本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及制造工藝，具體是一種縱向高壓雙極結(jié)型晶體管及其制造方法。

背景技術(shù)：

二十世紀(jì)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(guó)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(shí)用硅集成電路，為集成電路的應(yīng)用和大力發(fā)展開(kāi)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(jìn)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(dòng)能力等方面的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展依然較快，目前主要的應(yīng)用領(lǐng)域是高精度運(yùn)放、驅(qū)動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)硅材料為襯底，并采用埋層工藝和隔離技術(shù)，后續(xù)在標(biāo)準(zhǔn)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(bǔ)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(duì)準(zhǔn)、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(guò)雙極工藝集成技術(shù)也變得越來(lái)越復(fù)雜。

雙極工藝中基本元件包括有源器件和無(wú)源器件，無(wú)源器件主要包括電阻、電感和電容，有源器件有二極管、npn管、橫向pnp管、襯底pnp管、懸浮pnp管等。對(duì)于雙極工藝中的單個(gè)有源元器件來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)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(diǎn)，但是隨著雙極工藝集成技術(shù)的不斷發(fā)展，展現(xiàn)出來(lái)的弊端也越來(lái)越明顯，在高壓領(lǐng)域尤為突出，雙極結(jié)型器件的耐壓與增益、頻率、器件尺寸等參數(shù)是相當(dāng)難以調(diào)和的，因此綜合考慮各個(gè)因數(shù)就成為設(shè)計(jì)人員一個(gè)非常困難的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中，縱向npn管中增益和bvceo耐壓的折中實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。

為實(shí)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、n型重?fù)诫s發(fā)射區(qū)、p型隔離穿透區(qū)、n型穿通區(qū)、p型基區(qū)、n型重?fù)诫s集電區(qū)、預(yù)氧層、場(chǎng)氧層、teos金屬前介質(zhì)層、發(fā)射區(qū)金屬、集電極金屬和基極金屬。

所述n型埋層位于p型襯底上表面的中心位置。

所述p型埋層位于p型襯底上表面的兩端位置。

所述n型外延層位于n型埋層之上，所述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?fù)诫s集電區(qū)位于n型穿通區(qū)的中間位置。

所述p型基區(qū)位于n型外延層上表面的中間位置。

所述n型重?fù)诫s發(fā)射區(qū)位于p型基區(qū)之內(nèi)的右端位置。

所述場(chǎng)氧層位于n型穿通區(qū)上表面的左端外側(cè)位置、穿通區(qū)和p型基區(qū)之間的上表面位置、p型基區(qū)上表面右端外側(cè)位置。

所述預(yù)氧層位于n型外延層之上的場(chǎng)氧層之間的位置。

所述teos金屬前介質(zhì)層覆蓋在整個(gè)器件表面的未開(kāi)接觸孔的位置。所述接觸孔分別位于p型基區(qū)之內(nèi)左側(cè)、n型穿通區(qū)之內(nèi)、n型重?fù)诫s發(fā)射區(qū)之內(nèi)。所述接觸孔與p型基區(qū)、n型重?fù)诫s集電區(qū)和n型重?fù)诫s發(fā)射區(qū)相接觸。

所述基區(qū)金屬位于p型基區(qū)內(nèi)左側(cè)的接觸孔中。所述基區(qū)金屬與p型基區(qū)和teos金屬前介質(zhì)層相接觸。所述基區(qū)金屬靠近集電區(qū)已測(cè)的邊緣金屬尺寸為p型基區(qū)結(jié)深的1～5倍。

所述集電極金屬位于n型重?fù)诫s集電區(qū)內(nèi)的接觸孔中。所述集電極金屬與n型重?fù)诫s集電區(qū)和teos金屬前介質(zhì)層相接觸。所述n型重?fù)诫s集電區(qū)的邊緣金屬尺寸不超出n型重?fù)诫s集電區(qū)。

所述發(fā)射極金屬位于n型重?fù)诫s發(fā)射區(qū)內(nèi)的接觸孔中。所述發(fā)射極金屬與n型重?fù)诫s發(fā)射區(qū)和teos金屬前介質(zhì)層相接觸。所述發(fā)射極金屬的走線通過(guò)遠(yuǎn)離集電區(qū)一端引出。

