汽车电子用硅PNP型高频高速低压降高增益功率晶体管制造技术

本实用新型专利技术属于半导体晶体管技术领域，具体涉及到一种汽车电子用的硅ＰＮＰ型高频高速低饱和压降高电流增益功率晶体管。本实用新型专利技术的目的是这样实现的：在低阻硅片衬底上设置集电区，在集电区内形成基区，在基区内形成发射区，在发射区旁边的基区内形成增阻环，所述集电区、基区、发射区及增阻环位于同一个剖面层内，在所述集电区、基区、发射区及增阻环的上表面设置二氧化硅膜，在对应于发射区及基区的部位的二氧化硅膜上设置引线孔，在对应于发射区的引线孔部位设置发射极铝层，在对应于基区的引线孔部位设置基极铝层，所述发射极铝层与发射区电连接，所述基极铝层与基区电连接。这种晶体管的特征频率高、开关速度快、饱和压降低、电流增益高。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于半导体晶体管
，具体涉及到一种汽车电子用的硅 PNP型高频高速低饱和压降高电流增益功率晶体管2SA1640、 2SA1010、 2SA1757、 2N6491等系列产品。
技术介绍
二十一世纪以来，全球已进入电子信息高速发展的时代。电子信息产业正 与汽车产业密切结合起来，并且，电子技术的应用已经深入到汽车的所有系统。近几年德国、美国等厂商在一些高档汽车中相继研制安装了汽车光控系统、 稳定控制系统、显示系统、高档音响系统等装置，而装置中的末级驱动管要求 晶体管具有高频、高速、低饱和压降、高电流增益的特性，难度较大。前两年， 国内外厂商只能采购使用日本ROHM公司生产的晶体管，而在国内市场上这种 硅PNP型高频、高速、低饱和压降、高电流增益的功率晶体管一直是处于空白， 没有国内厂商可生产制造出来。
技术实现思路
本技术的目的在于设计生产一种汽车电子用硅PNP型高频高速低压降 高增益功率晶体管，这种晶体管2SA1640、 2SA1010、 2SA1757、 2N6491等系列产品。这些产品的特征频率高、开关速度快、饱和压降低、电流增益高。用 于汽车电子控制器的末级驱动，车载显示器的开关控制和音响功放。按照本技术提供的技术方案，在低阻硅片衬底上设置集电区，在集电 区内形成基区，在基区内形成发射区，在发射区旁边的基区内形成增阻环，所 述集电区、基区、发射区及增阻环位于同一个剖面层内，在所述集电区、基区、 发射区及增阻环的上表面设置二氧化硅膜，在对应于发射区及基区的部位的二 氧化硅膜上设置引线孔，在对应于发射区的引线孔部位设置发射极铝层，在对 应于基区的引线孔部位设置基极铝层，所述发射极铝层与发射区电连接，所述 基极铝层与基区电连接。设计指标如下电流增益高Hfel=250-500倍(Ic;0.2A， VCE=-2V); Hfe2=40-200倍(Ic二3A， Vce=-lV);开关速度快ton<0.5us，toff<1.5us(Ic=-3A， IB1= IB2=-0.3A); 特征频率高fT>20MHz (Ic=-0.5A， VCE=-10V， fHMHz); 饱和压降低VCE(sat)<-0.3V(Ic=-3A， IB=-0.1A)。本产品设计参数还有Ptot=40W(Tc=25°C); Ic=-15A; VCEO>-30V(Ic=-10mA); VCBO>-30V(Ic=- 1mA); VEB0>-5V(IE=- 1mA)。为了提高电流增益，产品必须具有高周长面积比的设计版图，具有高的发 射区杂质浓度，浅的PN结和极少的体内复合。为了提高开关速度，必须减小基区宽度，使tr和tf大大降低，且提高特征频率；还应尽量减薄外延层厚度，降低外延层电阻率，这样可提高开关速度，又可降低饱和压降。附图说明图1是2SA1640系列产品使用功能框图。 图2是工艺流程图。 图3是2SA1640系列产品管芯版图。 图4是管芯剖面图。具体实施方式如图所示在低阻硅片衬底10上设置集电区4，在集电区4内形成基区3， 在基区3内形成发射区2，在发射区2旁边的基区3内形成增阻环5，所述集电 区4、基区3、发射区2及增阻环5位于同一个剖面层内，在所述集电区4、基 区3、发射区2及增阻环5的上表面设置二氧化硅膜6，在对应于发射区2及基 区3的部位的二氧化硅膜6上设置引线孔，在对应于发射区2的引线孔部位设 置发射极铝层8，在对应于基区3的引线孔部位设置基极铝层7，所述发射极铝 层8与发射区2电连接，所述基极铝层7与基区3电连接。1、 本技术采用了具有高设计优值的网格状结构和完全对称的电极图形 设计版图，保证器件具有比梳状条结构更大的电流、更长的发射极周长和更大 的发射区面积，提高电流增益。