[發(fā)明專利]一種耐二次擊穿的功率雙極晶體管

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110689498.7
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113437133B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 牛崇實;林和;黃宏嘉;洪學天;張維忠
• 申請（專利權(quán)）人: 弘大芯源（深圳）半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/732
• 代理公司: 北京冠和權(quán)律師事務(wù)所 11399
• 代理人: 趙銀萍

本發(fā)明公開了一種耐二次擊穿的功率雙極晶體管，包括：集電極歐姆接觸區(qū)設(shè)置在最底部，在集電極歐姆接觸區(qū)上設(shè)置集電極P+區(qū)，在集電極P+區(qū)上設(shè)置集電極P?區(qū)；在集電極P?區(qū)上設(shè)置基極n區(qū)，在集電極P?區(qū)與基極n區(qū)之間形成集電極?基極p?n結(jié)區(qū)；在基極n區(qū)內(nèi)設(shè)置發(fā)射極區(qū)，在基極n區(qū)與發(fā)射極區(qū)之間形成發(fā)射極?基極p?n結(jié)區(qū)；在基極n區(qū)上設(shè)置介電薄膜，在介電薄膜上間隔設(shè)置基極歐姆接觸區(qū)及發(fā)射極歐姆接觸區(qū)；在基極n區(qū)內(nèi)從左至右還包括基極?集電極p?n結(jié)區(qū)、附加摻雜集電極區(qū)。增加功率雙極晶體管對二次擊穿的耐受能力，采用過電壓保護閾值可調(diào)節(jié)的設(shè)計，減小器件的輸出容量以得到功率雙極晶體管結(jié)構(gòu)簡化，縮小功率雙極晶體管的尺寸。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及晶體管技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種耐二次擊穿的功率雙極晶體管。

背景技術(shù)

眾所周知，在集電極電路中具有感性負載的電路中的晶體管的操作與在晶體管關(guān)閉時發(fā)生的較大的過電壓相關(guān)，這種過電壓會導致反向二次擊穿和晶體管故障。通常有以下幾種保護晶體管免受過壓影響的方法。

現(xiàn)有技術(shù)1，已知的具有過壓保護的集成晶體管，其中將一個附加的保護晶體管用于過壓保護，其中包括第一導電類的集電極和發(fā)射極區(qū)域，與第一導電類相反的第二導電類的基極區(qū)域以及一個高摻雜區(qū)位于與發(fā)射極底部相鄰的基極區(qū)域中，具有與基極相同導電類型，并且集電極區(qū)域?qū)τ谥骶w管和保護晶體管是公用的，保護晶體管的發(fā)射極連接到主晶體管的基極晶體管，并且保護晶體管的基極具有漂浮電勢。保護晶體管的集電極和發(fā)射極之間的基極開路的擊穿電壓小于集電極和主晶體管的基極之間的p-n結(jié)的擊穿電壓。如果發(fā)生過壓，則保護性垂直雙極晶體管會導通，從而穩(wěn)定主晶體管的集電極-基極電壓，即提供過壓保護。然而，在該已知器件中使用的至少兩個晶體管的結(jié)構(gòu)以及它們使用金屬總線的電連接具有以下缺點：1.保護晶體管占據(jù)一定面積，這增加了器件的總面積。隨著主晶體管功率的增加，也有必要增加保護晶體管的面積，即對于功率晶體管而言，器件的尺寸顯著增加。2.保護晶體管的電容以及由集電極和連接主晶體管和保護晶體管電極的金屬化層形成的金屬-電介質(zhì)-半導體電容器的電容與主晶體管的基極-集電極結(jié)并聯(lián)連接，從而導致器件電容量的增加。

現(xiàn)有技術(shù)2中，具有p-n結(jié)的半導體器件的已知設(shè)計，是由第一導電類型的半導體襯底，與第一導電類相反的第二導電類型的有源格區(qū)組成，該有源區(qū)在襯底中形成并通過電極連接，第二導電類的保護環(huán)區(qū)域圍繞有源格的區(qū)域并連接到有源格的電極。在這種設(shè)計中，通過改變保護環(huán)路的擴散深度來調(diào)節(jié)器件的擊穿電壓，以便在過壓期間使擊穿發(fā)生在保護環(huán)的區(qū)域，從而在有源環(huán)的p-n結(jié)處保證電壓穩(wěn)定。這種具有保護環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計具有以下缺點：1.保護環(huán)在有源格之外區(qū)域占據(jù)了很大的面積，這大大增加了晶體管的面積。2.由保護環(huán)路和半導體襯底形成的電容與有源格的電容并聯(lián)連接，這顯著增加了器件的電容量。

現(xiàn)有技術(shù)3中，有一晶體管包含有第一導電類型的集電極區(qū)域，有第二導電類型的第一基極區(qū)域與集電極區(qū)相鄰，具有第一類型的導電性的第一發(fā)射極區(qū)域，與第一基極區(qū)域相鄰，具有第一類的導電性的第二發(fā)射極區(qū)域，具有第二類的導電性的第二基極區(qū)域，與第一基極區(qū)域相鄰。第二發(fā)射極區(qū)和第二集電極區(qū)以及集電極區(qū)和第二發(fā)射極區(qū)通過電極歐姆連接到第一基極區(qū)，并且第二基極區(qū)采用漂浮設(shè)計并且是作為第一基極區(qū)的分隔環(huán)。在這種情況下，在第二基極區(qū)域內(nèi)形成的晶體管結(jié)構(gòu)的集電極和發(fā)射極之間的擊穿電壓小于主晶體管的集電極和發(fā)射極之間的擊穿電壓，這在過電壓期間在主晶體管上提供了電壓穩(wěn)定。然而，第二基極區(qū)必須足夠?qū)捯栽谄渲行纬傻诙l(fā)射極并提供與發(fā)射極的接觸，也就是說，它必須占據(jù)較大的面積，并且與將第二發(fā)射極連接到第一基極的金屬總線一樣，增加晶體管的電容。另外，在已知的設(shè)計中，第一和第二基極區(qū)，第一和第二發(fā)射極區(qū)以相同的工藝流程形成，因此，由于擊穿電壓的主晶體管的集電極-基極的工藝偏差(例如集電極電阻率的分散)，將相應(yīng)地改變輔助保護晶體管的擊穿電壓，即過壓保護閾值不可調(diào)節(jié)，而已知的應(yīng)用則需要保持預(yù)設(shè)的最大電壓，例如在汽車電子產(chǎn)品的應(yīng)用中。

發(fā)明內(nèi)容