一种带箝位功能的双层硅外延达林顿晶体管芯片及制作方法，晶体管的特性参数一致性较好、饱和压降低、抗二次击穿能力强。包括N+型或P+型硅片衬底，在所述硅片衬底表面设有与其同型的高阻层，在高阻层的正面设有前级晶体管T1和后级晶体管T2的基区以及电阻R1和R2，在基区内设有前级晶体管T1及后级晶体管T2的发射区，在后级晶体管T2发射区极条之间的基区与后级晶体管T2的集电极之间寄生形成续流保护二极管，其特殊之处是：所述硅片衬底为重掺杂硅片衬底，所述高阻层为高阻外延层且在所述硅片衬底和高阻外延层之间设有与所述硅片衬底同型的缓冲低阻外延层，在所述高阻外延层的正面位于前级晶体管T1的基区下面设有箝位二极管。于前级晶体管T1的基区下面设有箝位二极管。于前级晶体管T1的基区下面设有箝位二极管。
【技术实现步骤摘要】
带箝位功能的双层硅外延达林顿晶体管芯片及制作方法
[0001]本专利技术涉及一种带箝位功能的双层硅外延达林顿晶体管芯片及制作方法，属于半导体晶体管领域。
技术介绍
[0002]达林顿晶体管应用于大功率开关电路、电机调速、逆变电路、驱动小型继电器和驱动LED智能显示屏等。二级NPN达林顿晶体管包括前级晶体管T1与后级晶体管T2，所述前级晶体管T1的集电极与后级晶体管T2的集电极相连，前级晶体管T1的发射极与后级晶体管T2的基极相连；两级晶体管的BE间各有一电阻，在后级晶体管T2的集电极和发射极之间接有续流保护二极管(如图1所示)。在结构上无箝位二极管，并且在制作工艺上多采用三重扩散片工艺。三重扩散片的制作工艺是利用研磨片双面进行高浓度的磷扩散，然后进行单面的磨片、抛光工艺再进行器件的制作。器件击穿电压的均匀性受到三重扩散结深、磨片和抛光的一致性影响较大。导致晶体管的特性参数一致性不好、抗二次击穿能力弱、饱和压降高。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的在于提供一种带箝位功能的双层硅外延达林顿晶体管芯片及制作方法，采用平面工艺技术方案，其外延层的厚度可控、均匀性好，更有利于高可靠产品的生产与技术指标的控制，晶体管的特性参数一致性较好、饱和压降低、抗二次击穿能力强。
[0004]本专利技术采用的技术方案是：
[0005]一种带箝位功能的双层硅外延达林顿晶体管芯片，包括N+型或P+型硅片衬底，在所述硅片衬底表面设有与其同型的高阻层，在所述高阻层的正面通过扩散工艺设有前级晶体管T1和后级晶体管T2的基区以及电阻R1和R2，在基区内通过扩散工艺设有前级晶体管T1的发射区及后级晶体管T2的发射区，在后级晶体管T2发射区极条之间的基区与T2的集电极之间寄生形成续流保护二极管，其特殊之处是：所述硅片衬底为重掺杂硅片衬底，所述高阻层为高阻外延层且在所述硅片衬底和高阻外延层之间设有与所述硅片衬底同型的缓冲低阻外延层，在所述高阻外延层的正面位于前级晶体管T1的基区下面通过扩散工艺设有箝位二极管。
[0006]进一步，在前级晶体管T1和后级晶体管T2的基区周围设有与所述硅片衬底不同型的场限环。
[0007]进一步，在前级晶体管T1的基区上方设有基极金属层引出T1管的基极B，在后级晶体管T2的发射区上方设有发射极金属层引出T2管的发射极E，在前级晶体管T1的发射极及后级晶体管T2的基区之间形成连接金属层，在硅片衬底背面蒸钛镍银后形成背面金属层，用于形成前级晶体管T1与后级晶体管T2共接的集电极C，在高阻外延层的正面覆盖有氧化层，在所述芯片表面非引出电极部位设有氮化硅表面保护层。
