一种平面化电极结构的立体硅磁敏三极管及制作工艺方法技术

本发明专利技术提供了一种平面化电极结构的立体硅磁敏三极管及其制作工艺方法，该结构包括SOI器件硅层内引线、SiO2介质隔离环和磁敏感区等，通过器件硅层内引线将发射极E从器件硅层的下表面引至器件硅层的上表面，使基极B、集电极C和发射极E均位于器件硅层的上表面，同时通过SiO2介质隔离环进行内引线区和磁敏感区的隔离，抑制内引线区杂质横向扩散对磁敏感区的影响。通过采用SOI工艺和CMOS工艺相结合，实现了立体硅磁敏感三极管的三个电极(E、B和C)平面化，突破了该器件发射区内引线制作工艺难点，为器件的集成化、小型化和批量化生产奠定基础，同时进一步提高了立体结构磁敏三极管在磁场测量中的准确度。磁场测量中的准确度。磁场测量中的准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种平面化电极结构的立体硅磁敏三极管及制作工艺方法


[0001]本专利技术涉及磁敏器件领域，具体涉及一种平面化电极结构的立体硅磁敏三极管及制作工艺方法，其涉及SOI工艺、CMOS工艺和介质隔离工艺。

技术介绍

[0002]磁敏三极管主要应用于磁场测量，因其优异的灵敏度、稳定性以及低温漂的优点，在地磁勘测、机械检测、电子罗盘等领域具有重要作用。
[0003]立体结构磁敏三极管，即在SOI器件硅层中具有立体结构的磁敏三极管，其中基区和集电区位于SOI器件硅层上表面，发射区位于SOI器件硅层下表面，与SiO2绝缘层交界。立体硅磁敏三极管具有磁灵敏度高、温度系数低等优异特性，但由于芯片结构立体化的原因，在制作发射极时需采用背电极制作工艺，该工艺需要对器件硅层的下表面进行刻蚀和离子注入，可控性较低，对器件的灵敏度、准确度和良品率等产生较大的影响，尤其封装对磁敏特性产生影响，给立体硅磁敏三极管的集成化、小型化和批量化造成了阻碍。
[0004]为突破背电极制造工艺的技术瓶颈，需设计一种立体硅磁敏三极管的平面化电极结构，降低器件制造过程中背电极制造工艺难度，使得器件具有更优异的一致性和准确度。

