RU172820U1

RU172820U1 - BIPOLAR TRANSISTOR

Info

Publication number: RU172820U1
Application number: RU2017110556U
Authority: RU
Inventors: Николай Александрович Брюхно; Иван Владимирович Куфтов; Алина Юрьевна Фроликова
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ"
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2017-07-25

Abstract

Полезная модель относится к полупроводниковой электронике, а именно к конструкциям биполярных транзисторов. Техническим результатом данной полезной модели является повышение надежности и повышение выхода годных биполярных транзисторов без усложнения технологического процесса. В отличие от известного устройства биполярного транзистора, состоящего из подложки, коллекторного эпитаксиального слоя, планарных переходов базы и эмиттера, покрытых слоем оксида кремния, контактных окон к этим переходам, металлизированных контактных площадок базы и эмиттера над пассивной частью коллектора, в предлагаемой полезной модели в эпитаксиальном слое под контактными площадками эмиттера и базы сформированы изолированные участки базового перехода. 1 ил.The utility model relates to semiconductor electronics, namely, to designs of bipolar transistors. The technical result of this utility model is to increase reliability and increase the yield of suitable bipolar transistors without complicating the process. In contrast to the known device of a bipolar transistor, consisting of a substrate, a collector epitaxial layer, planar transitions of the base and emitter coated with a layer of silicon oxide, contact windows to these transitions, metallized contact pads of the base and emitter above the passive part of the collector, in the proposed utility model in epitaxial layer under the contact pads of the emitter and base formed isolated sections of the base transition. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к полупроводниковой электронике, а именно к конструкциям биполярных транзисторов.The utility model relates to semiconductor electronics, namely, to designs of bipolar transistors.

Известен биполярный транзистор, состоящий из подложки, коллекторного эпитаксиального слоя, планарных переходов базы и эмиттера и металлизированных контактных площадок к ним (см., например, Колесников В.Г., Никишин В.И., Сыноров В.Ф. Кремниевые планарные транзисторы, 1974 г., с. 14).Known bipolar transistor consisting of a substrate, a collector epitaxial layer, planar transitions of the base and emitter and metallized contact pads to them (see, for example, Kolesnikov V.G., Nikishin V.I., Synorov V.F. Silicon planar transistors, 1974, p. 14).

Контактные площадки находится непосредственно в активных областях эмиттера и базы. Обычно глубина базовой области не превышает 6 мкм, а эмиттерной 4 мкм. Присоединение гибкого вывода методом ультразвуковой сварки или термокомпрессионным методом вредно воздействует на активные области, особенно на активную область эмиттера из-за ее меньшей глубины, и она может значительно деградировать из-за механического воздействия при сварке. При этом ухудшается коэффициент неидеальности p-n перехода, нормальное значение которого 1,01-1,02, а при механическом воздействии ухудшается до значений 1,1-1,2. Также уменьшается коэффициент усиления транзистора на малых токах, и растут значения обратных токов.Contact pads are located directly in the active areas of the emitter and base. Typically, the depth of the base region does not exceed 6 microns, and the emitter 4 microns. The connection of a flexible output by ultrasonic welding or thermocompression method has a detrimental effect on active regions, especially on the emitter active region due to its shallower depth, and it can significantly degrade due to mechanical stress during welding. At the same time, the non-ideality coefficient of the p-n junction worsens, the normal value of which is 1.01-1.02, and when mechanical stress worsens to values 1.1-1.2. The gain of the transistor at low currents also decreases, and the values of reverse currents increase.

Кроме того, из-за больших размеров контактной площадки необходимо увеличивать размеры активных областей, что понижает процент выхода годных.In addition, due to the large size of the contact area, it is necessary to increase the size of the active areas, which reduces the yield rate.

Указанные недостатки устранены в наиболее близком к предлагаемой полезной модели биполярном транзисторе, состоящем из подложки, коллекторного эпитаксиального слоя, планарных переходов базы и эмиттера, покрытых слоем оксида кремния, контактных окон к этим переходам, металлизированных контактных площадок базы и эмиттера над пассивной частью коллектора (см., например, Мазель Е.З. Планарная технология кремниевых приборов, 1974 г., с. 309).These shortcomings were eliminated in the closest to the proposed utility model bipolar transistor, consisting of a substrate, a collector epitaxial layer, planar transitions of the base and emitter coated with a layer of silicon oxide, contact windows to these transitions, metallized contact pads of the base and emitter above the passive part of the collector (see ., for example, Mazel EZ Planar technology of silicon devices, 1974, p. 309).

