一种提高了BVceo的双极型晶体管及其生产工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种提高了BVceo的双极型晶体管及其生产工艺，首先使用离子注入工艺将P-型元素硼离子预反掺杂到N-型外延硅的表面，然后在沟槽场氧化高温热过程中，预反掺杂的硼离子被推进扩散到晶体管的集电区中，导致在靠近晶体管基区的集电区中，由于部分N-型杂质被P-型杂质补偿，使得净杂质浓度降低、电阻率得到提高，而远离基区的集电区的电阻率基本不变，因此不但提高了晶体管的BVceo，而且晶体管的输出功率性能基本不变，亦即在使用低成本单层电阻率外延硅片时，能够达到较高成本双层电阻率外延硅片才能取得的效果，从而以较低的生产成本，达到晶体管器件的击穿电压与输出功率间更好的综合平衡。

【技术实现步骤摘要】
—种提高了 BVceo的双极型晶体管及其生产工艺
本专利技术涉及一种提高了 BVceo (集电极-发射极在基极断路时的击穿电压)的双极型晶体管及其生产工艺，属于电子
。
技术介绍
高频(RF和微波)功率晶体管器件广泛应用于通信系统和雷达系统中，微波功率晶体管器件的应用设计要求能够提供高的输出功率和高的增益，工作频率范围从几百MHz到几个GHz。为达到这样的高输出功率、高增益和高频要求，除对芯片器件的布局、工艺参数的选择以及封装进行优化外，对晶体管芯片制造工艺的改进有时更为重要。基于这个目的，申请公布号为CN103296072A，申请公布日为2013年9月11日，名称为一种提高了 BVcbo的双极型晶体管及其生产工艺的专利技术专利申请给出了解决方案:通过将沟槽场氧化隔离技术与结终端技术结合起来，并且将沟槽的场氧化过程分成两步，结终端P-型离子注入安排在两步场氧化之间进行。使用上述专利技术制造的平面型NPN硅双极型微波功率晶体管器件，主要是通过增加集电区-基区的冶金结边缘部分的曲率半径，而不是以增加晶体管集电区外延层电阻率的方式来提高器件的BVcbo，所以在上述专利技术中，晶体管集电区-基区冶金结平行部分的击穿电压并没有改变，取决于该击穿电压的BVceo击穿电压因而也没有得到提高。然而有些应用场合不但要求晶体管器件具有较高的BVcbo，同时要求具有较高的BVceo。虽然通过提高晶体管集电区外延电阻率，可以同时提高晶体管的BVcbo和BVceo，但是晶体管的输出功率却随之下降。通常解决上述问题的方法是使用双层电阻率外延硅片:靠近基区的集电区外延电阻率较高以提高击穿电压，远离基区的集电区外延电阻率较低以增加输出功率。但双层电阻率外延硅片的生产成本较高。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术目的是提供一种低成本的双极型晶体管及其生产工艺，不仅提高了晶体管的BVceo，而且晶体管的输出功率性能基本上不变。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现:本专利技术提高了 BVceo的双极型晶体管，包括高浓度掺杂的N-型硅衬底，N-型硅衬底的顶部设置有N-型外延硅；N-型外延硅表面通过离子注入工艺预反掺杂有杂质P-型元素硼；N-型外延硅的两侧通过沟槽、两步氧化和平坦化工艺技术形成有平坦氧化层；两个平坦氧化层之间的N-型外延硅的上表面设有本征基区，本征基区的内侧设有两个非本征基区，两个非本征基区之间设置有发射区；本征基区的外侧通过热过程杂质激活工艺形成的第二冶金结；N-型外延硅的上面还淀积有介质材料，非本征基区和发射区处的介质材料上通过光刻和刻蚀形成基极B和发射极E的接触孔，接触孔中设有金属连接线条。