后級(jí)單電阻pnp型達(dá)林頓功率晶體管的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種后級(jí)單電阻PNP型達(dá)林頓功率晶體管，包括一P型襯底，形成于P型襯底背面的背面金屬層，用于形成前級(jí)晶體管T1和后級(jí)晶體管T2共接的集電極；在P型襯底的正面形成有相互隔離的前級(jí)晶體管T1的N型基區(qū)和后級(jí)晶體管T2的N型基區(qū)；前級(jí)晶體管T1的N型基區(qū)和后級(jí)晶體管T2的N型基區(qū)間形成有P+型發(fā)射區(qū)隔離墻；在前級(jí)晶體管T1的N型基區(qū)內(nèi)形成有前級(jí)晶體管T1的P+型發(fā)射區(qū)；在后級(jí)晶體管T2的N型基區(qū)內(nèi)形成有后級(jí)晶體管T2的P+型發(fā)射區(qū)；在T2管的基區(qū)和發(fā)射區(qū)之間形成有P+型發(fā)射區(qū)電阻；在P型襯底的正面覆蓋有氧化層；具有擊穿電壓高、電流大、二次擊穿耐量高、飽和壓降小、開關(guān)時(shí)間短、抗燒毀性強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)。
【專利說明】后級(jí)單電阻PNP型達(dá)林頓功率晶體管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種功率晶體管，尤其是一種后級(jí)單電阻達(dá)林頓的功率晶體管。

【背景技術(shù)】
[0002] 后級(jí)單電阻達(dá)林頓的功率晶體管應(yīng)用范圍廣泛，可用于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置，音頻調(diào) 節(jié)器，電機(jī)控制等工業(yè)用和民用電器電路，其市場(chǎng)前景非常廣闊。對(duì)于一般的功率晶體管電 性能遠(yuǎn)不能適用，必須發(fā)明出功率大，電流大，又要耐壓高，壓降小，開關(guān)時(shí)間短的功率晶體 管。由于開關(guān)控制模塊的基極驅(qū)動(dòng)電流很小，只有零點(diǎn)幾個(gè)mA，但輸出電流要求很大，所W 其放大倍數(shù)要求很大，就需要兩個(gè)晶體管復(fù)合在一起，構(gòu)成達(dá)林頓管，但由于驅(qū)動(dòng)電流小， 所W前級(jí)晶體管需為無阻。因考慮到開關(guān)時(shí)間不能長(zhǎng)，當(dāng)晶體管關(guān)閉時(shí)在后級(jí)晶體管的EB 間增加一個(gè)電阻來泄放晶體管貶存電荷，起到快速關(guān)斷的目的。同時(shí)該個(gè)電阻因分流作用 可W減少集電極-發(fā)射極Iceo的漏電流。綜上考慮研究，后級(jí)單電阻達(dá)林頓管才能夠滿足 W上要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種后級(jí)單電阻PNP型達(dá)林頓功率晶體管，其在很小 電流下就能導(dǎo)通、工作。該后級(jí)單電阻達(dá)林頓PNP型晶體管具有擊穿電壓高、電流大、二次 擊穿耐量高、壓降小、開關(guān)時(shí)間短、抗燒毀性強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方 案是：
[0004] 一種后級(jí)單電阻PNP型達(dá)林頓功率晶體管，包括一 P型襯底，還包括：
[0005] 形成于P型襯底背面的背面金屬層，用于形成前級(jí)晶體管T1和后級(jí)晶體管T2共 接的集電極；
