Мощный биполярный транзистор с защитой от перенапряжения

 

Использование: область полупроводникового производства. Сущность: мощный биполярный транзистор с защитой от перенапряжения состоит из рабочей транзисторной структуры и защитного стабилитрона в виде транзистора с "плавающей" базой, интегрированного с указанной рабочей транзисторной структурой в одной полупроводниковой подложке таким образом, что они имеют общий коллектор, а эмиттерная область стабилитрона омически соединена с базовой областью рабочей транзисторной структуры, причем ширина и/или степень легирования активной базы стабилитрона меньше ширины и/или степени легирования активной базы транзисторной структуры, так что пробивное напряжение между коллектором и эмиттером указанного стабилитрона ниже пробивного напряжения между коллектором и эмиттером рабочей транзисторной структуры при ее разомкнутой базе. Новым в транзисторе является ограничение степени легирования эмиттерной области стабилитрона таким образом, что степень легирования указанной эмиттерной области защитного стабилитрона N_{s эст} ниже степени легирования эмиттерной области рабочей транзисторной структуры N_{s этр}, причем N_{s эст}<<2·20 ат/см³. 1 ил.

Изобретение относится к полупроводниковому производству, а именно к конструкции мощного биполярного транзистора с защитой от перенапряжения, например, предназначенного для коммутации индуктивной нагрузки. Целью изобретения является повышение устойчивости мощного транзистора к вторичному пробою при обратном смещении его базы путем улучшения токораспределения за счет уменьшения дефектности активной базы его защитного стабилитрона и прилегающей к ней области коллектора при сохранении временных и электрических параметров указанного мощного транзистора. На чертеже показано поперечное сечение мощного биполярного транзистора предлагаемой конструкции. Мощный биполярный транзистор с защитой от перенапряжения состоит из рабочей транзисторной структуры n-р-n-типа и защитного стабилитрона в виде транзистора n-р-n-типа с "плавающей" базой, интегрированного с указанной рабочей транзисторной структурой таким образом, что они имеют общий коллектор, состоящий из высокоомного слоя 1n-типа с удельным сопротивлением 45 Ом·см толщиной 90 мкм и низкоомного слоя 2 п⁺-типа толщиной 180 мкм, легированного фосфором с поверхностной концентрацией 5 х 10²⁰ ат/см³. Базовая область 4 стабилитрона и базовая область 3 рабочей транзисторной структуры легированы бором, имеют одну глубину Н 24 мкм и степень легирования 6 х 10¹⁷ ат/см³. Поверхность базовой области стабилитрона и места выхода на поверхность полупроводниковой подложки границ р-n-переходов изолированы термическим окислом 9 толщиной 0,85 мкм. Эмиттерная область 6 стабилитрона глубиной 10 мкм и степенью легирования N_sэст 3 х 1О¹⁹ ат/см³ с помощью алюминиевой металлизации 8 толщиной 5 мкм омически соединена с базовой областью 3 рабочей транзисторной структуры. Эмиттерная область 5 рабочей транзисторной структуры имеет глубину 8 мкм и степень легирования N_sэстр= 5 х 10²⁰ ат/см³. Ширина активной базы стабилитрона равна 14 мкм, а ширина активной базы рабочей транзисторной структуры равна 16, мкм, в результате чего пробивное напряжение U_кэост 370 А, а U_кэотр 410 В. На поверхности эмиттерной области 5 рабочей транзисторной структуры сформирована алюминиевая металлизация 7 толщиной 5 мкм, а на поверхности сильнолегированного слоя 2 коллектора-сформирована двухслойная металлизация 10 никель-золото общей толщиной 1,5 мкм. При подаче на базу мощного транзистора запирающего тока при переходе в режимы U_кбо или U_кэо защитный стабилитрон ограничивает напряжение, подаваемое на рабочую транзисторную структуру значением U_кэост 370 В и таким образом защищает мощный транзистор от перенапряжения. Благодаря пониженной дефектности активной базы стабилитрона и прилегающей к ней области коллектора возможности транзистора по устойчивости к вторичному пробою значительно увеличены. Так, при N_sэcт N_sэстр 5 х 10²⁰ ат/см³, при прочих равных параметрах энергия вторичного пробоя транзистора известной конструкции составляла Е_вп 0,5-0,7 Дж (L 10 мГн), а энергия вторичного пробоя транзистора предлагаемой конструкции составила E_вп= 0,7-0,9 Дж (L 10 мГн), причем все электрические и временные параметры мощного транзистора остались без изменения. Технологический процесс изготовления предлагаемого транзистора весьма не сложен. Сначала известным способом встречной диффузии формируется n-n⁺-структура. Затем поверхность высокоомного слоя окисляется и в указанном окисле вскрываются окна под диффузию базовой примеси (бора). Далее при Т 1220^oС проводится процесс локальной диффузии бoра, в ходе которого на поверхности базовой области выращивают термический окисел. Затем в базовой области 4 стабилитрона вскрывается окно под эмиттер и известным способом формируется эмиттерная область 6 с пониженной концентрацией фосфора. Далее при Т 1220^oС проводят окончательную разгонку эмиттерной области 6 стабилитрона, в ходе которой на поверхности базовой области 3 формируют слой термического окисла, по которому проводят фотолитографию с формированием окна в базовой области 3 рабочей транзисторной структуры под загонку фосфора. Затем при Т 1150^oС проводят формирование эмиттерной области 5 рабочей транзисторной структуры и известными способами термического окисления, напыления алюминия, фотолитографии, а также химического никелирования и гальванического золочения создают защитную изолированную пленку 9 термического окисла и металлизацию 7 и 8 рабочей стороны и металлизацию 10 обратной стороны полупроводниковой подложки. Таким образом применение предлагаемой конструкции мощного биполярного транзистора с защитой от перенапряжения позволит существенно повысить устойчивость к вторичному пробою при обратном смещении базы, причем без изменения временных и электрических параметров.

Формула изобретения

Мощный биполярный транзистор с защитой от перенапряжения, состоящий из рабочей транзисторной структуры и защитного стабилитрона в виде транзистора с плавающей базой, выполненный в одной полупроводниковой подложке так, что они имеют общий коллектор, а эмиттерная область стабилитрона омически соединена с базовой областью рабочей транзисторной структуры, причем ширина и/или степень легирования активной базы стабилитрона меньше ширины и/или степени легирования активной базы рабочей транзисторной структуры, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости к вторичному пробою при обратном смещении базы, при сохранении временных и электрических параметров транзистора за счет уменьшения дефектности активной базы защитного стабилитрона и прилегающей к ней области коллектора, степень легирования эмиттерной области защитного стабилитрона ниже степени легирования эмиттерной области рабочей транзисторной структуры, причем степень легирования эмиттерной области защитного стабилитрона меньше 2 · 10²⁰ атм/см³.

РИСУНКИ

Рисунок 1