本专利技术双极型晶体管的生产工艺，包括以下几个步骤:(I)选择一种高浓度掺杂的N-型硅衬底作为NPN晶体管的非本征集电区，N-型硅衬底的背面在NPN晶体管生产工艺流程完成后，进行减薄、蒸金，用于形成NPN晶体管的集电极C ;在N-型娃衬底的顶部选择一种低浓度掺杂的N-型外延娃作为NPN晶体管的本征集电区；(2)通过离子注入工艺将杂质P-型元素硼预反掺杂到N-型外延硅表面；(3)通过热氧化工艺在N-型外延硅表面生产一层薄的二氧化硅，紧接着再通过LPCVD工艺淀积厚度为1500埃的氮化硅，并用光刻技术给出沟槽的图形；用干法刻蚀技术依次局部刻蚀掉氮化硅、二氧化硅和N-型外延硅以形成沟槽；同时预反掺杂到沟槽区域硅中的硼在沟槽刻蚀过程中被刻蚀掉，而预反掺杂到两沟槽之间的有源区外延硅中的硼不受影响；(4)通过高温热氧化工艺进行沟槽的第一步场氧化形成部分场氧化层；沟槽在第一步场氧化热过程的同时，预反掺杂到有源区外延硅中的硼被推进到一定的深度，其浓度相应降低；然后在氮化硅的上方用光刻胶保护NPN晶体管的有源区，并在氮化硅的两端露出结终端硼离子的注入窗口，通过注入窗口注入硼离子；(5)硼离子注入完成后，将光刻胶去除；进行沟槽的第二步场氧化形成场氧化层，在沟槽的第二步场氧化热过程的同时，注入的结终端硼离子被推进到1.0微米到5.0微米的深度，形成P-型结终端层与N-型外延层的第一冶金结；同时预反掺杂到有源区外延硅中的硼相对于步骤则被推进到更进一步的深度，其浓度进一步降低；(6)沟槽的场氧化层形成后，用热磷酸腐蚀去除掉保护NPN晶体管有源区的氮化硅；为了有利于后面的各步光刻工艺，用返刻平坦化工艺技术将高出有源区硅平面的场氧化层刻蚀掉，场氧化层平坦化后形成平坦氧化层；(7)采用传统的浅结基区工艺形成本征基区，浓硼离子注入工艺形成欧姆接触的非本征基区，浓砷离子注入工艺形成发射区；通过热过程杂质激活工艺后，就组成了 P-型区与N-型本征集电区形成的第二冶金结；在淀积一层介质材料后，光刻和刻蚀以形成基极B和发射极E的接触孔，再进行硅化物工艺处理以降低电极的接触电阻，通过金属布线工艺形成各电极的金属连接线条；最后，运用钝化层工艺保护NPN晶体管表面不受环境的影响。步骤(I)中，上述N-型硅衬底的晶向可以是〈111〉或者〈100〉。步骤(I)中，上述N-型硅衬底的电阻率不大于0.003 Q cm ；N-型外延硅的电阻率为0.1 Q cm至3.5 Q cm，厚度为2微米至20微米。步骤(I)中，上述N-型硅衬底所掺的杂质元素可以是砷、磷或锑中的一种。步骤(2)中，上述杂质P-型元素硼在N-型外延硅中的注入剂量为1.0E11到5.0E12个离子每平方厘米。步骤(3)中，上述沟槽的深度为0.3微米至2.5微米。步骤(4)中，上述沟槽的第一步场氧化过程中，热氧化温度为1050°C -1200°C，部分场氧化层的厚度为0.5微米至3.0微米。步骤(4)中，上述硼离子的注入剂量为5.0E12-5.0E14个离子每平方厘米。步骤(5)中，上述场氧化层的总厚度为1.0微米到3.5微米。本专利技术通过离子注入工艺将P-型元素硼离子首先预反掺杂到N-型外延硅的表面，然后在沟槽场氧化长时间高温热过程中，预反掺杂的硼被推进扩散到晶体管的有源区外延层集电区中，导致在靠近晶体管基区的集电区部分内，部分N-型杂质被P-型杂质补偿，净杂质浓度明显降低、电阻率得到提高，而在远离基区的集电区部分内，杂质补偿不明显、电阻率基本上不变，因此，不但提高了晶体管的BVceo，而且晶体管的输出功率性能基本上不变。本专利技术使用低成本的单层电阻率外延硅片，就能够达到较高成本双层电阻率外延硅片才能取得的效果，从而减低了生产成本。【附图说明】图1是本专利技术一种提高了 BVceo的双极型晶体管的结构示意图；图2是本专利技术一种提高了 BVceo的双极型晶体管的生产工艺中与步骤(I)对应的晶体管结构示意图；图3是本专利技术一种提高了 BVceo的双极型晶体管的生产工艺中与步骤(2)对应的晶体管结构示意图；图4是本专利技术一种提高了 BVceo的双极型晶体管的生产工艺中与步骤(3)对应的晶体管结构示意图；图5是本专利技术一种提高了 BVceo的双极型晶体管的生产工艺中与步骤(4)对应的晶体管结构示意图；图6是本专利技术一种提高了 BVceo的双极型晶体管的生产工艺中与步骤(5)对应的晶体管结构示意图；图7是无反掺杂的N-型外延硅和被硼反掺杂的N-型外延硅的净杂质浓度对比曲线图；图8是本专利技术一种提高了 BVceo的双极型晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高了BVceo的双极型晶体管，其特征在于，包括高浓度掺杂的N?