CN207068865U - 一种大电流高速高可靠性npn型功率晶体管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种大电流高速高可靠性NPN型功率晶体管，N+型衬底的正面设有N‑型集电区，背面设有背面金属层；N‑型集电区内的中间部分形成P型基区，PN结深度为10μm，P型基区上连接有极金属层，N‑型集电区内的边缘部分形成N+型中止环，P型基区内设有N+型发射区，N+型发射区周围设有N+型增阻环，N+型增阻环设在P型基区内，N+型发射区上连接发射极金属层；N‑型集电区表面覆盖氧化层，氧化层上覆盖钝化层，钝化层开两个窗口，分别引出基极和发射极金属层；本实用新型通过减小P型基区的结深，增设中止环结构，同时采用了增阻环结构，并减小晶体管的面积，使产品具有可靠性高，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，涉及一种开关电源用的功率晶体管，尤其是一种大电流高速高可靠性NPN型功率晶体管。
背景技术
大电流高速高可靠性NPN型功率晶体管应用范围广泛，其应用在各种家用电器和电子仪器内部的开关电源，变频电源，电解电镀电源，焊接电源，感应加热电源，充电电源，照明电源，军用电源和航空航天电源等领域，其市场前景非常广阔。这些应用中要求电流大，开关速度快，可靠性高等特点。而要实现开关速度快，则必须晶体管的频率要高，那么基区结深就要浅，但是，结深与击穿是一对矛盾体，所以要在保证击穿电压的前提下，提高晶体管的开关速度是一个难点。目前国内市场上大电流高击穿的晶体管开关速度得不到保证；而使用厂家为了保证其可靠性，一般会选择日本原装进口管，但是有的型号已经停产，没有停产的型号则价格很贵，而且供货渠道不稳定，采购周期长。因此，国内工业设备、电源生产厂家等非常期待国内的功率半导体厂家能研发生产出此类大电流高速高可靠性NPN型功率晶体管。
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速高可靠性NPN型功率晶体管，其结构简单，通过减小P型基区的结深加快晶体管的开关速度，通过增设中止环提高晶体管的耐压能力，通过减小单个晶体管的面积使电流增大，使用成本将低，安全可靠。
本实用新型采用的技术方案是：一种大电流高速高可靠性NPN型功率晶体管，包括N+型衬底，所述N+型衬底的正面设有N-型集电区，所述N+型衬底背面设有背面金属层，用于引出晶体管的集电极；所述N-型集电区中间形成有P型基区，其特征在于，所述P型基区深入到N-型集电区内，深度为10μm，所述P型基区上连接有基极金属层，用于引出晶体管的基极，所述N-型集电区边缘形成有N+型中止环，所述N+型中止环深入到N-型集电区内，所述P型基区内设有N+型发射区，所述N+型发射区周围设有N+型增阻环，所述N+型增阻环设在P型基区内，所述N+型发射区上连接有发射极金属层，用于引出晶体管的发射极；所述N-型集电区表面覆盖有氧化层，所述基极金属层和发射极金属层间通过氧化层隔离，所述氧化层上覆盖有表面钝化层，所述表面钝化层对应P型基区和N+型发射区各开一个窗口，分别用于引出基极金属层和发射极金属层。
进一步地，N+型增阻环上设有氧化层，N+型增阻环上的氧化层包裹在基极金属层内。
进一步地，所述N+型发射区、N+型增阻环和N+型中止环同时形成，且结深和掺杂浓度相同。
进一步地，所述基极金属层和发射极金属层为同一制造层。
进一步地，所述氧化层为二氧化硅层。
进一步地，所述表面钝化层为磷硅玻璃膜。
进一步地，所述基极金属层和发射极金属层的材料均为铝，所述背面金属层的材料包括银。
进一步地，所述晶体管的面积为4.15mm*4.15mm，电流为16~18A。
本实用新型的优点在于：
1） P型基区深入到N-型集电区的PN结结深为10um，较普遍14-15um的结深，结深变浅，频率达到15MHz，提高特征频率，进而减小开关时间；
2）采用N+型中止环的结构，优化了晶体管的击穿特性；
3）采用了增阻环结构，对P型基区注入电流的横向流动起阻挡作用，P型基区电流不能流向发射结表面，而是均匀地从发射结下面流过，减弱了晶体管大电流工作时的发射极电流集边效应，减小了发射结的电流集中，从而提高了产品的功率耐量，使产品具有较高的抗过热点烧毁能力；
4）晶体管的管芯面积设计为4.15mm*4.15mm，既能达到大电流，又缩小了管芯版图，降低了成本。
附图说明
图1为本实用新型的芯片等效图。
图2为本实用新型的剖面结构示意图。
附图标号说明：1-基极金属层、2-发射极金属层、3-表面钝化层层、4-氧化层、5-N+型发射区、6-N+型增阻环、7-P型基区、8-N-型集电区、9-N+型衬底、10-背面金属层及11-N+型中止环。
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。