技术实现思路

[0005]基于上述技术背景，本专利技术人进行了锐意进取，提出了一种平面化电极结构的立体硅磁敏三极管及其制作方法，该平面化电极结构的立体硅磁敏三极管通过SOI器件硅层层内引线将发射极从器件硅层的下表面引至器件硅层的上表面，使基极、集电极和发射极均位于器件硅层的上表面，实现立体硅磁敏三极管电极的平面化；同时设置SiO2介质隔离环，抑制内引线区杂质的横向扩散，突破了背电极工艺的技术瓶颈，提高了立体结构磁敏三极管的一致性和测量磁场的准确度，具有广阔的应用前景，从而完成本专利技术。
[0006]本专利技术第一方面在于提供一种平面化电极结构的立体硅磁敏三极管，该平面化电极结构的立体硅磁敏三极管包括器件硅层内引线5、SiO2介质隔离环6和磁敏感区。
[0007]本专利技术第二方面在于提供一种制作平面化电极结构的立体硅磁敏三极管的制作工艺方法，所述方法包括以下步骤：
[0008]步骤1、清洗硅片，0次光刻，在硅片上表面和下表面通过干法刻蚀对版标记；
[0009]步骤2、清洗硅片，一次光刻，在硅片的下表面光刻隔离槽窗口，沉积SiO2隔离介质，制作SiO2介质隔离环6，对硅片下表面进行平坦化工艺处理；
[0010]步骤3、清洗硅片，在硅片下表面热氧化法生长SiO2氧化层，作为离子注入缓冲层；
[0011]步骤4、二次光刻，光刻内引线窗口，离子注入，形成n
+
型重掺杂，制作器件硅层内引线5并高温退火，对硅片下表面进行平坦化工艺处理；
[0012]步骤5、三次光刻，光刻发射区窗口，离子注入，形成n
+
型重掺杂，制作发射区4并高温退火，对硅片下表面进行平坦化工艺处理；
[0013]步骤6、清洗硅片和第二硅片2，在第二硅片2的上表面和下表面热生长SiO2层，并
将第二硅片2的上表面与硅片的下表面键合；
[0014]步骤7、0'次光刻，双面光刻转移硅片上表面对版标记至第二硅片2下表面；
[0015]步骤8、减薄硅片上表面，形成SOI晶圆，减薄后的硅片称为第一硅片1，即器件硅层；
[0016]步骤9、四次光刻，光刻集电极负载电阻R
L
窗口和基极负载电阻R
b
窗口，离子注入，在第一硅片1的上表面形成n
‑
型掺杂，制作集电极负载电阻R
L
和基极负载电阻R
b
；
[0017]步骤10、五次光刻，光刻集电区窗口，离子注入，形成n
+
型重掺杂，制作集电区7并高温退火；
[0018]步骤11、六次光刻，光刻基区窗口，离子注入，形成p
+
型重掺杂，制作基区8并高温退火；
[0019]步骤12、清洗第一硅片1，在第一硅片1上表面沉积SiO2层，作为绝缘层；
[0020]步骤13、七次光刻，在第一硅片1的上表面刻蚀引线孔，蒸镀金属Al层；
[0021]步骤14、八次光刻，刻蚀金属，形成发射极E、集电极C、基极B、互连线和压焊点，金属合金化工艺，形成欧姆接触；
[0022]步骤15、清洗，在第一硅片1的上表面沉积氮化硅(Si3N4)，作为钝化层；
[0023]步骤16、九次光刻，刻蚀钝化层，形成压焊点；
[0024]步骤17、清洗键合片，中测，划片，无磁化封装。
[0025]本专利技术提供的平面化电极结构的立体硅磁敏三极管及制作工艺方法具有以下优势：
[0026](1)本专利技术给出的立体硅磁敏三极管平面化电极结构，通过将发射极引至SOI器件硅层上表面，降低了封装过程中发射极对器件特性的影响，提高了磁敏感特性一致性和准确度。
[0027](2)本专利技术给出的平面化电极结构的立体硅磁敏三极管，实现了立体硅磁敏三极管的电极平面化制作，突破了背电极工艺的技术瓶颈。
[0028](3)本专利技术基于SOI工艺提出了平面化电极结构的立体硅磁敏三极管制作工艺方法，易于芯片集成化，为小型化、批量化生产提供了更广阔的前景。
附图说明
[0029]图1示出本专利技术一种优选实施方式的平面化电极结构的立体硅磁敏三极管示意图；
[0030]图2示出本专利技术一种优选实施方式的平面化电极结构的立体硅磁敏三极管俯视图；
[0031]图3示出本专利技术一种优选实施方式的平面化电极结构的立体硅磁敏三极管等效电路图；
[0032]图4
‑
1～4
‑
12示出本专利技术一种优选实施方式的平面化电极结构的立体硅磁敏三极管制作工艺流程图；
[0033]图5
‑
1和图5
‑
2示出本专利技术一种优选实施方式的平面化电极结构的立体硅磁敏三极管三维器件仿真模型图；
[0034]图6示出沿图5
‑
1中剖视线aa'的剖视图；
[0035]图7
‑
1示出本专利技术一种优选实施方式的平面化电极结构的立体硅磁敏三极管I
C
‑
V
CE
特性曲线图；
[0036]图7
‑
2示出一种立体硅磁敏三极管I
C
‑
V
CE
特性曲线图；
[0037]图8
‑
1示出本专利技术一种优选实施方式的平面化电极结构的立体硅磁敏三极管磁敏特性曲线图；
[0038]图8
‑
2示出一种立体硅磁敏三极管磁敏特性曲线图；
[0039]图9
‑
1示出本专利技术一种优选实施方式的平面化电极结构的立体硅磁敏三极管温度特性曲线图；
[0040]图9
‑
2示出一种立体硅磁敏三极管温度特性曲线图。
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平面化电极结构的立体硅磁敏三极管，其特征在于，所述平面化电极结构的立体硅磁敏三极管包括SOI器件硅层内引线(5)、SiO2介质隔离环(6)和磁敏感区。2.根据权利要求1所述的平面化电极结构的立体硅磁敏三极管，其特征在于，所述SiO2介质隔离环(6)位于第一硅片(1)，并贯穿第一硅片(1)，SiO2介质隔离环(6)在第一硅片(1)中形成多个隔离区域，器件硅层内引线(5)和磁敏感区均分布在隔离区域中。3.根据权利要求1所述的平面化电极结构的立体硅磁敏三极管，其特征在于，所述磁敏感区包括基极B、集电极C、发射极E、发射区(4)、集电区(7)、基区(8)，所述基极B、集电极C和发射极E位于第一硅片(1)的上表面。4.根据权利要求1所述的平面化电极结构的立体硅磁敏三极管，其特征在于，所述器件硅层内引线(5)位于第一硅片(1)内部，并贯穿第一硅片(1)，器件硅层内引线(5)位于发射极E和发射区(4)之间，所述发射区(4)位于第一硅片(1)下表面并与SiO2绝缘层Ⅱ(32)交界。5.根据权利要求4所述的平面化电极结构的立体硅磁敏三极管，其特征在于，器件硅层内引线(5)为n
+
型重掺杂，所述掺杂浓度为1E19～1E20cm
‑3，优选为1E20cm
‑3。6.根据权利要求1至5之一所述的平面化电极结构的立体硅磁敏三极管，其特征在于，所述SiO2介质隔离环(6)将器件硅层分隔成四个隔离区域，分别为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域；所述基极B、集电极C、集电区(7)、基区(8)和发射区(4)位于第二区域内，发射极E和器件硅层内引线(5)位于第三区域内。7.根据权利要求6所述的平面化电极结构的立体硅磁敏三极管，其特征在于，所述磁敏感区还包括基极负载电阻R
b
和集电极负载电阻R
L
，集电极负载电阻R
L
位于第四区域内，基极负载电阻R
b
位于第一区域内。8.根据权利要求6所述的平面化电极结构的立体硅磁敏三极管，其特征在于，SiO2介质隔离环(6)在器件硅层内引线(5)和发射区(4)相连区域预留空间；器件硅层内引线(5)和发射区(4)相连区域的宽度为3～5μm。9.一种平面化电极结构的立体硅磁敏三极管的制作工艺方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、清洗硅片，0次光刻，在硅片上表面和下表面通过干法刻蚀对版标记；步骤2、清洗硅片，一次光刻，在硅片的下表面光...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓锋，车昊阳，于志鹏，温殿忠，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：