步地，N-型第二衬底子层10与N+型第一衬底子层11之间的掺杂浓度是突变。
进一步地，P型基区9与N-型第二衬底子层10之间的PN结为浅结深PN结。
进一步地，表面保护阻挡层6为磷硅玻璃膜。
本实用新型的优点在于：
1）采用网格结构提高周长面积比提高IC，降低饱和压降。
2）采用双层布线工艺提高了管芯的有效利用率。
3）采用外延平面工艺，以解决饱和压降和击穿电压之间的矛盾。
4）基区采用离子注入工艺,以解决扩散参数均匀性差的问题。
5）采用浅基区结深工艺提高特征频率。
6）采用背面背银工艺，以保证良好的欧姆接触和较高的抗热疲劳性能。
附图说明
图1为本实用新型的芯片等效图。
图2为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
本实用新型提供一种低压大电流功率硅NPN型晶体管，其芯片面积为3.5mm*3.5mm。
如图1所示：本实施例以一个NPN型晶体管为例：引出端为集电极C，基极B，发射极E。
图2为本实用新型的结构示意图，包括：N型衬底，还包括形成于N型衬底背面的背面金属层12。N型衬底包括与背面金属层12相接的N+型第一衬底子层11和N+型第一衬底子层11之上的N-型第二衬底子层10。
其中，N-型第二衬底子层10是在N+型第一衬底子层11采用外延工艺得到的，采用此工艺可降低两者的寄生电容，提高器件对衬底中杂散电荷噪声的抗扰度。
N-型第二衬底子层10用于保证高电阻率，提高产品的击穿电压，N+型第一衬底层11为高掺杂，使集电极的串联电阻小，集电极的饱和压降小。
N-型第二衬底子层10与N+型第一衬底子层11之间的掺杂浓度是突变。
在N-型第二衬底子层10的上方中间形成P型基区9，P型基区9与N-型第二衬底子层10之间的PN结为浅结深PN结。P型基区是通过离子注入工艺得到，即先进行离子注入再进行扩散，这样使扩散后离子分布更加均匀，使产品性能更加稳定，且采用基区结深工艺，在保证电压的情况下减小基区结深，提高产品的特征频率。
在P型基区9的上方连接有基区一级金属层4；
P型基区的正面形成有N+型发射区8，N型衬底正面形成N+型增阻环13，N+型增阻环13与P型基区9保持间隔并围绕P型基区9设置，N+型发射区8的上方连接有发射区一级金属层3；
发射区一级金属层3和基区一级金属层4相互隔离。
在N型衬底的正面顶部覆盖有绝缘层介质7，绝缘层介质7的材料为SiO2，SiO2尽管它在机械、化学和电气等方面都是非常稳定的，具有很好的钝化作用,但SiO2对Na+、K+等碱金属离子掩蔽能力差，所以一般的台面产品的漏电流较大。本产品增加了一个工序，将芯片置于扩散炉中，扩散炉中充入掺杂磷元素的氮气，磷与硅表面形成磷硅玻璃，作为绝缘介质层7上方形成的表面保护阻挡层6，磷硅玻璃（PSG）对钠离子有提取、固定和阻挡的作用，能明显的削弱钠等可动离子对半导体表面性质的影响，减小漏电流。
表面保护阻挡层6的上方形成有钝化层5，此钝化层的材料为SiN,它能够减少尖峰击穿，减小产品的漏电流。
发射区二级金属层1设置在钝化层5上，并通过钝化层5的开口与发射区一级金属层3相连，用于形成晶体管的发射极，发射区一级金属层3和发射区二级金属层1的材料均为铝层。发射区一级金属层3和发射区二级金属层1的材料均为铝层。
基区二级金属层2设置在钝化层5上，并通过钝化层5的开口与基区一级金属层4相连，用于形成晶体管的基极；基区一级金属层4和基区二级金属层2的材料均为铝层。
基区二级金属层2和发射区二级金属层1相互隔离。
背面金属层12采用了钛、镍、银三层金属，形成晶体管的集电极，传统的背面金属用的是镍，它与硅有接触不牢问题，且在空气中表面易氧化，导致粘片不牢。为解决与硅片接触问题，在第一层，用与硅、镍接触都很牢的钛作为过度金属，但钛的电阻较大，不宜太厚。为保护镍不被氧化，第三层最外层用银来保护。由于银在铅锡焊过程中能迅速熔解在焊料中，既保护了镍不氧化，又不影响铅锡焊。这样，提高了芯片的粘润性，减少了粘片空洞，增加了粘片牢固度，使器件的功率耐量、热疲劳性能都得到提高，大大增加了产品的可靠性。
需要说明的是，本实施例采用了NPN型晶体管为例，其它任何在此结构上所做的等同变换，亦属于本实用新型的保护范围，比如将上述各层的掺杂类型做P<-->N型的互换即构成PNP型晶体管。
Claims (6)
1.一种大电流高频低饱和压降NPN型功率晶体管，包括N型衬底，其特征在于，还包括：形成于N型衬底背面的背面金属层(12)，用于形成晶体管的集电极；
N型衬底的上方中间形成有P型基区（9）；P型基区（9）的上方连接有基区一级金属层（4）；
P型基区（9）的正面形成有N+型发射区（8），N型衬底正面形成N+型增阻环（13），N+型增阻环（13）与P型基区（9）保持间隔并围绕P型基区（9）设置，N+型发射区（8）的上方连接有发射区一级金属层（3）；
发射区一级金属层（3）和基区一级金属层（4）相互隔离；
衬底的顶部覆盖有绝缘介质层(7)，绝缘介质层（7）上方形成有表面保护阻挡层（6），表面保护阻挡层（6）上方形成有钝化层（5）；
基区二级金属层（2）设置在钝化层（5）上，并通过钝化层（5）的开口与基区一级金属层（4）相连，用于形成晶体管的基极；
发射区二级金属层（1）设置在钝化层（5）上，并通过钝化层（5）的开口与发射区一级金属层（3）相连，用于形成晶体管的发射极；
基区二级金属层（2）和发射区二级金属层（1）相互隔离。
2.如权利要求1所述的大电流高频低饱和压降NPN型功率晶体管，其特征在于：
N+型发射区（8）和N+型增阻环（13）同时形成，其结深和掺杂浓度相同。
3.如权利要求1所述的大电流高频低饱和压降NPN型功率晶体管，其特征在于：
N型衬底包括与背面金属层（12）相接的N+型第一衬底子层（11）和N+型第一衬底子层（11）之上的N-型第二衬底子层（10）。
4.如权利要求3所述的大电流高频低饱和压降NPN型功率晶体管，其特征在于： N-型第二衬底子层（10）与N+型第一衬底子层（11）之间的掺杂浓度是突变。
5.如权利要求1所述的大电流高频低饱和压降NPN型功率晶体管，其特征在于：
P型基区（9）与N-型第二衬底子层（10）之间的PN结为浅结深PN结。
6.如权利要求1所述的大电流高频低饱和压降NPN型功率晶体管，其特征在于：表面保护阻挡层（6）为磷硅玻璃膜。
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