双极晶体管及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种双极晶体管及其制备方法，其包括衬底层、层叠设置于衬底层上的第一外延层、层叠设置于第一外延层上的第二外延层、接触第二外延层设置的第三外延层、以及贯穿第二外延层并嵌入第一外延层中的第四外延层，第三外延层与第四外延层间隔设置，第四外延层嵌入第一外延层中的深度≥1μm。该双极晶体管的第四外延层实际上可作为基极接触区。该基极接触区能够形成较深的基极接触区耗尽层，当器件承担集电极‑基极反偏电压时，通过基极接触区耗尽层夹断来保护基区，能够有效提升器件的集电极‑基极击穿电压。

【技术实现步骤摘要】
双极晶体管及其制作方法
本专利技术涉及半导体
，特别是涉及一种双极晶体管及其制作方法。
技术介绍
晶体三极管由两个背靠背的PN结构成，通常用于获取电压、电流或信号的放大增益。双极晶体管是晶体管的一种，通常具有两种基本结构：PNP型和NPN型。在这3层半导体中，中间一层称基区，外侧两层分别称发射区和集电区。通常，当基区注入少量电流时，在发射区和集电区之间就会形成较大的电流，这就是晶体管的放大效应。双极晶体管中，电子和空穴同时参与导电。同场效应晶体管相比，双极型晶体管体积小、重量轻、耗电少、寿命长、可靠性高。在传统的技术中，高频和微波功率晶体管已普遍采用多晶硅发射极来提高性能。由于采用多晶硅发射极工艺可以形成较浅的发射结和较窄的基区宽度，较浅的发射结和基区结能够实现短的渡越时间和小的寄生电容，可以大幅提升双极晶体管的发射效率和优异的高频性能。以NPN型的双极晶体管作为示例，对上述双极晶体管的通常结构进行说明。这种采用多晶硅发射极的双极晶体管通常包括层叠设置的N型衬底和N型外延层，P型基区即轻掺杂P型层设置于N型外延层的表面，P型基区上还设置有N型发射区；基极接触即重掺杂P型层设置于P型基区的两端，用于连接至基极金属。上述结构的双极晶体管中的集电极-基极击穿电压(BVCBO)往往较低，有待于进一步的提高。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种能够提高集电极-基极击穿电压的双极晶体管。根据本专利技术的一个实施例，一种双极晶体管，其包括衬底层、第一外延层、第二外延层、第三外延层与第四外延层；所述第一外延层层叠设置于所述衬底层上，所述第二外延层层叠设置于所述第一外延层上，所述第三外延层与所述第二外延层接触连接，所述第四外延层部分嵌入所述第二外延层中、部分嵌入所述第一外延层中，所述第三外延层与所述第四外延层间隔设置；其中，所述第一外延层与所述第三外延层的掺杂类型为第一掺杂类型，且所述第三外延层中的掺杂浓度高于所述第一外延层；所述第二外延层与所述第四外延层的掺杂类型为与所述第一掺杂类型不相同的第二掺杂类型，且所述第四外延层中的掺杂浓度高于所述第二外延层；所述第四外延层嵌入所述第一外延层中的深度≥1μm。在其中一个实施例中，所述第二外延层的厚度为1μm～2μm。在其中一个实施例中，所述第四外延层嵌入所述第一外延层与所述第二外延层的总深度为4μm～8μm。在其中一个实施例中，所述第三外延层设置于所述第二外延层中，且从所述第二外延层的上表面露出。在其中一个实施例中，嵌入所述第二外延层中的部分第四外延层贯穿所述第二外延层。在其中一个实施例中，还包括发射极、基极与集电极，所述发射极与所述第三外延层电接触，所述基极与所述第四外延层电接触，所述集电极与所述衬底层电接触。在其中一个实施例中，还包括层叠设置于所述第二外延层上的图案化的介质层，所述介质层中设置有暴露出所述第三外延层的第三过孔与暴露出所述第四外延层的第四过孔，所述发射极设置于所述第三过孔中且与所述第三外延层相接触，所述基极设置于所述第四过孔中且与所述第四外延层相接触。在其中一个实施例中，所述集电极设置于所述衬底层远离所述第一外延层的一侧表面上。在其中一个实施例中，所述第四外延层有多个，相邻的所述第四外延层之间的间距为6μm～10μm。在其中一个实施例中，所述第一外延层中的掺杂浓度为1×1011个/cm2～1×1012个/cm2；和/或所述第二外延层中的掺杂浓度为1×1013个/cm2～1×1014个/cm2；和/或所述第四外延层中的掺杂浓度为1×1014个/cm2～1×1015个/cm2。进一步地，一种双极晶体管的制作方法，其包括如下步骤：在基材上制备第三外延层和第四外延层，所述基材包括衬底层、第一外延层和第二外延层，所述第一外延层层叠设置于所述衬底层上，所述第二外延层层叠设置于所述第一外延层上，所述第三外延层与所述第二外延层接触连接，所述第四外延层部分嵌入所述第二外延层中、部分嵌入所述第一外延层中，所述第三外延层与所述第四外延层间隔设置；其中，所述第一外延层与所述第三外延层的掺杂类型为第一掺杂类型，且所述第三外延层中的掺杂浓度高于所述第一外延层；所述第二外延层与所述第四外延层的掺杂类型为与所述第一掺杂类型不相同的第二掺杂类型，且所述第四外延层中的掺杂浓度高于所述第二外延层；在制备所述第四外延层的过程中包括：刻蚀所述第二外延层和所述第一外延层的部分区域，形成贯穿所述第二外延层并抵达所述第一外延层内部的沟槽，在所述沟槽中填充所述第四外延层的材料，在所述第一外延层中部分沟槽的深度≥2μm。在其中一个实施例中，先制备所述第四外延层，再制备所述第三外延层，在制备所述第三外延层的过程中包括：在所述第二外延层上形成一层整体覆盖所述第二外延层与所述第四外延层的包覆体，并回刻所述包覆体，保留环绕所述第四外延层并与所述第四外延层表面持平的部分包覆体；刻蚀未受到所述包覆体覆盖区域的所述第二外延层与所述第四外延层，在所述第二外延层表面形成凹槽；去除所述包覆体并利用所述凹槽制备第三外延层。在其中一个实施例中，利用所述凹槽制备所述第三外延层的具体方法为：在所述凹槽内填充第三外延层的材料；或在所述凹槽内填充具有第一掺杂类型的多晶硅，并进行退火处理，使所述多晶硅中的掺杂元素扩散入所述第二外延层中，形成第三外延层。传统的双极晶体管中，由于采用注入工艺进行制备，其基区的厚度通常都仅为1μm以下，这导致基区结和基极接触区都非常浅。相较于传统的双极晶体管，上述实施例制备的双极晶体管具有如下有益效果：其中，第四外延层实际上可作为基极接触区。该基极接触区嵌入第二外延层的深度≥2μm，形成较深的基极接触区耗尽层，器件的发射区被基极接触区所限定，当器件承担集电极-基极反偏电压时，通过基极接触区耗尽层夹断来保护基区，能够有效提升器件的集电极-基极击穿电压。传统的双极晶体管中还存在一个问题，即为了获得更大的饱和集电极电流Ic，基极接触区之间的距离会很大，基区结面积需要做得较大，导致基区中的掺杂浓度分布不均，宏观表现即为晶体管的放大系数不稳定。进一步地，上述双极晶体管中的第二外延层的厚度≥1μm，将第二外延层的厚度做得更厚，有利于提高晶体管放大系数的稳定性。附图说明图1为一实施例的双极晶体管器件的结构示意图；图2为一实施例的双极晶体管器件的制备过程示意图；其中，各附图标记及说明如下：10、双极晶体管；101、基极；102、发射极；103、集电极；110、衬底层；120、第一外延层；130、第二外延层；140、第三外延层；150、第四外延层；160、介质层。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双极晶体管，其特征在于，包括衬底层、第一外延层、第二外延层、第三外延层与第四外延层；/n所述第一外延层层叠设置于所述衬底层上，所述第二外延层层叠设置于所述第一外延层上，所述第三外延层与所述第二外延层接触连接，所述第四外延层部分嵌入所述第二外延层中、部分嵌入所述第一外延层中，所述第三外延层与所述第四外延层间隔设置；/n其中，所述第一外延层与所述第三外延层的掺杂类型为第一掺杂类型，且所述第三外延层中的掺杂浓度高于所述第一外延层；所述第二外延层与所述第四外延层的掺杂类型为与所述第一掺杂类型不相同的第二掺杂类型，且所述第四外延层中的掺杂浓度高于所述第二外延层；所述第四外延层嵌入所述第一外延层中的深度≥1μm。/n

