一种横向高压功率双极结型晶体管及其制造方法技术

技术编号:17782275 阅读:20 留言:0更新日期:2018-04-22 12:23
本发明专利技术公开了一种横向高压功率双极结型晶体管及其制造方法;具体是在一种常规的横向功率双极结型集体管的基础上,在所有集电区与发射区之间加入了N型环状注入,以及通过优化第一层所有金属的布局,使集电极第一层金属全覆盖于集电区之上,尺寸超出集电区结深的两倍,而发射极金属通过通孔以及第二次金属引出。理论分析在器件处于反向耐压工作状态下,所有集电结边缘由于金属场板的覆盖,使得耗尽区扩散时边缘曲面结的曲率效应大大降低,耐压急剧变大,而N环的加入可以大大的减小器件集电极与发射极之间的漏电流。通过仿真以及实际流片结果得出本发明专利技术的横向高压功率双极结型晶体管在其余参数影响不大的情况下,BVcbo提高40%以上、BVceo提高40%以上、漏电能力提升一个量级。

【技术实现步骤摘要】
一种横向高压功率双极结型晶体管及其制造方法
本专利技术涉及半导体
,具体是一种横向高压功率双极结型晶体管及其制造方法。
技术介绍
二十世纪四十年代中期,由于导航、通讯、武器装备等电子器件系统日益复杂,导致电子电路的集成化和微型化需求日益迫切,1959年美国仙童半导体公司终于汇聚了前任的技术成果,采用平面双极工艺集成技术制造出了第一块实用硅集成电路,为集成电路的应用和大力发展开创了先河,双极型集成电路的工艺是所有集成电路工艺中最先专利技术,也是应用范围最为广泛的,随着集成电路技术的不断进步,尽管受到CMOS工艺的巨大挑战,双极型工艺仍然凭借其高速、高跨导、低噪声以及较高的电流驱动能力等方面的优势,发展依然较快,目前主要的应用领域是高精度运放、驱动器、接口、电源管理等模拟和超高速集成电路。双极型集成电路早期主要以标准硅材料为衬底,并采用埋层工艺和隔离技术,后续在标准双极平面工艺基础上陆续专利技术了多晶硅发射极双极、互补双极、SiGe双极、SOI全介质隔离双极等工艺,并广泛采取了薄层外延、深槽隔离、多晶硅自对准、多层金属互联等技术,使得陆续推出的新工艺技术制造的双极器件性能不断提高,不过双极工艺集成技术也变得越来越复杂。双极工艺中基本元件包括有源器件和无源器件,无源器件主要包括电阻、电感和电容,有源器件有二极管、NPN管、横向PNP管、衬底PNP管、悬浮PNP管等。对于双极工艺中的单个有源元器件来说,设计者希望器件各方面的特性都是最优的,双极结型晶体管具有高增益、大电流、高频率等一系列优点,但是随着双极工艺集成技术的不断发展,展现出来的弊端也越来越明显,而功率管可以理解为多个双极结型晶体管并联而成,其耐压、漏电等特性在高压领域的限制尤为明显,耐压、漏电与增益、频率、器件尺寸等参数是相当难以调和的,因此综合考虑各个因数就成为设计人员一个非常困难的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中,横向高压功率双极结型晶体管的耐压不足和漏电偏大等问题。为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的,一种横向高压功率双极结型晶体管,其特征在于,包括P型衬底、N型埋层、P型埋层、N型外延层、N型重掺杂环区、P型隔离穿透区、N型穿通区、P型集电区、N型重掺杂基区、P型发射区、预氧层、场氧层、TEOS金属前介质层、集电极第一层金属、发射极第一层金属、基极第一层金属、发射极第二层金属、集电极第二层金属、基极第二层金属和IMD平坦化介质。所述N型埋层位于P型衬底上表面的中间位置。所述P型埋层位于P型衬底上表面的两端。所述N型外延层位于N型埋层之上,所述N型外延层与P型衬底、N型埋层和P型埋层相接触。所述P型隔离穿透区与N型外延层的两端相接触,所述P型隔离穿透区的底部与P型埋层的顶部相连。所述N型穿通区位于N型埋层的左端,所述N型穿通区的底部与N型埋层的顶部相连。所述P型集电区由一个或者多个重复的结构单元构成。所述P型集电区包括环状集电区与中心圆状发射区。所述P型集电区位于N型外延层的中间位置。所述P型发射区位于N型外延层的中间位置。所述P型发射区位于P型集电区之间。