一種縱向高壓雙極結(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(zhǎng)氧化層。

2)一次光刻，光刻刻蝕去膠后，生長(zhǎng)氧化層，進(jìn)行n型埋層注入。

3)二次光刻，光刻刻蝕去膠后，生長(zhǎng)氧化層，進(jìn)行p型埋層注入。

4)生長(zhǎng)n型外延層，熱生長(zhǎng)氧化層。

5)三次光刻，光刻后在n型外延層的元胞兩端進(jìn)行n型穿通區(qū)擴(kuò)散，生長(zhǎng)氧化層。

6)四次光刻，在器件兩端進(jìn)行p型隔離穿透區(qū)注入，lp(低壓)淀積sin(氮化硅)。

7)五次光刻，光刻sin后，注入n型雜質(zhì)，生長(zhǎng)氧化層。

8)剝離殘余sin，生長(zhǎng)氧化層。

9)六次光刻，光刻后進(jìn)行p型基區(qū)注入。

10)七次光刻，光刻后進(jìn)行n型重?fù)诫s集電區(qū)和n型重?fù)诫s發(fā)射區(qū)注入。

11)lp淀積teos(液態(tài)源形成的氧化層)。

12)七次光刻，刻蝕出接觸孔，所述接觸孔位于p型基區(qū)之內(nèi)和n型穿通區(qū)中間。

13)金屬淀積，八次光刻、反刻鋁。

14)合金，鈍化。

15)九次光刻，刻蝕出壓焊點(diǎn)。

16)低溫退火后，進(jìn)行硅片初測(cè)、切割、裝架、燒結(jié)和封裝測(cè)試。

進(jìn)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(jìn)一步，晶體管能夠是縱向的npn，還能夠是縱向的pnp器件。

值得說(shuō)明的是，本發(fā)明的工作原理為，理論分析在器件處于反向耐壓工作狀態(tài)下，緊貼集電極一側(cè)的基區(qū)cb結(jié)邊緣由于金屬場(chǎng)板的覆蓋，使得耗盡區(qū)擴(kuò)散時(shí)邊緣曲面結(jié)的曲率效應(yīng)大大降低，bvcbo耐壓急劇變大，從而使得相應(yīng)的bvceo變大，而對(duì)于正向增益無(wú)任何損失，本發(fā)明很好的解決了縱向npn管中增益和bvceo耐壓的折中實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。

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(diǎn)：

1)本發(fā)明在一種常規(guī)的縱向雙極結(jié)型集體管的基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化第一層金屬的結(jié)構(gòu)布局，使緊鄰集電區(qū)一側(cè)的基區(qū)金屬全覆蓋于基區(qū)之上，尺寸超出集電區(qū)結(jié)深的一到五倍，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可行，且無(wú)任何附加工藝。

2)本發(fā)明具體為理論分析在器件處于反向耐壓工作狀態(tài)下，使緊鄰集電區(qū)一側(cè)的基區(qū)邊緣由于金屬場(chǎng)板的覆蓋，使得耗盡區(qū)擴(kuò)散時(shí)邊緣曲面結(jié)的曲率效應(yīng)大大降低，bvcbo耐壓急劇變大，從而使得相應(yīng)的bvceo變大，而對(duì)于正向增益無(wú)任何損失。

3)通過(guò)仿真以及實(shí)際流片結(jié)果得出本發(fā)明的橫向高壓雙極結(jié)型晶體管在其余參數(shù)影響不大的情況下，尤其是增益相差不大，bvcbo提高20％以上、bvceo提高10％以上，很好的解決了縱向npn管中增益和bvceo耐壓的折中實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的一種縱向高壓雙極結(jié)型晶體管的立體結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明的一種縱向高壓雙極結(jié)型晶體管的平面結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本發(fā)明的一種縱向高壓雙極結(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)明的一種縱向高壓雙極結(jié)型晶體管的n型重?fù)桨l(fā)射區(qū)以及重?fù)诫s集電區(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)明的一種縱向高壓雙極結(jié)型晶體管的m1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、n型重?fù)诫s發(fā)射區(qū)104、p型隔離穿透區(qū)105、n型穿通區(qū)106、p型基區(qū)107、n型重?fù)诫s集電區(qū)108、預(yù)氧層109、場(chǎng)氧層110、teos金屬前介質(zhì)層111、發(fā)射區(qū)金屬112、集電極金屬114和基極金屬113。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)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(shí)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(shí)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(hù)范圍內(nèi)。

實(shí)施例1：

一種縱向高壓雙極結(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、n型重?fù)诫s發(fā)射區(qū)104、p型隔離穿透區(qū)105、n型穿通區(qū)106、p型基區(qū)107、n型重?fù)诫s集電區(qū)108、預(yù)氧層109、場(chǎng)氧層110、teos金屬前介質(zhì)層111、發(fā)射區(qū)金屬112、集電極金屬114和基極金屬113。