[0006] 在P型襯底的正面形成有相互隔離的前級(jí)晶體管T1的N型基區(qū)和后級(jí)晶體管T2 的N型基區(qū)；前級(jí)晶體管T1的N型基區(qū)和后級(jí)晶體管T2的N型基區(qū)間形成有P+型發(fā)射區(qū) 隔離墻；在前級(jí)晶體管T1的N型基區(qū)內(nèi)形成有前級(jí)晶體管T1的P+型發(fā)射區(qū)；在后級(jí)晶體 管T2的N型基區(qū)內(nèi)形成有后級(jí)晶體管T2的P+型發(fā)射區(qū)；在T2管的基區(qū)和發(fā)射區(qū)之間形 成有P+型發(fā)射區(qū)電阻；在P型襯底的正面覆蓋有氧化層；
[0007] P型襯底的正面氧化層之上還形成有連接前級(jí)晶體管T1的P+型發(fā)射區(qū)和后級(jí)晶 體管T2的N型基區(qū)的連接金屬層；
[000引在前級(jí)晶體管T1的N型基區(qū)上方的襯底正面設(shè)有前級(jí)晶體管T1基極金屬層，用 于形成T1管的基極；
[0009] 在后級(jí)晶體管T2的P+型發(fā)射區(qū)上方的襯底正面設(shè)有后級(jí)晶體管T2發(fā)射極金屬 層，用于形成T2管的發(fā)射極；
[0010] 在P型襯底的正面最外層覆蓋有純化層。
[0011] 進(jìn)一步地，所述背面金屬層包含=層結(jié)構(gòu)，與襯底相接的是鐵層，中間為鑲層，底 層為銀層。
[0012] 進(jìn)一步地，P型襯底包括與背面金屬層相接的P+型第一襯底子層和第一襯底子層 之上的P型第二襯底子層。
[0013] 更進(jìn)一步地，P+型第一襯底子層采用S重?cái)U(kuò)散結(jié)構(gòu)，自背面金屬層至第二襯底子 層方向=重?cái)U(kuò)散的濃度遞減。
[0014] 進(jìn)一步地，氧化層包含兩個(gè)子層，上層為二氧化娃層，下層為滲氧多晶娃層。
[0015] 進(jìn)一步地，純化層采用SiN純化層。
[0016] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于；
[0017] 1)采用后級(jí)單電阻達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，前級(jí)無阻，小電流就能導(dǎo)通工作，保證器件具有 控制能力強(qiáng)的特點(diǎn)。后級(jí)有電阻，減小關(guān)斷時(shí)間及集電極-發(fā)射極漏電流Iceo。
[0018] 2)襯底選用S重?cái)U(kuò)散結(jié)構(gòu)，W提高晶體管的耐壓及抗燒毀能力。
[0019] 3)采用了滲氧多晶娃（SiPOS) +二氧化娃（Si02)做純化保護(hù)，消除只W Si02做 為保護(hù)層時(shí)CB電壓不可逆的漂移，提高器件的可靠性。
[0020] 4)背面多層金屬結(jié)構(gòu)，W降低晶體管的接觸電阻提高其功率耐量。
[002U 5)P+型發(fā)射區(qū)隔離墻的設(shè)計(jì)解決了兩個(gè)晶體管互連共用集電區(qū)，產(chǎn)生寄生效應(yīng) 的現(xiàn)象。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1為本實(shí)用新型的巧片等效圖。
[0023] 圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0025] 如圖1所示；本實(shí)施例W兩個(gè)PNP型晶體管構(gòu)成的達(dá)林頓管為例。該后級(jí)單電阻 PNP達(dá)林頓功率晶體管包括前級(jí)晶體管T1與后級(jí)晶體管T2,所述前級(jí)晶體管T1的發(fā)射極 與所述后級(jí)晶體管T2的基極連接，前級(jí)晶體管T1的集電極與后級(jí)晶體管的集電極連接。后 級(jí)晶體管T2的基極和發(fā)射極之間有一電阻R。
[0026] 圖2是該后級(jí)單電阻PNP型達(dá)林頓功率晶體管的具體結(jié)構(gòu)，包括；
[0027] P型襯底，形成于P型襯底背面的背面金屬層8。其中，背面金屬層8為S層結(jié)構(gòu)， 與襯底相接的是鐵層，中間為鑲層，底層為銀層。背面金屬層8形成前級(jí)晶體管T1和后級(jí) 晶體管T2共接的集電極C。
