专利名称：功率晶体管芯片小单元和双极型npn功率晶体管芯片的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种功率晶体管芯片小单元和双极型NPN功率晶体管芯片。
背景技术：
目前，功率双极晶体管技术广泛应用于开关电路。图1显示了常规的功率晶体管芯片小单元1的截面图，也就是相当于一个小的功率晶体管芯片的基本结构，其包括集电区11和发射区13，其为N型半导体；集电区11和发射区13夹着基区12，该基区12为P型半导体。其中，集电区11和基区12之间的PN结(集电结)HG是平面而且基区宽度是恒定的，这里基区宽度是指从集电结HG到发射结M(基区12与发射区13之间的PN结)的几何距离，同时基区12的表面浓度是不变的。
图3显示了基于该常规功率晶体管芯片设计的常规双极型NPN功率晶体管芯片3的结构截面图。图3中竖条格代表金属层，横条格代表二氧化硅层，且常规双极型NPN功率晶体管芯片3包括集电区31和发射区33，其为N型半导体；集电区31和发射区33夹着基区32，该基区32为P型半导体。如图3所示，常规双极型NPN功率晶体管芯片3的集电结HG是平面，基区宽度是恒定的，基区32的表面浓度也是不变的，同时该常规双极型NPN功率晶体管芯片3的实体边缘30与芯片上发射区33之间，具有基极金属化层。
由常规的功率晶体管芯片的这种设计，该功率晶体管芯片3并不能可靠的应用于50KC以及50KC以上的开关电路。而相比于MOS功率管的价格偏高，存在能可靠的应用于50KC以及50KC以上的开关电路的功率晶体管芯片的需求。
发明内容
本实用新型的主要目的是提供功率晶体管芯片小单元和双极型NPN功率晶体管芯片，其可以可靠的应用于50KC以及50KC以上的开关电路。
本实用新型的第一方面提供一种功率晶体管芯片小单元，其包括基区、发射区以及集电区，发射区和集电区为N型，基区为P型，集电区与基区之间的集电结是平面与弯曲面的结合。
根据本实用新型的第一方面的功率晶体管芯片小单元，其特征在于，对应发射区的基区的表面浓度是从高到低再由低到高变化的。
本实用新型的另一方面提供一种双极型NPN功率晶体管芯片，该双极型NPN功率晶体管芯片由至少两个如权利要求1所述的功率晶体管芯片小单元并联而成。
根据本发明的另一方面的双极型NPN功率晶体管芯片，其特征在于，所有功率晶体管芯片小单元的基区、发射区以及集电区分别连成一片，分别构成双极型NPN功率晶体管芯片的基区、发射区以及集电区，双极型NPN功率晶体管芯片的集电区与基区之间的集电结是平面与弯曲面的结合。
根据本发明的另一方面的双极型NPN功率晶体管芯片，其特征在于，双极型NPN功率晶体管芯片的集电结上弯曲面的数量等于并联功率晶体管芯片小单元的数量。
根据本发明的另一方面的双极型NPN功率晶体管芯片，其特征在于，所有功率晶体管芯片小单元的基区和集电区分别连成一片，分别构成双极型NPN功率晶体管芯片的基区和集电区，所有功率晶体管芯片小单元的发射区通过金属连线连接，构成双极型NPN功率晶体管芯片的发射区，双极型NPN功率晶体管芯片的集电区与基区之间的集电结是平面与弯曲面的结合。
根据本发明的另一方面的双极型NPN功率晶体管芯片，其特征在于，双极型NPN功率晶体管芯片的集电结上弯曲面的数量等于并联功率晶体管芯片小单元的数量，且集电结上每个弯曲面的位置与构成双极型NPN功率晶体管芯片发射区的功率晶体管芯片小单元的发射区相对应。
