專利名稱:鋁柵mos/雙極復合功率管的制作方法
本發(fā)明屬于微電子學領域的集成功率器件。
目前，功率器件基本上分為兩部分，一為雙極型功率晶體管，一為MOS功率晶體管。兩種器件各有其特點雙極型功率管輸出電流大，輸入阻抗低，常有二次擊穿限制安全工作區(qū)，雙極型功率管工藝成熟、簡單，為縱向結構，在較小的面積上可以做出較大的功率；MOS功率管輸入阻抗高，開關速度快，安全工作區(qū)大，但MOS功率管的制做需要大規(guī)模集成電路工藝技術的基礎，功率增大則所需的硅片面積亦會大大增加。
現有一種由MOS管與雙極管以達林頓形式組成的復合功率管〔1〕，它采用硅柵MOS管作為輸入級，雙極型管作為輸出級，襯底材料選用反外延片。
本發(fā)明的目的在于制造出一種采用鋁柵MOS管作為復合功率管的輸入級，輸出級為雙極型晶體管，由MOS管與兩只雙極型晶體管以達林頓形式組成。它不僅兼顧了MOS管子與雙極型管的各自特點，而且由于采用了輸入級為鋁柵MOS管，鋁柵MOS／雙極復合功率管的兼容工藝則比硅柵MOS／雙極復合功率管的兼容工藝大為簡單。并且選用三重擴散片做為襯底(9)(10)，比反外延片的襯底，成本低，工藝過程簡單，從線路結構上(圖1)采用鋁柵MOS管與兩只雙極管串聯(lián)組成，其中一只雙極型管(T2)作為前置放大，它的基區(qū)與MOS管的漏區(qū)為同一擴散區(qū)(2)，簡化了版圖，工藝，減輕了MOS管的負載，減小了MOS的W／L比，從而減小了管芯的面積。
鋁柵MOS／雙極復合功率管的工作過程類似于MOS管，同樣有截止區(qū)，非飽和區(qū)和飽和區(qū)三個區(qū)域。它的工作過程簡述如下當外加柵壓｜VGS｜小于MOS管的開啟電壓｜VT｜時，MOS管處于截止狀態(tài)，T2管基極無注入，處于截止態(tài)，T3管也截止，此時復合功率管處于截止狀態(tài)。為截止區(qū)。
當外加柵壓｜VGS｜大于MOS管的開啟電壓｜VT｜時，MOS管導通，T2管因有基極電流注入而進入導通狀態(tài)，其發(fā)射極電流驅動T3管使其進入導通狀態(tài)。隨著柵壓的不斷增加，T2、T3管將先后進入有源區(qū)。復合功率管也隨之進入非飽和區(qū)和飽和區(qū)。
本發(fā)明采用鋁柵MOS／雙極兼容工藝，該工藝具有六塊光刻版，如果相應地改變襯底摻雜和各次擴散摻雜的性質，同一套光刻版可用于制作PMOS／npn復合功率管和nMOS／pnp復合功率管。
本發(fā)明不僅具有MOS器件高輸入阻抗的特點，而且具有雙極型功率器件的大電流驅動能力，并且導通電阻小，跨導高，溫度特性好。從工藝角度看，采用以鋁柵MOS工藝的主體的鋁柵MOS／雙極兼容工藝技術，工藝簡單，工藝寬容度大，有較高的成品率，工藝成本低。
本發(fā)明具有好的輸出特性，又是電壓控制器件，高輸入阻抗，低輸出阻抗，高跨導等特點都給應用帶來好處。在低頻應用方面可以替代現行貫用的雙極型功率管。在音頻放大，電源電路，接口，阻抗轉換等方面更有其獨特的用途。
圖1a是鋁柵PMOS／npn復合功率管的線路圖，從線圖的角度看，它可以等效為一只PMOS功率晶體管。
圖16是鋁柵nMOS／pnp復合功率管的線路圖，從線路的角度看，它可以等效為一只nMOS功率晶體管。
圖3是本發(fā)明的管芯照片，它展示了本發(fā)明的全部版面結構。
實施例1PMOS／npn復合功率管的制作一、光刻版次序一次光刻(刻出淡硼區(qū))刻PMOS管漏區(qū)(T2管基區(qū))與T3管基區(qū)。
二次光刻(刻濃硼區(qū))刻PMOS管源區(qū)，T3管濃硼網格及E－B電阻，保護二極管。
三次光刻(刻濃磷區(qū))刻T2、T3管發(fā)射區(qū)與PMOS管保護環(huán)。
