ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ТРАНЗИСТОР, УСТОЙЧИВЫЙ К ОБРАТНОМУ ВТОРИЧНОМУ ПРОБОЮ Российский патент 1994 года по МПК H01L29/72 

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, в частности к мощным высоковольтным транзисторам, работающим на индуктивную нагрузку.

Известно, что работа транзистора, имеющего в цепи индуктивную нагрузку, связана с большими перенапряжениями, возникающими во время его выключения. Такие перенапряжения могут привести к обратному вторичному пробою и выходу транзистора из строя. Существует несколько способов повышения устойчивости транзисторов к обратному вторичному пробою. Известен интегральный транзистор с защитой от перенапряжений, в котором для защиты от перенапряжений используется интегральный транзистор, имеющий коллекторную область первого типа проводимости; первую и вторую базовые области второго типа проводимости, противоположного первому; первую и вторую эмиттерные области первого типа проводимости. Вторая эмиттерная область омически соединена с первой базовой областью посредством электрода; вторая базовая область не соединена непосредственно с каким-либо электродом транзистора и поэтому имеет плавающий потенциал; пробивное напряжение при разомкнутой базе между коллекторной областью и второй эмиттерной областью меньше значения пробивного напряжения p-n-перехода между коллекторной областью и первой базовой областью. Данное соотношение достигается путем получения разного уровня легирования первой и второй базовых областей или первой и второй эмиттерных областей. Следует отметить, что такой способ получения необходимого соотношения между пробивными напряжениями основного и вспомогательного транзисторов является трудоемким, т.к. требует проведения дополнительных операций фотолитографии и диффузии. Кроме того из-за дефектов, вносимых этими дополнительными операциями, в итоге снижается процент годных приборов.

Целью изобретения является повышение устойчивости транзистора к обратному вторичному пробою.

В предлагаемом изобретении интегральный транзистор с защитой от перенапряжений, имеющий вспомогательный транзистор, с напряжениями пробоя коллектор-эмиттер гарантированно меньшими, чем у основного, образуется в течение одного технологического цикла, необходимого для создания основного транзистора. Необходимое соотношение между напряжениями пробоя основного и вспомогательного транзистора достигается тем, что основной транзистор имеет по периферии базовой области кольцо того же типа проводимости, что и база. Внутри делительного кольца формируется эмиттерная область того типа проводимости, что и у эмиттерной области основного транзистора. Эмиттерная область в охранном кольце соединена электродом с базовой областью основного транзистора, охранное кольцо ни с какой областью транзистора не соединено, т. е. имеет плавающий потенциал. В этом случае автоматически получается: пробивное напряжение между коллектором и эмиттером в делительном кольце меньше пробивного напряжения между коллектором и эмиттером основного транзистора без проведения дополнительных операций фотолитографии и диффузии, за счет которых создается разница между напряжениями пробоя коллектор-эмиттер основного и вспомогательного транзисторов. Эта разница получается за счет того, что напряжение пробоя коллектор-база основного транзистора больше, чем напряжение пробоя между коллектором и делительным кольцом.

Данный способ защиты структуры от перенапряжений можно использовать в совокупности с применением делительных колец, расположенных по периферии базовых областей основного и вспомогательного транзисторов, служащих для увеличения напряжения пробоя за счет снижения напряженности электрического поля на поверхности. При этом также сохраняется необходимое соотношение между напряжениями пробоя коллектор-эмиттер основного и вспомогательного транзисторов, т. к. база вспомогательного транзистора является дополнительным делительным кольцом для основного транзистора. Получение пробивного напряжения коллектор-эмиттер вспомогательного транзистора меньшего, чем у основного транзистора, позволяет ограничить напряжение на основном транзисторе, тем самым последний не входит в область вторичного пробоя.

На чертеже представлен разрез части структуры интегрального транзистора, устойчивого к обратному вторичному пробою.

Приняты обозначения: области 1 и 2 - коллектор интегрального транзистора; области 3 и 4 - соответственно базовые области основного и вспомогательного транзисторов; 5 и 6 - коллекторные p-n-переходы основного и вспомогательного транзисторов; 7 и 8 - эмиттерные области основного и вспомогательного транзисторов; 9 и 10 - эмиттерные p-n-переходы основного и вспомогательного транзисторов; 11 - слой двуокиси кремния; 12 - металлический контакт к базовой области основного транзистора; 13 - металлический контакт к эмиттерной области основного транзистора; 14 - металлический контакт, омически соединяющий базовую область основного транзистора и эмиттерную область вспомогательного транзистора; 15 - металлический контакт к коллекторной области интегрального транзистора.