根据本发明的另一方面的双极型NPN功率晶体管芯片，其特征在于，该双极型NPN功率晶体管芯片的芯片实体边缘与芯片上发射区最外边缘间没有有效的金属化的基极引线。
根据本发明的另一方面的双极型NPN功率晶体管芯片，其特征在于，所述双极型NPN功率晶体管芯片内的对应发射区的基区的表面浓度是从高到低再由低到高连续变化的。
依照本实用新型的功率晶体管芯片小单元和双极型NPN功率晶体管芯片抗烧毁能力强，价格较低，性能稳定，可部分代替MOS功率管，而且能可靠的应用于50KC以及以上的开关电路。
图1是常规功率晶体管芯片小单元1的截面图；图2是依照本实用新型的功率晶体管芯片小单元2的截面图；图3是常规双极型NPN功率晶体管芯片3的结构截面图；图4是依照本实用新型的实施例2的双极型NPN功率晶体管芯片4的截面图；图5是依照本实用新型实施例3的的双极型NPN功率晶体管芯片5的截面图。
具体实施方式
现配合附图对本实用新型的实施方式和功能进行详细的说明。
实施例1图2是依照本实用新型的功率晶体管芯片小单元2的截面图。如图2所示，依照本实用新型的功率晶体管芯片小单元2包括集电区21和发射区23，其为N型半导体；集电区21和发射区23夹着的基区22，该基区22为P型半导体。其中，集电区21和基区22之间的PN结(集电结)HG是平面与弯曲面Q的结合；在小单元2的集电结HG上，对应发射区23的基区22的表面浓度是呈高到低再由低到高变化的；小单元2的基区宽度是呈宽到窄再由窄到宽变化的，也就是说发射区与基区之间的发射结M与集电结HG之间的几何距离是呈宽到窄再由窄到宽变化的。
由此形成的小单元2中，在弯曲面Q的顶点附近，基区宽度小，截止频率高，基区储存电荷少，从而适合高速开关应用，因此该功率晶体管芯片小单元2能可靠的应用于50KC以及以上的开关电路。在H和G点附近，集电结较深，有利于制取较高耐压。
实施例2图4显示了依照本实用新型的实施例2提供的双极型NPN功率晶体管芯片4的截面图。该双极型NPN功率晶体管芯片4包括集电区41和发射区43，其为N型半导体；集电区41和发射区43夹着的基区42，该基区42为P型半导体；其中集电区41与基区42之间的PN结为集电结HG，发射区43与基区42之间的PN结为发射结M。
图4所示的双极型NPN功率晶体管芯片4是由两个图2所示的功率晶体管芯片小单元2并联而成。其中，两个功率晶体管芯片小单元2的基区22、发射区23以及集电区21分别连成一片，分别构成双极型NPN功率晶体管芯片的基区42、发射区43以及集电区41。该双极型NPN功率晶体管芯片4的集电结是平面与2个连续的弯曲面Q的结合。该双极型NPN功率晶体管芯片4的集电结上弯曲面的数量等于并联的功率晶体管芯片小单元2的数量。而且该双极型NPN功率晶体管芯片4中的对应发射区43的基区42的表面浓度是从高到低再由低到高连续变化的，同时该双极型NPN功率晶体管芯片4内的基区宽度是从宽到窄再由窄到宽连续变化的。
如图4所示，竖条格代表金属层，横条格代表二氧化硅层。该双极型NPN功率晶体管芯片4的实体边缘40与芯片上发射区43的外边缘之间，具有基极金属化层。图4所示的双极型NPN功率晶体管芯片4是由2个功率晶体管芯片小单元2并联而构成。但是也可视为双极型晶体管单元与寄生的结型场效应管单元的并联，寄生的结型场效应管单元有利于储存电荷的消除。
