一種提高了BVcbo的雙極型晶體管的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種提高了BVcbo（集電極-基極擊穿電壓）的雙極型晶體管，通過將溝槽場氧化隔離工藝技術(shù)與結(jié)終端工藝技術(shù)結(jié)合起來，并且將溝槽的場氧化過程分成兩步，結(jié)終端硼離子注入安排在兩步場氧化之間進(jìn)行，不但可以得到合理的結(jié)終端硼的結(jié)深，而且簡化了工藝流程，并且由于結(jié)終端離子注入窗口與溝槽邊緣無需對準(zhǔn)，因此在結(jié)終端與溝槽的交界處可以得到較為固定的摻雜硼濃度，以致可以得到穩(wěn)定的BVcbo，使用該工藝技術(shù)方法制造的NPN硅雙極型微波功率晶體管器件不但提高了BVcbo20伏以上，能夠提供高的輸出功率，而且減小了集電結(jié)寄生電容，保證了器件的高頻性能。
【專利說明】—種提高了 BVcbo的雙極型晶體管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及了一種晶體管，尤其是涉及了一種提高了 BVcbo的雙極型晶體管，屬于電子【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]高頻功率晶體管器件廣泛地用于通信系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)中，微波功率晶體管器件的應(yīng)用設(shè)計要求能夠提供高的輸出功率和高的增益，工作頻率范圍從幾百MHz到幾個GHz。為達(dá)到這樣的高輸出功率、高增益和高頻要求，除對芯片器件的布局、工藝參數(shù)的選擇以及封裝進(jìn)行優(yōu)化外，對晶體管芯片制造工藝的改進(jìn)有時更為重要。原因如下:
[0003]1、為了獲得高的輸出功率，應(yīng)當(dāng)選擇盡可能高的集電區(qū)摻雜濃度，以便抑制集電區(qū)輸出電流的飽和現(xiàn)象，同時較濃的集電區(qū)摻雜可以選擇較薄的外延層厚度，這樣集電區(qū)的寄生電阻較小，因而可以得到較好的晶體管高頻性能。但較濃的集電區(qū)摻雜所帶來的問題是較低的BVcbo。
[0004]2、為了得到高頻性能，通常平面晶體管的基區(qū)結(jié)深較淺(0.2到0.5微米)，較淺的基區(qū)結(jié)深使得集電區(qū)-基區(qū)的冶金結(jié)曲率半徑較小，以至在集電區(qū)-基區(qū)加上反向偏置電壓時，由于電場傾向于集中在較小的曲率半徑處，導(dǎo)致較小的BVcbo。為了克服淺結(jié)BVcbo較小的缺點，一種叫做結(jié)終端的工藝技術(shù)被采用，即在淺結(jié)基區(qū)邊緣加一步深度較深的與基區(qū)同極性的雜質(zhì)擴(kuò)散，得到較大的集電區(qū)-基區(qū)的冶金結(jié)曲率半徑以提高BVcbo。但結(jié)終端技術(shù)所帶來的問題是由于雜質(zhì)的橫向擴(kuò)散，使得晶體管的面積增大，導(dǎo)致集電區(qū)-基區(qū)的寄生電容增大，降低了晶體管的頻率性能。
[0005]3、溝槽場氧化隔離工藝技術(shù)因其晶體管面積小、大大減小了集電結(jié)寄生電容、提高了晶體管的高頻性能，被廣泛地應(yīng)用于雙極型高頻小功率晶體管。對于微波功率晶體管器件，由于其要求較高的輸出功率，單獨利用溝槽場氧化隔離工藝技術(shù)并不適合，這是因為:晶體管基區(qū)的摻雜元素硼離子在熱過程中傾向于被吸收(分凝)到場氧化層中，使得在硅-氧化硅界面處的硼濃度降低，受硅-氧化硅界面電荷的影響，BVcbo也會降低。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種提高了 BVcbo的雙極型晶體管，不但提高了擊穿電壓，能夠提供高的輸出功率，而且減小了集電結(jié)寄生電容，保證了器件的高頻性能。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種提高了 BVcbo的雙極型晶體管，包括高濃度摻雜的N-型硅襯底，所述N-型硅襯底的頂部設(shè)置有N-型外延硅，所述N-型外延硅的兩側(cè)通過溝槽、氧化和平坦化工藝技術(shù)形成有平坦氧化層，所述兩個平坦氧化層之間的N-型外延硅的上表面設(shè)有本征基區(qū)，所述本征基區(qū)的兩側(cè)設(shè)有非本征基區(qū)，所述兩個非本征基區(qū)之間還設(shè)置有發(fā)射區(qū)；所述兩個平坦氧化層之間通過熱過程雜質(zhì)激活形成第二冶金結(jié)。[0009]前述的一種提高了 BVcbo的雙極型晶體管，其特征在于:所述N-型外延硅的上面還淀積有介質(zhì)材料，所述非本征基區(qū)和發(fā)射區(qū)處的介質(zhì)材料上通過光刻和刻蝕形成基極和發(fā)射極的接觸孔，所述接觸孔中設(shè)置有金屬連接線條。