所述n型埋層101位于p型襯底100上表面的中心位置。

所述p型埋層102位于p型襯底100上表面的兩端位置。

所述n型外延層103位于n型埋層101之上，所述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?fù)诫s集電區(qū)108位于n型穿通區(qū)106的中間位置。

所述p型基區(qū)107位于n型外延層103上表面的中間位置。

所述n型重?fù)诫s發(fā)射區(qū)104位于p型基區(qū)107之內(nèi)的右端位置。

所述場(chǎng)氧層110位于n型穿通區(qū)106上表面的左端外側(cè)位置、穿通區(qū)106和p型基區(qū)107之間的上表面位置、p型基區(qū)107上表面右端外側(cè)位置。

所述預(yù)氧層109位于n型外延層103之上的場(chǎng)氧層110之間的位置。

所述teos金屬前介質(zhì)層111覆蓋在整個(gè)器件表面的未開(kāi)接觸孔的位置。所述接觸孔分別位于p型基區(qū)107之內(nèi)左側(cè)、n型穿通區(qū)106之內(nèi)、n型重?fù)诫s發(fā)射區(qū)104之內(nèi)。所述接觸孔與p型基區(qū)107、n型重?fù)诫s集電區(qū)108和n型重?fù)诫s發(fā)射區(qū)104相接觸。

所述基區(qū)金屬113位于p型基區(qū)107內(nèi)左側(cè)的接觸孔中。所述基區(qū)金屬113與p型基區(qū)107和teos金屬前介質(zhì)層111相接觸。所述基區(qū)金屬113靠近集電區(qū)已測(cè)的邊緣金屬尺寸為p型基區(qū)107結(jié)深的1～5倍。

所述集電極金屬114位于n型重?fù)诫s集電區(qū)108內(nèi)的接觸孔中。所述集電極金屬114與n型重?fù)诫s集電區(qū)108和teos金屬前介質(zhì)層111相接觸。所述n型重?fù)诫s集電區(qū)108的邊緣金屬尺寸不超出n型重?fù)诫s集電區(qū)108。

所述發(fā)射極金屬112位于n型重?fù)诫s發(fā)射區(qū)104內(nèi)的接觸孔中。所述發(fā)射極金屬112與n型重?fù)诫s發(fā)射區(qū)104和teos金屬前介質(zhì)層111相接觸。所述發(fā)射極金屬112的走線通過(guò)遠(yuǎn)離集電區(qū)一端引出。

實(shí)施例2：

如圖3～圖11所示，一種縱向高壓雙極結(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(biāo)清洗、烘干待用；

2)生長(zhǎng)一層厚氧化層溫度1100～1150℃、時(shí)間100min～120min、干加濕氧化條件。

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

在圓片襯底中間位置進(jìn)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(shí)間100min～120min。

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

在圓片襯底兩端進(jìn)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(shí)間100min～120min。去氧化層。

5)硅片表面生長(zhǎng)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(zhǎng)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(jìn)行n型穿通區(qū)106擴(kuò)散，具體為采用恒定雜質(zhì)表面濃度方法擴(kuò)散，在擴(kuò)散之前生長(zhǎng)50～100nm厚的氧化層，恒定雜質(zhì)表面濃度方法擴(kuò)散條件為：pcl3氣體源、無(wú)氧條件，溫度1100～1150℃、時(shí)間100min～1500min；去氧化層；

8)生長(zhǎng)一層薄氧化層溫度1000～1020℃、時(shí)間30min～40min、純干法氧化條件。

四次光刻，光刻后，在器件兩端進(jìn)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(zhǎng)一層厚氧化層溫度1000～1050℃、時(shí)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(shí)間100min～120min。

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

12)六次光刻，光刻后進(jìn)行p型基區(qū)107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(wú)氧條件，溫度1100～1150℃、時(shí)間100min～200min；

13)七次光刻，光刻后進(jìn)行n型重?fù)诫s集電區(qū)108以及n型重?fù)诫s發(fā)射區(qū)104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(wú)氧條件，溫度950～1000℃、時(shí)間30min～60min；

14)lp淀積teos，厚度在

15)八次光刻，刻蝕出接觸孔；接觸孔位置位于p型基區(qū)107以內(nèi)、n型重?fù)诫s發(fā)射區(qū)104之內(nèi)、以及n型穿通區(qū)106中間。

16)金屬淀積，在整個(gè)圓片表面淀積金屬al，八次光刻、反刻鋁；

17)合金，爐溫550℃、時(shí)間10min～30min、鈍化；

18)九次光刻刻蝕出壓焊點(diǎn)；

19)低溫退火，溫度500℃～510℃，恒溫30min；

20)硅片初測(cè)、切割、裝架、燒結(jié)、封裝測(cè)試。