所述N型重掺杂环区位于P型集电区和P型发射区之间。所述N型重掺杂基区呈环状结构,所述N型重掺杂基区的一端位于N型穿通区的中间位置,另一端位于N型外延层中。所述场氧层位于N型穿通区上表面的外侧、N型穿通区和P型集电区之间的上表面、P型集电区和N型重掺杂基区之间的上表面、N型重掺杂基区上表面的外侧。所述N型重掺杂基区为位于N型外延层中的一端。所述预氧层位于N型外延层之上的场氧层之间的位置。所述TEOS金属前介质层覆盖在整个器件表面的未开接触孔的位置。所述接触孔分别位于P型集电区之内、P型发射区之内和N型穿通区之内,所述接触孔分别与P型集电区、P型发射区和N型重掺杂基区相接触。所述发射极第一层金属位于P型发射区的接触孔内,所述发射极第一层金属与P型发射区和TEOS金属前介质层相接触。所述发射极第一层金属的边缘金属尺寸不超过P型发射区。所述集电极第一层金属位于P型集电区的接触孔内,所述集电极第一层金属与P型集电区和TEOS金属前介质层相接触。所述集电极第一层金属的边缘金属尺寸超过P型集电区两端的长度为结深的1~5倍。所述基极第一层金属位于N型穿通区的接触孔内,所述基极第一层金属与N型重掺杂基区和TEOS金属前介质层相接触。所述基极第一层金属的边缘金属尺寸不超过N型重掺杂基区。所述IMD平坦化介质位于集电极第一层金属、发射极第一层金属和基极第一层金属之上的未开通孔的位置。所述通孔位于发射极第一层金属之上、集电极第一层金属的部分区域之上和基极第一层金属的部分区域之上。所述发射极第二层金属位于所有发射极第一层金属所开的通孔之上。所述基极第二层金属位于所有基极第一层金属所开的通孔之上。所述集电极第二层金属位于所有集电极第一层金属所开的通孔之上。一种横向高压功率双极结型晶体管的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:1)提供P型衬底,生长氧化层。2)一次光刻,光刻刻蚀去胶后,生长氧化层,进行N型埋层注入。3)二次光刻,光刻刻蚀去胶后,生长氧化层,进行P型埋层注入。4)生长N型外延层,热生长氧化层。5)三次光刻,光刻后在N型外延层的元胞两端进行N型穿通区扩散,生长氧化层。6)四次光刻,在器件两端进行P型隔离穿透区注入,LP淀积SIN。7)五次光刻,光刻SIN后,注入N型杂质,生长氧化层。8)剥离残余SIN,生长氧化层。9)六次光刻,光刻后进行P型集电区和P型发射区注入。10)七次光刻,光刻后进行N型重掺杂基区和N型重掺杂环区注入。11)LP淀积正硅酸乙酯(TEOS)。12)八次光刻,刻蚀出接触孔,所述接触孔位于P型集电区之内、P型发射区之内和N型穿通区中间。13)第一层金属淀积,九次光刻、反刻铝。14)合金,平坦化介质淀积以及刻蚀,形成IMD平坦化介质。15)十次光刻,刻蚀出通孔。所述通孔位于发射极第一层金属之上、集电极第一层金属的部分区域之上和基极第一层金属的部分区域之上。16)第二层金属淀积,十一次光刻、反刻铝。17)合金,生长钝化层。18)十二次光刻刻蚀出压焊点。19)低温退火后,进行硅片初测、切割、装架、烧结和封装测试。进一步,所述P型衬底和N型外延层的材料包括体硅、碳化硅、砷化镓、磷化铟或锗硅。进一步,所述晶体管能够是横向的PNP,还能够是横向的NPN和衬底PNP器件。进一步,所述P型发射区由一个或者多个重复的结构单元构成。本专利技术的技术效果是毋庸置疑的,本专利技术具有以下优点:1)本专利技术提出一种横向高压功率双极结型晶体管及其制造方法,具体为在一种常规的横向功率双极结型集体管的基础上,在所有集电区与发射区之间加入了N型环状注入,以及通过优化第一层所有金属的布局,使集电极第一层金属全覆盖于集电区之上,尺寸超出集电区结深的两倍,而发射极金属通过通孔以及第二次金属引出。2)本专利技术理论分析在器件处于反向耐压工作状态下,所有集电结边缘由于金属场板的覆盖,使得耗尽区扩散时边缘曲面结的曲率效应大大降低,耐压急剧变大,而N环的加入可以大大的减小器件集电极与发射极之间的漏电流。3)通过仿真以及实际流片结果得出本专利技术的横向高压功率双极结型晶体管在其余参数影响不大的情况下,BVcbo提高40%以上、BVc本文档来自技高网
