汽車電子用矽pnp型高頻高速低壓降高增益功率電晶體的製作方法
2023-05-28 05:00:31
專利名稱：：汽車電子用矽pnp型高頻高速低壓降高增益功率電晶體的製作方法
技術領域：
：本實用新型屬於半導體電晶體
技術領域：
，具體涉及到一種汽車電子用的矽PNP型高頻高速低飽和壓降高電流增益功率電晶體2SA1640、2SA1010、2SA1757、2N6491等系列產品。
背景技術：
：二十一世紀以來，全球已進入電子信息高速發展的時代。電子信息產業正與汽車產業密切結合起來，並且，電子技術的應用已經深入到汽車的所有系統。近幾年德國、美國等廠商在一些高檔汽車中相繼研製安裝了汽車光控系統、穩定控制系統、顯示系統、高檔音響系統等裝置，而裝置中的末級驅動管要求電晶體具有高頻、高速、低飽和壓降、高電流增益的特性，難度較大。前兩年，國內外廠商只能採購使用日本ROHM公司生產的電晶體，而在國內市場上這種矽PNP型高頻、高速、低飽和壓降、高電流增益的功率電晶體一直是處於空白，沒有國內廠商可生產製造出來。
發明內容本實用新型的目的在於設計生產一種汽車電子用矽PNP型高頻高速低壓降高增益功率電晶體，這種電晶體2SA1640、2SA1010、2SA1757、2N6491等系列產品。這些產品的特徵頻率高、開關速度快、飽和壓降低、電流增益高。用於汽車電子控制器的末級驅動，車載顯示器的開關控制和音響功放。按照本實用新型提供的技術方案，在低阻矽片襯底上設置集電區，在集電區內形成基區，在基區內形成發射區，在發射區旁邊的基區內形成增阻環，所述集電區、基區、發射區及增阻環位於同一個剖面層內，在所述集電區、基區、發射區及增阻環的上表面設置二氧化矽膜，在對應於發射區及基區的部位的二氧化矽膜上設置引線孔，在對應於發射區的引線孔部位設置發射極鋁層，在對應於基區的引線孔部位設置基極鋁層，所述發射極鋁層與發射區電連接，所述基極鋁層與基區電連接。設計指標如下電流增益高Hfel=250-500倍(Ic;0.2A，VCE=-2V);Hfe2=40-200倍(Ic二3A，Vce=-lV);開關速度快ton<0.5us，toff20MHz(Ic=-0.5A，VCE=-10V，fHMHz);飽和壓降低VCE(sat)-30V(Ic=-10mA);VCBO>-30V(Ic=-1mA);VEB0>-5V(IE=-1mA)。為了提高電流增益，產品必須具有高周長面積比的設計版圖，具有高的發射區雜質濃度，淺的PN結和極少的體內複合。為了提高開關速度，必須減小基區寬度，使tr和tf大大降低，且提高特徵頻率；還應儘量減薄外延層厚度，降低外延層電阻率，這樣可提高開關速度，又可降低飽和壓降。圖1是2SA1640系列產品使用功能框圖。圖2是工藝流程圖。圖3是2SA1640系列產品管芯版圖。圖4是管芯剖面圖。具體實施方式如圖所示在低阻矽片襯底10上設置集電區4，在集電區4內形成基區3，在基區3內形成發射區2，在發射區2旁邊的基區3內形成增阻環5，所述集電區4、基區3、發射區2及增阻環5位於同一個剖面層內，在所述集電區4、基區3、發射區2及增阻環5的上表面設置二氧化矽膜6，在對應於發射區2及基區3的部位的二氧化矽膜6上設置引線孔，在對應於發射區2的引線孔部位設置發射極鋁層8，在對應於基區3的引線孔部位設置基極鋁層7，所述發射極鋁層8與發射區2電連接，所述基極鋁層7與基區3電連接。1、本實用新型採用了具有高設計優值的網格狀結構和完全對稱的電極圖形設計版圖，保證器件具有比梳狀條結構更大的電流、更長的發射極周長和更大的發射區面積，提高電流增益。本實用新型的電流增益可達到500倍。為了達到以上設計指標，結合制芯工藝狀況，對光刻版圖進行精心設計，對版圖和工藝的相容性進行了充分的估算，對工藝參數不斷進行調整，力求達到最佳設計方案。版圖設計發射極周長LE=3.75cm;發射區面積AE=3.15mm2;晶片面積A=2.5mmx2.5mm;發射區鋁條寬66um;發射區鋁條根數22根；鋁層厚度d=3.5um;理論計算IE按最大集電極電流7A計算，則發射區線電流密度IE7A—=--1.86A/cmLE3.75cm鋁電極截面積電流密度IE7A——=-=1.38xl05A/cm2A鋁3,5x10-4x66x1022cm2通常發射區線電流密度設計值小於3A/cm，鋁電極產生顯著遷移的電流密度為106A/cm2。由以上計算可見，設計具有充分的餘量。2、本實用新型在版圖設計中採用了"增阻環"結構設計，即在單元發射區與單元基區引線孔之間增加了一個封閉環。由於此環獨立於發射結與基區引線孔之間，不參與導電，形成隔離，因而對基區注入電流的橫向流動起到了阻擋作用，基區電流不能直接流向發射結表面，而是均勻地從發射結下面流過，減弱了電晶體大電流工作時的發射極電流集邊效應，減小了發射結的電流集中，從而提高了產品的功率耐量10%~20%，使產品具有較高的抗過熱點燒毀能力。