[002引本器件的巧片背面金屬化采用了鐵、鑲、銀=層金屬。傳統(tǒng)的背面金屬用的是鑲， 它與襯底娃有接觸不牢問題，且在空氣中表面易氧化，導(dǎo)致粘片不牢。為解決與娃片接觸 問題，在第一層，本方案用與娃、鑲接觸都很牢的鐵作為過度金屬，但鐵的電阻較大，不宜 太厚。為保護(hù)中間的鑲不被氧化，第=層最外層用銀來保護(hù)。由于銀在鉛錫焊過程中能 迅速烙解在焊料中，既保護(hù)了鑲不氧化，又不影響鉛錫焊。綜合考慮，用鐵、鑲、銀厚度為 1 OOOA/MOOOA/l 6000A立層金屬作為巧片的背面金屬層。該樣，提高了巧片的粘潤(rùn)性，減 少了粘片空洞，增加了粘片牢固度，使器件的功率耐量、熱疲勞性能都得到提高，大大增加 了產(chǎn)品的可靠性。
[0029] P型襯底包括與背面金屬層8相接的P+型第一襯底子層7和第一襯底子層7之上 的P型第二襯底子層6。其中，P+型第一襯底子層7優(yōu)選為P+ S重?cái)U(kuò)散結(jié)構(gòu)，自背面金屬 層8至第二襯底子層6方向=重?cái)U(kuò)散的濃度遞減。采用=重?cái)U(kuò)散襯底片，W達(dá)到降低襯底 電阻、減小飽和壓降之目的。
[0030] 在P型襯底的正面形成有相互隔離的前級(jí)晶體管T1的N型基區(qū)5和后級(jí)晶體管 T2的N型基區(qū)11 ;在前級(jí)晶體管T1的N型基區(qū)5內(nèi)形成有前級(jí)晶體管T1的P+型發(fā)射區(qū) 4 ;在后級(jí)晶體管T2的N型基區(qū)11內(nèi)形成有后級(jí)晶體管T2的P+型發(fā)射區(qū)12 ;在T1的N 型基區(qū)5和T2的N型基區(qū)11之間形成P+型發(fā)射區(qū)隔離墻10 ;在后級(jí)晶體管T2的N型基 區(qū)11和P+型發(fā)射區(qū)12之間形成有發(fā)射區(qū)電阻9 ;在P型襯底的正面覆蓋有氧化層3。 [003U P型襯底的正面氧化層3之上還形成有連接前級(jí)晶體管T1的P+型發(fā)射區(qū)4和后 級(jí)晶體管T2的N型基區(qū)11的連接金屬層2,連接金屬層2為侶層。
[0032] 在前級(jí)晶體管T1的N型基區(qū)5上方的襯底正面設(shè)有前級(jí)晶體管T1基極金屬層 13,用于形成T1管的基極B，前級(jí)晶體管T1基極金屬層13為侶層。
[003引在后級(jí)晶體管T2的P+型發(fā)射區(qū)12上方的襯底正面設(shè)有后級(jí)晶體管T2發(fā)射極金 屬層14,用于形成T2管的發(fā)射極E，后級(jí)晶體管T2發(fā)射極金屬層14為侶層。
[0034] 后級(jí)晶體管T2的P+型發(fā)射區(qū)電阻9上有侶層15,其與T2基區(qū)侶層相連，在P+ 型發(fā)射區(qū)電阻9上其余部分為氧化層，通過氧化層下通道與T2發(fā)射極金屬層14相連形成 后級(jí)晶體管T2的BE間電阻R。
[0035] 所述氧化層3包含兩個(gè)子層，其上層為二氧化娃層，下層與娃片襯底接觸的為滲 氧多晶娃層。該種結(jié)構(gòu)解決了單W二氧化娃做保護(hù)層時(shí)，產(chǎn)生CB電壓不可逆的漂移。
[0036] 在P型襯底的正面最外層覆蓋有SiN純化層1，為金屬互連和端點(diǎn)金屬供機(jī)械保 護(hù)作用它既是雜質(zhì)離子的壁壘又使器件表面具有良好的力學(xué)性能，提高了二級(jí)電阻達(dá)林 頓的穩(wěn)定性和可靠性。
[0037] 本實(shí)用新型將兩只管子的集電極共用一個(gè)襯底作等效晶體管的集電極，第一級(jí)晶 體管的基極作等效晶體管的基極，用第一級(jí)管的發(fā)射極直接與第二級(jí)晶體管的基極作內(nèi)部 的電連接，第二級(jí)晶體管的發(fā)射極作為等效晶體管的發(fā)射極，該種達(dá)林頓結(jié)構(gòu)的等效電流 增益等于兩級(jí)晶體管單管電流增益的乘積。其優(yōu)點(diǎn)是控制能力強(qiáng)及小電流微安級(jí)就能控 審IJ，而一般有阻達(dá)林頓在輸入100 y A左右才有控制能力。且后級(jí)晶體管的BE間有一電阻 可泄放晶體管貶存電荷，提高關(guān)斷速度。
