本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種縱向高壓功率雙極結(jié)型晶體管及其制造方法。

背景技術(shù)：

二十世紀四十年代中期，由于導(dǎo)航、通訊、武器裝備等電子器件系統(tǒng)日益復(fù)雜，導(dǎo)致電子電路的集成化和微型化需求日益迫切，1959年美國仙童半導(dǎo)體公司終于匯聚了前任的技術(shù)成果，采用平面雙極工藝集成技術(shù)制造出了第一塊實用硅集成電路，為集成電路的應(yīng)用和大力發(fā)展開創(chuàng)了先河，雙極型集成電路的工藝是所有集成電路工藝中最先發(fā)明，也是應(yīng)用范圍最為廣泛的，隨著集成電路技術(shù)的不斷進步，盡管受到cmos工藝的巨大挑戰(zhàn)，雙極型工藝仍然憑借其高速、高跨導(dǎo)、低噪聲以及較高的電流驅(qū)動能力等方面的優(yōu)勢，發(fā)展依然較快，目前主要的應(yīng)用領(lǐng)域是高精度運放、驅(qū)動器、接口、電源管理等模擬和超高速集成電路。

雙極型集成電路早期主要以標準硅材料為襯底，并采用埋層工藝和隔離技術(shù)，后續(xù)在標準雙極平面工藝基礎(chǔ)上陸續(xù)發(fā)明了多晶硅發(fā)射極雙極、互補雙極、sige雙極、soi全介質(zhì)隔離雙極等工藝，并廣泛采取了薄層外延、深槽隔離、多晶硅自對準、多層金屬互聯(lián)等技術(shù)，使得陸續(xù)推出的新工藝技術(shù)制造的雙極器件性能不斷提高，不過雙極工藝集成技術(shù)也變得越來越復(fù)雜。

雙極工藝中基本元件包括有源器件和無源器件，無源器件主要包括電阻、電感和電容，有源器件有二極管、npn管、縱向pnp管、襯底pnp管、懸浮pnp管等。對于雙極工藝中的單個有源元器件來說，設(shè)計者希望器件各方面的特性都是最優(yōu)的，雙極結(jié)型晶體管具有高增益、大電流、高頻率等一系列優(yōu)點，但是隨著雙極工藝集成技術(shù)的不斷發(fā)展，展現(xiàn)出來的弊端也越來越明顯，而功率管可以理解為多個雙極結(jié)型晶體管并聯(lián)而成，其耐壓、漏電、頻率等特性在高壓領(lǐng)域的限制尤為明顯，耐壓、漏電與增益、頻率、器件尺寸等參數(shù)是相當難以調(diào)和的，因此綜合考慮各個因數(shù)就成為設(shè)計人員一個非常困難的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中，縱向功率npn管中增益和bvceo耐壓的折中實現(xiàn)問題。

為實現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種縱向高壓功率雙極結(jié)型晶體管，其特征在于，包括p型襯底、n型埋層、p型埋層、n型外延層、p型基區(qū)、p型隔離穿透區(qū)、n型穿通區(qū)、n型重摻雜發(fā)射區(qū)、n型重摻雜環(huán)狀集電區(qū)、預(yù)氧層、場氧層、imd平坦化介質(zhì)、teos金屬前介質(zhì)層、基極第一層金屬、發(fā)射極第一層金屬、集電極第一層金屬、發(fā)射極第二層金屬、基極第二層金屬和集電極第二層金屬。

所述n型埋層位于p型襯底上表面的中間位置。

所述p型埋層位于p型襯底上表面的兩邊位置。

所述n型外延層位于n型埋層之上，所上述n型外延層與p型襯底、n型埋層和p型埋層相接觸。

所述p型基區(qū)位于n型外延層上表面的中間位置。

所述p型隔離穿透區(qū)與n型外延層的兩端相接觸，所述p型隔離穿透區(qū)的底部與p型埋層的頂部相連。

所述n型穿通區(qū)位于n型埋層上表面的左端，所述n型穿通區(qū)的底部與n型埋層的頂部相連。

所述n型重摻雜發(fā)射區(qū)由一個或者多個重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成。所述n型重摻雜發(fā)射區(qū)位于p型基區(qū)內(nèi)。

所述n型重摻雜環(huán)狀集電區(qū)呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述n型重摻雜環(huán)狀集電區(qū)的一端位于n型穿通區(qū)的中間位置，另一端位于n型外延層內(nèi)。

