一种NPN型高压大电流超高功率晶体管的制作方法

本实用新型涉及一种晶体管，具体地说是一种NPN型高压大电流超高功率晶体管，属于半导体晶体管技术领域。

背景技术：

高压大电流高功率NPN型晶体管应用范围广泛，如：工业设备、超声焊接、线性电源等领域，但应用于大型线性电源机组中的超高功率晶体管，一直是国内生产电源厂家非常头痛的问题，在过去的几年中，所有的厂家均依赖进口日本三洋的产品，但近几来，这些国外厂家不断进行产品优化，转向做汽车电子，新能源领域，其产品越来越趋向于贴片产品且封装越来越小，像这种大型机组中使用TO-3PL或TO-3封装的产品已经停产，而国内半导体生产厂家也开发各种替代产品，但均因为线路不匹配，功率不够，导致烧毁。国内的厂家急切期待半导体生产厂家，设计替代，解决产品烧毁问题。日本原装产品芯片面积为10.0*8.0，芯片面积大，采用平面三扩工艺。

本实用新型产品采用了9.0*9.0的芯片版图，平面外延工艺，达到了功率250W，电流25A，电压1450V，满足了国内生产厂家需要。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种NPN型高压大电流超高功率晶体管，通过将N+发射区设置在P-基区内，且N+发射区下方形成低浓度的窄基区结构，能够提高二次击穿容量，同时器件版图设计为两个发射极电极、两个基极电极的结构，且上下两侧的图形完全对称，使得当电流很大时，电流发散为两组通道，减小了热点集中的问题，提高了器件的可靠性和稳定性。

为实现以上技术目的，本实用新型的技术方案是： 一种NPN型高压大电流超高功率晶体管，包括有源区和环绕在所述有源区外围的终端保护区，所述有源区包括若干个相互并联的晶体管单元，其特征在于，所述晶体管单元包括N-外延层、位于N-外延层内的P-基区及位于所述P-基区两侧的P+基区，在所述P+基区间设有N+发射区及环绕在所述N+发射区四周的N+环，所述N+发射区和N+环的结深相同，且均小于P-基区的结深。

进一步地，在有源区内，在所述P+基区上覆盖有第一基区金属条，在所述N+发射区上覆盖有第一发射区金属条，所述第一基区金属条、第一发射区金属条间均通过绝缘层介质隔离。

进一步地，在有源区，所述N+发射区由若干等距离间隔排列的柱状发射区晶格单元组成，所述柱状发射区晶格单元通过第一发射区金属条分别与第一发射极电极、第二发射极电极连接，所述第一发射极电极和第二发射极电极间通过第二发射区金属条连接导通。

进一步地，在有源区，所述P+基区由若干等距离间隔排列的条状基区晶格单元组成，所述条状基区晶格单元通过第一基区金属条分别与第一基极电极、第二基极电极连接，所述第一基极电极和第二基极电极间通过第二基区金属条连接导通。

进一步地，在有源区内，在所述N-外延层下方邻接有N+衬底层，在所述N+衬底层下方邻接有用于引出晶体管集电极C的背面金属层。

进一步地，在终端保护区，包括背面金属层、位于背面金属层上且与其邻接的N+衬底层及位于N+衬底层上且与其邻接的N-外延层，从有源区指向终端保护区的方向上，在所述N-外延层内依次设有三个等间距的P+型保护环及一个N+型保护环。

进一步地，所述P+型保护环的结深大于N+型保护环的结深。

进一步地，P-基区的结深与P+基区环的结深相同。

进一步地，所述绝缘层介质为PSG/SiO2/Si3N4的钝化层。

本实用新型具有以下优点：

1）本器件的发射区（N+发射区）下方的P-基区为低浓度的窄基区结构，相当于形成了一个基极挤压电阻，该电阻起到镇流作用，从而提高二次击穿容量，有利于提高产品的耐压；

2）N+环截断了基极电流流向发射结侧面的通路，从而减弱了发射极电流集边效应；

3）本实用新型器件版图设计为两个发射极电极、两个基极电极的结构，且上下两侧的图形完全对称，使得当电流很大时，电流发散为两组通道，减小了热点集中的问题，提高了器件的可靠性和稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的俯视结构示意图。

