專利名稱：雙極高速功率開關(guān)晶體管發(fā)射區(qū)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及雙極功率開關(guān)晶體管的發(fā)射區(qū)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域。
高頻電力電子技術(shù)日益發(fā)展，因而技術(shù)上對(duì)開關(guān)速度更快的雙極功率晶體管有了更多的需求。然而，為了保證較大的電流容量，制造n+-p-v-n+型雙極功率晶體管常采用較寬的發(fā)射區(qū)條(一般在150μm以上)。這樣的設(shè)計(jì)，往往因晶體管的基區(qū)橫向電阻大而顯著地影響晶體管的開關(guān)時(shí)間，尤其是關(guān)斷時(shí)間(包括下降時(shí)間和存儲(chǔ)時(shí)間)；同時(shí)使晶體管易發(fā)生反偏二次擊穿，惡化晶體管的熱電穩(wěn)定性。這是因?yàn)?，開關(guān)應(yīng)用的晶體管在關(guān)斷的過程中，基區(qū)反向抽取電流在基區(qū)橫向電阻上的壓降，將導(dǎo)致發(fā)射結(jié)去偏置效應(yīng)，引起電流在發(fā)射區(qū)條中心處的集中。這種電流集中，一方面構(gòu)成了影響晶體管熱電穩(wěn)定性的不良因素；另一方面，由此將引起集電區(qū)存儲(chǔ)電荷向發(fā)射區(qū)條中心集中，從而延長了存儲(chǔ)電荷由集電區(qū)到基區(qū)電極的抽取路徑，這就相當(dāng)于增加了基區(qū)橫向電阻，所以晶體管的關(guān)斷過程將受到延緩，產(chǎn)生明顯的電壓和電流的拖尾現(xiàn)象。因此，目前國內(nèi)廠家生產(chǎn)的常規(guī)結(jié)構(gòu)高壓功率晶體管，開關(guān)速度較慢(下降時(shí)間通常大于500 ns，存儲(chǔ)時(shí)間通常大于1μs)，開關(guān)損耗大，不能在100 kHz以上的開關(guān)頻率下使用，使得雙極功率晶體管在較高頻率下的應(yīng)用受到限制。
本實(shí)用新型的目的在于，通過改進(jìn)發(fā)射區(qū)結(jié)構(gòu)改善雙極功率晶體管的開關(guān)時(shí)間、開關(guān)損耗和關(guān)斷時(shí)的熱電穩(wěn)定性。
本實(shí)用新型改進(jìn)了常規(guī)的發(fā)射區(qū)結(jié)構(gòu)具體如下(參見圖1)從剖面結(jié)構(gòu)上看，發(fā)射區(qū)由輕摻雜的中心區(qū)域1和分布在兩側(cè)的高摻雜的周邊區(qū)域2構(gòu)成，輕摻雜的中心區(qū)域?qū)挾日颊麄€(gè)發(fā)射區(qū)寬度的比例為10-90％。中心區(qū)域的摻雜濃度可以設(shè)計(jì)為略高于基區(qū)3的摻雜濃度，而周邊區(qū)域的摻雜濃度則可設(shè)計(jì)為與常規(guī)晶體管發(fā)射區(qū)的一樣。這種結(jié)構(gòu)在晶體管關(guān)斷時(shí)，由于發(fā)射區(qū)條的中心部分1的發(fā)射效率很低，發(fā)射區(qū)電流就不再夾緊于此，所以存儲(chǔ)電荷就靠近發(fā)射區(qū)周邊區(qū)域的下方和非工作基區(qū)4。因此，被抽取的過剩載流子所經(jīng)過的路徑變短、電阻降低，關(guān)斷過程被加快，關(guān)斷過程中電流和電壓的拖尾被消除或弱化，從而縮短了關(guān)斷時(shí)間，降低了關(guān)斷損耗。再者，由于關(guān)斷時(shí)電流分布的集中情況不像常規(guī)發(fā)射區(qū)結(jié)構(gòu)中那樣顯著，所以晶體管關(guān)斷時(shí)的熱電穩(wěn)定性也得以提高。另一方面，在晶體管正偏導(dǎo)通時(shí)，由于同樣存在基區(qū)橫向電流的去偏壓效應(yīng)，發(fā)射區(qū)電流本來就有向其周邊部分聚集的趨勢(shì)，而使中心部分承擔(dān)的電流較少。所以，這種結(jié)構(gòu)對(duì)晶體管的正向?qū)ǖ男阅軈?shù)如電流增益、特征頻率、飽和壓降等的影響并不大。
由此可見，本實(shí)用新型的發(fā)射區(qū)結(jié)構(gòu)，能夠加速晶體管的關(guān)斷過程，有效地改善雙極功率晶體管的開關(guān)時(shí)間和開關(guān)損耗，提高晶體管關(guān)斷時(shí)的熱電穩(wěn)定性，使之能夠在更高的頻率下正常且安全地工作。


