【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及功率半导体器件，特别涉及一种可消除热斑的高可靠功率晶体管结构及制备方法。
技术介绍
1、大功率的射频功率晶体管由许多晶体管原胞组成，以便达到高的功率容量，同时硅功率双极晶体管具有温度电流正反馈特点，也就是当温度上升时，集电极输出电流会随温度指数上升，电流上升导致功耗的增大，功率的耗散使结温进一步增加的恶性循环，这样的现象使功率器件具有潜在的热不稳定性，容易发生热崩，引起器件参数蜕化，甚至诱发二次击穿使器件永久性损坏，使功率器件的可靠性大大降低。
2、降低功率器件热崩问题的有效办法有很多，一种方法是使通过外部电路，检测集电极输出电流并提供反馈在温度上升时控制输出电流的稳定，一种方法是在器件的输出级集成镇流电阻结构，通常采用多晶硅作为镇流电阻，当输出电流变大时，降低晶体管分压来抑制电流。但方法一增加了复杂性和电路成本，方法二中多晶电阻的大小会直接影响器件的高频增益不利于射频功率增益，且多晶的电阻率具有负温度系数，作为镇流电阻同样存在潜在危害。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种可消除热斑的高可靠功率晶体管结构及制备方法，以解决目前大功率晶体管容易出现热斑，存在可靠性风险的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种可消除热斑的高可靠功率晶体管结构，包括：
3、n+衬底，以形成n+集电区；
4、n-外延层，布设于所述n+衬底的顶部，以形成n-外延区；
5、p型基区，布设于所述n-外延层的内部顶部
6、n+发射区，布设于所述p型基区的内部顶部；
7、金属电极，包括基区电极、发射区电极和集电区电极；两个所述基区电极分别对称布设于所述p型基区的顶部两侧，所述发射区电极布设于所述n+发射区的顶部，所述集电区电极布设于所述n+衬底的背面；
8、镇流电阻，通过所述镇流电阻实现对所述发射区电极中的上下两段电极导通；其中所述镇流电阻采用具有正温度系数的钛酸钡电阻，该钛酸钡电阻的居里温度点为150℃~175℃。
9、优选的，还包括隔离介质，所述隔离介质布设于所述n-外延层的顶部，用于实现对所述基区电极和所述发射区电极之间的隔离。
10、优选的，所述隔离介质采用二氧化硅材料。
11、优选的，所述n+衬底的掺杂浓度为1e18cm-3~5e19cm-3。
12、优选的，所述n-外延层的掺杂浓度为1e13cm-3~2e14cm-3，所述n-外延层的厚度为10um~60um。
13、优选的，所述p型基区的注入浓度为1e14cm-2~1e15cm-2。
14、优选的，所述n+发射区的注入浓度为1e15cm-2~1e16cm-2。
15、优选的，所述钛酸钡电阻能够通过掺入sn、sb稀土元素调节其居里温度点的特性，以使钛酸钡由绝缘材料形成具有正温度系数的发射区镇流电阻。
16、本专利技术还提供了一种可消除热斑的高可靠功率晶体管结构的制备方法，包括如下步骤：
17、步骤1：在n+衬底上制备n-外延层；
18、步骤2：在n-外延层上生长0.5um~1um厚度的场氧化层；其工艺温度为950℃~1150℃；
19、步骤3：在场氧化层上对p型基区的区域进行光刻腐蚀和生长0.01um~0.1um厚度的基区氧化层，其工艺温度为900℃~1000℃；
20、步骤4：对p型基区的区域进行p型杂质注入与扩散，经高温扩散形成p型基区，其工艺温度为1000℃~1200℃；
21、步骤5：在p型基区上对n+发射区的区域进行光刻腐蚀、n型杂质注入与扩散，经高温扩散形成n+发射区，其工艺温度为950℃~1100℃；
22、步骤6：在n-外延层上生长第一层隔离介质，随后进行接触孔的光刻腐蚀；
23、步骤7：在接触孔上进行1um~2um厚度的铝层淀积和铝层光刻刻蚀；
24、步骤8：涂胶、显影露出镇流电阻的淀积区域，随后进行钛酸钡电阻的材料溅射生长，最后去胶完成剥离；
25、步骤9：生长0.5um~0.8um厚度的第二层隔离介质；
26、步骤10：进行通孔的光刻腐蚀，露出金属表面窗口；