В таком биполярном транзисторе контактные площадки находятся не в активных областях базы и эмиттера, а над коллекторной областью эпитаксиального слоя. Контактные площадки базы и эмиттера от коллекторной области изолирует диэлектрический слой из оксида кремния. Таким образом, исключается негативное влияние сварки на активные области при присоединении гибких выводов. Есть возможность расположить контактные площадки по периферии кристалла для удобства разварки гибких выводов на соответствующие траверсы корпуса.In such a bipolar transistor, the contact pads are not located in the active regions of the base and emitter, but above the collector region of the epitaxial layer. The contact pads of the base and emitter from the collector region isolates the dielectric layer of silicon oxide. Thus, the negative impact of welding on active areas when connecting flexible leads is eliminated. It is possible to arrange the contact pads on the periphery of the crystal for the convenience of unpacking the flexible leads on the corresponding crossheads of the housing.

Однако в процессе присоединения к контактной площадке внешних выводов или при контроле электрических параметров может нарушиться целостность оксида кремния под контактной площадкой, что приводит к короткому замыканию на коллекторную область. Это приводит к отказу и уменьшению выхода годных приборов. Обычно толщина оксида кремния составляет 0,8-1 мкм, при увеличении толщины в одном технологическом процессе возможна сегрегация примесей, влияющих на параметры транзистора. Поэтому для увеличения толщины изолирующего слоя оксида кремния до 1,5 - 3 мкм, необходимо нанести дополнительный слой оксида кремния методом пиролитического осаждения при температуре 800°С, что усложняет конструкцию транзистора.However, during the process of attaching external terminals to the contact pad or when monitoring electrical parameters, the integrity of silicon oxide under the contact pad may be impaired, which leads to a short circuit to the collector region. This leads to failure and reduced yield. Typically, the thickness of silicon oxide is 0.8-1 microns, with an increase in thickness in one technological process, segregation of impurities that affect the parameters of the transistor is possible. Therefore, to increase the thickness of the insulating layer of silicon oxide to 1.5 - 3 μm, it is necessary to apply an additional layer of silicon oxide by pyrolytic deposition at a temperature of 800 ° C, which complicates the design of the transistor.

Техническим результатом данной полезной модели является повышение надежности и повышение выхода годных биполярных транзисторов без усложнения технологического процесса.The technical result of this utility model is to increase reliability and increase the yield of suitable bipolar transistors without complicating the process.

Указанный технический результат достигается тем, что в отличие от известного устройства биполярного транзистора, состоящего из подложки, коллекторного эпитаксиального слоя, планарных переходов базы и эмиттера, покрытых слоем оксида кремния, контактных окон к этим переходам, металлизированных контактных площадок базы и эмиттера над пассивной частью коллектора, в предлагаемой полезной модели в эпитаксиальном слое под контактными площадками эмиттера и базы сформированы изолированные участки базового перехода.The specified technical result is achieved in that, in contrast to the known device of the bipolar transistor, consisting of a substrate, a collector epitaxial layer, planar transitions of the base and emitter, coated with a layer of silicon oxide, contact windows to these transitions, metallized contact pads of the base and emitter above the passive part of the collector , in the proposed utility model, isolated sections of the base transition are formed in the epitaxial layer under the contact pads of the emitter and base.

Новым в предлагаемой полезной модели является то, что изолированные участки базового перехода под контактными площадками дополнительно изолируют базовый и эмиттерный переходы и защищают их от замыкания на коллекторную область.New in the proposed utility model is that the isolated sections of the base transition under the contact pads additionally isolate the base and emitter junctions and protect them from shorting to the collector region.

При возможном разрушении оксида кремния образуется защитный p-n переход, который изолирует базу и эмиттер от коллектора.With the possible destruction of silicon oxide, a protective pn junction is formed, which isolates the base and emitter from the collector.