圖1是本實(shí)用新型發(fā)射區(qū)結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1發(fā)射區(qū)輕摻雜區(qū)，2發(fā)射區(qū)高摻雜區(qū)，3工作基區(qū)，4非工作基區(qū)。
圖2是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的橫向結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1發(fā)射區(qū)輕摻雜區(qū)，2發(fā)射區(qū)高摻雜區(qū)，4非工作基區(qū)，5基區(qū)電極引出區(qū)，6發(fā)射區(qū)電極引出區(qū)，7基區(qū)電極，8發(fā)射區(qū)電極。
圖2是本實(shí)用新型的一個(gè)很好的實(shí)施例的橫向結(jié)構(gòu)(版圖)的局部示意圖，非工作基區(qū)4和基區(qū)引出區(qū)5呈島狀分布，發(fā)射區(qū)(由輕摻雜的中心區(qū)域1(單斜線陰影部分)和高摻雜的周邊區(qū)域2(網(wǎng)格線部分)共同構(gòu)成)則呈網(wǎng)狀包圍在基區(qū)引出區(qū)島的周圍，基區(qū)電極7和發(fā)射區(qū)電極6相互平行，呈叉指狀。其發(fā)射區(qū)縱向結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)可采用硅平面工藝，簡便易行，不要求很高的精度。先在發(fā)射區(qū)的輕摻雜中心區(qū)域1進(jìn)行一次短時(shí)間的雜質(zhì)預(yù)淀積和表面氧化處理；再在發(fā)射區(qū)的高摻雜周邊區(qū)域2進(jìn)行一次長時(shí)間雜質(zhì)預(yù)淀積；然后進(jìn)行表面熱氧化，同時(shí)起到使預(yù)淀積在硅片表面的雜質(zhì)向硅片深層推進(jìn)并達(dá)到預(yù)定結(jié)深的目的。由于中心區(qū)域的預(yù)淀積雜質(zhì)量比周邊區(qū)域的要小，所以就形成了中心輕摻雜區(qū)發(fā)射區(qū)。圖2所示的版圖中，在垂直于金屬電極方向(水平方向)的發(fā)射區(qū)條上，輕摻雜區(qū)寬度占條寬的20-30％；在平行于金屬電極(垂直方向)的發(fā)射區(qū)條上，輕摻雜發(fā)射區(qū)條寬占條寬的40-80％。由該版圖制作出的樣管的耐壓為500V，存儲(chǔ)時(shí)間比常規(guī)發(fā)射區(qū)結(jié)構(gòu)的對(duì)照樣管減小50％，下降時(shí)間減小50％，效果非常顯著。
權(quán)利要求1．一種雙極高速功率開關(guān)晶體管發(fā)射區(qū)結(jié)構(gòu)，其特征在于，從剖面結(jié)構(gòu)上看，發(fā)射區(qū)由輕摻雜的中心區(qū)域(1)和分布在兩側(cè)的高摻雜的周邊區(qū)域(2)構(gòu)成。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極高速功率開關(guān)晶體管發(fā)射區(qū)結(jié)構(gòu)，其特征在于，發(fā)射區(qū)中輕摻雜中心區(qū)域(1)的寬度占整個(gè)發(fā)射區(qū)寬度的比例為10-90％。
專利摘要一種高速雙極功率開關(guān)晶體管發(fā)射區(qū)結(jié)構(gòu)。從剖面結(jié)構(gòu)上看,這種發(fā)射區(qū)由輕摻雜的中心區(qū)域和分布在兩側(cè)的高摻雜的周邊區(qū)域構(gòu)成。該結(jié)構(gòu)能夠加速晶體管的關(guān)斷過程,有效地改善雙極功率晶體管的開關(guān)時(shí)間和開關(guān)損耗,提高晶體管關(guān)斷時(shí)的熱電穩(wěn)定性,使之能夠在更高的頻率下正常且安全地工作。
文檔編號(hào)H01L29/36GK2323467SQ9820302
公開日1999年6月9日 申請(qǐng)日期1998年4月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月3日
發(fā)明者亢寶位, 吳郁 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)