本實用新型屬于半導(dǎo)體晶體管技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種汽車高速逆變器用的功率晶體管，尤其是一種大電流高頻低飽和壓降NPN型功率晶體管。

背景技術(shù)：

大電流高頻低飽和壓降NPN型功率晶體管應(yīng)用范圍廣泛，其在汽車電子、工業(yè)設(shè)備、繼電器驅(qū)動、高速逆變器、轉(zhuǎn)換器及其他一般大電流切換應(yīng)用程序，其市場前景非常廣闊。這些應(yīng)用中要求電流大，漏電小，飽和壓降低，頻率高，開關(guān)速度快，放大倍數(shù)一致性好，可靠性高等特點。長期以來，我國的此類高端半導(dǎo)體產(chǎn)品市場一直是被歐美、日本等發(fā)達國家占領(lǐng)，使用廠家只能進口原裝管，價格昂貴，進貨渠道很不穩(wěn)定。因此，汽車電子、工業(yè)設(shè)備等廠家非常期待國內(nèi)的功率半導(dǎo)體廠家能盡快研發(fā)出高端功率器件來，因此需要研制的功率晶體管也必須具有大電流、低飽和壓降、高頻率、快速開關(guān)的特性。對于雙極型功率晶體管在起開關(guān)作用時，要做到開關(guān)電源損耗小，則必須提高功率管的開關(guān)速度，開關(guān)時間ton、ts、tf要小；同時，功率管的飽和壓降Vce(sat)也要低，來適應(yīng)顧客及市場需求，提升產(chǎn)品及行業(yè)水平。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實用新型提供一種大電流高頻低飽和壓降NPN型功率晶體管，該功率晶體管具有大電流、低飽和壓降、高頻率、快速開關(guān)，可靠性高，放大倍數(shù)一致性好等特點。本實用新型采用的技術(shù)方案是：

一種大電流高頻低飽和壓降NPN型功率晶體管，包括N型襯底，還包括：形成于N型襯底背面的背面金屬層，用于形成晶體管的集電極；

N型襯底的上方中間形成有P型基區(qū)9；P型基區(qū)9的上方連接有基區(qū)一級金屬層4；P型基區(qū)9的正面形成有N+型發(fā)射區(qū)8，N型襯底正面形成N+型增阻環(huán)13，N+型增阻環(huán)13與P型基區(qū)9保持間隔并圍繞P型基區(qū)9設(shè)置，N+型發(fā)射區(qū)8的上方連接有發(fā)射區(qū)一級金屬層3；

發(fā)射區(qū)一級金屬層3和基區(qū)一級金屬層4相互隔離；

襯底的頂部覆蓋有絕緣介質(zhì)層7，絕緣介質(zhì)層7上方形成有表面保護阻擋層6，表面保護阻擋層6上方形成有鈍化層5；基區(qū)二級金屬層2設(shè)置在鈍化層5上，并通過鈍化層5的開口與基區(qū)一級金屬層4相連，用于形成晶體管的基極；

發(fā)射區(qū)二級金屬層2設(shè)置在鈍化層5上，并通過鈍化層5的開口與發(fā)射區(qū)一級金屬層3相連，用于形成晶體管的發(fā)射極；

基區(qū)二級金屬層2和發(fā)射區(qū)二級金屬層1相互隔離。

進一步地，N+型發(fā)射區(qū)8和N+型增阻環(huán)13同時形成，其結(jié)深和摻雜濃度相同。

進一步地，N型襯底包括與背面金屬層12相接的N+型第一襯底子層11和N+型第一襯底子層11之上的N-型第二襯底子層10。

進一步地，N-型第二襯底子層10與N+型第一襯底子層11之間的摻雜濃度是突變。

進一步地，P型基區(qū)9與N-型第二襯底子層10之間的PN結(jié)為淺結(jié)深PN結(jié)。

進一步地，表面保護阻擋層6為磷硅玻璃膜。

本實用新型的優(yōu)點在于：

1）采用網(wǎng)格結(jié)構(gòu)提高周長面積比提高IC，降低飽和壓降。

2）采用雙層布線工藝提高了管芯的有效利用率。

3）采用外延平面工藝，以解決飽和壓降和擊穿電壓之間的矛盾。

4）基區(qū)采用離子注入工藝,以解決擴散參數(shù)均勻性差的問題。

5）采用淺基區(qū)結(jié)深工藝提高特征頻率。

6）采用背面背銀工藝，以保證良好的歐姆接觸和較高的抗熱疲勞性能。

附圖說明

圖1為本實用新型的芯片等效圖。

圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。

本實用新型提供一種低壓大電流功率硅NPN型晶體管，其芯片面積為3.5mm*3.5mm。

如圖1所示：本實施例以一個NPN型晶體管為例：引出端為集電極C，基極B，發(fā)射極E。

圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，包括：N型襯底，還包括形成于N型襯底背面的背面金屬層12。N型襯底包括與背面金屬層12相接的N+型第一襯底子層11和N+型第一襯底子層11之上的N-型第二襯底子層10。