虽然依照本实施例仅描述了两个功率晶体管芯片小单元2并联构成双极型NPN功率晶体管芯片4的情况，但是可以将多于两个的功率晶体管芯片小单元2并联构成本发明的双极型NPN功率晶体管芯片4，其并联方式与上面描述的相同。即，所有功率晶体管芯片小单元2的基区22、发射区23以及集电区21分别连成一片，分别构成双极型NPN功率晶体管芯片4的基区42、发射区43以及集电区41，双极型NPN功率晶体管芯片4的集电区41与基区42之间的集电结是平面与弯曲面的结合。此外，双极型NPN功率晶体管芯片4的集电结上弯曲面的数量等于并联功率晶体管芯片小单元2的数量。
通过设计光刻板，选择适合的材料电阻率及集电结结深和控制适合的基区宽度即可制得所需的晶体管芯片。由此形成的双极型NPN功率晶体管芯片4中，在集电结HG中曲面Q部分的顶点附近，基区宽度小，截止频率高，基区储存电荷少，从而适合高速开关应用，因此该双极型NPN功率晶体管芯片4能可靠的应用于50KC以及以上的开关电路。在H和G点附近，集电结较深，有利于制取较高耐压。
实施例3图5显示了依照本实用新型的实施例3提供的双极型NPN功率晶体管芯片5的截面图。双极型NPN功率晶体管芯片5包括集电区51和发射区53，其为N型半导体；集电区51和发射区53夹着基区52，该基区52为P型半导体；其中集电区51与基区52之间的PN结为集电结HG，发射区53与基区52之间的PN结为发射结M。
图5所示的双极型NPN功率晶体管芯片5是由两个功率晶体管芯片小单元2并联组成，其中，两个功率晶体管芯片小单元2的基区22和集电区21分别连成一片，分别构成双极型NPN功率晶体管芯片5的基区52和集电区51，所有功率晶体管芯片小单元2的发射区23通过金属连线(图未示)连接，构成双极型NPN功率晶体管芯片5的发射区53。
该双极型NPN功率晶体管芯片5的集电结HG是平面与2个连续的弯曲面Q的结合，该双极型NPN功率晶体管芯片5的集电结HG上弯曲面的数量等于并联功率晶体管芯片小单元2的数量，且集电结HG上每个弯曲面的位置与构成该双极型NPN功率晶体管芯片5发射区53的功率晶体管芯片小单元2的发射区23相对应。而且该双极型NPN功率晶体管芯片5中，对应发射区53的基区52的表面浓度是从高到低再由低到高连续变化的，同时该双极型NPN功率晶体管芯片5内的基区宽度是从宽到窄再由窄到宽连续变化的。
图5所示的双极型NPN功率晶体管芯片5是由2个功率晶体管芯片小单元2并联而构成。但是也可视为双极型晶体管单元与寄生的结型场效应管单元的并联，寄生的结型场效应管单元有利于储存电荷的消除。通过设计光刻板，选择适合的材料电阻率及集电结结深和控制适合的基区宽度即可制得所需的晶体管芯片。
虽然依照本实施例仅描述了两个功率晶体管芯片小单元2并联构成双极型NPN功率晶体管芯片5的情况，但是可以将多于两个的功率晶体管芯片小单元2并联构成本发明的双极型NPN功率晶体管芯片5，其并联方式与上面描述的相同。即，所有功率晶体管芯片小单元2的基区22和集电区21分别连成一片，分别构成双极型NPN功率晶体管芯片5的基区52和集电区51，所有功率晶体管芯片小单元2的发射区23通过金属连线连接，构成双极型NPN功率晶体管芯片5的发射区53，双极型NPN功率晶体管芯片5的集电区51与基区52之间的集电结是平面与弯曲面的结合。此外，双极型NPN功率晶体管芯片5的集电结HG上弯曲面的数量等于并联功率晶体管芯片小单元2的数量，且集电结HG上每个弯曲面的位置与构成双极型NPN功率晶体管芯片5发射区53的功率晶体管芯片小单元2的发射区23相对应。
