БИПОЛЯРНЫЙ КРЕМНИЕВЫЙ ПЛАНАРНЫЙ ТРАНЗИСТОР

Предлагаемая полезная модель относится к области электронной техники, а более конкретно - к конструкции биполярных кремниевых планарных транзисторов с, так называемой, «островковой» базой, и может быть использована для повышения надежности биполярных кремниевых планарных транзисторов.
Известен биполярный кремниевый планарный транзистор, состоящий из области коллектора, в которой сформирована область базы, сплошной области эмиттера, вписанной в базу, защитного окисла, покрывающего области коллектора, базы и эмиттера, контактных окон в защитном окисле к эмиттеру и к базе (см., например, патент США US 4024564, класс H01L 29/34 от 17 мая 1977 г.).
Недостатком данного биполярного кремниевого планарного транзистора является неравномерное распределение плотности тока из-за эффекта оттеснения, что может быть причиной снижения коэффициентов передачи в открытом состоянии транзистора, а также причиной отказов за счет локального повышения плотности тока на периферии эмиттера. Также из-за того, что площадь базы значительно больше площади эмиттера, быстродействие транзистора невелико.
Данный недостаток устранен в биполярном кремниевом планарном транзисторе с «островковой» базой, состоящем из области коллектора, в которой сформирована область базы, сплошной области эмиттера, вписанной в базу, с системой отверстий под контакт к базе, защитного окисла, покрывающего области коллектора, базы и эмиттера, контактных окон в защитном окисле к эмиттеру и к базе в местах отверстий в эмиттере под контакт к базе (см., например, каталог фирмы Sanyo «For Displays and Projectors. Ultra-high Quality Output Devices», июнь 1997 г., стр. 9).
В такой структуре биполярного кремниевого планарного транзистора линейные размеры эмиттера на две ошибки совмещения меньше базы, что резко уменьшает пассивную площадь базы и увеличивает быстродействие. Транзистор представляет собой совокупность базовых контактов, равномерно распределенных по всей площади эмиттера, что увеличивает общую площадь и длину периферии эмиттера. Это способствует равномерному распределению плотности тока, а также позволяет работать при больших токах.
Недостатком данного биполярного кремниевого планарного транзистора является то, что при наличии дефектов в поверхностном слое эмиттера около базового контакта, дефект может перехватить базовый ток всего транзистора, и эмиттер около такого базового контакта может вступить в режим теплового пробоя, что приводит к выходу всего транзистора из строя.
Результатом предлагаемой полезной модели является повышение надежности биполярных кремниевых планарных транзисторов.
Э
Э
Э
Э
Э
Указанный результат достигается тем, что в отличие от известного устройства, в предлагаемой полезной модели биполярного кремниевого планарного транзистора, состоящего из области коллектора, в которой сформирована область базы, сплошной области эмиттера, вписанной в базу, с системой отверстий под контакт к базе, защитного окисла, покрывающего области коллектора, базы и эмиттера, контактных окон в защитном окисле к эмиттеру и к базе в местах отверстий в эмиттере под контакт к базе, контактные области к базе дополнительно окружены кольцами из слоя эмиттера шириной х≤W≤2,5х на расстоянии 1,9х≤Н≤3х от эмиттера, где х - глубина эмиттерной области.
В данном транзисторе ток базы от контакта к базе протекает к эмиттеру через «сжатый» резистор, образованный кольцом из эмиттерного слоя около базового контакта. Этот «сжатый» резистор обладает большим температурным коэффициентом сопротивления, и при увеличении базового тока он увеличивает свое сопротивление, что за счет отрицательной обратной связи уменьшает базовый ток.
Э
Э
W выбрано больше х из-за того, что при меньших ширинах глубина проникновения примеси может оказаться меньше, и номинал «сжатого» резистора уменьшится, а также уменьшится его температурный коэффициент сопротивления. W выбрано меньше 2,5х для того, чтобы сильно не увеличивать сопротивление «сжатого» резистора.
Э
Э
Н выбрано больше 1,9х, чтобы кольцо не смыкалось с эмиттером, так как боковая диффузия эмиттерной примеси уходит под маску примерно на 0,8 глубины эмиттера, кроме того эмиттер окружен обедненной областью. Н выбрано меньше 3х, чтобы не занимать рабочую площадь эмиттера.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурами. Конструкция предлагаемого биполярного кремниевого планарного транзистора представлена на фиг. 1 (вид сверху) и на фиг. 2 (разрез).
Позициями на фиг. 1, 2 обозначены:
1 - эмиттерная область;
2 - базовая область;
3 - контактные окна к эмиттерной области;
4 - металлизация эмиттера;
5 - контактные окна к базовой области;
6 - металлизация базы;
7 - кольца из слоя эмиттера;
8 - эпитаксиальный слой;
9 - кремниевая монокристаллическая подложка;
10 - металлизация коллектора;
11 - слой термического оксида кремния;
W - ширина кольца из эмиттерного слоя;
Н - зазор между кольцом из эмиттерного слоя и эмиттером;
Э
х - глубина эмиттерного слоя.
Э
Предлагаемый биполярный кремниевый планарный транзистор можно изготовить следующим образом: в эпитаксиальном слое 8 р-типа проводимости с сопротивлением 10 Ом⋅см и толщиной 16 мкм на кремниевой монокристаллической подложке 9 р-типа проводимости и удельным сопротивлением 0,005 Ом⋅см формируют базовую область 2 n-типа проводимости толщиной 4 мкм и поверхностным сопротивлением 350 Ом (см. фиг. 2). В базовой области формируют эмиттерную область 1 глубиной х=2 мкм и удельным сопротивлением 8 Ом см с кольцами 7 шириной W=3 мкм на расстоянии Н=5 мкм. В слое термического оксида кремния 11 толщиной 0,6 мкм формируют контактные окна к базовой 5 и эмиттерной 3 областям. Затем методом магнетронного напыления наносят слой алюминия толщиной 2 мкм, формируют методом фотолитографии металлизацию базы 6 и эмиттера 4. Затем на обратной стороне пластины формируют металлизацию коллектора 10, напыляя слой золота толщиной 0,5 мкм и обрабатывая полученное покрытие при температуре 450°C в течение 10 минут.
2
Ниже приведена таблица в которой сравнивались параметры биполярного транзистора размером кристалла 0,7×0,7 мм. В п. 1 приведены параметры транзистора изготовленные по прототипу, в п. 2-4 - по предлагаемому техническому решению, а в п. 5 за пределами предлагаемого технического решения
Из таблицы видно, что биполярный транзистор имеет меньшую надежность за счет наступления вторичного пробоя при меньших токах базы. А образец, изготовленный с параметрами за пределами предлагаемого технического решения, имеет большее напряжение насыщения эмиттер - база.