專利名稱：復合結(jié)構(gòu)的晶體管制造方法及晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固體器件，特別是雙極型靜電感應器件的制造方法和用這種方法制造的晶體管，以及一種新結(jié)構(gòu)的雙極型靜電感應器件。本發(fā)明是在半導體材料的襯底表面上首先形成絕緣層，在絕緣層上刻出擴散窗口，通過窗口以擴散或注入方式形成柵區(qū)，再在柵區(qū)上形成源區(qū)，并在柵區(qū)、源區(qū)表面和漏區(qū)上引出電極引線，制成管芯。
固體器件最早采用平面工藝，即在高阻單晶片表面分別開擴散孔、進行摻雜擴散，最終形成表面柵和表面源結(jié)構(gòu)的器件。用這種工藝生產(chǎn)器件對光刻要求較高，且柵一柵間距不易做小(須采用電阻率很高的材料)，因此使其工作電流的提高受限制，其次采用這種工藝生產(chǎn)高頻管時因其柵源間隙較小，易造成柵源短路和低壓軟擊穿。
為克服平面工藝而產(chǎn)生了埋柵工藝，例如中國專利88100546.0，88100466所公開的工藝，這種工藝，柵一柵間距可以做得很小，工作電流也可以很大，柵源間不易短路，但在工藝中卻需要進行二次外延，而且柵極引線必須刻蝕去柵墻上方的二次外延層，使工藝變得復雜，加之柵源結(jié)寄生電容增大，使其工作頻率受到限制。
中國發(fā)明專利88102599.8公開了一種在n型外延片上以大面積擴磷形成半埋柵結(jié)構(gòu)的靜電感應器件，雖然該專利可以部分地解決現(xiàn)有技術(shù)中的一些問題，但由于該專利只能使用n型的外延片，既造成生產(chǎn)成本增加，又限制了該工藝的應用；而且該專利在柵條擴散后是用版圖蓋住除柵墻以外的柵條區(qū)，然后再光刻成所謂大面積的源區(qū)，并在此區(qū)域內(nèi)進行厚層垂向均勻的n+源擴散，形成半埋柵結(jié)構(gòu)，這種做法的一個不足是難于對準源區(qū)，引起無法避免的擴散區(qū)位置偏差，在實踐中易產(chǎn)生擴散區(qū)錯位和不對稱，致使源擴散區(qū)與柵墻間產(chǎn)生“間隙”，形成源區(qū)與漏區(qū)短路，并在p型的柵區(qū)與n型的源區(qū)間形成電阻，致使器件在工作狀態(tài)無法關(guān)斷，同時由于該器件的特點使其阻斷電壓較低，從另一方面來看當發(fā)生前述情況時柵與源間將不形成p-n結(jié)，顯然器件的特性將變劣。該技術(shù)中難以避免的擴散區(qū)錯位和不對稱還會在溝道區(qū)上方形成側(cè)面暴露的橫向p-n結(jié)，在布引線時會發(fā)生直接使柵源短路的現(xiàn)象，造成器件失效。另從該專利所公開的內(nèi)容來看其制品的反向漏電較大。
本發(fā)明的目的是提供一種可以克服現(xiàn)有技術(shù)不足，適用于多種半導體材料，可降低工藝難度、簡化工藝，能使所制成的晶體管有效保證柵源極間不易被擊穿、克服柵—源間的短路，并可提高柵漏極擊穿電壓，進而提高器件正向阻斷電壓，減小反向漏電的晶體管制造方法，和用這種方法生產(chǎn)的新結(jié)構(gòu)的靜電感應器件。
本發(fā)明的目的通過下述方式實現(xiàn)首先在襯底材料表面形成絕緣層，然后在絕緣層上刻出第一擴散的窗口，用擴散或注入的方式形成柵區(qū)及柵墻，再將部分柵墻上的絕緣層和由柵墻所圍成的區(qū)域內(nèi)(即溝道和柵條相間構(gòu)成的有源區(qū))的絕緣層去除，形成第二擴散窗口，進行第二次擴散，使經(jīng)第一次擴散所產(chǎn)生的柵區(qū)和部分柵墻處的上部分雜質(zhì)與第二次擴散所摻入的雜質(zhì)相互補償，形成具有表面柵和隱埋柵型雙重結(jié)構(gòu)特點的復合結(jié)構(gòu)。在這里所述的兩次擴散是指采用兩種不同的擴散，即在二次擴散中摻入類型不同的相反雜質(zhì)的擴散，例如當?shù)谝淮尾捎胮+擴散，第二次則采用n+，反之亦然(對p溝道而言)。通過兩次擴散后使所產(chǎn)生的柵區(qū)部分和部分柵墻的上部分區(qū)域內(nèi)雜質(zhì)相互補償，將柵條和部分柵墻“陷”入芯片體內(nèi)，形成復合結(jié)構(gòu)的柵區(qū)和源區(qū)。本發(fā)明的方法所采用的襯底材料可以是p型半導體，也可以是n型半導體，可以是n-直拉、區(qū)熔高阻單晶片也可以是中照單晶擴散片、或者是n-/n+外延片，以及硅—硅鍵合(SDB)片。