如图5所示，该双极型NPN功率晶体管芯片5与图4中的双极型NPN功率晶体管芯片4不同之处在于其实体边缘50与芯片上发射区53之间，没有有效的金属化的基极引线。该双极型NPN功率晶体管芯片5的这种结构使得其不仅具有双极型NPN功率晶体管芯片4的所有优点，同时还减低了损耗，因此该双极型NPN功率晶体管芯片5能可靠的应用于50KC以及以上的开关电路。
以上所述的功率晶体管芯片小单元2和双极型NPN功率晶体管芯片4、5是采用硅而制成，但是其并不仅限于此，还可由其它半导体材料制成。
对该技术领域的普通技术人员来说，会很容易地联想到其他的优点和变形。因此，本实用新型并不局限于上述的详细说明和代表性的实施方式。在不背离本实用新型宗旨的范围内，可以相应地生成各种变形方案，但是均被函盖在本实用新型的权利要求及其等价的范围之内。
权利要求1.一种功率晶体管芯片小单元，其包括基区、发射区以及集电区，发射区和集电区为N型，基区为P型，其特征在于，集电区与基区之间的集电结是平面与弯曲面的结合。
2.如权利要求1所述的功率晶体管芯片小单元，其特征在于，对应发射区的基区的表面浓度是从高到低再由低到高变化的。
3.一种双极型NPN功率晶体管芯片，其特征在于，该双极型NPN功率晶体管芯片由至少两个功率晶体管芯片小单元并联而成，该功率晶体管芯片小单元包括基区、发射区以及集电区，发射区和集电区为N型，基区为P型，其中，集电区与基区之间的集电结是平面与弯曲面的结合。
4.如权利要求3所述的双极型NPN功率晶体管芯片，其特征在于，所有功率晶体管芯片小单元的基区、发射区以及集电区分别连成一片，分别构成双极型NPN功率晶体管芯片的基区、发射区以及集电区，双极型NPN功率晶体管芯片的集电区与基区之间的集电结是平面与弯曲面的结合。
5.如权利要求4所述的双极型NPN功率晶体管芯片，其特征在于，双极型NPN功率晶体管芯片的集电结上弯曲面的数量等于并联功率晶体管芯片小单元的数量。
6.如权利要求3所述的双极型NPN功率晶体管芯片，其特征在于，所有功率晶体管芯片小单元的基区和集电区分别连成一片，分别构成双极型NPN功率晶体管芯片的基区和集电区，所有功率晶体管芯片小单元的发射区通过金属连线连接，构成双极型NPN功率晶体管芯片的发射区，双极型NPN功率晶体管芯片的集电区与基区之间的集电结是平面与弯曲面的结合。
7.如权利要求6所述的双极型NPN功率晶体管芯片，其特征在于，双极型NPN功率晶体管芯片的集电结上弯曲面的数量等于并联功率晶体管芯片小单元的数量，且集电结上每个弯曲面的位置与构成双极型NPN功率晶体管芯片发射区的功率晶体管芯片小单元的发射区相对应。
8.如权利要求7所述的双极型NPN功率晶体管芯片，其特征在于，该双极型NPN功率晶体管芯片的芯片实体边缘与芯片上发射区最外边缘间没有有效的金属化的基极引线。
9.如权利要求3-8任一项所述的双极型NPN功率晶体管芯片，其特征在于，所述双极型NPN功率晶体管芯片内的对应发射区的基区的表面浓度是从高到低再由低到高连续变化的。
专利摘要一种功率晶体管芯片小单元和双极型NPN功率晶体管芯片，该功率晶体管芯片小单元的特征在于其包括基区、发射区以及集电区，发射区和集电区为N型，基区为P型，且集电区与基区之间的集电结是平面与弯曲面的结合。由上述的多个功率晶体管芯片小单元可以并联组成双极型NPN功率晶体管芯片，从而该双极型NPN功率晶体管芯片能可靠的应用于50KC以及以上的开关电路。
文档编号H01L27/082GK2826696SQ20052001863
公开日2006年10月11日 申请日期2005年5月18日 优先权日2005年5月18日
发明者程铭 申请人:北京富桦明电子有限公司, 程铭