專利名稱：C波段硅功率晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種硅功率晶體管，屬于半導(dǎo)體器件制造的技術(shù)領(lǐng)域。
對(duì)于微波波段的功率晶體管，尤其是S波段和C波段的功率晶體管，其制造工藝復(fù)雜，技術(shù)要求很高，以至只有少數(shù)幾個(gè)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的個(gè)別企業(yè)才能生產(chǎn)，從而導(dǎo)致了世界性的對(duì)該產(chǎn)品的壟斷性。許多企業(yè)和科研單位都投入了大量的資金和人力，企圖解決這一高技術(shù)難題，但由于種種原因，一直沒(méi)有能有效解決這一問(wèn)題的方案。
本實(shí)用新型的發(fā)明目的是提供一種各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)完全達(dá)到進(jìn)口晶體管的要求和實(shí)際應(yīng)用要求的C波段硅功率晶體管。
本實(shí)用新型的C波段硅功率晶體管其結(jié)構(gòu)為NPN形，在一個(gè)N極的中央設(shè)有一個(gè)T形的電極，該電極的外側(cè)設(shè)有二氧化硅/氮化硅保護(hù)層，在T形電極的上方及T形電極旁的基片上設(shè)有一層鈦/鉑/金，在基片的兩側(cè)是二氧化硅。
位于T形電極頂部的鈦/鉑/金與位于T形電極旁的基片上的鈦/鉑/金的橫向距離為零。發(fā)射極鎮(zhèn)流電阻是由硼擴(kuò)散電阻和多晶硅電阻組成。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于a．EB(發(fā)射極與基極)的間距僅為0.4μm，基區(qū)面積是普遍平面晶體管的二分之一，明顯地減少了基極電阻和集電極電容，發(fā)射極周長(zhǎng)對(duì)基區(qū)面積之比的高頻優(yōu)值提高一倍。
b．發(fā)射極和基極窗口的打開(kāi)，以及它們之間的金屬隔離，都是自對(duì)準(zhǔn)的，因此避免了亞微米細(xì)線條的光刻。
c．工藝簡(jiǎn)單，用2μm的普通光刻技術(shù)和過(guò)腐蝕方法，就可以實(shí)現(xiàn)1μm的發(fā)射極寬條和4μm的發(fā)射極排列周期。
d．發(fā)射極雙鎮(zhèn)流，即發(fā)射極電流經(jīng)過(guò)硼擴(kuò)散電阻鎮(zhèn)流后，又通過(guò)多晶硅電阻垂直鎮(zhèn)流，可實(shí)現(xiàn)發(fā)射極條根部集中式的強(qiáng)鎮(zhèn)流和金屬下多晶硅電阻的垂直鎮(zhèn)流，使發(fā)射極電流分布更為均勻，提高器件抗二次擊穿能力。
e．能可靠地工作在C波段和S波段，廣泛地應(yīng)用于微波段的功率放大或振蕩等領(lǐng)域。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。其中有T形電極(1)、二氧化硅/氮化硅(2)、鈦/鉑/金(3)、基片(4)、二氧化硅(5)。
本實(shí)用新型的實(shí)施方案如下a．采用局部氧化技術(shù)使有源區(qū)與二氧化硅形成準(zhǔn)平面。然后BF2離子注入形成薄基區(qū)。
b．用LPCVD熱分解SiH4和AsH3的方法淀積三層多晶硅，第一層是重?fù)缴?，第二層輕摻雜，第三層是重?fù)缴?。用二氧化硅把與發(fā)射極對(duì)應(yīng)的多晶硅保護(hù)起來(lái)。
c．用反應(yīng)等離子(RIE)刻蝕掉二氧化硅和第一、二層多晶硅，再用HF/HNO3/CH3COOH腐蝕液腐蝕多晶硅。重?fù)缴槎嗑Ч璧母g速率比輕摻砷的快十倍。形成T形發(fā)射極。
d．淀積二氧化硅和氮化硅，用RIE各向異性的刻蝕特點(diǎn)，自對(duì)準(zhǔn)地開(kāi)出基極窗口和形成T形發(fā)射極側(cè)壁氮化硅隔離墻。進(jìn)行濃硼擴(kuò)散和多晶硅退火。
e．用HF腐蝕掉多晶硅上的二氧化硅，開(kāi)出發(fā)射極窗口，避免了最細(xì)線條的光刻。最后利用T形發(fā)射極的帽緣的掩蔽作用，垂直蒸發(fā)鈦/鉑/金。自對(duì)準(zhǔn)地達(dá)到E和B金屬電極的絕緣。兩者的橫向間距幾乎為零。