本技术的电流增益可达到500倍。为了达到以上设计指标，结合制芯工艺状况，对光刻版图进行精心设计， 对版图和工艺的相容性进行了充分的估算，对工艺参数不断进行调整，力求达 到最佳设计方案。版图设计发射极周长LE=3.75cm;发射区面积AE=3.15mm2;芯片面 积A=2.5mmx2.5mm;发射区铝条宽66um;发射区铝条根数22根；铝层 厚度d=3.5um;理论计算IE按最大集电极电流7A计算，则发射区线电流密度 IE 7A—=-- 1.86 A/cmLE 3.75cm铝电极截面积电流密度IE 7A——=-=1.38xl05A/cm2A铝3,5 x 10-4x66x 10 22cm2通常发射区线电流密度设计值小于3A/cm，铝电极产生显著迁移的电流密 度为106A/cm2。由以上计算可见，设计具有充分的余量。2、 本技术在版图设计中采用了"增阻环"结构设计，即在单元发射区与 单元基区引线孔之间增加了一个封闭环。由于此环独立于发射结与基区引线孔 之间，不参与导电，形成隔离，因而对基区注入电流的横向流动起到了阻挡作用，基区电流不能直接流向发射结表面，而是均匀地从发射结下面流过，减弱 了晶体管大电流工作时的发射极电流集边效应，减小了发射结的电流集中，从而提高了产品的功率耐量10%~20%，使产品具有较高的抗过热点烧毁能力。3、本技术在工艺设计上采取了如下步骤① 恰当地选用p型硅外延材料的电阻率和外延层厚度以及衬底层掺杂浓度， 使产品既具有一定的击穿电压，又具有良好的大电流特性和极低的饱和压降。② 基区掺杂采用低浓度磷离子注入工艺，并严格控制注入剂量、能量以及退火条件，以获得具有平坦而较浅的P-N结，而且具有合适的浓度分布。发射区 掺杂采用高浓度CSD (硼乳胶源)扩散，改善芯片表面状态，提高注入效率， 从工艺上保证产品具有较高的特征频率、较快的开关速度和极高的电流增益以 及扩散参数hFE的均匀性。③ 釆用铝下双层SK)2复合膜钝化和铝上Sl3N4钝化的工艺技术，解决网格状图形结构产品所固有的E-B穿通问题和PNP型晶体管容易产生的C-E、 C-B 反向漏电流大和击穿蠕变的问题，提高产品的可靠性。④ 采用背面多层金属化和装片工序AVBE监控工艺，以保证良好的欧姆接触和较高的抗热疲劳性能。本技术的效果从下表1可看出，2SA1640系列产品的样品实测技术性 能参数值均达到并超过设计指标，参数值达到并超过世界著名ROHM公司典型 值水平，其中集电极电流Ic达到22A，是ROHM公司同类产品的3倍。2SA1640系列产品经顾客样品使用，反映很好，完全满足汽车光控系统和 稳定控制系统使用要求。表1<table>table see original document page 5</column></row><table><table>table see original document page 6</column></row><table>目前，较高档的轿车、赛车，大都采用了电子控制主动悬架系统，该系统 由传感器、电子控制器、调节悬架的执行机构三部分组成。电子控制器简称为ECU,将传感器输入的电信号进行综合处理，运算分析后，输出对悬架刚度、 阻尼及车身高度进行调节的控制信号。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
汽车电子用硅ＰＮＰ型高频高速低饱和压降高电流增益功率晶体管，其特征是：在低阻硅片衬底（１０）上设置集电区（４），在集电区（４）内形成基区（３），在基区（３）内形成发射区（２），在发射区（２）旁边的基区（３）内形成增阻环（５），所述集电区（４）、基区（３）、发射区（２）及增阻环（５）位于同一个剖面层内，在所述集电区（４）、基区（３）、发射区（２）及增阻环（５）的上表面设置二氧化硅膜（６），在对应于发射区（２）及基区（３）的部位的二氧化硅膜（６）上设置引线孔，在对应于发射区（２）的引线孔部位设置发射极铝层（８），在对应于基区（３）的引线孔部位设置基极铝层（７），所述发射极铝层（８）与发射区（２）电连接，所述基极铝层（７）与基区（３）电连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：龚利汀，钱晓平，龚利贞，
申请(专利权)人：无锡固电半导体股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]