Транзистор создается следующим образом.

На подложке из легированного полупроводникового материала, например, кремния n-типа с низким удельным сопротивлением ( ≈ 0,01 Ом ˙ см) выращен эпитаксиальный слой 2 n-типа с более высоким удельным сопротивлением ( ≈ 50 Ом ˙ см), чем у подложки и толщиной примерно 80 мкм. Больший или меньший уровень легирования на чертеже обозначен значками "+" и "-". С помощью известных способов фотолитографии и диффузии в слое 2 одновременно образованы две области 3 и 4 p-типа, причем область 4 замыкается вокруг области 3. Области 3 и 4 образуют со слоем 2 два p-n-перехода, обозначенных соответственно 5 и 6.

Далее тем же способом в областях 3 и 4 создаются области 7 и 8 n-типа с равным уровнем легирования и глубиной диффузии. Области 7 и 8 образуют с областями 3 и 4 два p-n-перехода, обозначенные на фиг. 1 соответственно 9 и 10. На поверхности имеется слой двуокиси кремния 11, образованный после окончательной диффузии, в котором получены окна для образования омических контактов к областям 3, 7 и 8. Одним из известных способов металлизации в окнах в слое 11 образуются металлические контакты 12, 13 и 14, обеспечивающие омическое соединение областей 3 и 8. На свободной поверхности подложки 1 образуют металлический контакт 15. Области коллектора 1 и 2, базы 3 и эмиттера 7 образуют основной планарный транзистор с металлическими контактами 15, 12 и 13 к соответствующим областям. Этот транзистор имеет защиту в виде вспомогательного транзистора, база 4 которого является охранным кольцом для основного транзистора, а эмиттер 8 вспомогательного транзистора расположен внутри делительного кольца; области 1 и 2 являются также коллектором вспомогательного транзистора. Коллектор вспомогательного транзистора имеет металлический контакт 15, эмиттер омически соединен с базой 3 основного транзистора металлическим контактом 14, а его база имеет плавающий потенциал, т.к. она не соединена ни с одним электродом основного транзистора.

Проверка структуры такого интегрального транзистора подтверждает, что созданная таким образом защита всегда имеет меньшие пробивные напряжения на вспомогательном транзисторе по отношению к основному транзистору. Таким образом, можно создать интегральный транзистор с защитой от обратного вторичного пробоя простым и экономичным способом, не используя вспомогательные технологические операции для получения необходимого соотношения между напряжениями пробоя основного и вспомогательного транзисторов, что в итоге повышает процент выхода годных приборов. Описанную структуру интегрального транзистора целесообразно также использовать в качестве выходного транзистора схемы Дарлингтона.

Применение: изобретение относится к полупроводниковым приборам, в частности к мощным высоковольтным транзисторам. Сущность изобретения: транзистор содержит в подложке-коллекторе вспомогательную защитную транзисторную структуру с базовой и эмиттерными областями того же типа проводимости, что и основного транзистора, причем эмиттерная область защитного транзистора омически соединена электродом с базовой областью основного транзистора. Базовая область защитного транзистора выполнена плавающей, расположена вокруг базовой области основного транзистора и является для нее делительным кольцом. 1 ил.

ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ТРАНЗИСТОР, УСТОЙЧИВЫЙ К ОБРАТНОМУ ВТОРИЧНОМУ ПРОБОЮ, содержащий коллекторную область с проводимостью первого типа, первую базовую область с проводимостью второго типа, противоположного первому типу, примыкающую к коллекторной области с образованием p - n-перехода база - коллектор, первую эмиттерную область с проводимостью первого типа, примыкающую к первой базовой области с образованием p - n-перехода база - эмиттер, вторую эмиттерную область с проводимостью первого типа, вторую базовую область с проводимостью второго типа, примыкающую к второй эмиттерной области и к коллекторной области с образованием соответствующих p - n-переходов, причем вторая эмиттерная область омически соединена с первой базовой областью с помощью электрода, а вторая базовая область выполнена плавающей, отличающийся тем, что вторая базовая область расположена вокруг первой базовой области и является для нее делительным кольцом.