[0010]本實用新型的有益效果是:通過將溝槽場氧化隔離工藝技術(shù)與結(jié)終端工藝技術(shù)結(jié)合起來，并且將溝槽的場氧化過程分成兩步，結(jié)終端硼離子注入安排在兩步場氧化之間進(jìn)行，不但可以得到合理的結(jié)終端硼的結(jié)深，而且簡化了工藝流程，并且由于結(jié)終端離子注入窗口與溝槽邊緣無需對準(zhǔn)，因此在結(jié)終端與溝槽的交界處可以得到較為固定的摻雜硼濃度，以致可以得到穩(wěn)定的BVcbo，使NPN硅雙極型微波功率晶體管器件不但提高了 BVcbo 20伏以上，能夠提供高的輸出功率，而且減小了集電結(jié)寄生電容，保證了器件的高頻性能。
的雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。
的雙極型晶體管的制造方法中與步驟(I)對
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型一種提高了 BVcbo
[0012]圖2是本實用新型一種提高了 BVcbo應(yīng)的晶體管結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3是本實用新型一種提高了 BVcbo的雙極型晶體管的制造方法中與步驟(2)對應(yīng)的晶體管結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖4是本實用新型一種提高了 BVcbo的雙極型晶體管的制造方法中與步驟(3)對應(yīng)的晶體管結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖5是本實用新型一種提高了 BVcbo的雙極型晶體管的制造方法中與步驟(4)對應(yīng)的晶體管結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖6是本實用新型一種提高了 BVcbo的雙極型晶體管的制造方法中與步驟(5)對應(yīng)的晶體管結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖中:50、N-型娃襯底,51、部分場氧化層,52、外延娃,53、二氧化娃,54、氮化娃，55、溝槽,56、光刻膠,57、注入窗口，58、場氧化層,60、第一冶金結(jié),62、平坦場氧化層,64、第二冶金結(jié)，66、本征基區(qū)，68、非本征基區(qū)，70、發(fā)射區(qū)，72、介質(zhì)，76、金屬連接線條。
【具體實施方式】
[0018]下面將結(jié)合說明書附圖，對本實用新型作進(jìn)一步的說明。
[0019]如圖1所示，一種提高了 BVcbo的雙極型晶體管，因為晶片的背面是用于形成NPN晶體管的集電極C，所以為了減小集電極的串聯(lián)電阻，我們選擇高濃度摻雜的N-型硅襯底50作為晶體管的非本征集電區(qū)，所述N-型硅襯底50的頂部設(shè)置有N-型外延硅52作為晶體管的本征集電區(qū)，所述N-型外延硅52的兩側(cè)通過溝槽、氧化和平坦化工藝技術(shù)形成有平坦氧化層62，所述兩個平坦氧化層62之間的N-型外延硅52的上表面設(shè)有本征基區(qū)66，所述本征基區(qū)66的兩側(cè)設(shè)有非本征基區(qū)68，所述兩個非本征基區(qū)68之間還設(shè)置有發(fā)射區(qū)70 ;所述兩個平坦氧化層62之間通過熱過程雜質(zhì)激活形成第二冶金結(jié)64，N-型外延硅52的上面還淀積有介質(zhì)材料72，所述非本征基區(qū)68和發(fā)射區(qū)70處的介質(zhì)材料72上通過光刻和刻蝕形成基極和發(fā)射極的接觸孔，所述接觸孔中設(shè)置有金屬連接線條76。
[0020]生產(chǎn)上述一種提高了 BVcbo的雙極型晶體管的工藝技術(shù)方法，具體包括如下步驟:[0021](I)選擇一種高濃度摻雜的N-型硅襯底50作為NPN晶體管的非本征集電區(qū)，N-型硅襯底50背面在晶體管制造工藝流程完成后，進(jìn)行減薄、蒸金，用于形成晶體管的集電極C ;其中，N-型硅襯底50的晶向可以是〈111〉的、也可以是〈100〉的，但通常選擇〈111〉晶向，所摻的雜質(zhì)元素可以是砷(As )、也可以是磷(P )或是銻(Sb )，但通常選擇砷，N-型硅襯底50的電阻率選為不大于0.003ffcm ;在N-型硅襯底50的頂部是N-型低濃度摻雜的外延硅52作為NPN晶體管的本征集電區(qū)，如圖2所示，外延硅52的摻雜元素可以是砷(As)、也可以是磷(P)或是銻(Sb)，但通常是砷，外延硅52的電阻率為0.1Wcm至3.5Wcm，厚度為2至20微米。