本發(fā)明還可以用下述措施實現(xiàn)在襯底材料中柵墻外區(qū)域用擴散或注入的方式制成限場環(huán)和切斷環(huán)，并在開引線孔，限場環(huán)、切斷環(huán)等位孔后進行真空蒸鍍金屬，并光刻電極引線與等位線，再進行合金化。
在本發(fā)明給出的實施例中所采用的襯底材料為n性半導體材料，通過第一次擴散窗口向襯底內(nèi)進行p+擴散，再將柵墻內(nèi)區(qū)域和部分柵墻上的絕緣層去除，形成第二擴散窗口，在此區(qū)域內(nèi)進行n+擴散，使由第一次擴散所產(chǎn)生的p+柵條的上部分通過第二次擴散的n+后被補償，而將柵條“陷”于芯片體內(nèi)，形成復合結(jié)構(gòu)的p+柵區(qū)和復合結(jié)構(gòu)的n+源區(qū)。
本發(fā)明的實施例中所采用的襯底材料是n-高阻單晶材料，在進行處理時首先在襯底材料的背面進行n+擴散，以形成適當厚度的漏極區(qū)和漏極接觸層，然后進行氧化、光刻、p+擴散及去除履蓋層、n+擴散處理。
采用本發(fā)明的方法生產(chǎn)的晶體管，其結(jié)構(gòu)特征是在柵墻所圍的區(qū)域內(nèi)，沿其斷面上柵條上面和部分柵墻上面的源區(qū)中有沿高度分布的第二次擴散的雜質(zhì)元素的濃度梯度分布。例如采用n-高阻單晶材料為襯底時其結(jié)構(gòu)特征是在柵墻所圍的區(qū)域內(nèi)的柵條上沿管芯斷面上有沿高度分布的第一n+濃度梯度，自漏區(qū)所在的下表面沿管芯斷面有沿高度分布的第二n+濃度梯度分布，且第二n+濃度梯度分布與第一n+濃度梯度的分布方向相反。
本發(fā)明所生產(chǎn)的晶體管其管芯柵墻外區(qū)域設計有限場環(huán)和切斷環(huán)。本發(fā)明的最佳實施例給出的限場環(huán)為非等寬、非等距的限場環(huán)。這種結(jié)構(gòu)可以使所生產(chǎn)的器件具有較高的源—柵擊穿電壓和高的柵—漏擊穿電壓，以及小的反向漏電。
本發(fā)明所生產(chǎn)的晶體管其柵墻上開有環(huán)狀柵引線孔并制作環(huán)狀等位柵極引線，把整個有源區(qū)環(huán)包在等位的柵墻中間，器件各單元的工作狀態(tài)較之現(xiàn)有技術(shù)中的梳狀或插指狀柵電極引線結(jié)構(gòu)更為均勻一致。
本發(fā)明的方法有如下優(yōu)點1、可適用多種半導體基片材料；2、工藝較現(xiàn)有技術(shù)更為簡單，特別是采用中照單晶擴散片、或者是n-/n+外延片，以及硅—硅鍵合(SDB)片時；3、本發(fā)明的方法基本上采用平面工藝的手段，并不需要現(xiàn)有技術(shù)中的高精度光刻技術(shù)，不采用埋柵或半埋柵的措施，但卻可產(chǎn)生類似的結(jié)構(gòu)特性，而且還無需刻臺工藝，減小了工藝難度，因此可以用普通的晶體管生產(chǎn)設備進行生產(chǎn)，并可大大降低器件的生產(chǎn)成本；4、在本發(fā)明中由于第二次擴散窗口開于柵條區(qū)和部分柵墻上，一方面避免了現(xiàn)有技術(shù)中擴散區(qū)域的對準問題，不再存在擴散區(qū)域錯位及不對稱問題，同時可以確保柵—源間有效形成p-n結(jié)，避免了現(xiàn)有技術(shù)中源柵、源漏間的短路、存在補償電阻區(qū)等弊病，因此可以使器件的成品率大大提高，并明顯提高器件的性能；5、由于本發(fā)明的器件上設有限場環(huán)和切斷環(huán)，特別是設有非等距、等寬的限場環(huán)，因此可使所生產(chǎn)的器件具有較高的源—柵擊穿電壓和高的柵—漏擊穿電壓，且漏電小、穩(wěn)定性高；6、由于本發(fā)明的器件設計了環(huán)包有源區(qū)的環(huán)狀等位柵電極，使器件各單元工作狀態(tài)更均勻一致，克服了現(xiàn)有技術(shù)中各單元工作狀態(tài)不均勻、柵控制遲鈍，電流局部集中的弊病。