[0008]进一步，所述硅片衬底为N+型硅片衬底，所述缓冲低阻外延层为N
‑
低阻外延层，所述外延层为N型高阻外延层；或者所述硅片衬底为P+型硅片衬底，所述缓冲低阻外延层为P
‑
低阻外延层，所述外延层为P型高阻外延层。
[0009]上述带箝位功能的双层硅外延达林顿晶体管芯片的制作方法，其步骤是：
[0010]1、选用重掺杂的N+型或P+型硅片衬底，在硅片衬底表面生长与硅片衬底同型的缓冲低阻外延层和高阻外延层，在高阻外延层的正面生长一层氧化层；
[0011]2、对氧化层光刻腐蚀后，在高阻外延层的正面通过扩散工艺形成箝位二极管、前级晶体管T1和后级晶体管T2的基区、前级晶体管T1的BE间的电阻R1及后级晶体管T2的BE间的电阻R2；
[0012]3、在基区内通过扩散工艺形成前级晶体管T1的发射区及后级晶体管T2的发射区；
[0013]4、在所述后极晶体管T2的发射区极条与后极晶体管T2的集电极间寄生形成续流保护二极管；
[0014]5、在前级晶体管T1的基区上方设有基极金属层，用于形成前极晶体管T1的基极B；在后级晶体管T2的发射区上方设有发射极金属层，用于形成T2管的发射极E；在前级晶体管T1的发射极及后级晶体管T2的基区上形成连接金属层以及该达林顿晶体管的连接电极；在芯片表面非引出电极部位上设有氮化硅表面保护层；
[0015]6、将所述硅片衬底背面减薄后，蒸钛镍银后形成背面金属层，用于形成前级晶体管T1与后级晶体管T2共接的集电极C。
[0016]进一步，在形成前、后级晶体管的基区时，同时在基区周围形成与所述硅片衬底不同型的场限环。
[0017]进一步地，前级晶体管T1及后级晶体管T2的基区为一体结构并且是通过去除高阻外延层的正面覆盖的氧化层，重新生长一层氧化层，光刻后进行硼扩散形成。
[0018]进一步地，前、后级晶体管的基区及前级晶体管T1的BE间的电阻R1、后级晶体管T2的BE间的电阻R2是通过第二次扩散工艺形成。
[0019]进一步，所述缓冲低阻外延层为N
‑
型且电阻率为0.1～0.6Ω
·
cm，高阻外延层为N型且电阻率为28～40Ω
·
cm。
[0020]进一步，所述缓冲低阻外延层为P
‑
型且电阻率为0.25～1.5Ω
·
cm，高阻外延层为P型且电阻率为70～100Ω
·
cm。
[0021]本专利技术的有益效果在于：
[0022]1、选用双层外延结构，为了满足功率达林顿晶体管的击穿电压(BVCEO)的指标要求，除去电阻率选定合适之外，选择的高阻外延层总厚度由集电结结深、集电结雪崩击穿时对应的空间电荷区宽度及缓冲外延层反扩散层厚度三者确定，使高阻外延层厚度符合穿通击穿的设计要求。采用该外延片生产的双极型器件导通时集电极串联电阻值比较小，可以获得较小的饱和压降。通过在高阻外延层与重掺杂衬底间增加一层缓冲低阻外延层，降低了高阻外延层与重掺杂衬底间的浓度梯度，提高了二次击穿耐量。双层外延片具有厚度可控、重复性均匀性好、衬底掺杂浓度高、规避了三重扩散片机械减薄引入的损伤和缺陷，有利于高可靠产品的生产与技术指标的控制，从而提高产品的抗反向二次击穿能力，晶体管参数一致性更好。
[0023]2、芯片上集成箝位二极管，箝位二极管工作状态与达林顿晶体管的饱和或截止状态同步，设计上控制其反向击穿，将达林顿晶体管的击穿电压箝位在一定数值范围内，使其低于集电结的二次击穿电压，确保晶体管工作在安全工作区内，提高产品抗正向二次击穿