所述場氧層位于n型穿通區(qū)上表面的外側(cè)位置、n型穿通區(qū)和p型基區(qū)之間的上表面位置、p型基區(qū)和n型重摻雜環(huán)狀集電區(qū)之間的上表面位置、n型重摻雜環(huán)狀集電區(qū)上表面的外側(cè)位置。所述n型重摻雜環(huán)狀集電區(qū)為位于n型外延層內(nèi)的一端。

所述預(yù)氧層位于n型外延層之上的部分表面，所述預(yù)氧層位于場氧層之間的位置。

所述teos金屬前介質(zhì)層覆蓋在整個器件表面的未開接觸孔的位置。所述接觸孔分別位于p型基區(qū)之內(nèi)、n型重摻雜發(fā)射區(qū)之內(nèi)和n型穿通區(qū)之內(nèi)。所述接觸孔分別與p型基區(qū)、n型重摻雜發(fā)射區(qū)和n型重摻雜環(huán)狀集電區(qū)相接觸。

所述發(fā)射極第一層金屬位于n型重摻雜發(fā)射區(qū)的接觸孔內(nèi)，且覆蓋所有發(fā)射區(qū)接觸孔。所述發(fā)射極第一層金屬與n型重摻雜發(fā)射區(qū)和teos金屬前介質(zhì)層相接觸。

所述基極第一層金屬位于p型基區(qū)的接觸孔內(nèi)。所述基極第一層金屬與p型基區(qū)和teos金屬前介質(zhì)層相接觸。所述基極第一層金屬的邊緣尺寸超過p型基區(qū)兩端的長度為結(jié)深的1～5倍。

所述集電極第一層金屬位于n型穿通區(qū)的接觸孔內(nèi)。所述集電極第一層金屬與n型重摻雜環(huán)狀集電區(qū)和teos金屬前介質(zhì)層相接觸。所述集電極第一層金屬的邊緣金屬尺寸不超過n型重摻雜環(huán)狀集電區(qū)。

所述imd平坦化介質(zhì)位于集電極第一層金屬、發(fā)射極第一層金屬和基極第一層金屬之上的未開通孔的位置。所述通孔位于發(fā)射極第一層金屬之上、集電極第一層金屬的部分區(qū)域之上和基極第一層金屬的部分區(qū)域之上。

所述發(fā)射極第二層金屬位于所有發(fā)射極第一層金屬所開的通孔之上。

所述基極第二層金屬位于所有基極第一層金屬所開的通孔之上。

所述集電極第二層金屬位于所有集電極第一層金屬所開的通孔之上。

一種縱向高壓功率雙極結(jié)型晶體管的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)提供p型襯底，生長氧化層。

