專利名稱：一種功率型多晶硅發(fā)射極晶體管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種晶體管，特別涉及一種功率型多晶硅發(fā)射極晶體管，屬于硅半導體器件技術領域。
上述聯(lián)柵晶體管中P+型濃基區(qū)6的深度比P型基區(qū)11深，這雖然給該種晶體管帶來開關速度快的優(yōu)點，同時也會造成抗雪崩擊穿能力弱的嚴重問題。中等開關速度瞬態(tài)高功率的應用場合對晶體管抗電熱雪崩擊穿的要求很高。已有技術抗雪崩能力差的弱點嚴重限制了功率型多晶硅發(fā)射極晶體管的應用。
另外，功率型多晶硅發(fā)射極晶體管在導通時，發(fā)射極電流是縱向流動的。發(fā)射極電流從發(fā)射區(qū)流經(jīng)基區(qū)到達集電區(qū)，基本上不經(jīng)過濃基區(qū)，所以P+型濃基區(qū)應該盡量設計得窄些，一般只有3～5微米。P+型濃基區(qū)向N-型襯底處凸伸，其曲率半徑很小，因此會造成P+N-結棱角處的電場集中。另一方面，當晶體管由導通向關斷狀態(tài)切換時，基極電流由P型基區(qū)橫向流經(jīng)P+型濃基區(qū)的部分側面，匯集抽出到基極金屬層。除了傳導電流外，在切換時，PN結的空間電荷區(qū)擴展產生的位移電流也會橫向流動，經(jīng)P+型濃基區(qū)的部分側面匯集抽出到基板金屬層，而且P+N-結的空間電荷區(qū)也同時擴展，產生位移電流。P+N-結凸伸到N-型襯底的半徑很小，所以P+N-結的位移電流也發(fā)生棱角集中。在P+N-結與PN-結的冶金學意義上的交界處，以及在P+N-結曲率半徑很小的圓角處，傳導電流與位移電流的總和的電流密度最大，于是該處的電場強度也很大。這種情況很容易導致雪崩擊穿。
總而言之，較深的濃基區(qū)和較淺的基區(qū)的交界處，以及在濃基區(qū)的圓角處既是靜電造成的棱角電場集中區(qū)，又是切換時由于電流密度最大造成的電場集中區(qū)。由于這一區(qū)域的存在，使得現(xiàn)有的功率型多晶硅發(fā)射極晶體管的抗雪崩能力不強。
為實現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術方案一種功率型多晶硅發(fā)射極晶體管，在上層為N-型高電阻率層，下層為N+型低電阻率層的硅襯底片的上表面有多個高摻雜濃度發(fā)射區(qū)，所述發(fā)射區(qū)的上面連接摻雜多晶硅層，所述摻雜多晶硅層與發(fā)射極金屬層連接，每個發(fā)射區(qū)的周圍有P型基區(qū)，所述P型基區(qū)中間中間有摻雜濃度比所述P型基區(qū)高的P+型濃基區(qū)，所述P+型濃基區(qū)與基極金屬層相連，硅襯底片的下層為集電極，所述集電極的下表面與集電極金屬層相連，其特征在于所述P+型濃基區(qū)的深度小于所述P型基區(qū)；所述P+型濃基區(qū)的底部和側面與所述P型基區(qū)相接觸。
本發(fā)明所述的功率型多晶硅發(fā)射極晶體管具有抗雪崩能力強，可靠性高的突出特點，，特別適合中等開關速度而瞬間功率很高的應用場合。
圖1為中國發(fā)明專利00100761.0所述的聯(lián)柵晶體管的結構圖。
圖2為本發(fā)明所述的功率型多晶硅發(fā)射極晶體管的一個實施例的具體結構圖。
圖3為本發(fā)明所述的功率型多晶硅發(fā)射極晶體管的另一個實施例的具體結構圖。
圖4為本發(fā)明所述的功率型多晶硅發(fā)射極晶體管的又一個實施例的具體結構圖。
圖2所示的是本功率型多晶硅發(fā)射極晶體管的另一個實施例。本實施例與圖1所示的實施例的不同之處在于P+型濃基區(qū)是平面的，相鄰兩個P+型濃基區(qū)的間距較寬，為16微米，它通過擴硼工藝形成。這種平面的P+型濃基區(qū)是指硅襯底片的上表面沒有經(jīng)過刻槽，濃基區(qū)的上表面與發(fā)射區(qū)的上表面為同一平面。它省去了復雜的刻槽、填槽等加工工藝，使生產較為簡單，制造成本更低。
圖3所示的是本功率型多晶硅發(fā)射極晶體管的又一個實施例。與圖1所示的實施例不同的地方在于相鄰兩個槽形P+型濃基區(qū)的間距為16微米。這一P+型濃基區(qū)是在挖槽后通過擴硼工藝形成的。由于擴硼工藝具有各向同性，槽的底部和槽的側面都同時擴進硼，因此，擴硼區(qū)的面積較圖1所示的實施例大了許多，而且擴硼工藝比硼離子注入的濃度容易做得更高，使P+型濃基區(qū)的電阻比圖1所示的實施例中的相應部位的電阻要小得多，僅為其的1/3～1/4，從而有效改善了電流ICE的均勻性，進一步提高了晶體管抗電熱雪崩的能力。