附圖給出本發(fā)明的器件在各處理階段的示意圖，其中

圖1為本發(fā)明所制的管芯剖面示意圖；圖2為采用n-高阻單晶材料的芯片進行n+背擴散后的剖面示意圖；圖3為圖2所示的剖面中n+濃度分布示意；圖4為p+擴散區(qū)(也就是第一次擴散窗口)的平面示意圖；圖5為經(jīng)p+擴散后芯片的剖面圖，為簡化起見，在該圖中僅畫出三條柵體；圖6為n+擴散區(qū)(也就是第二次擴散窗口)的平面示意圖和同p+區(qū)套對的平面示意圖，其中的斜線II-IV象限方向所示為n+源區(qū)、切斷環(huán)，I-III象限方向的所示為p+柵區(qū)；圖7為第二次擴散后芯片剖面示意圖；圖8為經(jīng)第二次擴散后n+和p+濃度分布示意圖；圖9為源極引線、環(huán)狀等位柵極引線以及限場環(huán)、切斷環(huán)等位線平面示意圖。
本發(fā)明提供以下的實施例，并結(jié)合實施例及附圖作詳細解說本發(fā)明的實施例為生產(chǎn)用于節(jié)能燈電子鎮(zhèn)流器的BSIT器件，采用n-高阻單晶為襯底材料，其處理工藝如下1、對襯底材料進行常規(guī)處理后在其表面上形成氧化層后，將襯底下面的氧化層去除，然后進行n+擴散形成漏區(qū)，并控制形成合適的漏區(qū)厚度(1-2)，在這一階段中芯片剖面的n+區(qū)是圖2中的(2)，其剖面上n+濃度分布參見圖3，其中(1-N)為襯底單晶片的本底濃度，(2-N)為n+擴散濃度分布。
2、在芯片正面拋光、氧化、光刻后形成第一次擴散窗口，參見圖4，然后在此窗口上予擴硼，去除一定的BGS后，進行高溫p+再擴散，在擴散工藝中依照有關(guān)參數(shù)嚴格控制溝道厚度和溝道長度及長厚比，使之處于BSIT工作機制。經(jīng)第一次擴散后芯片剖面應有如圖5所示的結(jié)構(gòu)形態(tài)。在圖5中(3-1)為柵條，(4-1)為柵墻，(5)為限場環(huán)(為簡化起見在圖中僅側(cè)畫出一條限場環(huán)，在實際應用中應根據(jù)設計要求制出數(shù)條限場環(huán))，(14-1)為第一次擴散后的溝道區(qū)，(1-2)為背擴散后保留的單晶的n-區(qū)，(2)為漏區(qū)，(8)為SiO2鈍化保護層。
3、在經(jīng)第一次擴散后的芯片上光刻出第二次擴散窗口，即將部分柵墻和溝道柵條有源區(qū)上的SiO2鈍化保護層去除，形成位于部分柵墻區(qū)內(nèi)的擴散窗口，參見圖6。然后進行第二次擴散，本實施例中具體工藝是予擴磷，去除適量PSG，推進采取低溫擴散法，最終進行退火。此階段同時在限場環(huán)外側(cè)光切斷環(huán)，并同時進行磷擴散。經(jīng)處理后形成如圖7所示的剖面結(jié)構(gòu)形態(tài)。圖7中(1-2)是高阻單晶襯底上保留的n-層，(2)是背面n+漏極區(qū)，(3-2)是經(jīng)第二次擴散補償后陷入體內(nèi)的柵擴散條，(4-2)是經(jīng)第二次擴散補償后有源區(qū)外圍環(huán)形柵墻，(5)是第一道限場環(huán)，(6)是經(jīng)第二次擴散后形成的復合源極區(qū)，(7)是n+切斷環(huán)，(8)是各次形成的鈍化保護層，(14-2)是經(jīng)第二次擴散后的n-溝道區(qū)。在圖7中僅畫出第一道限場環(huán)，而未畫出另外幾道限場環(huán)，在實際的管芯上設有數(shù)道不等距、不等寬的限場環(huán)。