型硅衬底（50），所述N?型硅衬底（50）的顶部设置有N?型外延硅（52）；所述N?型外延硅（52）表面通过离子注入工艺预反掺杂有杂质P?型元素硼；所述N?型外延硅（52）的两侧通过沟槽、两步氧化和平坦化工艺技术形成有平坦氧化层（62）；两个所述平坦氧化层（62）之间的N?型外延硅（52）的上表面设有本征基区（66），所述本征基区（66）的内侧设有两个非本征基区（68），两个所述非本征基区（68）之间设置有发射区（70）；所述本征基区（66）的外侧通过热过程杂质激活工艺形成的第二冶金结（64）；所述N?型外延硅（52）的上面还淀积有介质材料（72），所述非本征基区（68）和发射区（70）处的介质材料（72）上通过光刻和刻蚀形成基极B和发射极E的接触孔，所述接触孔中设有金属连接线条（76）。

【技术特征摘要】
1.一种提高了 BVceo的双极型晶体管，其特征在于， 包括高浓度掺杂的N-型硅衬底(50)，所述N-型硅衬底(50)的顶部设置有N-型外延硅(52)； 所述N-型外延硅(52)表面通过离子注入工艺预反掺杂有杂质P-型元素硼； 所述N-型外延硅(52)的两侧通过沟槽、两步氧化和平坦化工艺技术形成有平坦氧化层(62)； 两个所述平坦氧化层(62 )之间的N-型外延硅(52 )的上表面设有本征基区(66 )，所述本征基区(66)的内侧设有两个非本征基区(68)，两个所述非本征基区(68)之间设置有发射区(70);所述本征基区(66)的外侧通过热过程杂质激活工艺形成的第二冶金结(64)； 所述N-型外延硅(52)的上面还淀积有介质材料(72)，所述非本征基区(68)和发射区(70)处的介质材料(72)上通过光刻和刻蚀形成基极B和发射极E的接触孔，所述接触孔中设有金属连接线条(76)。2.根据权利要求1所述的双极型晶体管的生产工艺，其特征在于，包括以下几个步骤: (1)选择一种高浓度掺杂的N-型硅衬底(50)作为NPN晶体管的非本征集电区，所述N-型硅衬底(50)的背面在NPN晶体管生产工艺流程完成后，进行减薄、蒸金，用于形成NPN晶体管的集电极C ;在所述N-型娃衬底(50)的顶部选择一种低浓度掺杂的N-型外延娃(52)作为NPN晶体管的本征集电区； (2)通过离子注入工艺将杂质P-型元素硼预反掺杂到N-型外延硅(52)表面； (3)通过热氧化工艺在所述N-型外延硅(52)表面生产一层薄的二氧化硅(53)，紧接着再通过LPCVD工艺淀积厚度为1500埃的氮化硅(54)，并用光刻技术给出沟槽(55)的图形；用干法刻蚀技术依次局部刻蚀掉氮化硅(54)、二氧化硅(53)和N-型外延硅(52)以形成沟槽(55)； 同时预反掺杂到沟槽区域硅中的硼在沟槽(55)刻蚀过程中被刻蚀掉，而预反掺杂到两沟槽(55)之间的有源区外延硅中的硼不受影响； (4)通过高温热氧化工艺进行沟槽(55)的第一步场氧化形成部分场氧化层(51)； 所述沟槽(55 )在第一步场氧化热过程的同时，预反掺杂到有源区外延硅中的硼被推进到一定的深度，其浓度相应降低； 然后在氮化娃(54)的上方用光刻胶(56)保护NPN晶体管的有源区，并在氮化娃(54)的两端露出结终端硼离子的注入窗口(57)，通过所述注入窗口(57)注入硼离子； (5)所述硼离子注入完成后，将所述光刻胶(56)去除；进行所述沟槽(56)的第二步场氧化形成场氧化层(58)，在沟槽(55)的第二步场氧化热过程的同时，注入的结终端硼离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：张复才，陈强，沈美根，多新中，
申请(专利权)人：江苏博普电子科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：