四次光刻(柵區(qū)光刻)刻PMOS管柵區(qū)及予刻孔五次光刻(引線孔光刻)刻出引線孔六次光刻(反刻鋁)刻出鋁引線及壓焊塊。
二、工藝流程三重擴散片→一次氧化→一次光刻→漏區(qū)，基區(qū)擴散氧化→二次光刻→源區(qū)、濃基區(qū)擴散、氧化→三次光刻→發(fā)射區(qū)、保護環(huán)擴散、氧化→四次光刻→柵氧化五次光刻→蒸鋁→六次光刻→合金→背面打毛鍍鎳→劃片、壓焊、封裝。
三、主要工藝規(guī)范(一)材料N型，(111)晶向，n－n＋三重擴散片，無位錯。
ρ＝2～5Ω.cm，φ≥35mm，厚200μ～250μ。
要求表面情況要好。
(二)一次氧化T＝1200℃t＝10′(干O2)＋160′(濕O2)＋10′(干O2)要求Tox＝1～1.2μ，表面清潔。
(三)漏區(qū)、基區(qū)擴散氧化1.淡硼預淀積T＝980℃，t＝20′要求R口＝80～100Ω／口；Xj＝0.3～0.35μ。
2.淡硼再分布T＝1200℃t＝4h·(干N2)＋1h·(濕O2)＋1h·(干O2)要求Xj＝10μ；Tox＝8000
(四)源區(qū)、濃基區(qū)擴散氧化1.淡硼預淀積T＝1090℃；t＝20′。
要求R口＝15Ω／口～30Ω／口。
2.濃硼再分布T＝1100℃t＝10′(干O2)＋45′(濕O2)＋10′(干O2)
要求Xj＝2～3μ；Tox＝5400
(五)發(fā)射區(qū)，保護環(huán)擴散氧化1.濃磷預淀積T＝1050℃t＝4′(予熱)＋90′(恒溫)＋4′(冷卻)要求R口＜2Ω／口；Tox＝2000
2.濃磷再分布T＝1100℃t＝10′(干O2)＋30′(濕O2)＋10′(干O2)要求Xj＝3～4μ；Tox＝4500
(六)柵氧化T＝1000℃t＝10′(干O2)＋20′(濕氧)＋10′(干O2)要求Tox＝1300
～1500
(七)蒸鋁要求Tox＝1μ～1.2μ；表面光潔，無沾污。
(八)合金T＝460℃ t＝30′(N2)
權利要求
1.一種MOS管作為輸入級，雙極型管作為輸出級，在同一芯片上以達林頓形式組成的復合功率管，其特征在于該管由鋁柵MOS管與兩只雙極型晶體管以串聯(lián)形式組成。
2.按照權利要求
1所述的復合功率管，其特征在于該管中鋁柵MOS管漏區(qū)與雙極型晶體管基區(qū)為同一擴散區(qū)〔2〕。
3.按照權利要求
1或2所述的復合功率管，其特征在于npn復合功率管采用鋁柵PMOS管與npn雙極型管組成或pnp復合功率管采用鋁柵nMOS管與pnp雙極型管組成。
4.按照權利要求
1或2所述的復合功率管，其特征在于選用的硅襯底為三重擴散〔9〕〔10〕。
專利摘要
本發(fā)明屬于集成功率器件。由MOS管作為輸入級，雙極型管作為輸出級在同一芯片上以達林頓形式組成。該管具有高輸入阻抗和低輸出阻抗的特點。采用以鋁柵工藝為主體的MOS/雙極兼容工藝，MOS管的漏區(qū)與一只雙極型管的基區(qū)為同一擴散區(qū)(2)，襯底材料采用三重擴散片(9)，(10)。使用同一套光刻版，只要改變襯底摻雜和各次擴散摻雜的性質，可以分別做成PMOS/nPn復合功率管或nMOS/pnp復合功率管。本發(fā)明可做為高輸入阻抗的低頻大功率器件使用。
文檔編號H01L27/06GK85200134SQ85200134
公開日1985年10月10日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者蔡世俊, 茅盤松, 詹娟 申請人:南京工學院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan