[發明專利]具有擊穿保護功能的柵絕緣隧穿凹槽基區雙極晶體管

有效

• 申請號: 201410742969.6
• 申請日: 2014-12-08
• 公開（公告）號: CN104393033B
• 公開（公告）日: 2018-05-22
• 發明（設計）人: 靳曉詩;劉溪
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06;H01L21/336
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍;周楠

1.具有擊穿保護功能的柵絕緣隧穿凹槽基區雙極晶體管，其特征在于：采用只包含單晶硅襯底（1）的體硅晶圓作為生成器件襯底，或采用同時包含單晶硅襯底（1）和晶圓絕緣層（2）的SOI晶圓作為生成器件的襯底；基區（4）位于體硅晶圓的單晶硅襯底（1）或SOI晶圓的晶圓絕緣層（2）的上方，并具有凹槽；擊穿保護區（6）位于基區（4）外側壁兩側；發射區（3）和集電區（5）分別位于基區（4）兩側的擊穿保護區（6）的上方；發射極（10）位于發射區（3）的上方；集電極（11）位于集電區（5）的上方；導電層（7）位于基區（4）所形成的凹槽內壁，被基區（4）三面包圍；隧穿絕緣層（8）位于導電層（7）的內壁，并被導電層（7）三面包圍；柵電極（9）位于隧穿絕緣層（8）內壁底部的上方；阻擋絕緣層（12）位于具有擊穿保護功能的柵絕緣隧穿凹槽基區雙極晶體管單元之間和單個具有擊穿保護功能的柵絕緣隧穿凹槽基區雙極晶體管的上方。

2.具有擊穿保護功能的柵絕緣隧穿凹槽基區雙極晶體管，其特征在于：擊穿保護區（6）的雜質濃度低于1016每立方厘米。

3.根據權利要求1所述的具有擊穿保護功能的柵絕緣隧穿凹槽基區雙極晶體管，其特征在于：位于基區（4）兩側的擊穿保護區（6）的頂部高于基區（4）、導電層（7）和隧穿絕緣層（8）的頂部。

4.根據權利要求1所述的具有擊穿保護功能的柵絕緣隧穿凹槽基區雙極晶體管，其特征在于：柵電極（9）一部分位于隧穿絕緣層（8）的凹槽內，一部分高于隧穿絕緣層（8）的頂部。

5.根據權利要求1所述的具有擊穿保護功能的柵絕緣隧穿凹槽基區雙極晶體管，其特征在于：隧穿絕緣層（8）為用于產生隧穿電流的絕緣材料層，其內壁與柵電極（9）相互接觸，其外壁與導電層（7）相互接觸。

6.根據權利要求1所述的具有擊穿保護功能的柵絕緣隧穿凹槽基區雙極晶體管，其特征在于：導電層（7）與基區（4）形成歐姆接觸，導電層（7）是金屬材料或者是同基區（4）具有相同雜質類型的、且摻雜濃度大于1019每立方厘米的半導體材料。

7.根據權利要求1所述的具有擊穿保護功能的柵絕緣隧穿凹槽基區雙極晶體管，其特征在于：導電層（7）實質為具有擊穿保護功能的柵絕緣隧穿凹槽基區雙極晶體管的浮動基極，當隧穿絕緣層（8）發生隧穿時，電流從柵電極（9）經隧穿絕緣層（8）流動到導電層（7），并為具有凹槽結構的基區（4）供電。

8.根據權利要求1所述的具有擊穿保護功能的柵絕緣隧穿凹槽基區雙極晶體管，其特征在于：柵電極（9）是控制隧穿絕緣層（8）產生隧穿電流的電極，是控制器件開啟和關斷的電極，并與導電層（7）和隧穿絕緣層（8）共同構成具有擊穿保護功能的柵絕緣隧穿凹槽基區雙極晶體管的基極。

9.根據權利要求1所述的具有擊穿保護功能的柵絕緣隧穿凹槽基區雙極晶體管，其特征在于：發射區（3）與基區（4）之間、集電區（5）與基區（4）之間具有相反雜質類型，且發射區（3）與發射極（10）之間形成歐姆接觸，集電區（3）與集電極（11）之間形成歐姆接觸。

