高频高增益硅pnp型开关晶体管的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种高频高增益硅PNP型开关晶体管，包括晶体管单元体，所述单元体包括基区扩散保护环、背面金属层、P型重掺杂衬底、P型外延层、N型基区、P型发射区、增阻环、钝化层、发射极金属和两个基极金属。本实用新型主要应用在变频调速与和节能设备，具有电流大，频率高，增益大，饱和压降低，开关速度快等特点。
【专利说明】
高频高増益硅PNP型开关晶体管
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种功率晶体管，尤其是一种高频高增益硅PNP型开关晶体管，属于半导体技术领域。
【背景技术】
[0002]高频高增益硅PNP型开关晶体管应用范围广泛，可用于变频器，汽车电子装置，直流转换器，驱动器等，其市场需求大，前景非常广阔。这些应用中要求产品电流大，频率高、开关速度快、饱和压降低、电流增益高等特点。
[0003]目前，国内难以产出频率高，饱和压降低，增益高(放大倍数达到300倍)，开关速度快的PNP型开关晶体管，大部分应用厂家都采用进口的NEC产品，其价格昂贵，进货渠道非常不稳定，特别是用于变频调速与节能设备上的功率晶体管，其用量大，交货紧。
[0004]综上所述，开发一种符合要求的高频高增益PNP型开关晶体管和NPN型高频高增益开关晶体管进行配对使用尤为重要，既能满足应用厂家的要求，同时也促进了变频调速与节能设备的规模发展，对电力电子产业化起到了重要促进作用。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种高频高增益硅PNP型开关晶体管，其芯片面积为3.0mm*3.0mm，该尚频尚增益娃PNP型开关晶体管具有可靠性尚，电流大，频率高、开关速度快、饱和压降低、直流增益高等特点，能够满足目前市场需求。
[0006]为实现以上技术目的，本实用新型采用的技术方案是:高频高增益硅PNP型开关晶体管，包括晶体管单元体，所述单元体包括基区扩散保护环、背面金属层、P型重掺杂衬底、P型外延层、N型基区、P型发射区、增阻环、钝化层、发射极金属和两个基极金属，其特征在于:所述背面金属层位于P型重掺杂衬底下且邻接，所述P型外延层位于P型重掺杂衬底上且邻接，所述N型基区位于P型外延层上，所述N型基区外围设有基区扩散保护环，所述P型发射区设于N型基区内，所述增阻环位于P型发射区外围且设于N型基区内，所述钝化层覆盖在N型基区上，所述发射极金属覆盖在P型发射区上，所述两个基区金属覆盖在N型基区上，且位于单元体两侧，所述基区金属和发射极金属之间均通过钝化层隔开，所述增阻环上覆盖着钝化层。
[0007]所述基区扩散保护环在P型外延层的扩散深度深于N型基区(6)。
[0008]所述钝化层为绝缘介质层，分为第三层，从下到上依次为:二氧化硅、磷硅玻璃、氮化娃。
[0009]所述用于引出PNP晶体管集电极的背面金属层为钛镍银。
[0010]所述基极金属和发射极金属均为铝。
[0011]本实用新型的优点在于:
[0012]1、选择合理的P型外延层的电阻率和厚度，保证击穿电压的同时降低饱和压降。
[0013]2、增阻环结构的设计，减弱了晶体管大电流工作时的发射极电流集边效应，提高了产品的功率耐量。
[0014]3、基区扩散保护环结构的设计，由于其比N型基区的扩散深度更深，具有更大的曲率半径，从而提高了器件的击穿电压。
[0015]4、发射极金属和P型发射区、基极金属和N型基区的接触均为铝层和硅层接触，通过合金过程，可形成铝硅化合物，这样便形成良好的欧姆接触。
[0016]5、钝化层结构选用二氧化硅、磷硅玻璃、氮化硅，二氧化硅在机械、化学和电气等方面特性非常稳定的，具有很好的钝化作用；磷硅玻璃对钠离子有提取、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;氮化硅的结构紧密，针孔密度小，掩蔽能力强，可隔绝钝化层外表面杂质的影响，化学稳定性好，并且具有较强的抗钠能力。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型芯片的等效电路图。
[0018]图2为本实用新型的剖面结构示意图。
[0019]【附图说明】:1_基极金属、2-发射极金属、3-钝化层、4-增阻环、5-P型发射区、6-N型基区、7-P型外延层、8-重掺杂衬底、9-背面金属层、10基区扩散保护环。
【具体实施方式】
[0020]下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0021]如图1所示:为本实用新型的等效电路图，引出端为集电极C，基极B，发射极E。
