БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР

Полезная модель относится к полупроводниковой электронике, а именно - к конструкциям биполярных транзисторов.
Известен биполярный транзистор, состоящий из подложки, коллекторного эпитаксиального слоя, планарных переходов базы и эмиттера, покрытых слоем оксида кремния, контактных окон к этим переходам, металлизированных контактных площадок базы и эмиттера (см., например, Колесников В.Г., Никишин В.И., Сыноров В.Ф., «Кремниевые планарные транзисторы» 1974 г., стр. 14.).
Контактные площадки находятся непосредственно в активных областях эмиттера и базы. Обычно глубина базовой области не превышает 6 мкм, а эмиттерной 4 мкм. Присоединение гибкого вывода методом ультразвуковой сварки или термокомпрессионным методом вредно воздействует на активные области, особенно на активную область эмиттера из-за ее меньшей глубины, и она может значительно деградировать из-за механического воздействия при сварке. При этом ухудшается коэффициент неидеальности р-n перехода, нормальное значение которого 1,01-1,02, а при механическом воздействии ухудшается до значений 1,1-1,2. Также уменьшается коэффициент усиления транзистора на малых токах и растут значения обратных токов.
Указанные недостатки устранены в наиболее близком к предлагаемой полезной модели биполярном транзисторе, состоящем из подложки, коллекторного эпитаксиального слоя, планарных переходов базы и эмиттера покрытых слоем оксида кремния, контактных окон к этим переходам, металлизированных контактных площадок базы и эмиттера над соответствующими переходами и гибких выводов (см., например, Мазель, Е. 3.,«Планарная технология кремниевых приборов» 1974 г., - стр. 309.).
В таком биполярном транзисторе контактные площадки находятся не в активных областях базы и эмиттера, а над коллекторной областью эпитаксиального слоя. Контактные площадки базы и эмиттера от коллекторной области изолирует диэлектрический слой из оксида кремния.
Таким образом, исключается негативное влияние сварки на активные области при присоединении гибких выводов. Есть возможность расположить контактные площадки по периферии кристалла для удобства разварки гибких выводов на соответствующие траверсы корпуса.
Однако, в процессе присоединения к контактной площадке внешних выводов или при контроле электрических параметров может нарушиться целостность оксида кремния под контактной площадкой, что приводит к короткому замыканию на коллекторную область. Это приводит к отказу и уменьшению выхода годных приборов. Обычно толщина оксида кремния составляет 0,8-1 мкм, при увеличении толщины в одном технологическом процессе, возможна сегрегация примесей, влияющих на параметры транзистора. Поэтому для увеличения толщины изолирующего слоя оксида кремния до 1,5 мкм - 3 мкм необходимо нанести дополнительный слой оксида кремния методом пиролитического осаждения при температуре 800°С, что усложняет конструкцию транзистора.
Техническим результатом данной полезной модели является повышение надежности и повышение выхода годных биполярных транзисторов без усложнения технологического процесса.
Указанный технический результат достигается тем, что в отличие от известного устройства биполярного транзистора, состоящего из подложки, коллекторного эпитаксиального слоя, планарных переходов базы и эмиттера, покрытых слоем оксида кремния, контактных окон к этим переходам, металлизированных контактных площадок базы и эмиттера над соответствующими переходами и гибких выводов, соединенных с областями базы и эмиттера методом сварки, в предлагаемой полезной модели контактное окно выполнено с участками оксида кремния, расположенными в шахматном порядке с шагом 4 мкм<А<10 мкм.
Новым в предлагаемой полезной модели является то, что контактное окно выполнено с участками оксида кремния, расположенными в шахматном порядке с шагом 4 мкм<А<10 мкм.
Участки оксида кремния в контактном окне значительно снижают механическое воздействие при сварке на области эмиттера и базы.
Пластическая деформация металла при термокомпрессионной сварке может достигать 40%, а при ультразвуковой до 20%. Температура нагрева в зоне контакта при ультразвуковой сварке составляет 50-60% температуры плавления соединяемых материалов.
Пластическая деформация и термическое влияние при сварном соединении в большей степени приходится на металл, который находится над участками оксида кремния, который защищает активные области от деградации.
Шаг менее 4 мкм ухудшает технический результат полезной модели, из-за того, что сварное соединение будет значительно влиять на участки под контактной площадкой, не защищенные оксидом кремния. Также возможны вертикальные подтравы и частичное разрушение участка оксида кремния из-за малого размера. Шаг 10 мкм обусловлен диаметром проволоки. Для сварки преимущественно используют проволоку от 20 до 50 мкм, поэтому при размерах шага более 10 мкм, деформация и термическое влияние от сварки будет приходиться на незащищенные участки активных областей.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурами 1 и 2. На фиг. 1 приведен схематичный разрез предлагаемого биполярного транзистора. На фиг. 2 приведен схематичный вид сверху на биполярный транзистор после травления контактных окон с участками оксида кремния.
Позициями на фиг. 1-2 обозначены:
1 - кремниевая высоколегированная n+подложка;
2 - эпитаксиальный слой n-типа;
3 - планарный переход базы р-типа;
4 - планарный переход эмиттера n-типа;
5 - слой оксида кремния;
6 - контактные окна с участками оксида кремния к планарным переходам базы и эмиттера;
7 - металлизированные контактные площади базы и эмиттера;
8 - контакт коллектора;
9 - гибкие вывода эмиттера и базы;
А - шаг участков оксида кремния в контактном окне.
Ниже описана конструкция предлагаемого дискретного биполярного транзистора и основные этапы его изготовления.
На кремниевой высоколегированной n+подложке 1 с удельным сопротивлением 0,01 Ом*см, со сформированным эпитаксиальным слоем n-типа 2 с сопротивлением 4 Ом*см толщиной 16 мкм, путем диффузии бора при температуре 1100°С формируют планарный переход базы р-типа 3 глубиной 2,5 мкм. В планарном переходе базы р-типа 3, путем диффузии фосфора при температуре 1060°С формируют планарный переход эмиттера n-типа 4 глубиной 1,5 мкм. Диэлектрический слой оксида кремния 5 толщиной 0,9 мкм сформирован сухим термических окислением поверхности кремния при температуре 1100°С. Контактные окна с участками оксида кремния 6 расположенными в шахматном порядке с шагом А равным 7 мкм сформированы селективным травлением оксида кремния. Магнетронным распылением алюминия с последующей фотолитографией формируют металлизированные контактные площадки базы и эмиттера 7 толщиной 2 мкм. Контакт коллектора 8 с обратной стороны подложки сформирован термическим напылением золота толщиной 0,7 мкм. Разварку гибких выводов эмиттера и базы 9 выполняют методом ультразвуковой сварки алюминиевой проволокой диаметром 30 мкм.
Ниже приведены результаты разбраковки кристаллов биполярных транзисторов и процент выхода годных собранных транзисторов. Кристаллы изготовлены на одинаковых эпитаксиальных структурах с одинаковыми технологическими режимами. В образце №1 участки оксида кремния в контактном окне отсутствуют. В образцах №2, №3 и №4 контактное окно выполнено с участками оксида кремния, расположенными в шахматном порядке. В образце №2 участки расположены с шагом 7 мкм, В образце №3 шаг более 10 мкм, а в образце №4 меньше 4 мкм.
Таким образом, экспериментально подтверждено, что конструкция контактного окна с участками оксида кремния расположенных в шахматном порядке с шагом 4 мкм<А<10 мкм повышает процент выхода годных более чем на 5%.