【技术特征摘要】
1.一种双极晶体管，其特征在于，包括衬底层、第一外延层、第二外延层、第三外延层与第四外延层；
所述第一外延层层叠设置于所述衬底层上，所述第二外延层层叠设置于所述第一外延层上，所述第三外延层与所述第二外延层接触连接，所述第四外延层部分嵌入所述第二外延层中、部分嵌入所述第一外延层中，所述第三外延层与所述第四外延层间隔设置；
其中，所述第一外延层与所述第三外延层的掺杂类型为第一掺杂类型，且所述第三外延层中的掺杂浓度高于所述第一外延层；所述第二外延层与所述第四外延层的掺杂类型为与所述第一掺杂类型不相同的第二掺杂类型，且所述第四外延层中的掺杂浓度高于所述第二外延层；所述第四外延层嵌入所述第一外延层中的深度≥1μm。


2.根据权利要求1所述的双极晶体管，其特征在于，所述第二外延层的厚度为1μm～2μm；和/或
所述第四外延层嵌入所述第一外延层与所述第二外延层的总深度为4μm～8μm。


3.根据权利要求1～2任一项所述的双极晶体管，其特征在于，所述第三外延层设置于所述第二外延层中，且从所述第二外延层的上表面露出；和/或
嵌入所述第二外延层中的部分第四外延层贯穿所述第二外延层。


4.根据权利要求1～2任一项所述的双极晶体管，其特征在于，还包括发射极、基极与集电极，所述发射极与所述第三外延层电接触，所述基极与所述第四外延层电接触，所述集电极与所述衬底层电接触。


5.根据权利要求4所述的双极晶体管，其特征在于，还包括层叠设置于所述第二外延层上的图案化的介质层，所述介质层中设置有暴露出所述第三外延层的第三过孔与暴露出所述第四外延层的第四过孔，所述发射极设置于所述第三过孔中且与所述第三外延层相接触，所述基极设置于所述第四过孔中且与所述第四外延层相接触，所述集电极层叠设置于所述衬底层远离所述第一外延层的一侧表面上。


6.根据权利要求1～2任一项所述的双极晶体管，其特征在于，所述第四外延层有多个，相邻的所述第四外延层之间的间距为6μm～10μm。


7.根据权利要求1～2任一项所述的双极晶体管，其特征在于，所述第一外延层中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马万里，
申请(专利权)人：深圳市昭矽微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44