[0022]根据附图2所示，本实用新型所提出的高频高增益硅PNP型开关晶体管，包括晶体管单元体，所述单元体包括基区扩散保护环10、背面金属层9、P型重掺杂衬底8、P型外延层
7、N型基区6、P型发射区5、增阻环4、钝化层3、发射极金属2和两个基极金属I，其特征在于:所述背面金属层9位于P型重掺杂衬底8下且邻接，所述P型外延层7位于P型重掺杂衬底8上且邻接，所述N型基区6位于P型外延层7上，所述N型基区6外围设有基区扩散保护环10，所述P型发射区5设于N型基区6内，所述增阻环4位于P型发射区5外围且设于N型基区6内，所述钝化层3覆盖在N型基区6上，所述发射极金属2覆盖在P型发射区5上，所述两个基区金属I覆盖在N型基区6上，且位于单元体两侧，所述基区金属I和发射极金属2之间均通过钝化层3隔开，所述增阻环4上覆盖着钝化层3。
[0023]作为改进，所述基区扩散保护环10在P型外延层7的扩散深度深于N型基区6。
[0024]进一步地，所述钝化层3为绝缘介质层，分为第三层，从下到上依次为:二氧化硅、
磷硅玻璃、氮化硅。
[0025]进一步地，所述用于引出PNP晶体管集电极的背面金属层9为钛镍银。
[0026]进一步地，所述基极金属I和发射极金属2均为招。
[0027]当N型基区6注入电流时，由于P型发射区5的周围设有增阻环4，对电流的横向流动起到了阻挡作用，N型基区6电流不能直接流向P型发射区5的表面，而是均匀地从P型发射区5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，从而提高了器件的功率耐量，使器件具有较高的抗过热点烧毁能力。
[0028]为了达到器件高频和高电流增益的目的，使N型基区6宽度变窄(小于2um)，且浓度低，这样器件耐压很低，因此，在N型基区6周围设计了基区扩散保护环10，基区扩散保护环10的扩散深度比N型基区6深，这样增大了N型基区6的曲率半径，从而提高器件的击穿电压。基区扩散保护环10的设计使得器件既达到了高频高电流增益目的，又提高了器件的耐压。
[0029]P型外延层7的电阻率和厚度是影响器件耐压的重要因素，其电阻率和厚度增大，器件的击穿电压就会增大，但是电阻率太高会增大器件的饱和压降，所以选择合适的P型外延层7的电阻率和厚度，既保证器件耐压的同时又降低产品的饱和压降。
[0030]集电极引出通过背面金属层9，P型重掺杂衬底8使集电极的串联电阻小，同时降低了集电极的饱和压降。
[0031]需要说明的是，本实施例采用了PNP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NPN型晶体管。
[0032]在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，本领域技术人员根据本实用新型作出的各种相应的改变和变形，都应该属于本实用新型的权利要求的保护范围内。
【主权项】
1.高频高增益硅PNP型开关晶体管，包括晶体管单元体，所述单元体包括基区扩散保护环(10)、背面金属层(9)、P型重掺杂衬底(8)、P型外延层(7)、N型基区(6)、P型发射区(5)、增阻环(4)、钝化层(3)、发射极金属(2)和基极金属(I)两个，其特征在于:所述背面金属层(9)位于P型重掺杂衬底(8)下且邻接，所述P型外延层(7)位于P型重掺杂衬底(8)上且邻接，所述N型基区(6)位于P型外延层(7)上，所述N型基区(6)外围设有基区扩散保护环(10)，所述P型发射区(5)设于N型基区(6)内，所述增阻环(4)位于P型发射区(5)外围且设于N型基区(6)内，所述钝化层(3)覆盖在N型基区(6)上，所述发射极金属(2)覆盖在P型发射区(5)上，所述两个基区金属(I)覆盖在N型基区(6)上，且位于单元体两侧，所述基区金属(I)和发射极金属(2)之间均通过钝化层(3)隔开，所述增阻环(4)上覆盖着钝化层(3)。2.如权利要求1所述的高频高增益硅PNP型开关晶体管，其特征在于:所述基区扩散保护环(10)在P型外延层(7)的扩散深度深于N型基区(6)。3.根据权利要求1所述的高频高增益硅PNP型开关晶体管，其特征在于: 所述钝化层(3)为绝缘介质层，分为第三层，从下到上依次为:二氧化硅、磷硅玻璃、氮化娃。4.如权利要求1所述的尚频尚增益娃PNP型开关晶体管，其特征在于: 所述用于引出PNP晶体管集电极的背面金属层(9)为钛镍银。5.如权利要求1所述的高频高增益硅PNP型开关晶体管，其特征在于:所述用于引出N型基区(6)的基极金属(I)和用于引出P型发射区(5)的发射极金属(2)均为铝。
【文档编号】H01L29/06GK205508824SQ201620252077
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年3月29日
【发明人】龚利汀, 陈丽兰
【申请人】无锡固电半导体股份有限公司