图2为本实用新型图1中A-A的剖视结构示意图。

附图标记说明：001-有源区、002-终端保护区、1-背面金属层、2-N+衬底层、3-N-外延层、4-P-基区、5-P+基区、51-条状基区晶格单元、52-第一基区金属条、53-第二基区金属条、5a-第一基极电极、5b-第二基极电极、6-N+发射区、61-柱状发射区晶格单元、62-第一发射区金属条、63-第二发射区金属条、6a-第一发射极电极、6b-第二发射极电极、7-N+环、8-P+型保护环、9-N+型保护环、10-绝缘层介质。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

实施例1：如附图1所示，一种NPN型高压大电流超高功率晶体管，在俯视平面上，包括有源区001和环绕在所述有源区001外围的终端保护区002，在有源区001内，N+发射区6由若干等距离间隔排列的柱状发射区晶格单元61组成，所述柱状发射区晶格单元61通过第一发射区金属条62分别与第一发射极电极6a、第二发射极电极6b连接，所述第一发射极电极6a和第二发射极电极6b间通过第二发射区金属条63连接导通；P+基区5由若干等距离间隔排列的条状基区晶格单元51组成，所述条状基区晶格单元51通过第一基区金属条52分别与第一基极电极5a、第二基极电极5b连接，所述第一基极电极5a和第二基极电极5b间通过第二基区金属条53连接导通；终端保护区002包括三条等间距的P+型保护环8及一个N+型保护环9，N+型保护环9环绕在P+型保护环8的外围；

在剖视截面上，所述有源区001包括若干个相互并联的晶体管单元，所述晶体管单元包括用于引出晶体管集电极C的背面金属层1、位于背面金属层1上且邻接的N+衬底层2、位于N+衬底层2上且邻接的N-外延层3、位于N-外延层3内的P-基区4及位于所述P-基区4两侧的P+基区5，P-基区4的结深与P+基区环5的结深相同，在所述P+基区5间的P-基区4内设有N+发射区6及环绕在所述N+发射区6四周的N+环7，所述N+发射区6和N+环7的结深相同，且均小于P-基区4的结深；在所述P+基区5上覆盖有第一基区金属条52，在所述N+发射区6上覆盖有第一发射区金属条62，所述第一基区金属条52、第一发射区金属条62间均通过绝缘层介质10隔离，所述绝缘层介质10为PSG/SiO2/Si3N4的钝化层；

在终端保护区002，包括背面金属层1、位于背面金属层1上且与其邻接的N+衬底层2及位于N+衬底层2上且与其邻接的N-外延层3，从有源区001指向终端保护区002的方向上，在所述N-外延层3内依次设有三个等间距的P+型保护环8及一个N+型保护环9；所述P+型保护环8的结深大于N+型保护环9的结深；

本实施例中，所述背面金属层1为三层结构，与N+衬底层2相接的是钛层，中间为镍层，底层为银层，

本实施例的NPN型高压大电流超高功率晶体管，采用TO-3PL或TO-3封装，芯片面积约为9.0×9.0mm，耐压VCBO约为1450V，VCEO约为890V，电流IC约为25A，PC功率约为250W，结温150℃，操作和贮存温度范围-55~+150℃；

本实用新型在N+发射区6下方的P-基区4形成了一个基极挤压电阻，该电阻起到镇流作用，同时对芯片上各个发射极起到了均流作用，从而提高二次击穿容量，有利于提高产品的耐压； N+环7和N+发射区6的掺杂浓度和结深相同，N+环7截断了基极电流流向发射结侧面的通路，从而减弱了发射极电流集边效应；同时本实用新型的晶体管设计为两个发射极电极、两个基极电极的结构，且上下两侧的图形完全对称，使得大电流时发散为两组通道，减小了热点集中的问题，提高了器件的可靠性和稳定性；因此，本实用新型的高压大电流大功率硅NPN型晶体管具有稳定性好，可靠性高，耐压高等特点。

以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。