2)一次光刻，光刻刻蝕去膠后，生長氧化層，進行n型埋層注入。

3)二次光刻，光刻刻蝕去膠后，生長氧化層，進行p型埋層注入。

4)生長n型外延層，熱生長氧化層。

5)三次光刻，光刻后在n型外延層的元胞兩端進行n型穿通區(qū)擴散，生長氧化層。

6)四次光刻，在器件兩端進行p型隔離穿透區(qū)注入，lp淀積sin。

7)五次光刻，光刻sin后，注入n型雜質(zhì)，生長氧化層。

8)剝離殘余sin，生長氧化層。

9)六次光刻，光刻后進行p型基區(qū)注入。

10)七次光刻，光刻后進行n型重摻雜發(fā)射區(qū)和n型重摻雜環(huán)區(qū)注入。

11)lp淀積氧化層。

12)八次光刻，刻蝕出接觸孔，所述接觸孔位于p型基區(qū)邊緣位置、n型重摻雜發(fā)射區(qū)之內(nèi)和n型穿通區(qū)中間。

13)第一層金屬淀積，九次光刻、反刻鋁。

14)合金，平坦化介質(zhì)淀積以及刻蝕，形成imd平坦化介質(zhì)。

15)十次光刻，刻蝕出通孔，所述通孔位于發(fā)射極第一層金屬之上、集電極第一層金屬的部分區(qū)域之上和基極第一層金屬的部分區(qū)域之上。

16)第二層金屬淀積，十一次光刻、反刻鋁。

17)合金，生長鈍化層。

18)十二次光刻刻蝕出壓焊點。

19)低溫退火后，進行硅片初測、切割、裝架、燒結(jié)和封裝測試。

進一步，所述p型襯底和n型外延層的材料包括體硅、碳化硅、砷化鎵、磷化銦或鍺硅。

進一步，晶體管能夠是縱向的pnp。

本發(fā)明的技術(shù)效果是毋庸置疑的，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1)本發(fā)明提出一種縱向高壓功率雙極結(jié)型晶體管及其制造方法，具體為在一種常規(guī)的縱向功率雙極結(jié)型集體管的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化第一層所有金屬的布局，使基極第一層金屬全覆蓋于基區(qū)邊緣之上，尺寸超出基區(qū)結(jié)深的1-5倍，而發(fā)射極金屬通過通孔以及第二次金屬引出。

2)本發(fā)明理論分析在器件處于反向耐壓工作狀態(tài)下，所有基區(qū)結(jié)邊緣由于金屬場板的覆蓋，使得耗盡區(qū)擴散時邊緣曲面結(jié)的曲率效應(yīng)大大降低，bvcbo耐壓急劇變大，從而使得相對應(yīng)的bvceo變大，而對于正向增益無任何損失。

3)通過仿真以及實際流片結(jié)果得出本發(fā)明的縱向高壓功率雙極結(jié)型晶體管在其余參數(shù)影響不大，增益基本維持不變的情況下，bvcbo提高40％以上、bvceo提高20％以上。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種縱向高壓功率雙極結(jié)型晶體管的三維立體結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明的一種縱向高壓功率雙極結(jié)型晶體管的二維平面結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本發(fā)明的一種縱向高壓功率雙極結(jié)型晶體管的n型埋層版圖及其器件結(jié)構(gòu)；

圖4是本發(fā)明的一種縱向高壓功率雙極結(jié)型晶體管的p型埋層版圖及其器件結(jié)構(gòu)；

圖5是本發(fā)明的一種縱向高壓功率雙極結(jié)型晶體管的p型隔離穿通區(qū)版圖及其器件結(jié)構(gòu)；

圖6是本發(fā)明的一種縱向高壓功率雙極結(jié)型晶體管的n型穿通區(qū)版圖及其器件結(jié)構(gòu)；

圖7是本發(fā)明的一種縱向高壓功率雙極結(jié)型晶體管的有源區(qū)版圖及其器件結(jié)構(gòu)；

圖8是本發(fā)明的一種縱向高壓功率雙極結(jié)型晶體管的p型基區(qū)版圖及其器件結(jié)構(gòu)；

圖9是本發(fā)明的一種縱向高壓功率雙極結(jié)型晶體管的n型重摻雜環(huán)狀集電區(qū)、n型重摻雜發(fā)射區(qū)版圖及其器件結(jié)構(gòu)；

圖10是本發(fā)明的一種縱向高壓功率雙極結(jié)型晶體管的接觸孔區(qū)版圖及其器件結(jié)構(gòu)；

圖11是本發(fā)明的一種縱向高壓功率雙極結(jié)型晶體管的m1金屬版圖及其器件結(jié)構(gòu)；

圖12是本發(fā)明的一種縱向高壓功率雙極結(jié)型晶體管的通孔版圖及其器件結(jié)構(gòu)；

圖13是本發(fā)明的一種縱向高壓功率雙極結(jié)型晶體管的m2金屬版圖及其器件結(jié)構(gòu)。

圖中：p型襯底100、n型埋層101、p型埋層102、n型外延層103、p型基區(qū)104、p型隔離穿透區(qū)105、n型穿通區(qū)106、n型重摻雜發(fā)射區(qū)107、n型重摻雜環(huán)狀集電區(qū)108、預(yù)氧層109、場氧層110、imd平坦化介質(zhì)111、teos金屬前介質(zhì)層112、基極第一層金屬113、發(fā)射極第一層金屬114、集電極第一層金屬115、發(fā)射極第二層金屬116、基極第二層金屬117和集電極第二層金屬118。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。

實施例1：

如圖1和圖2，一種縱向高壓功率雙極結(jié)型晶體管，其特征在于，包括p型襯底100、n型埋層101、p型埋層102、n型外延層103、p型基區(qū)104、p型隔離穿透區(qū)105、n型穿通區(qū)106、n型重摻雜發(fā)射區(qū)107、n型重摻雜環(huán)狀集電區(qū)108、預(yù)氧層109、場氧層110、imd平坦化介質(zhì)111、teos金屬前介質(zhì)層112、基極第一層金屬113、發(fā)射極第一層金屬114、集電極第一層金屬115、發(fā)射極第二層金屬116、基極第二層金屬117和集電極第二層金屬118。