3、本實用新型在工藝設計上採取了如下步驟①恰當地選用p型矽外延材料的電阻率和外延層厚度以及襯底層摻雜濃度，使產品既具有一定的擊穿電壓，又具有良好的大電流特性和極低的飽和壓降。②基區摻雜採用低濃度磷離子注入工藝，並嚴格控制注入劑量、能量以及退火條件，以獲得具有平坦而較淺的P-N結，而且具有合適的濃度分布。發射區摻雜採用高濃度CSD(硼乳膠源)擴散，改善晶片表面狀態，提高注入效率，從工藝上保證產品具有較高的特徵頻率、較快的開關速度和極高的電流增益以及擴散參數hFE的均勻性。③釆用鋁下雙層SK)2複合膜鈍化和鋁上Sl3N4鈍化的工藝技術，解決網格狀圖形結構產品所固有的E-B穿通問題和PNP型電晶體容易產生的C-E、C-B反向漏電流大和擊穿蠕變的問題，提高產品的可靠性。④採用背面多層金屬化和裝片工序AVBE監控工藝，以保證良好的歐姆接觸和較高的抗熱疲勞性能。本實用新型的效果從下表1可看出，2SA1640系列產品的樣品實測技術性能參數值均達到並超過設計指標，參數值達到並超過世界著名ROHM公司典型值水平，其中集電極電流Ic達到22A，是ROHM公司同類產品的3倍。2SA1640系列產品經顧客樣品使用，反映很好，完全滿足汽車光控系統和穩定控制系統使用要求。表1tableseeoriginaldocumentpage5tableseeoriginaldocumentpage6目前，較高檔的轎車、賽車，大都採用了電子控制主動懸架系統，該系統由傳感器、電子控制器、調節懸架的執行機構三部分組成。電子控制器簡稱為ECU,將傳感器輸入的電信號進行綜合處理，運算分析後，輸出對懸架剛度、阻尼及車身高度進行調節的控制信號。在具有路敏控制能力的電子控制懸架系統中，可在各種路面和行駛情況下，控制前後懸架減震器的阻尼力。由於減震器內的電磁閥的反應比其他系統中的執行裝置快得多，反應時間僅有10-15ms，遠低於人體眨眼一次需200ms時間，所以路敏電子控制器將對輸入做出極快的反應。本實用新型產品矽PNP高頻、高速、低飽和壓降、高電流增益功率電晶體2SA1640用於汽車電子控制主動懸架系統的電子控制部分，使用功能框圖如圖1所示。根據產品使用原理和要求，2SA1640用於電子控制器的末級驅動，快速地將前級控制信號放大後輸出至電磁閥等執行機構，調節懸架的剛度，阻尼係數，車身高度等，從而達到了調節車體中心平衡、左右平衡的功效。所以，ECU要求驅動管電流增益高、開關速度快、特徵頻率高、飽和壓降低。本產品用於汽車的第二個部分是車載顯示器。該電晶體在顯示器的過壓保護電路中作開關控制用。當平均工作電壓大於80V時，電晶體應能立即處於截止狀態，保護電路要求電晶體導通和截止的反應速度越快越好，否則因較大的導通電流和開關損耗而燒管。所以，車載顯示器的過壓保護電路也要求電晶體開關速度快，飽和壓降低，抗燒毀能力強。該產品的第三個應用部分是汽車的音響系統。該PNP電晶體與另一個NPN電晶體配對，作汽車音響的甲乙類推輓輸出功率放大用，每臺音響用四對電晶體，要求Hfe—致性好，否則輸出正弦波會失真，導致聲音失真。由於汽車內環境溫度較高，同樣要求電晶體抗燒。根據產品使用原理和要求，2SA1640用於電子控制器的末級驅動、車載顯示器的開關控制和音響功放用，因此，必須具有電流增益高、開關速度快、特徵頻率高和飽和壓降低的特點。權利要求1、汽車電子用矽PNP型高頻高速低飽和壓降高電流增益功率電晶體，其特徵是在低阻矽片襯底(10)上設置集電區(4)，在集電區(4)內形成基區(3)，在基區(3)內形成發射區(2)，在發射區(2)旁邊的基區(3)內形成增阻環(5)，所述集電區(4)、基區(3)、發射區(2)及增阻環(5)位於同一個剖面層內，在所述集電區(4)、基區(3)、發射區(2)及增阻環(5)的上表面設置二氧化矽膜(6)，在對應於發射區(2)及基區(3)的部位的二氧化矽膜(6)上設置引線孔，在對應於發射區(2)的引線孔部位設置發射極鋁層(8)，在對應於基區(3)的引線孔部位設置基極鋁層(7)，所述發射極鋁層(8)與發射區(2)電連接，所述基極鋁層(7)與基區(3)電連接。專利摘要本實用新型屬於半導體電晶體
技術領域：
，具體涉及到一種汽車電子用的矽PNP型高頻高速低飽和壓降高電流增益功率電晶體。本實用新型的目的是這樣實現的在低阻矽片襯底上設置集電區，在集電區內形成基區，在基區內形成發射區，在發射區旁邊的基區內形成增阻環，所述集電區、基區、發射區及增阻環位於同一個剖面層內，在所述集電區、基區、發射區及增阻環的上表面設置二氧化矽膜，在對應於發射區及基區的部位的二氧化矽膜上設置引線孔，在對應於發射區的引線孔部位設置發射極鋁層，在對應於基區的引線孔部位設置基極鋁層，所述發射極鋁層與發射區電連接，所述基極鋁層與基區電連接。這種電晶體的特徵頻率高、開關速度快、飽和壓降低、電流增益高。文檔編號H01L29/06GK201243018SQ20082018501公開日2009年5月20日申請日期2008年8月8日優先權日2008年8月8日發明者錢曉平,龔利汀,龔利貞申請人:無錫固電半導體股份有限公司