在制管中主要需解決以下幾個(gè)工藝難點(diǎn)，即摻砷多晶硅的生長(zhǎng)技術(shù)；T形發(fā)射極的制作技術(shù)；RIE側(cè)墻制作；硼擴(kuò)散鎮(zhèn)流電阻和多晶硅鎮(zhèn)流電阻的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)。
多晶硅的摻砷濃度不僅影響器件的直流電流增益和發(fā)射極鎮(zhèn)流電阻Re的大小，而且直接影響T形發(fā)射極的制作。因此，必須嚴(yán)格控制各層多晶硅的摻砷濃度和厚度。采用LPCVD方法生長(zhǎng)摻砷多晶硅。用二氧化硅作掩模，使用多晶硅選擇腐蝕液制作T形多晶硅發(fā)射極。這種腐蝕液對(duì)重?fù)缴槎嗑Ч璧母g速率是輕摻砷的10倍。在腐蝕過(guò)程中要注意控制腐蝕的時(shí)間和溫度。
“二次擊穿”是硅微波功率管的主要失效機(jī)理?？煞譃檎蚨螕舸┖头聪蚨螕舸﹥煞N。一般認(rèn)為局部熱斑是引起正向二次擊穿的原因。對(duì)于大功率管，由于功率密度高，器件面積大，任何局部形成的熱點(diǎn)，都可能由于發(fā)射結(jié)電壓負(fù)溫度系數(shù)促使這些熱點(diǎn)上的注入電流增加，引起惡性循環(huán)導(dǎo)致正向二次擊穿。采用擴(kuò)散鎮(zhèn)流電阻可有效地防止正向二次擊穿。硼擴(kuò)散鎮(zhèn)流電阻是正的電阻溫度系數(shù)。當(dāng)局部熱斑引起溫度升高時(shí)，硼擴(kuò)散電阻變大，提供了附加的鎮(zhèn)流作用，使電流分布均勻，消除了熱斑。硼擴(kuò)散鎮(zhèn)流電阻的另一重要優(yōu)點(diǎn)，即提供了非線性電流限制。在器件負(fù)荷較大的部位采用較大的有效鎮(zhèn)流阻值。因而可減少熱點(diǎn)。根據(jù)計(jì)算和硼擴(kuò)散電阻的非線性的I-V特性的實(shí)驗(yàn)曲線，硼擴(kuò)散的方塊電阻R□取60～100Ω/□為宜。R□取小了，非線性作用效果差，取大了，則會(huì)限制Icm，引起功率和增益的損失。一般在工藝中加以調(diào)整。多晶硅電阻比硼擴(kuò)散電阻取1∶3為宜。根據(jù)以上所述，便可實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1．一種C波段硅功率晶體管，其特征在于該晶體管結(jié)構(gòu)為NPN形，在一個(gè)N極的中央設(shè)有一個(gè)T形的電極(1)，該電極的外側(cè)設(shè)有二氧化硅/氮化硅(2)保護(hù)層，在T形電極的上方及T形電極旁的基片(4)上設(shè)有一層鈦/鉑/金(3)，在基片的兩側(cè)是二氧化硅(5)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的C波段硅功率晶體管，其特征在于位于T形電極(1)頂部的鈦/鉑/金(3)與位于T形電極(1)旁的基片(4)上的鈦/鉑/金(3)的橫向距離為零。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的C波段硅功率晶體管，其特征在于發(fā)射極鎮(zhèn)流電阻是由硼擴(kuò)散電阻和多晶硅電阻組成。
專利摘要C波段硅功率晶體管是一種用于微波波段的功率晶體管,該晶體管結(jié)構(gòu)為NPN型,在一個(gè)N極的中央設(shè)有一個(gè)T形的電極,該電極的外側(cè)設(shè)有二氧化硅/氮化硅保護(hù)層,在T形電極的上方及T形電極旁的基片上設(shè)有一層鈦/鉑/金,在基片的兩側(cè)是二氧化硅。該功率晶體管的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,能廣泛地應(yīng)用于超高頻大功率放大或振蕩的場(chǎng)合。
文檔編號(hào)H01L29/72GK2327071SQ9724325
公開(kāi)日1999年6月30日 申請(qǐng)日期1997年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月22日
發(fā)明者張樹(shù)丹, 王因生, 林金庭 申請(qǐng)人:電子工業(yè)部第五十五研究所