所述n型埋層101位于p型襯底100上表面的中間位置。

所述p型埋層102位于p型襯底100上表面的兩邊位置。

所述n型外延層103位于n型埋層101之上，所上述n型外延層103與p型襯底100、n型埋層101和p型埋層102相接觸。

所述p型基區(qū)104位于n型外延層103上表面的中間位置。

所述p型隔離穿透區(qū)105與n型外延層103的兩端相接觸，所述p型隔離穿透區(qū)105的底部與p型埋層102的頂部相連。

所述n型穿通區(qū)106位于n型埋層101上表面的左端，所述n型穿通區(qū)106的底部與n型埋層101的頂部相連。

所述n型重摻雜發(fā)射區(qū)107由一個或者多個重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成。所述n型重摻雜發(fā)射區(qū)107位于p型基區(qū)104內(nèi)。

所述n型重摻雜環(huán)狀集電區(qū)108呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述n型重摻雜環(huán)狀集電區(qū)108的一端位于n型穿通區(qū)106的中間位置，另一端位于n型外延層103內(nèi)。

所述場氧層110位于n型穿通區(qū)106上表面的外側(cè)位置、n型穿通區(qū)106和p型基區(qū)104之間的上表面位置、p型基區(qū)104和n型重摻雜環(huán)狀集電區(qū)108之間的上表面位置、n型重摻雜環(huán)狀集電區(qū)108上表面的外側(cè)位置。所述n型重摻雜環(huán)狀集電區(qū)108為位于n型外延層103內(nèi)的一端。

所述預(yù)氧層109位于n型外延層103之上的部分表面，所述預(yù)氧層109位于場氧層110之間的位置。

所述teos金屬前介質(zhì)層112覆蓋在整個器件表面的未開接觸孔的位置。所述接觸孔分別位于p型基區(qū)104之內(nèi)、n型重摻雜發(fā)射區(qū)107之內(nèi)和n型穿通區(qū)106之內(nèi)。所述接觸孔分別與p型基區(qū)104、n型重摻雜發(fā)射區(qū)107和n型重摻雜環(huán)狀集電區(qū)108相接觸。

所述發(fā)射極第一層金屬114位于n型重摻雜發(fā)射區(qū)107的接觸孔內(nèi)，且覆蓋所有發(fā)射區(qū)接觸孔。所述發(fā)射極第一層金屬114與n型重摻雜發(fā)射區(qū)107和teos金屬前介質(zhì)層112相接觸。

所述基極第一層金屬113位于p型基區(qū)104的接觸孔內(nèi)。所述基極第一層金屬113與p型基區(qū)104和teos金屬前介質(zhì)層112相接觸。所述基極第一層金屬113的邊緣尺寸超過p型基區(qū)104兩端的長度為結(jié)深的1～5倍。

所述集電極第一層金屬115位于n型穿通區(qū)106的接觸孔內(nèi)。所述集電極第一層金屬115與n型重摻雜環(huán)狀集電區(qū)108和teos金屬前介質(zhì)層112相接觸。所述集電極第一層金屬115的邊緣金屬尺寸不超過n型重摻雜環(huán)狀集電區(qū)108。

所述imd平坦化介質(zhì)111位于集電極第一層金屬115、發(fā)射極第一層金屬114和基極第一層金屬113之上的未開通孔的位置。所述通孔位于發(fā)射極第一層金屬114之上、集電極第一層金屬115的部分區(qū)域之上和基極第一層金屬113的部分區(qū)域之上。

所述發(fā)射極第二層金屬116位于所有發(fā)射極第一層金屬114所開的通孔之上。

所述基極第二層金屬117位于所有基極第一層金屬113所開的通孔之上。

所述集電極第二層金屬118位于所有集電極第一層金屬115所開的通孔之上。

所述p型襯底100和n型外延層103的材料包括體硅、碳化硅、砷化鎵、磷化銦或鍺硅。

實施例2：

如圖3～圖13所示，一種縱向高壓功率雙極結(jié)型晶體管的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)選擇缺陷較少的ntd<111>單晶片，片厚約500～700μm，電阻率5～30ω·cm，打標清洗、烘干待用；

