專利名稱：：汽車電子用硅pnp型高頻高速低壓降高增益功率晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體晶體管
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及到一種汽車電子用的硅PNP型高頻高速低飽和壓降高電流增益功率晶體管2SA1640、2SA1010、2SA1757、2N6491等系列產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
：二十一世紀(jì)以來(lái)，全球已進(jìn)入電子信息高速發(fā)展的時(shí)代。電子信息產(chǎn)業(yè)正與汽車產(chǎn)業(yè)密切結(jié)合起來(lái)，并且，電子技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)深入到汽車的所有系統(tǒng)。近幾年德國(guó)、美國(guó)等廠商在一些高檔汽車中相繼研制安裝了汽車光控系統(tǒng)、穩(wěn)定控制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、高檔音響系統(tǒng)等裝置，而裝置中的末級(jí)驅(qū)動(dòng)管要求晶體管具有高頻、高速、低飽和壓降、高電流增益的特性，難度較大。前兩年，國(guó)內(nèi)外廠商只能采購(gòu)使用日本ROHM公司生產(chǎn)的晶體管，而在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上這種硅PNP型高頻、高速、低飽和壓降、高電流增益的功率晶體管一直是處于空白，沒(méi)有國(guó)內(nèi)廠商可生產(chǎn)制造出來(lái)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)生產(chǎn)一種汽車電子用硅PNP型高頻高速低壓降高增益功率晶體管，這種晶體管2SA1640、2SA1010、2SA1757、2N6491等系列產(chǎn)品。這些產(chǎn)品的特征頻率高、開(kāi)關(guān)速度快、飽和壓降低、電流增益高。用于汽車電子控制器的末級(jí)驅(qū)動(dòng)，車載顯示器的開(kāi)關(guān)控制和音響功放。按照本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，在低阻硅片襯底上設(shè)置集電區(qū)，在集電區(qū)內(nèi)形成基區(qū)，在基區(qū)內(nèi)形成發(fā)射區(qū)，在發(fā)射區(qū)旁邊的基區(qū)內(nèi)形成增阻環(huán)，所述集電區(qū)、基區(qū)、發(fā)射區(qū)及增阻環(huán)位于同一個(gè)剖面層內(nèi)，在所述集電區(qū)、基區(qū)、發(fā)射區(qū)及增阻環(huán)的上表面設(shè)置二氧化硅膜，在對(duì)應(yīng)于發(fā)射區(qū)及基區(qū)的部位的二氧化硅膜上設(shè)置引線孔，在對(duì)應(yīng)于發(fā)射區(qū)的引線孔部位設(shè)置發(fā)射極鋁層，在對(duì)應(yīng)于基區(qū)的引線孔部位設(shè)置基極鋁層，所述發(fā)射極鋁層與發(fā)射區(qū)電連接，所述基極鋁層與基區(qū)電連接。設(shè)計(jì)指標(biāo)如下電流增益高Hfel=250-500倍(Ic;0.2A，VCE=-2V);Hfe2=40-200倍(Ic二3A，Vce=-lV);開(kāi)關(guān)速度快ton<0.5us，toff<1.5us(Ic=-3A，IB1=IB2=-0.3A);特征頻率高fT>20MHz(Ic=-0.5A，VCE=-10V，fHMHz);飽和壓降低VCE(sat)<-0.3V(Ic=-3A，IB=-0.1A)。本產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)還有Ptot=40W(Tc=25°C);Ic=-15A;VCEO>-30V(Ic=-10mA);VCBO>-30V(Ic=-1mA);VEB0>-5V(IE=-1mA)。