能力。因此可以防止达林顿器件发生二次击穿烧毁，起到对器件的保护作用。
附图说明
[0024]图1是普通达林顿晶体管芯片的电路原理图；
[0025]图2是带箝位功能的双层硅外延NPN达林顿晶体管芯片的电路原理图；
[0026]图3是本专利技术的带箝位功能的双层硅外延NPN达林顿晶体管芯片的纵向结构图；
[0027]图4是本专利技术的带箝位功能的双层硅外延达林顿晶体管芯片结构示意图；
[0028]图中：1－硅片衬底、2－缓冲外延层、3－高阻外延层、4－氧化层、5－氮化硅、6－金属铝电极B、7—金属钛镍银电极、8—箝位二极管、9—基区、10—T1发射本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种带箝位功能的双层硅外延达林顿晶体管芯片，包括N+型或P+型硅片衬底(1)，在所述硅片衬底表面设有与其同型的高阻层，在所述高阻层(3)的正面通过扩散工艺设有前级晶体管T1和后级晶体管T2的基区(9)以及电阻R1和R2，在基区(9)内通过扩散工艺设有前级晶体管T1的发射区(10)及后级晶体管T2的发射区(11)，在后级晶体管T2发射区极条之间的基区与后级晶体管T2的集电极之间寄生形成续流保护二极管(12)，其特征是：所述硅片衬底(1)为重掺杂硅片衬底，所述高阻层为高阻外延层(3)且在所述硅片衬底(1)和高阻外延层(3)之间设有与所述硅片衬底同型的缓冲低阻外延层(2)，在所述高阻外延层(3)的正面位于前级晶体管T1的基区下面通过扩散工艺设有箝位二极管(8)。2.根据权利要求1所述的带箝位功能的双层硅外延达林顿晶体管芯片，其特征是：在前级晶体管T1和后级晶体管T2的基区(9)周围设有与所述硅片衬底不同型的场限环(13)。3.根据权利要求1所述的带箝位功能的双层硅外延达林顿晶体管芯片，其特征是：在前级晶体管T1的基区上方设有基极金属层(6)引出T1管的基极B，在后级晶体管T2的发射区上方设有发射极金属层(16)引出T2管的发射极E，在前级晶体管T1的发射极及后级晶体管T2的基区之间形成连接金属层(17)，在硅片衬底(1)背面蒸钛镍银后形成背面金属层(7)，用于形成前级晶体管T1与后级晶体管T2共接的集电极C，在高阻外延层(3)的正面覆盖有氧化层(4)，在芯片表面非引出电极部位设有氮化硅表面保护层(5)。4.根据权利要求1所述的带箝位功能的双层硅外延达林顿晶体管芯片，其特征是：所述硅片衬底(1)为N+型硅片衬底，所述缓冲低阻外延层(2)为N
‑
低阻外延层，所述高阻外延层(3)为N型高阻外延层；或者所述硅片衬底(1)为P+型硅片衬底，所述缓冲低阻外延层(2)为P
‑
低阻外延层，所述高阻外延层(3)为P型高阻外延层。5.一种带箝位功能的双层硅外延达林顿晶体管芯片的制作方法，其特征是：步骤是：1)、选用重掺杂的N+型或P+型硅片衬底(1)，在硅片衬底表面生长与硅片衬底同型的缓冲低阻外延层(2)和高阻外延层(3)，在高阻外延层(3)的正面生长一层氧化层(4)；2)、对氧化层(4)光刻腐蚀后，在高阻外延层(3)的正面通过扩散工艺形成箝位二...
【专利技术属性】
技术研发人员：伏思燕，苏彬，顾浩，张蕾，陈晶，苏舟，裴德礼，
申请(专利权)人：锦州辽晶电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。