27、步骤11：在金属表面窗口上进行2um~4um厚度的铝层淀积和铝层光刻腐蚀，以形成基区电极和发射区电极；
28、步骤12：对n+衬底的背面减薄及背面金属化，以形成集电区电极。
29、本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：
30、在传统的大功率晶体管镇流电阻结构中，镇流电阻由多晶硅材料掺杂形成，因为多晶硅材料的导电机理是穿过晶粒间的热电子发射，而热电子发射几率与温度成指数关系，温度越高发射率越大，呈现的电阻越小，因此多晶硅作为镇流电阻在高温环境下的能力将显著减弱，存在可靠性风险，本专利技术提出了一种具有正温度系数镇流电阻的大功率高可靠功率晶体管结构及制备方法，通过在器件输出级集成钛酸钡电阻材料，该钛酸钡材料的居里温度点在175℃附近，因而可以在常温下维持低的电阻率，不影响器件性能增益，而在产生高温时电阻随着温度快速增长，可以起到抑制电流满足器件的最高结温要求，最终有效的避免大功率器件局部过热产生热斑的现象。
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1.一种可消除热斑的高可靠功率晶体管结构，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种可消除热斑的高可靠功率晶体管结构，其特征在于，还包括隔离介质，所述隔离介质布设于所述N-外延层的顶部，用于实现对所述基区电极和所述发射区电极之间的隔离。
3.如权利要求2所述的一种可消除热斑的高可靠功率晶体管结构，其特征在于，所述隔离介质采用二氧化硅材料。
4.如权利要求3所述的一种可消除热斑的高可靠功率晶体管结构，其特征在于，所述N+衬底的掺杂浓度为1E18cm-3~5E19cm-3。
5.如权利要求4所述的一种可消除热斑的高可靠功率晶体管结构，其特征在于，所述N-外延层的掺杂浓度为1E13cm-3~2E14cm-3，所述N-外延层的厚度为10um~60um。
6.如权利要求5所述的一种可消除热斑的高可靠功率晶体管结构，其特征在于，所述P型基区的注入浓度为1E14cm-2~1E15cm-2。
7.如权利要求6所述的一种可消除热斑的高可靠功率晶体管结构，其特征在于，所述N+发射区的注入浓度为1E15cm-2~1E16cm-
8.如权利要求1~7任一项所述的一种可消除热斑的高可靠功率晶体管结构，其特征在于，所述钛酸钡电阻能够通过掺入Sn、Sb稀土元素调节其居里温度点的特性，以使钛酸钡由绝缘材料形成具有正温度系数的发射区镇流电阻。
9.一种可消除热斑的高可靠功率晶体管结构的制备方法，用于制备如权利要求1~7任一项所述的一种可消除热斑的高可靠功率晶体管结构，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种可消除热斑的高可靠功率晶体管结构，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种可消除热斑的高可靠功率晶体管结构，其特征在于，还包括隔离介质，所述隔离介质布设于所述n-外延层的顶部，用于实现对所述基区电极和所述发射区电极之间的隔离。
3.如权利要求2所述的一种可消除热斑的高可靠功率晶体管结构，其特征在于，所述隔离介质采用二氧化硅材料。
4.如权利要求3所述的一种可消除热斑的高可靠功率晶体管结构，其特征在于，所述n+衬底的掺杂浓度为1e18cm-3~5e19cm-3。
5.如权利要求4所述的一种可消除热斑的高可靠功率晶体管结构，其特征在于，所述n-外延层的掺杂浓度为1e13cm-3~2e14cm-3，所述n-外延层的厚度为10um...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡树军，张明，吴建伟，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十八研究所，
类型：发明
国别省市：
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