[發明專利]雙極晶體管及其制造方法

有效

• 申請號: 200810203811.6
• 申請日: 2008-12-01
• 公開（公告）號: CN101752413A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 肖德元;季明華
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L29/73
• 分類號: H01L29/73;H01L29/06;H01L21/331
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 李麗

技術領域

本發明涉及半導體器件的制造領域，尤其涉及雙極晶體管及其制造方法。

背景技術

雙極晶體管有兩種基本結構：PNP型和NPN型，由兩個背靠背的PN結組 成。在這三層半導體中，中間一層叫基區(B)，左右兩層分別叫發射區(E)和集 電區(C)。發射區和基區間形成發射結，集電區和基區間形成集電結。晶體管 按功率耗散能力大小可分為小功率管、中功率管、大功率管。按工作頻率的 高低可分為低頻管、高頻管、微波管。按制造工藝又可分為合金管、合金擴 散管、臺式管、外延平面管。合金管的基區寬度和結電容都較大，頻率性能 差，一般僅用于低頻電路。合金擴散管的基區由擴散形成，基區較薄，基區 雜質分布所形成的內建場能加速少數載流子渡越，因此它的頻率特性較好， 可用于高頻范圍。外延平面管的基區和發射區都可用擴散或離子注入工藝形 成，基區寬度可精確控制到0.1微米或更低。采用電子束曝光、干法腐蝕等新 工藝可獲得亞微米的管芯圖形線條。因此，它的工作頻率可從超高頻一直延 伸到微波X波段。外延平面管加上摻金工藝可制成超高速開關管和各種高速集 成電路(如ECL電路)。

雙極晶體管的結構和制造方法的研究由來已久，常見的雙極晶體管的結 構和制造方法可以參考中國專利申請第91104429.9號所公開的內容。

傳統的雙極晶體管的缺點很多，例如發射極和集電極之間的擊穿電壓很 難進行有效控制等。

另外，雙極晶體管與現有的MOS晶體管的制造工藝的兼容性還不夠。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種擊穿電壓可控且制造工藝與 MOS晶體管兼容的雙極晶體管結構和制造方法。

為解決上述技術問題，本發明提供一種雙極晶體管，包括形成在半導體 襯底上的基區、發射區和集電區，以及由金屬形成的與基區接觸的基極，所 述基極內設有通孔，所述基區至少部分位于所述通孔內；所述集電區和基區 之間還包括緩沖區，所述緩沖區的摻雜類型與集電區相同，但摻雜濃度小于 集電區；所述緩沖區與集電區之間的界面以及所述發射區與基區的界面在平 行于基區長度方向的平面內傾斜于所述半導體襯底表面。

可選地，所述半導體襯底為SOI襯底，所述基區、發射區和集電區形成 于所述SOI襯底的第一半導體材料層。

可選地，所述的第一半導體材料層的材料包括Si、Ge、SiGe、GaAs、InP、 InAs或InGaAs。

可選地，所述基極由W、Al、Ag、Au、Cr、Mo、Ni、Pd、Ti或Pt的單 質或者任意兩種以上的疊層或合金所形成。

可選地，所述基區為圓柱體。

根據本發明的另一方面，提供一種雙極晶體管的制造方法，包括步驟： 提供半導體襯底，所述半導體襯底設有埋入電介質層和所述埋入電介質層上 的第一半導體材料層；對所述的第一半導體材料層進行離子注入；刻蝕所述 第一半導體材料層和埋入電介質層，形成半導體材料柱和電介質支撐柱，所 述半導體材料柱由所述電介質支撐柱所支撐；去除所述電介質支撐柱的中段， 使得電介質支撐柱的中段形成鏤空；在所述襯底上沉積金屬層至至少掩埋所 述半導體材料柱，并填充所述電介質支撐柱的鏤空處；刻蝕所述金屬層，形 成金屬基極，所述金屬基極的長度小于等于所述電介質支撐柱被去除的長度， 所述金屬基極在所述電介質支撐柱的鏤空處形成對所述半導體材料柱的包 裹，所述半導體材料柱被所述金屬基極包裹的一段形成基區；對半導體材料 柱兩端的暴露部分進行輕摻雜，所述輕摻雜的方向垂直或接近垂直于所述半 導體襯底表面，所述輕摻雜的離子類型與所述離子注入的離子類型相反；對 半導體材料柱的暴露部分進行重摻雜，所述重摻雜的雜質類型與所述輕摻雜 的雜質類型相同，所述重摻雜的方向在平行于基區長度方向的平面內傾斜于 所述半導體襯底表面，形成與所述基區連接的發射區和緩沖區，以及與所述 緩沖區連接的集電區。

可選地，在對所述半導體材料柱兩端的暴露部分進行重摻雜之前還包括 步驟：在所述金屬基極的側壁上形成隔離層。

可選地，對所述的半導體材料層進行輕摻雜的雜質與對所述半導體材料 柱兩端的暴露部分進行重摻雜的雜質的導電類型相同。

可選地，所述半導體材料柱為圓柱形。

可選地，所述金屬基極由W、Al、Ag、Au、Cr、Mo、Ni、Pd、Ti或Pt 的金屬單質或氮化物，或者任意兩種以上所述金屬單質和/或氮化物的疊層或 合金所形成。