為了提高電流增益，產(chǎn)品必須具有高周長(zhǎng)面積比的設(shè)計(jì)版圖，具有高的發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度，淺的PN結(jié)和極少的體內(nèi)復(fù)合。為了提高開(kāi)關(guān)速度，必須減小基區(qū)寬度，使tr和tf大大降低，且提高特征頻率；還應(yīng)盡量減薄外延層厚度，降低外延層電阻率，這樣可提高開(kāi)關(guān)速度，又可降低飽和壓降。圖1是2SA1640系列產(chǎn)品使用功能框圖。圖2是工藝流程圖。圖3是2SA1640系列產(chǎn)品管芯版圖。圖4是管芯剖面圖。具體實(shí)施方式如圖所示在低阻硅片襯底10上設(shè)置集電區(qū)4，在集電區(qū)4內(nèi)形成基區(qū)3，在基區(qū)3內(nèi)形成發(fā)射區(qū)2，在發(fā)射區(qū)2旁邊的基區(qū)3內(nèi)形成增阻環(huán)5，所述集電區(qū)4、基區(qū)3、發(fā)射區(qū)2及增阻環(huán)5位于同一個(gè)剖面層內(nèi)，在所述集電區(qū)4、基區(qū)3、發(fā)射區(qū)2及增阻環(huán)5的上表面設(shè)置二氧化硅膜6，在對(duì)應(yīng)于發(fā)射區(qū)2及基區(qū)3的部位的二氧化硅膜6上設(shè)置引線孔，在對(duì)應(yīng)于發(fā)射區(qū)2的引線孔部位設(shè)置發(fā)射極鋁層8，在對(duì)應(yīng)于基區(qū)3的引線孔部位設(shè)置基極鋁層7，所述發(fā)射極鋁層8與發(fā)射區(qū)2電連接，所述基極鋁層7與基區(qū)3電連接。1、本實(shí)用新型采用了具有高設(shè)計(jì)優(yōu)值的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)和完全對(duì)稱的電極圖形設(shè)計(jì)版圖，保證器件具有比梳狀條結(jié)構(gòu)更大的電流、更長(zhǎng)的發(fā)射極周長(zhǎng)和更大的發(fā)射區(qū)面積，提高電流增益。本實(shí)用新型的電流增益可達(dá)到500倍。為了達(dá)到以上設(shè)計(jì)指標(biāo)，結(jié)合制芯工藝狀況，對(duì)光刻版圖進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，對(duì)版圖和工藝的相容性進(jìn)行了充分的估算，對(duì)工藝參數(shù)不斷進(jìn)行調(diào)整，力求達(dá)到最佳設(shè)計(jì)方案。版圖設(shè)計(jì)發(fā)射極周長(zhǎng)LE=3.75cm;發(fā)射區(qū)面積AE=3.15mm2;芯片面積A=2.5mmx2.5mm;發(fā)射區(qū)鋁條寬66um;發(fā)射區(qū)鋁條根數(shù)22根；鋁層厚度d=3.5um;理論計(jì)算IE按最大集電極電流7A計(jì)算，則發(fā)射區(qū)線電流密度IE7A—=--1.86A/cmLE3.75cm鋁電極截面積電流密度IE7A——=-=1.38xl05A/cm2A鋁3,5x10-4x66x1022cm2通常發(fā)射區(qū)線電流密度設(shè)計(jì)值小于3A/cm，鋁電極產(chǎn)生顯著遷移的電流密度為106A/cm2。由以上計(jì)算可見(jiàn)，設(shè)計(jì)具有充分的余量。2、本實(shí)用新型在版圖設(shè)計(jì)中采用了"增阻環(huán)"結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即在單元發(fā)射區(qū)與單元基區(qū)引線孔之間增加了一個(gè)封閉環(huán)。