10.一種如權利要求1所述的具有擊穿保護功能的柵絕緣隧穿凹槽基區雙極晶體管的制造方法，其特征在于：工藝步驟如下：

步驟一、提供一個SOI晶圓，SOI晶圓的下方為SOI晶圓的單晶硅襯底（1），SOI晶圓的中間為晶圓絕緣層（2），對SOI晶圓上方的單晶硅薄膜進行局部離子注入，初步形成基區（4），未被離子注入的區域初步形成擊穿保護區（6）；

步驟二、對SOI晶圓上方的單晶硅薄膜再次進行離子注入，在單晶硅薄膜的頂部形成與步驟一中的雜質類型相反的、濃度不低于1019每立方厘米的重摻雜區；

步驟三、通過光刻、刻蝕工藝在所提供的SOI晶圓上形成長方體狀單晶硅孤島陣列區域；

步驟四、在晶圓上方淀積絕緣介質后平坦化表面，初步形成阻擋絕緣層（12）；

步驟五、通過刻蝕工藝，在單晶硅薄膜上刻蝕出凹槽狀區域，使基區（4）具有凹槽形幾何特征，并初步形成位于凹槽的頂部兩側的、具有重摻雜雜質濃度的發射區（3）和集電區（5）；

步驟六、在晶圓上方淀積金屬或具有和基區（4）相同雜質類型的重摻雜的多晶硅，使步驟五中由發射區（3）、集電區（5）和基區（4）所共同形成的凹槽內部完全被填充，再將表面平坦化至露出發射區（3）和集電區（5），初步形成導電層（7）；

步驟七、通過刻蝕工藝，對步驟六中所淀積的金屬或具有和基區（4）相同雜質類型的重摻雜的多晶硅進行刻蝕，進一步形成具導電層（7）；

步驟八、在晶圓上方淀積隧穿絕緣層介質，使步驟七中所形成的導電層（7）的內壁三面所包圍的區域完全被填充，再將表面平坦化至露出導電層（7），初步形成隧穿絕緣層（8）；

步驟九、通過刻蝕工藝，對步驟八中所淀積的隧穿絕緣層介質進行刻蝕，進一步形成隧穿絕緣層（8）；

步驟十、在晶圓上方淀積金屬材料或重摻雜多晶硅，使步驟九中所形成的隧穿絕緣層（8）的內壁三面所包圍的區域完全被填充，再將表面平坦化至露出發射區（3）、集電區（5）、導電層（7）以及隧穿絕緣層（8）的頂部，形成柵電極（9）；

步驟十一、在晶圓上方通過刻蝕工藝使基區（4）所形成的凹槽兩側的上方的一部分被刻蝕掉，使基區（4）的兩側頂部低于擊穿保護區（6）的頂部，進一步形成基區（6）；

步驟十二、在晶圓上方淀積絕緣介質層，再將表面平坦化至露出發射區（3）、集電區（5）、隧穿絕緣層（8）以及柵電極（9）的頂部，進一步形成阻擋絕緣層（12）；

步驟十三、在晶圓上方通過刻蝕工藝刻蝕掉導電層（7）兩側上方部分，使導電層（7）的兩側頂部不高于基區（4）兩側的頂部，進一步形成導電層（7）；

步驟十四、在晶圓上方淀積絕緣介質層，再將表面平坦化至露出發射區（3）、集電區（5）、隧穿絕緣層（8）以及柵電極（9）的頂部，進一步形成阻擋絕緣層（12）；

步驟十五、在晶圓上方通過刻蝕工藝刻蝕掉隧穿絕緣層（8）兩側上方部分，使隧穿絕緣層（8）的兩側頂部不高于導電層（7）兩側的頂部，進一步形成隧穿絕緣層（8）；

步驟十六、在晶圓上方淀積絕緣介質層，使步驟十五中的隧穿絕緣層（8）被刻蝕掉的部分完全被絕緣介質層填充，再將表面進行平坦化處理，進一步形成阻擋絕緣層（12）；

步驟十七、在位于發射區（3）和集電區（5）的上方的阻擋絕緣層（12）內部刻蝕出用于形成發射極（10）和集電極（11）的通孔，并在晶圓上表面淀積金屬層，使通孔被金屬填充，再對金屬層進行刻蝕，形成發射極（10）和集電極（11）。