2)生長一層厚氧化層溫度1100～1150℃、時間100min～120min、干加濕氧化條件。

3)一次光刻，光刻刻蝕去膠后，生長一層薄氧化層溫度1000～1020℃、時間30min～40min、純干法氧化條件。

在圓片襯底中間位置進行n型埋層101注入，離子注入條件為：劑量1e15～5e15cm^-2、能量40～80kev。

再分布條件為：有氧條件1000℃，氧化層厚度為再退火溫度純n2、1100～1150℃、時間100min～120min。

4)二次光刻，光刻刻蝕去膠后，生長一層薄氧化層溫度1000～1020℃、時間30min～40min、純干法氧化條件。

在圓片襯底兩端進行p型埋層102注入，離子注入條件為：劑量4e15～8e15cm^-2、能量60～100kev。

再分布條件為：純n2氛圍退火溫度、1100～1150℃、時間100min～120min。去氧化層。

5)硅片表面生長n型外延層103，溫度在1100℃～1150℃，厚度為5～30μm，電阻率為4～40ω·cm；

6)熱生長氧化層，厚度在

7)三次光刻，光刻后在n型外延層103的元胞兩端進行n型穿通區(qū)106擴散，具體為采用恒定雜質(zhì)表面濃度方法擴散，在擴散之前生長50～100nm厚的氧化層，恒定雜質(zhì)表面濃度方法擴散條件為：pcl3氣體源、無氧條件，溫度1100～1150℃、時間100min～1500min；去氧化層；

8)生長一層薄氧化層溫度1000～1020℃、時間30min～40min、純干法氧化條件。

四次光刻，光刻后，在器件兩端進行p型隔離穿透區(qū)105注入，離子注入條件為：劑量1e15～8e15cm^-2、能量60～100kev。

9)lp淀積sin，厚度在

10)第五次光刻，光刻刻蝕sin后，普注一次劑量為1e11-5e11、能量為60-100kev的n型雜質(zhì)，然后生長一層厚氧化層溫度1000～1050℃、時間200min～400min、干加濕氧化條件。

退火再分布條件為：純n2氛圍退火溫度、1100～1150℃、時間100min～120min。

11)殘余sin剝離，剝離一層厚度約為的氧化層。并生長一層薄氧化層溫度1000～1020℃、時間30min～40min、純干法氧化條件。

12)六次光刻，光刻后進行p型基區(qū)104注入，具體為采用帶膠注入，離子注入條件為：劑量1e14～5e14cm-2、能量60～100kev，再分布條件為：無氧條件，溫度1100～1150℃、時間100min～200min；

13)七次光刻，光刻后進行、n型重摻雜發(fā)射區(qū)107以及n型重摻雜環(huán)狀集電區(qū)108注入，具體為采用帶膠注入，離子注入條件為：劑量1e15～5e15cm-2、能量40～80kev，再分布條件為：無氧條件，溫度950～1000℃、時間30min～60min；

14)lp淀積氧化層，厚度在

15)八次光刻，刻蝕出接觸孔；接觸孔位置分別位于p型基區(qū)104之內(nèi)、n型重摻雜發(fā)射區(qū)107之內(nèi)和n型穿通區(qū)106之內(nèi)，所述接觸孔分別與p型基區(qū)104、n型重摻雜發(fā)射區(qū)107和n型重摻雜環(huán)狀集電區(qū)108相接觸。

16)第一層金屬淀積，在整個圓片表面淀積金屬al，九次光刻、反刻鋁；

17)合金，爐溫550℃、時間10min～30min；

18)平坦化介質(zhì)淀積以及刻蝕，形成imd平坦化介質(zhì)111；

19)十次光刻，刻蝕出通孔；通孔位于發(fā)射極第一層金屬114之上、集電極第一層金屬115的部分區(qū)域之上和基極第一層金屬113的部分區(qū)域之上。

20)第二層金屬淀積，在整個圓片表面淀積金屬al，十一次光刻、反刻鋁；

21)合金，爐溫550℃、時間10min～30min、鈍化層生長；

22)十二次光刻刻蝕出壓焊點；

23)低溫退火，溫度500℃～510℃，恒溫30min；

24)硅片初測、切割、裝架、燒結(jié)、封裝測試。