由于此環(huán)獨(dú)立于發(fā)射結(jié)與基區(qū)引線孔之間，不參與導(dǎo)電，形成隔離，因而對(duì)基區(qū)注入電流的橫向流動(dòng)起到了阻擋作用，基區(qū)電流不能直接流向發(fā)射結(jié)表面，而是均勻地從發(fā)射結(jié)下面流過(guò)，減弱了晶體管大電流工作時(shí)的發(fā)射極電流集邊效應(yīng)，減小了發(fā)射結(jié)的電流集中，從而提高了產(chǎn)品的功率耐量10%~20%，使產(chǎn)品具有較高的抗過(guò)熱點(diǎn)燒毀能力。3、本實(shí)用新型在工藝設(shè)計(jì)上采取了如下步驟①恰當(dāng)?shù)剡x用p型硅外延材料的電阻率和外延層厚度以及襯底層摻雜濃度，使產(chǎn)品既具有一定的擊穿電壓，又具有良好的大電流特性和極低的飽和壓降。②基區(qū)摻雜采用低濃度磷離子注入工藝，并嚴(yán)格控制注入劑量、能量以及退火條件，以獲得具有平坦而較淺的P-N結(jié)，而且具有合適的濃度分布。發(fā)射區(qū)摻雜采用高濃度CSD(硼乳膠源)擴(kuò)散，改善芯片表面狀態(tài)，提高注入效率，從工藝上保證產(chǎn)品具有較高的特征頻率、較快的開(kāi)關(guān)速度和極高的電流增益以及擴(kuò)散參數(shù)hFE的均勻性。③釆用鋁下雙層SK)2復(fù)合膜鈍化和鋁上Sl3N4鈍化的工藝技術(shù)，解決網(wǎng)格狀圖形結(jié)構(gòu)產(chǎn)品所固有的E-B穿通問(wèn)題和PNP型晶體管容易產(chǎn)生的C-E、C-B反向漏電流大和擊穿蠕變的問(wèn)題，提高產(chǎn)品的可靠性。④采用背面多層金屬化和裝片工序AVBE監(jiān)控工藝，以保證良好的歐姆接觸和較高的抗熱疲勞性能。本實(shí)用新型的效果從下表1可看出，2SA1640系列產(chǎn)品的樣品實(shí)測(cè)技術(shù)性能參數(shù)值均達(dá)到并超過(guò)設(shè)計(jì)指標(biāo)，參數(shù)值達(dá)到并超過(guò)世界著名ROHM公司典型值水平，其中集電極電流Ic達(dá)到22A，是ROHM公司同類產(chǎn)品的3倍。2SA1640系列產(chǎn)品經(jīng)顧客樣品使用，反映很好，完全滿足汽車光控系統(tǒng)和穩(wěn)定控制系統(tǒng)使用要求。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>目前，較高檔的轎車、賽車，大都采用了電子控制主動(dòng)懸架系統(tǒng)，該系統(tǒng)由傳感器、電子控制器、調(diào)節(jié)懸架的執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成。電子控制器簡(jiǎn)稱為ECU,將傳感器輸入的電信號(hào)進(jìn)行綜合處理，運(yùn)算分析后，輸出對(duì)懸架剛度、阻尼及車身高度進(jìn)行調(diào)節(jié)的控制信號(hào)。在具有路敏控制能力的電子控制懸架系統(tǒng)中，可在各種路面和行駛情況下，控制前后懸架減震器的阻尼力。由于減震器內(nèi)的電磁閥的反應(yīng)比其他系統(tǒng)中的執(zhí)行裝置快得多，反應(yīng)時(shí)間僅有10-15ms，遠(yuǎn)低于人體眨眼一次需200ms時(shí)間，所以路敏電子控制器將對(duì)輸入做出極快的反應(yīng)。本實(shí)用新型產(chǎn)品硅PNP高頻、高速、低飽和壓降、高電流增益功率晶體管2SA1640用于汽車電子控制主動(dòng)懸架系統(tǒng)的電子控制部分，使用功能框圖如圖1所示。根據(jù)產(chǎn)品使用原理和要求，2SA1640用于電子控制器的末級(jí)驅(qū)動(dòng)，快速地將前級(jí)控制信號(hào)放大后輸出至電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)懸架的剛度，阻尼系數(shù)，車身高度等，從而達(dá)到了調(diào)節(jié)車體中心平衡、左右平衡的功效。所以，ECU要求驅(qū)動(dòng)管電流增益高、開(kāi)關(guān)速度快、特征頻率高、飽和壓降低。本產(chǎn)品用于汽車的第二個(gè)部分是車載顯示器。該晶體管在顯示器的過(guò)壓保護(hù)電路中作開(kāi)關(guān)控制用。