[发明专利]一种耐二次击穿的功率双极晶体管

说明书

本发明公开了一种耐二次击穿的功率双极晶体管，包括：集电极欧姆接触区设置在最底部，在集电极欧姆接触区上设置集电极P+区，在集电极P+区上设置集电极P‑区；在集电极P‑区上设置基极n区，在集电极P‑区与基极n区之间形成集电极‑基极p‑n结区；在基极n区内设置发射极区，在基极n区与发射极区之间形成发射极‑基极p‑n结区；在基极n区上设置介电薄膜，在介电薄膜上间隔设置基极欧姆接触区及发射极欧姆接触区；在基极n区内从左至右还包括基极‑集电极p‑n结区、附加掺杂集电极区。增加功率双极晶体管对二次击穿的耐受能力，采用过电压保护阈值可调节的设计，减小器件的输出容量以得到功率双极晶体管结构简化，缩小功率双极晶体管的尺寸。

技术领域

本发明涉及晶体管技术领域，特别涉及一种耐二次击穿的功率双极晶体管。

背景技术

众所周知，在集电极电路中具有感性负载的电路中的晶体管的操作与在晶体管关闭时发生的较大的过电压相关，这种过电压会导致反向二次击穿和晶体管故障。通常有以下几种保护晶体管免受过压影响的方法。

现有技术1，已知的具有过压保护的集成晶体管，其中将一个附加的保护晶体管用于过压保护，其中包括第一导电类的集电极和发射极区域，与第一导电类相反的第二导电类的基极区域以及一个高掺杂区位于与发射极底部相邻的基极区域中，具有与基极相同导电类型，并且集电极区域对于主晶体管和保护晶体管是公用的，保护晶体管的发射极连接到主晶体管的基极晶体管，并且保护晶体管的基极具有漂浮电势。保护晶体管的集电极和发射极之间的基极开路的击穿电压小于集电极和主晶体管的基极之间的p-n结的击穿电压。如果发生过压，则保护性垂直双极晶体管会导通，从而稳定主晶体管的集电极-基极电压，即提供过压保护。然而，在该已知器件中使用的至少两个晶体管的结构以及它们使用金属总线的电连接具有以下缺点：1.保护晶体管占据一定面积，这增加了器件的总面积。随着主晶体管功率的增加，也有必要增加保护晶体管的面积，即对于功率晶体管而言，器件的尺寸显着增加。2.保护晶体管的电容以及由集电极和连接主晶体管和保护晶体管电极的金属化层形成的金属-电介质-半导体电容器的电容与主晶体管的基极-集电极结并联连接，从而导致器件电容量的增加。

现有技术2中，具有p-n结的半导体器件的已知设计，是由第一导电类型的半导体衬底，与第一导电类相反的第二导电类型的有源格区组成，该有源区在衬底中形成并通过电极连接，第二导电类的保护环区域围绕有源格的区域并连接到有源格的电极。在这种设计中，通过改变保护环路的扩散深度来调节器件的击穿电压，以便在过压期间使击穿发生在保护环的区域，从而在有源环的p-n结处保证电压稳定。这种具有保护环系统的设计具有以下缺点：1.保护环在有源格之外区域占据了很大的面积，这大大增加了晶体管的面积。2.由保护环路和半导体衬底形成的电容与有源格的电容并联连接，这显着增加了器件的电容量。

现有技术3中，有一晶体管包含有第一导电类型的集电极区域，有第二导电类型的第一基极区域与集电极区相邻，具有第一类型的导电性的第一发射极区域，与第一基极区域相邻，具有第一类的导电性的第二发射极区域，具有第二类的导电性的第二基极区域，与第一基极区域相邻。第二发射极区和第二集电极区以及集电极区和第二发射极区通过电极欧姆连接到第一基极区，并且第二基极区采用漂浮设计并且是作为第一基极区的分隔环。在这种情况下，在第二基极区域内形成的晶体管结构的集电极和发射极之间的击穿电压小于主晶体管的集电极和发射极之间的击穿电压，这在过电压期间在主晶体管上提供了电压稳定。然而，第二基极区必须足够宽以在其中形成第二发射极并提供与发射极的接触，也就是说，它必须占据较大的面积，并且与将第二发射极连接到第一基极的金属总线一样，增加晶体管的电容。另外，在已知的设计中，第一和第二基极区，第一和第二发射极区以相同的工艺流程形成，因此，由于击穿电压的主晶体管的集电极-基极的工艺偏差(例如集电极电阻率的分散)，将相应地改变辅助保护晶体管的击穿电压，即过压保护阈值不可调节，而已知的应用则需要保持预设的最大电压，例如在汽车电子产品的应用中。

发明内容