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一种横向高压功率双极结型晶体管及其制造方法

【技术保护点】
一种横向高压功率双极结型晶体管,其特征在于,包括P型衬底(100)、N型埋层(101)、P型埋层(102)、N型外延层(103)、N型重掺杂环区(104)、P型隔离穿透区(105)、N型穿通区(106)、P型集电区(107)、N型重掺杂基区(108)、P型发射区(109)、预氧层(110)、场氧层(111)、TEOS金属前介质层(112)、集电极第一层金属(113)、发射极第一层金属(114)、基极第一层金属(115)、发射极第二层金属(116)、集电极第二层金属(117)、基极第二层金属(118)和IMD平坦化介质(119);所述N型埋层(101)位于P型衬底(100)上表面的中间位置;所述P型埋层(102)位于P型衬底(100)上表面的两端;所述N型外延层(103)位于N型埋层(101)之上,所述N型外延层(103)与P型衬底(100)、N型埋层(101)和P型埋层(102)相接触;所述P型隔离穿透区(105)与N型外延层(103)的两端相接触,所述P型隔离穿透区(105)的底部与P型埋层(102)的顶部相连;所述N型穿通区(106)位于N型埋层(101)的左端,所述N型穿通区(106)的底部与N型埋层(101)的顶部相连;所述P型集电区(107)由一个或者多个重复的结构单元构成;所述P型集电区(107)包括环状集电区与中心圆状发射区;所述P型集电区(107)位于N型外延层(103)的中间位置;所述P型发射区(109)位于N型外延层(103)的中间位置;所述P型发射区(109)位于P型集电区(107)之间;所述N型重掺杂环区(104)位于P型集电区(107)和P型发射区(109)之间;所述N型重掺杂基区(108)呈环状结构,所述N型重掺杂基区(108)的一端位于N型穿通区(106)的中间位置,另一端位于N型外延层(103)中;所述场氧层(111)位于N型穿通区(106)上表面的外侧、N型穿通区(106)和P型集电区(107)之间的上表面、P型集电区(107)和N型重掺杂基区(108)之间的上表面、N型重掺杂基区(108)上表面的外侧;所述N型重掺杂基区(108)为位于N型外延层(103)中的一端;所述预氧层(110)位于N型外延层(103)之上的场氧层(111)之间的位置;所述TEOS金属前介质层(112)覆盖在整个器件表面的未开接触孔的位置;所述接触孔分别位于P型集电区(107)之内、P型发射区(109)之内和N型穿通区(106)之内,所述接触孔分别与P型集电区(107)、P型发射区(109)和N型重掺杂基区(108)相接触;所述发射极第一层金属(114)位于P型发射区(109)的接触孔内,所述发射极第一层金属(114)与P型发射区(109)和TEOS金属前介质层(112)相接触;所述发射极第一层金属(114)的边缘金属尺寸不超过P型发射区(109);所述集电极第一层金属(113)位于P型集电区(107)的接触孔内,所述集电极第一层金属(113)与P型集电区(107)和TEOS金属前介质层(112)相接触;所述集电极第一层金属(113)的边缘金属尺寸超过P型集电区(107)两端的长度为结深的1~5倍;所述基极第一层金属(115)位于N型穿通区(106)的接触孔内,所述基极第一层金属(115)与N型重掺杂基区(108)和TEOS金属前介质层(112)相接触;所述基极第一层金属(115)的边缘金属尺寸不超过N型重掺杂基区(108);所述IMD平坦化介质(119)位于集电极第一层金属(113)、发射极第一层金属(114)和基极第一层金属(115)之上的未开通孔的位置;所述通孔位于发射极第一层金属(114)之上、集电极第一层金属(113)的部分区域之上和基极第一层金属(115)的部分区域之上;所述发射极第二层金属(116)位于所有发射极第一层金属(114)所开的通孔之上;所述基极第二层金属(118)位于所有基极第一层金属(115)所开的通孔之上;所述集电极第二层金属(117)位于所有集电极第一层金属(113)所开的通孔之上。...