[0022](2)通過熱氧化工藝在外延硅52表面生產(chǎn)一層薄的二氧化硅53，緊接著再通過LPCVD工藝淀積厚度為1500埃的氮化硅54，用光刻技術(shù)給出溝槽圖形；用干法刻蝕技術(shù)依次局部刻蝕掉氮化娃54、二氧化娃53和外延娃52以形成溝槽55,如圖3所不。
[0023](3)通過高溫?zé)嵫趸に囘M(jìn)行溝槽55的第一步場氧化形成部分場氧化層51 ;然后在氮化硅54的上方用光刻膠56保護(hù)晶體管的有源區(qū)，并在氮化硅54的兩端露出結(jié)終端硼離子的注入窗口 57，如圖4所示。通過注入窗口 57進(jìn)行硼離子的注入，注入劑量為5.0E12-5.0E14個離子每平方厘米，由于溝槽的第一步場氧化形成部分場氧化層51的厚度可以阻擋硼離子注入到場區(qū)中，所以結(jié)終端離子注入窗口 57與溝槽55邊緣無需對準(zhǔn)，因此在結(jié)終端與溝槽55的交界處可以得到較為固定的摻雜硼濃度。
[0024](4)結(jié)終端硼離子從注入窗口 57注入完成后，將光刻膠56去除；進(jìn)行溝槽55的第二步場氧化形成場氧化層58，在溝槽55的第二步場氧化熱過程的同時，注入的結(jié)終端B離子被推進(jìn)到1.0微米到5.0微米的深度，形成P-型結(jié)終端層與N-型外延層的第一冶金結(jié)60，如圖5所示。
[0025](5)溝槽55場氧化層形成后，用熱磷酸腐蝕去除掉保護(hù)晶體管有源區(qū)的氮化硅54;為了有利于后面的各步光刻工藝，用返刻平坦化工藝技術(shù)將高出有源區(qū)硅平面的溝槽55場氧化層刻蝕掉，形成平坦場氧化層62，如圖6所示。
[0026](6)采用傳統(tǒng)的淺結(jié)基區(qū)工藝形成本征基區(qū)66、濃硼離子注入工藝形成歐姆接觸的非本征基區(qū)68、濃砷離子注入工藝形成發(fā)射區(qū)70 ;通過熱過程雜質(zhì)激活工藝后，就組成了 P-型區(qū)與N-型本征集電區(qū)形成的第二冶金結(jié)64 ;在淀積一層介質(zhì)材料72后，光刻和刻蝕以形成基極(B)和發(fā)射極(E)的接觸孔，再進(jìn)行硅化物工藝處理以降低電極的接觸電阻，金屬布線工藝形成各電極的金屬連接線條76 ;最后，運用鈍化層工藝保護(hù)晶體管表面不受環(huán)境的影響，最終成型的產(chǎn)品如圖1所示。
[0027]其中，步驟(2)中所述的溝槽55的深度經(jīng)過反復(fù)實驗后選擇0.3微米至2.5微米之間的數(shù)值時效果最佳，而步驟(3)中對溝槽55進(jìn)行熱氧化的溫度一般為1050°C -1200 V，形成的部分場氧化層51的厚度為0.5微米至3.0微米，經(jīng)過二次氧化后，步驟(4)中的場氧化層58的總厚度為1.0微米到3.5微米。
[0028]綜上所述，本實用新型提供的一種提高了 BVcbo的雙極型晶體管，不但提高了擊穿電壓，能夠提供高的輸出功率，而且減小了集電結(jié)寄生電容，保證了器件的高頻性能。
[0029]以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征及優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界。
【權(quán)利要求】
1.一種提高了 BVcb0的雙極型晶體管，其特征在于:包括高濃度摻雜的N-型硅襯底(50),所述N-型硅襯底(50)的頂部設(shè)置有N-型外延硅(52)，所述N-型外延硅(52)的兩側(cè)通過溝槽、氧化和平坦化工藝技術(shù)形成有平坦氧化層(62 )，所述兩個平坦氧化層(62 )之間的N-型外延硅(52)的上表面設(shè)有本征基區(qū)(66)，所述本征基區(qū)(66)的兩側(cè)設(shè)有非本征基區(qū)(68)，所述兩個非本征基區(qū)(68)之間還設(shè)置有發(fā)射區(qū)(70);所述兩個平坦氧化層(62)之間通過熱過程雜質(zhì)激活形成第二冶金結(jié)(64 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高了BVcbo的雙極型晶體管，其特征在于:所述N-型外延硅(52)的上面還淀積有介質(zhì)材料(72)，所述非本征基區(qū)(68)和發(fā)射區(qū)(70)處的介質(zhì)材料(72 )上通過光刻和刻蝕形成基極和發(fā)射極的接觸孔，所述接觸孔中設(shè)置有金屬連接線條(76)。
【文檔編號】H01L29/06GK203406288SQ201320366631
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月25日
【發(fā)明者】陳強, 張復(fù)才, 沈美根, 多新中, 鄭立榮, 姚榮偉 申請人:江蘇博普電子科技有限責(zé)任公司