當(dāng)平均工作電壓大于80V時(shí)，晶體管應(yīng)能立即處于截止?fàn)顟B(tài)，保護(hù)電路要求晶體管導(dǎo)通和截止的反應(yīng)速度越快越好，否則因較大的導(dǎo)通電流和開(kāi)關(guān)損耗而燒管。所以，車載顯示器的過(guò)壓保護(hù)電路也要求晶體管開(kāi)關(guān)速度快，飽和壓降低，抗燒毀能力強(qiáng)。該產(chǎn)品的第三個(gè)應(yīng)用部分是汽車的音響系統(tǒng)。該P(yáng)NP晶體管與另一個(gè)NPN晶體管配對(duì)，作汽車音響的甲乙類推挽輸出功率放大用，每臺(tái)音響用四對(duì)晶體管，要求Hfe—致性好，否則輸出正弦波會(huì)失真，導(dǎo)致聲音失真。由于汽車內(nèi)環(huán)境溫度較高，同樣要求晶體管抗燒。根據(jù)產(chǎn)品使用原理和要求，2SA1640用于電子控制器的末級(jí)驅(qū)動(dòng)、車載顯示器的開(kāi)關(guān)控制和音響功放用，因此，必須具有電流增益高、開(kāi)關(guān)速度快、特征頻率高和飽和壓降低的特點(diǎn)。權(quán)利要求1、汽車電子用硅PNP型高頻高速低飽和壓降高電流增益功率晶體管，其特征是在低阻硅片襯底(10)上設(shè)置集電區(qū)(4)，在集電區(qū)(4)內(nèi)形成基區(qū)(3)，在基區(qū)(3)內(nèi)形成發(fā)射區(qū)(2)，在發(fā)射區(qū)(2)旁邊的基區(qū)(3)內(nèi)形成增阻環(huán)(5)，所述集電區(qū)(4)、基區(qū)(3)、發(fā)射區(qū)(2)及增阻環(huán)(5)位于同一個(gè)剖面層內(nèi)，在所述集電區(qū)(4)、基區(qū)(3)、發(fā)射區(qū)(2)及增阻環(huán)(5)的上表面設(shè)置二氧化硅膜(6)，在對(duì)應(yīng)于發(fā)射區(qū)(2)及基區(qū)(3)的部位的二氧化硅膜(6)上設(shè)置引線孔，在對(duì)應(yīng)于發(fā)射區(qū)(2)的引線孔部位設(shè)置發(fā)射極鋁層(8)，在對(duì)應(yīng)于基區(qū)(3)的引線孔部位設(shè)置基極鋁層(7)，所述發(fā)射極鋁層(8)與發(fā)射區(qū)(2)電連接，所述基極鋁層(7)與基區(qū)(3)電連接。專利摘要本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體晶體管
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及到一種汽車電子用的硅PNP型高頻高速低飽和壓降高電流增益功率晶體管。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在低阻硅片襯底上設(shè)置集電區(qū)，在集電區(qū)內(nèi)形成基區(qū)，在基區(qū)內(nèi)形成發(fā)射區(qū)，在發(fā)射區(qū)旁邊的基區(qū)內(nèi)形成增阻環(huán)，所述集電區(qū)、基區(qū)、發(fā)射區(qū)及增阻環(huán)位于同一個(gè)剖面層內(nèi)，在所述集電區(qū)、基區(qū)、發(fā)射區(qū)及增阻環(huán)的上表面設(shè)置二氧化硅膜，在對(duì)應(yīng)于發(fā)射區(qū)及基區(qū)的部位的二氧化硅膜上設(shè)置引線孔，在對(duì)應(yīng)于發(fā)射區(qū)的引線孔部位設(shè)置發(fā)射極鋁層，在對(duì)應(yīng)于基區(qū)的引線孔部位設(shè)置基極鋁層，所述發(fā)射極鋁層與發(fā)射區(qū)電連接，所述基極鋁層與基區(qū)電連接。這種晶體管的特征頻率高、開(kāi)關(guān)速度快、飽和壓降低、電流增益高。文檔編號(hào)H01L29/06GK201243018SQ20082018501公開(kāi)日2009年5月20日申請(qǐng)日期2008年8月8日優(yōu)先權(quán)日2008年8月8日發(fā)明者錢曉平,龔利汀,龔利貞申請(qǐng)人:無(wú)錫固電半導(dǎo)體股份有限公司