[發明專利]一種耐二次擊穿的功率雙極晶體管

有效

• 申請號: 202110689498.7
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113437133B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 牛崇實;林和;黃宏嘉;洪學天;張維忠
• 申請（專利權）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: 北京冠和權律師事務所 11399
• 代理人: 趙銀萍

本發明公開了一種耐二次擊穿的功率雙極晶體管，包括：集電極歐姆接觸區設置在最底部，在集電極歐姆接觸區上設置集電極P+區，在集電極P+區上設置集電極P?區；在集電極P?區上設置基極n區，在集電極P?區與基極n區之間形成集電極?基極p?n結區；在基極n區內設置發射極區，在基極n區與發射極區之間形成發射極?基極p?n結區；在基極n區上設置介電薄膜，在介電薄膜上間隔設置基極歐姆接觸區及發射極歐姆接觸區；在基極n區內從左至右還包括基極?集電極p?n結區、附加摻雜集電極區。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節的設計，減小器件的輸出容量以得到功率雙極晶體管結構簡化，縮小功率雙極晶體管的尺寸。

技術領域

本發明涉及晶體管技術領域，特別涉及一種耐二次擊穿的功率雙極晶體管。

背景技術

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閉時發生的較大的過電壓相關，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。

現有技術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射極區域，與第一導電類相反的第二導電類的基極區域以及一個高摻雜區位于與發射極底部相鄰的基極區域中，具有與基極相同導電類型，并且集電極區域對于主晶體管和保護晶體管是公用的，保護晶體管的發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結的擊穿電壓。如果發生過壓，則保護性垂直雙極晶體管會導通，從而穩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構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-半導體電容器的電容與主晶體管的基極-集電極結并聯連接，從而導致器件電容量的增加。

現有技術2中，具有p-n結的半導體器件的已知設計，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組成，該有源區在襯底中形成并通過電極連接，第二導電類的保護環區域圍繞有源格的區域并連接到有源格的電極。在這種設計中，通過改變保護環路的擴散深度來調節器件的擊穿電壓，以便在過壓期間使擊穿發生在保護環的區域，從而在有源環的p-n結處保證電壓穩定。這種具有保護環系統的設計具有以下缺點：1.保護環在有源格之外區域占據了很大的面積，這大大增加了晶體管的面積。2.由保護環路和半導體襯底形成的電容與有源格的電容并聯連接，這顯著增加了器件的電容量。

現有技術3中，有一晶體管包含有第一導電類型的集電極區域，有第二導電類型的第一基極區域與集電極區相鄰，具有第一類型的導電性的第一發射極區域，與第一基極區域相鄰，具有第一類的導電性的第二發射極區域，具有第二類的導電性的第二基極區域，與第一基極區域相鄰。第二發射極區和第二集電極區以及集電極區和第二發射極區通過電極歐姆連接到第一基極區，并且第二基極區采用漂浮設計并且是作為第一基極區的分隔環。在這種情況下，在第二基極區域內形成的晶體管結構的集電極和發射極之間的擊穿電壓小于主晶體管的集電極和發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定。然而，第二基極區必須足夠寬以在其中形成第二發射極并提供與發射極的接觸，也就是說，它必須占據較大的面積，并且與將第二發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，在已知的設計中，第一和第二基極區，第一和第二發射極區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節，而已知的應用則需要保持預設的最大電壓，例如在汽車電子產品的應用中。

發明內容