Изолированные участки базовых переходов формируются в одном технологическом процессе с формированием активной области базы, поэтому формирование данных областей не усложняет конструкцию биполярного транзистора.Isolated sections of the basic transitions are formed in one technological process with the formation of the active region of the base, therefore, the formation of these regions does not complicate the design of the bipolar transistor.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом. На чертеже приведен схематичный разрез предлагаемого биполярного транзистора.The essence of the proposed utility model is illustrated in the drawing. The drawing shows a schematic section of the proposed bipolar transistor.

Позициями на чертеже обозначены:The positions in the drawing indicate:

1 - кремниевая высоколегированная n+ подложка;1 - highly doped silicon n + substrate;

2 - эпитаксиальный слой n-типа;2 - n-type epitaxial layer;

3 - планарный переход базы p-типа;3 - planar junction of the p-type base;

4 - изолированные участки базового перехода p-типа;4 - isolated sections of the p-type base transition;

5 - планарный переход эмиттера n-типа;5 - planar junction of an n-type emitter;

6 - слой оксида кремния;6 - a layer of silicon oxide;

7 - контактные окна к планарным переходам базы и эмиттера;7 - contact windows to planar transitions of the base and emitter;

8 - металлизированные контактные площади базы и эмиттера;8 - metallized contact area of the base and emitter;

9 - контакт коллектора.9 - collector contact.

Ниже описана конструкция предлагаемого дискретного биполярного транзистора и основные этапы его изготовления.The design of the proposed discrete bipolar transistor and the main stages of its manufacture are described below.

На кремниевой сильнолегированной n+ подложке 1 с удельным сопротивлением 0,01 Ом*см, со сформированным эпитаксиальным слоем n-типа 2 с сопротивлением 4 Ом*см толщиной 16 мкм путем диффузии бора при температуре 1100°С одновременно формируют планарный переход базы p-типа 3 и изолированные участки базового перехода p-типа 4 глубиной 2,5 мкм. В планарном переходе базы p-типа 3 путем диффузии фосфора при температуре 1060°С формируют планарный переход эмиттера n-типа 5 глубиной 1,5 мкм. Диэлектрический слой оксида кремния 6 толщиной 0,9 мкм сформирован сухим термических окислением поверхности кремния при температуре 1100°С. Контактные окна к планарным переходам базы и эмиттера 7 сформированы селективным травлением оксида кремния.On a silicon highly doped n + substrate 1 with a specific resistance of 0.01 Ohm * cm, with an n-type epitaxial layer formed with a resistance of 4 Ohm * cm, a thickness of 16 μm, boron diffusion at a temperature of 1100 ° C simultaneously forms a planar junction of the p-type base 3 and isolated sections of the p-type 4 base transition with a depth of 2.5 μm. In the planar junction of the p-type 3 base by diffusion of phosphorus at a temperature of 1060 ° C, a planar junction of the n-type emitter 5 is formed with a depth of 1.5 μm. The dielectric layer of silicon oxide 6 with a thickness of 0.9 μm is formed by dry thermal oxidation of the silicon surface at a temperature of 1100 ° C. Contact windows to the planar transitions of the base and emitter 7 are formed by selective etching of silicon oxide.

Над пассивной частью коллектора магнетронным распылением алюминия с последующей фотолитографией формируют металлизированные контактные площадки базы и эмиттера 8 толщиной 2 мкм. Контакт коллектора 9 с обратной стороны подложки сформирован термическим напылением золота толщиной 0,7 мкм.Over the passive part of the collector by magnetron sputtering of aluminum with subsequent photolithography, metallized contact pads of the base and emitter 8 are formed with a thickness of 2 μm. The contact of the collector 9 on the reverse side of the substrate is formed by thermal spraying of gold with a thickness of 0.7 μm.

При этом изолированные участки базового перехода 4 должны находиться на расстоянии не менее 17 мкм от планарного перехода базы p-типа 3, чтобы при включении защитного p-n перехода, его область пространственного заряда не влияла на активную базу.In this case, isolated sections of the base transition 4 should be at a distance of at least 17 μm from the planar transition of the p-type 3 base, so that when the protective p-n junction is turned on, its space charge region does not affect the active base.

Claims

A bipolar transistor consisting of a substrate, a collector epitaxial layer, planar transitions of the base and emitter, coated with a layer of silicon oxide, contact windows to these transitions, metallized contact pads of the base and emitter over the passive part of the collector, characterized in that in the epitaxial layer under the pads of the emitter and bases formed isolated sections of the base transition.