[003引更優(yōu)的，采用滲氧多晶娃（SiPOS)+二氧化娃（Si02)做純化保護(hù)，消除只W Si02 做為保護(hù)層時(shí)CB電壓不可逆的漂移，提高器件的可靠性。
[0039] 前級(jí)晶體管與后級(jí)晶體管之間形成P+型發(fā)射區(qū)隔離墻，解決了兩個(gè)晶體管互連 共用集電區(qū)，產(chǎn)生寄生效應(yīng)的現(xiàn)象。
[0040] W下為后級(jí)單電阻PNP達(dá)林頓功率晶體管的電參數(shù)的測(cè)試結(jié)果，符合技術(shù)指標(biāo)。
[0041]

【權(quán)利要求】
1. 一種后級(jí)單電阻PNP型達(dá)林頓功率晶體管，包括一 P型襯底，其特征在于，還包括： 形成于P型襯底背面的背面金屬層（8)，用于形成前級(jí)晶體管T1和后級(jí)晶體管T2共接 的集電極； 在P型襯底的正面形成有相互隔離的前級(jí)晶體管T1的N型基區(qū)（5)和后級(jí)晶體管T2 的N型基區(qū)（11);前級(jí)晶體管T1的N型基區(qū)（5)和后級(jí)晶體管T2的N型基區(qū)（11)間形成 有P+型發(fā)射區(qū)隔離墻（10);在前級(jí)晶體管T1的N型基區(qū)（5)內(nèi)形成有前級(jí)晶體管T1的 P+型發(fā)射區(qū)（4);在后級(jí)晶體管T2的N型基區(qū)（11)內(nèi)形成有后級(jí)晶體管T2的P+型發(fā)射 區(qū)（12);在T2管的基區(qū)和發(fā)射區(qū)之間形成有P+型發(fā)射區(qū)電阻（9);在P型襯底的正面覆蓋 有氧化層（3); P型襯底的正面氧化層（3)之上還形成有連接前級(jí)晶體管T1的P+型發(fā)射區(qū)（4)和后 級(jí)晶體管T2的N型基區(qū)（11)的連接金屬層（2); 在前級(jí)晶體管T1的N型基區(qū)（5)上方的襯底正面設(shè)有前級(jí)晶體管T1基極金屬層（13)， 用于形成T1管的基極； 在后級(jí)晶體管T2的P+型發(fā)射區(qū)（12)上方的襯底正面設(shè)有后級(jí)晶體管T2發(fā)射極金屬 層（14)，用于形成T2管的發(fā)射極； 在P型襯底的正面最外層覆蓋有鈍化層（1)。
2. 如權(quán)利要求1所述的后級(jí)單電阻PNP型達(dá)林頓功率晶體管，其特征在于： 所述背面金屬層（8)包含三層結(jié)構(gòu)，與襯底相接的是鈦層，中間為鎳層，底層為銀層。
3. 如權(quán)利要求1所述的后級(jí)單電阻PNP型達(dá)林頓功率晶體管，其特征在于： P型襯底包括與背面金屬層（8)相接的P+型第一襯底子層（7)和第一襯底子層（7)之 上的P型第二襯底子層（6)。
4. 如權(quán)利要求3所述的后級(jí)單電阻PNP型達(dá)林頓功率晶體管，其特征在于： P+型第一襯底子層（7)采用三重?cái)U(kuò)散結(jié)構(gòu)，自背面金屬層（8)至第二襯底子層（6)方 向三重?cái)U(kuò)散的濃度遞減。
5. 如權(quán)利要求1所述的后級(jí)單電阻PNP型達(dá)林頓功率晶體管，其特征在于： 氧化層（3)包含兩個(gè)子層，上層為二氧化硅層，下層為摻氧多晶硅層。
6. 如權(quán)利要求1所述的后級(jí)單電阻PNP型達(dá)林頓功率晶體管，其特征在于： 鈍化層（1)采用SiN鈍化層（1)。
【文檔編號(hào)】H01L29/06GK204204857SQ201420746089
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】龔利汀, 易瓊紅, 龔利貞 申請(qǐng)人:無錫固電半導(dǎo)體股份有限公司