兩次擴散后的雜質(zhì)分布參見圖8所給出的曲線，其中A組曲線為源-溝道-漏區(qū)的n型雜質(zhì)垂向分布曲線，B組曲線是源區(qū)-柵區(qū)-漏區(qū)的雜質(zhì)垂向分布曲線，其中的粗實線表示n型雜質(zhì)濃度，粗虛線表示p型雜質(zhì)濃度。凈雜質(zhì)濃度每組內(nèi)各次摻雜的疊加或補償?shù)慕Y(jié)果。從圖5和7可見柵墻的一部分及柵條由于第二次擴散形成了復合結(jié)構(gòu)的柵區(qū)與源區(qū)，徹底克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
4、在經(jīng)前述處理后的管芯上開出引線孔、限場環(huán)和切斷孔等位孔后，背減薄鍍Ni-Cr-Ag，在H2氣氛下合金化，正面鍍Al，光刻Al引線和等位線，再次在適當氣氛下合金化，然后切片、封裝形成如圖1所示結(jié)構(gòu)的晶體管，其中(11)是等位柵極引線，(12)是第一道限場環(huán)的等位線，(9)是源極引線，(10)是切斷環(huán)等位線，(13)是漏極引線，其它各標號與各圖所示一致。
經(jīng)本發(fā)明所制一種規(guī)格的器件實測結(jié)果如下柵源擊穿BVGSO(50μA)≥7V柵漏擊穿BVGDO(50μA)≥900V正向阻斷VD.B(100μA)≥700V飽和壓降VD(ID500mA，IG200mA) ≤0.4V漏極電流IDM≥2.0A放大系數(shù)hFs(250mA) ≥25開啟時間ton≤0.2μS關(guān)斷時間toff≤0.4μS成品率 ≥80％通過以上實施例可見由于本發(fā)明中可以使用高阻單晶材料，大大降低器件的制造成本；在工藝中僅采用大面積擴散工藝，使工藝大大簡化，降低了工藝難度；在柵墻、源極平面上直接開孔引出柵、源電極，并設計了等位柵電極環(huán)包源電極的結(jié)構(gòu)，既簡化工藝，又使各單元工作狀態(tài)更加均勻；第二次擴散區(qū)域外邊界在部分柵墻上，避免了現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足；采用了非等寬、非等距的限場環(huán)，并在第一環(huán)用Al線等位，有效可靠地提高了柵漏擊穿電壓及其均勻性；設計了切斷環(huán)，并用Al線等位有效地減少了表面效應對器件工作穩(wěn)定性的影響，減小了反向漏電，克服了工作曲線的漂移等現(xiàn)象；大大提高了產(chǎn)品的成品率。
需說明的是本發(fā)明的應用并不局限于以上實施例的范圍，在實際采用中也可用離子注入的方式代替擴散，p+可采用非硼的其它雜質(zhì)，同樣n+也可采用非磷的其它元素；本發(fā)明的方法也不僅限于制作BSIT，也可以用于制作SIT，SITH等器件。
權(quán)利要求
1.—種晶體管的制造方法，在半導體材料的襯底表面上首先形成絕緣層，將絕緣層上刻出擴散窗口，通過窗口以擴散或注入方式形成柵區(qū)，再在柵區(qū)上形成源區(qū)，并在柵區(qū)、源區(qū)和漏區(qū)上引出引線，制成管芯，其特征在于首先在襯底材料表面的形成絕緣層，然后在絕緣層上刻出第一擴散的窗口，用擴散或注入的方式形成柵區(qū)及柵墻，再將棚墻所圍成的區(qū)域內(nèi)和部分柵墻上的絕緣層去除，形成第二擴散窗口，進行第二次擴散，使經(jīng)第一次擴散所產(chǎn)生的柵有源區(qū)區(qū)域內(nèi)和部分柵墻處的雜質(zhì)與第二次擴散所摻入的雜質(zhì)相互補償，形成具有表面柵與隱埋柵型雙重特點的復合結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于對襯底材料中柵墻外區(qū)域用擴散或注入的方式制成限場環(huán)和切斷環(huán)，并在開引線孔、限場環(huán)、切斷環(huán)等位孔后真空