本發(fā)明所述的功率型多晶硅發(fā)射極晶體管具有較強的抗雪崩性能的原因如下在本功率型多晶硅發(fā)射極晶體管中，P型基區(qū)中間的P+型濃基區(qū)比P型基區(qū)淺。P+型濃基區(qū)的底部和側面完全被基區(qū)所包圍。在有源區(qū)內只形成PN-結而不會形成突出到N-硅襯底的P+N-結。PN-結的結面在管芯的有源區(qū)內是平坦的。在管芯周邊采用終端技術把PN-結的曲率半徑拉得很大，使周邊的電場強度變弱，從而解決了棱角電場集中的問題。由于P+型濃基區(qū)比P型基區(qū)淺，濃基區(qū)的底部和側面完全被基區(qū)所包圍，因此，在晶體管轉開或轉關時，傳導電流和位移電流不僅可以橫向從P型基區(qū)流入P+型濃基區(qū)，還可以從側向和底部流入濃基區(qū)。這樣，P+型濃基區(qū)與P型基區(qū)的交界面比現(xiàn)有的晶體管大了許多，這就有效分散了從基區(qū)流入濃基區(qū)的電流，有效消除了已有技術的電流集中導致的電場集中的問題，從而使本發(fā)明所述的功率型多晶硅發(fā)射極晶體管的抗雪崩能力比現(xiàn)有的晶體管提高了很多。
在本功率型多晶硅發(fā)射極晶體管中，P型基區(qū)比P+型濃基區(qū)深，這樣就會增加基區(qū)的厚度，從而降低該晶體管的開關速度。但對于大多數(shù)只需要中等開關速度的應用場合，如電子鎮(zhèn)流器，由于其啟動階段的瞬間功率比正常工作時高10倍以上，極易造成晶體管因雪崩而失效，在這種情況下，使用本發(fā)明所述的功率型多晶硅發(fā)射極晶體管就十分合適。
在本發(fā)明所述的功率型多晶硅發(fā)射極晶體管中，其P+型濃基區(qū)既可以是槽形的，也可以是平面的。它可以位于槽的底部，也可以位于槽的底部和側面。當P+型濃基區(qū)只位于槽底部時，這種結構有效拉開了P+型濃基區(qū)與N+型發(fā)射區(qū)的距離，從而避免晶體管的B、E極之間出現(xiàn)擊穿。N+型發(fā)射區(qū)之間的距離可以做得較小，在導通時，E、C之間的工作電流ICE的流通面積較大，晶體管的導通壓降較小。當P+型濃基區(qū)位于槽的底面和側面時，這種結構可以給基極電流提供電阻更低的通道，使基極電位沿P+型濃基區(qū)的變化較小，從而ICE在整個芯片內分布更加均勻，有利于消除晶體管中的局部熱點，增加其抗雪崩的能力。同時，在晶體管開斷的瞬間，基極電流的灌入和抽出可以更加快捷，因而使晶體管的開關速度更快。
為了有效阻止鈉離子的污染，在本功率型多晶硅發(fā)射極晶體管中，摻雜多晶硅層不僅要覆蓋發(fā)射區(qū)，而且還要覆蓋相鄰兩個發(fā)射區(qū)之間的基區(qū)和濃基區(qū)。
另外，為了使本晶體管的開關速度較快，P型基區(qū)不宜做得太厚，-般不要超過20微米，但也不宜太薄，否則會使C、E間容易被擊穿，因此，P型基區(qū)的厚度一般要超過2微米。
需要聲明的是，本發(fā)明的特定實施方案已經(jīng)對本發(fā)明進行了詳細描述，對于本領域的技術人員來說，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對它進行的各種顯而易見的改變都在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種功率型多晶硅發(fā)射極晶體管，在上層為N-型高電阻率層，下層為N+型低電阻率層的硅襯底片的上表面有多個高摻雜濃度發(fā)射區(qū)，所述發(fā)射區(qū)的上面連接摻雜多晶硅層，所述摻雜多晶硅層與發(fā)射極金屬層連接，每個發(fā)射區(qū)的周圍有P型基區(qū)，所述P型基區(qū)中間有摻雜濃度比所述P型基區(qū)高的P+型濃基區(qū)，所述P+型濃基區(qū)與基極金屬層相連，硅襯底片的下層為集電極，所述集電極的下表面與集電極金屬層相連，其特征在于所述P+型濃基區(qū)的深度小于所述P型基區(qū)；所述P+型濃基區(qū)的底部和側面與所述P型基區(qū)相接觸。
2.如權利要求1所述的功率型多晶硅發(fā)射極晶體管，其特征在于所述P+型濃基區(qū)為槽形，槽的底部為P+型高摻雜濃基區(qū)。
3.如權利要求1或2所述的功率型多晶硅發(fā)射極晶體管，其特征在于所述P+型濃基區(qū)為槽形，槽的側面為P+型高摻雜濃基區(qū)。
4.如權利要求1所述的功率型多晶硅發(fā)射極晶體管，其特征在于所述P+型濃基區(qū)為平而的。
5.如權利要求1所述的功率型多晶硅發(fā)射極晶體管，其特征在于所述摻雜多晶硅層覆蓋所述發(fā)射區(qū)、所述P型基區(qū)和所述P+型濃基區(qū)。
6.如權利要求1所述的功率型多晶硅發(fā)射極晶體管，其特征在于所述P型基區(qū)的厚度在2～20微米之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種功率型多晶硅發(fā)射極晶體管。在上層為N
文檔編號H01L29/66GK1421933SQ02159740
公開日2003年6月4日 申請日期2002年12月30日 優(yōu)先權日2002年12月30日
發(fā)明者李思敏 申請人:李思敏