根据图1和图2所示，本实用新型提供一种大电流高速高可靠性NPN型功率晶体管，包括N+型衬底9，所述N+型衬底9的正面设有N-型集电区8，半导体基板通过三重扩散形成N-型集电区8和N+型衬底9，所述N-型集电区8和N+型衬底9共同形成晶体管的集电区C，所述N+型衬底9背面设有背面金属层10，用于引出晶体管的集电极；所述N-型集电区8中间形成有P型基区7，其特征在于，所述P型基区7深入到N-型集电区8内，深度为10μm，所述P型基区7上连接有基极金属层1，用于引出晶体管的基极，所述N-型集电区8边缘形成有N+型中止环11，所述N+型中止环11深入到N-型集电区8内，所述P型基区7内设有N+型发射区5，所述N+型发射区5周围设有N+型增阻环6，所述N+型增阻环6设在P型基区7内，且N+型发射区5、N+型增阻环6和N+型中止环11同时通过离子注入形成，结深和掺杂浓度相同，所述N+型发射区5上连接有发射极金属层2，用于引出晶体管的发射极；所述N-型集电区8表面覆盖有氧化层4，所述氧化层4为二氧化硅层，所述基极金属层1和发射极金属层2间通过氧化层4隔离，且基极金属层1和发射极金属层2为同一制造层，同时N+型增阻环6上设有氧化层4，N+型增阻环6上的氧化层4包裹在基极金属层1内，所述氧化层4上覆盖有表面钝化层3，所述表面钝化层3为磷硅玻璃膜，采用铝下双层SIO2复合膜钝化和铝上SI3N4钝化的工艺技术，解决网格状图形结构产品所固有的E-B穿通问题，提高产品的可靠性，所述表面钝化层3对应P型基区7和N+型发射区5各开一个窗口，分别用于引出基极金属层1和发射极金属层2，所述基极金属层1和发射极金属层2的材料均为铝，所述背面金属层10的材料包括银，一般为钛镍银。
本实用新型管芯面积4.15mm*4.15mm，以2SD1047日本原装管为例，芯片面积为4.4mm*4.4mm，电流为12A，而本实用新型晶体管电流可以达到16~18A，优于日本原装管，在相同的版图面积下，既增大了电流密度，又节约了版图面积，降低了成本。
本实用新型在版图设计上采用了增阻环结构，对P型基区7注入电流的横向流动起到了阻挡作用，P型基区7电流不能直接流向发射结表面，而是均匀地从发射结下面流过，减弱了晶体管大电流工作时的发射极电流集边效应，减小了发射结的电流集中，产品的功率耐量提高了约10％~20％，使产品具有较高的抗过热点烧毁能力。
本实用新型P型基区7深入到N-型集电区8的PN结结深为10um，较普遍14-15um的结深，结深变浅，提高了特征频率，加快了开关速度，但是结深变浅使得势垒变小，容易发生击穿，于是在版图设计上还采用了中止环结构，优化了击穿特性，增加了产品的耐压能力；同时产品在制备过程中单晶硅片的表面态、表面沾污、SiO2界面电荷等等均可能造成反向漏电流增大，软击穿或者击穿电压可大可小，一致性差，而中止环的结构，能够提高管芯击穿电压的抗干扰能力。
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 (8)
1.一种大电流高速高可靠性NPN型功率晶体管，包括N+型衬底（9），所述N+型衬底（9）的正面设有N-型集电区（8），所述N+型衬底（9）背面设有背面金属层（10），用于引出晶体管的集电极；所述N-型集电区（8）中间形成有P型基区（7），其特征在于，所述P型基区（7）深入到N-型集电区（8）内，深度为10μm，所述P型基区（7）上连接有基极金属层（1），用于引出晶体管的基极，所述N-型集电区（8）边缘形成有N+型中止环（11），所述N+型中止环（11）深入到N-型集电区（8）内，所述P型基区（7）内设有N+型发射区（5），所述N+型发射区（5）周围设有N+型增阻环（6），所述N+型增阻环（6）设在P型基区（7）内，所述N+型发射区（5）上连接有发射极金属层（2），用于引出晶体管的发射极；所述N-型集电区（8）表面覆盖有氧化层（4），所述基极金属层（1）和发射极金属层（2）间通过氧化层（4）隔离，所述氧化层（4）上覆盖有表面钝化层（3），所述表面钝化层（3）对应P型基区（7）和N+型发射区（5）各开一个窗口，分别用于引出基极金属层（1）和发射极金属层（2）。
2.根据权利要求1所述的一种大电流高速高可靠性NPN型功率晶体管，其特征在于：N+型增阻环（6）上设有氧化层（4），N+型增阻环（6）上的氧化层（4）包裹在基极金属层（1）内。
3.根据权利要求1所述的一种大电流高速高可靠性NPN型功率晶体管，其特征在于：所述N+型发射区（5）、N+型增阻环（6）和N+型中止环（11）同时形成，且结深和掺杂浓度相同。
4.根据权利要求1所述的一种大电流高速高可靠性NPN型功率晶体管，其特征在于：所述基极金属层（1）和发射极金属层（2）为同一制造层。
5.根据权利要求1所述的一种大电流高速高可靠性NPN型功率晶体管，其特征在于：所述氧化层（4）为二氧化硅层。
6.根据权利要求1所述的一种大电流高速高可靠性NPN型功率晶体管，其特征在于：所述表面钝化层（3）为磷硅玻璃膜。
7.根据权利要求1所述的一种大电流高速高可靠性NPN型功率晶体管，其特征在于：所述基极金属层（1）和发射极金属层（2）的材料均为铝，所述背面金属层（10）的材料包括银。
8.根据权利要求1所述的一种大电流高速高可靠性NPN型功率晶体管，其特征在于：所述晶体管的面积为4.15mm*4.15mm，电流为16~18A。
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|---|---|---|---|---|
| CN110010677A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-07-12 | 江阴新顺微电子有限公司 | 一种改善结终端延伸结构三极管可靠性的器件结构及其制造方法 |
| CN113517339A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-10-19 | 江苏新顺微电子股份有限公司 | 高温高压的钳位保护的器件结构及制造方法 |
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