【技术特征摘要】
1.一种横向高压功率双极结型晶体管,其特征在于,包括P型衬底(100)、N型埋层(101)、P型埋层(102)、N型外延层(103)、N型重掺杂环区(104)、P型隔离穿透区(105)、N型穿通区(106)、P型集电区(107)、N型重掺杂基区(108)、P型发射区(109)、预氧层(110)、场氧层(111)、TEOS金属前介质层(112)、集电极第一层金属(113)、发射极第一层金属(114)、基极第一层金属(115)、发射极第二层金属(116)、集电极第二层金属(117)、基极第二层金属(118)和IMD平坦化介质(119);所述N型埋层(101)位于P型衬底(100)上表面的中间位置;所述P型埋层(102)位于P型衬底(100)上表面的两端;所述N型外延层(103)位于N型埋层(101)之上,所述N型外延层(103)与P型衬底(100)、N型埋层(101)和P型埋层(102)相接触;所述P型隔离穿透区(105)与N型外延层(103)的两端相接触,所述P型隔离穿透区(105)的底部与P型埋层(102)的顶部相连;所述N型穿通区(106)位于N型埋层(101)的左端,所述N型穿通区(106)的底部与N型埋层(101)的顶部相连;所述P型集电区(107)由一个或者多个重复的结构单元构成;所述P型集电区(107)包括环状集电区与中心圆状发射区;所述P型集电区(107)位于N型外延层(103)的中间位置;所述P型发射区(109)位于N型外延层(103)的中间位置;所述P型发射区(109)位于P型集电区(107)之间;所述N型重掺杂环区(104)位于P型集电区(107)和P型发射区(109)之间;所述N型重掺杂基区(108)呈环状结构,所述N型重掺杂基区(108)的一端位于N型穿通区(106)的中间位置,另一端位于N型外延层(103)中;所述场氧层(111)位于N型穿通区(106)上表面的外侧、N型穿通区(106)和P型集电区(107)之间的上表面、P型集电区(107)和N型重掺杂基区(108)之间的上表面、N型重掺杂基区(108)上表面的外侧;所述N型重掺杂基区(108)为位于N型外延层(103)中的一端;所述预氧层(110)位于N型外延层(103)之上的场氧层(111)之间的位置;所述TEOS金属前介质层(112)覆盖在整个器件表面的未开接触孔的位置;所述接触孔分别位于P型集电区(107)之内、P型发射区(109)之内和N型穿通区(106)之内,所述接触孔分别与P型集电区(107)、P型发射区(109)和N型重掺杂基区(108)相接触;所述发射极第一层金属(114)位于P型发射区(109)的接触孔内,所述发射极第一层金属(114)与P型发射区(109)和TEOS金属前介质层(112)相接触;所述发射极第一层金属(114)的边缘金属尺寸不超过P型发射区(109);所述集电极第一层金属(113)位于P型集电区(107)的接触孔内,所述集电极第一层金属(113)与P型集电区(107)和TEOS金属前介质层(112)相接触;所述集...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘建刘青税国华张剑乔陈文锁张培健易前宁
申请(专利权)人:重庆中科渝芯电子有限公司
类型:发明
国别省市:重庆,50

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