蒸鍍金屬，光刻源、柵電極和等位線，并進行合金化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所采用的襯底材料為n性半導體材料，通過第一次擴散窗口向襯底內(nèi)進行p+擴散，再將柵墻內(nèi)區(qū)域和部分柵墻區(qū)上的絕緣層去除，形成第二擴散窗口，在此區(qū)域內(nèi)進行n+擴散，使由第一次擴散所產(chǎn)生的p+柵條的上部分和部分p+柵墻的上部分通過第二次擴散的n+后被補償，形成位于其上的復合結(jié)構(gòu)的n+區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于本發(fā)明所用的襯底材料為n-高阻單晶材料，在進行處理時首先在襯底材料的背面進行n+擴散，然后進行氧化、光刻、
擴散及去除履蓋層，和第二次n+擴散處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于對襯底材料中柵墻外區(qū)域形成的限場環(huán)非等距、等寬的限場環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的任一種方法制成的晶體管，其特征在于在柵墻所圍的區(qū)域內(nèi)，沿其剖面上柵上面和溝道上面的區(qū)域中有沿高度分布的第二次擴散的元素的濃度梯度分布，且兩區(qū)域的雜質(zhì)濃度分布是不相同的。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至5所述的任一種方法制成的晶體管，其特征在于在柵墻所圍的區(qū)域內(nèi)的柵條上和溝道上沿管芯剖面上有沿高度分布的第一n+濃度梯度，自漏區(qū)所在的表面沿管芯斷面有沿高度分布的第二n+梯度分布，且第二n+梯度分布與第一n+梯度分布方向相反。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述方法制成的晶體管，其特征在于在柵墻外設有非等寬、非等距的p+限場環(huán)，及n+切斷環(huán)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7或8所述的晶體管，其特征在于沿柵墻開有環(huán)狀的柵極引線孔，并制作了環(huán)狀的柵電極引線，使包括源區(qū)、柵條、溝道在內(nèi)的整個有源區(qū)被環(huán)包在柵引線孔、柵極引線和等位的柵墻中間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種固體器件,特別是雙極型靜電感應器件的制造方法和用這種方法制造的晶體管,以及一種新結(jié)構(gòu)的雙極型靜電感應器件。本發(fā)明的目的通過下述方式實現(xiàn):首先在襯底材料表面形成絕緣層,然后在絕緣層上刻出第一擴散的窗口,用擴散或注入的方式形成柵區(qū)及柵墻,再將部分柵墻上的絕緣層和由柵墻所圍成的區(qū)域內(nèi)(即溝道和柵條相間構(gòu)成的有源區(qū))的絕緣層去除,形成第二擴散窗口,進行第二次擴散,使經(jīng)第一次擴散所產(chǎn)生的柵區(qū)和部分柵墻處的上部分雜質(zhì)與第二次擴散所摻入的雜質(zhì)相互補償,形成具有表面柵和隱埋柵型雙重結(jié)構(gòu)特點的復合結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01L29/66GK1190266SQ9711577
公開日1998年8月12日 申請日期1997年9月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月11日
發(fā)明者李思淵, 楊建紅, 何山虎, 劉肅, 劉瑞喜, 桑保生, 畢祥林, 卓肇龍, 馬淑萍, 盧小瑩, 馬中華, 楊利成, 任立 申請人:蘭州大學