其中，N-型第二襯底子層10是在N+型第一襯底子層11采用外延工藝得到的，采用此工藝可降低兩者的寄生電容，提高器件對襯底中雜散電荷噪聲的抗擾度。

N-型第二襯底子層10用于保證高電阻率，提高產(chǎn)品的擊穿電壓，N+型第一襯底層11為高摻雜，使集電極的串聯(lián)電阻小，集電極的飽和壓降小。

N-型第二襯底子層10與N+型第一襯底子層11之間的摻雜濃度是突變。

在N-型第二襯底子層10的上方中間形成P型基區(qū)9，P型基區(qū)9與N-型第二襯底子層10之間的PN結(jié)為淺結(jié)深PN結(jié)。P型基區(qū)是通過離子注入工藝得到，即先進行離子注入再進行擴散，這樣使擴散后離子分布更加均勻，使產(chǎn)品性能更加穩(wěn)定，且采用基區(qū)結(jié)深工藝，在保證電壓的情況下減小基區(qū)結(jié)深，提高產(chǎn)品的特征頻率。

在P型基區(qū)9的上方連接有基區(qū)一級金屬層4；

P型基區(qū)的正面形成有N+型發(fā)射區(qū)8，N型襯底正面形成N+型增阻環(huán)13，N+型增阻環(huán)13與P型基區(qū)9保持間隔并圍繞P型基區(qū)9設(shè)置，N+型發(fā)射區(qū)8的上方連接有發(fā)射區(qū)一級金屬層3；

發(fā)射區(qū)一級金屬層3和基區(qū)一級金屬層4相互隔離。

在N型襯底的正面頂部覆蓋有絕緣層介質(zhì)7，絕緣層介質(zhì)7的材料為SiO2，SiO2盡管它在機械、化學(xué)和電氣等方面都是非常穩(wěn)定的，具有很好的鈍化作用,但SiO2對Na+、K+等堿金屬離子掩蔽能力差，所以一般的臺面產(chǎn)品的漏電流較大。本產(chǎn)品增加了一個工序，將芯片置于擴散爐中，擴散爐中充入摻雜磷元素的氮氣，磷與硅表面形成磷硅玻璃，作為絕緣介質(zhì)層7上方形成的表面保護阻擋層6，磷硅玻璃（PSG）對鈉離子有提取、固定和阻擋的作用，能明顯的削弱鈉等可動離子對半導(dǎo)體表面性質(zhì)的影響，減小漏電流。

表面保護阻擋層6的上方形成有鈍化層5，此鈍化層的材料為SiN,它能夠減少尖峰擊穿，減小產(chǎn)品的漏電流。

發(fā)射區(qū)二級金屬層1設(shè)置在鈍化層5上，并通過鈍化層5的開口與發(fā)射區(qū)一級金屬層3相連，用于形成晶體管的發(fā)射極，發(fā)射區(qū)一級金屬層3和發(fā)射區(qū)二級金屬層1的材料均為鋁層。發(fā)射區(qū)一級金屬層3和發(fā)射區(qū)二級金屬層1的材料均為鋁層。

基區(qū)二級金屬層2設(shè)置在鈍化層5上，并通過鈍化層5的開口與基區(qū)一級金屬層4相連，用于形成晶體管的基極；基區(qū)一級金屬層4和基區(qū)二級金屬層2的材料均為鋁層。

基區(qū)二級金屬層2和發(fā)射區(qū)二級金屬層1相互隔離。

背面金屬層12采用了鈦、鎳、銀三層金屬，形成晶體管的集電極，傳統(tǒng)的背面金屬用的是鎳，它與硅有接觸不牢問題，且在空氣中表面易氧化，導(dǎo)致粘片不牢。為解決與硅片接觸問題，在第一層，用與硅、鎳接觸都很牢的鈦作為過度金屬，但鈦的電阻較大，不宜太厚。為保護鎳不被氧化，第三層最外層用銀來保護。由于銀在鉛錫焊過程中能迅速熔解在焊料中，既保護了鎳不氧化，又不影響鉛錫焊。這樣，提高了芯片的粘潤性，減少了粘片空洞，增加了粘片牢固度，使器件的功率耐量、熱疲勞性能都得到提高，大大增加了產(chǎn)品的可靠性。

需要說明的是，本實施例采用了NPN型晶體管為例，其它任何在此結(jié)構(gòu)上所做的等同變換，亦屬于本實用新型的保護范圍，比如將上述各層的摻雜類型做P<-->N型的互換即構(gòu)成PNP型晶體管。