[發明專利]一種適合單片集成的高速高增益橫向BJT結構及制備方法

在審

• 申請號: 201711286736.X
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN107895739A
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 王俊;方芳;梁世維
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H01L29/73
• 分類號: H01L29/73;H01L21/336
• 代理公司: 北京精金石專利代理事務所(普通合伙)11470
• 代理人: 李旦

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，具體涉及一種適合單片集成的高速高增益橫向BJT結構及其制備方法。

背景技術

BJT是雙極結型晶體管Bipolar Junction Transistor的簡寫，又稱為半導體三極管。

現代電力電子技術經過三十多年的發展已經成為一個涉及領域廣闊的獨立而日趨成熟的重要學科，其無論對傳統工業的改造還是對高新技術產業的發展都有著至關重要的作用。它涉及的應用領域涵蓋了國民經濟的各個工業部門，是21世紀的重要關鍵技術之一。電力電子器件是電力電子技術的重要基礎，是應用電力電子技術進行電能變換和控制的核心元件。

電力電子器件經過幾十年的發展已經逐步成熟，尤其是Si基電力電子器件的發展已經達到了Si材料的理論極限，單純通過器件結構的創新和制造工藝的改善已經沒有太大的改進。因此，在這樣的背景下，具有寬禁帶的碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）以其優越的性能逐漸進入人們的視野，成為極具發展潛力的第三代半導體材料。

同時，4H-SiC BJT由于很好的彌補了Si基雙極型晶體管的缺陷，而且不存在4H-SiC MOSFET氧化層界面穩定性及溝道遷移率問題，越來越受到重視。因此，研究4H-SiC BJT功率器件有著重要的意義。

現在國內外關于4H-SiC BJT的研究大多數是基于垂直結構，而對橫向結構相對空白。但橫向結構有很多垂直結構不具備的優點。垂直型SiC 功率BJT一般采用改變基區厚度來提高增益，但基區過薄會導致器件擊穿電壓過低，無法耐高壓。而橫向型SiC BJT一般適用于制備小信號器件，并用于設計和制造邏輯、控制等單元，通過重新布局優化元胞結構可提高橫向器件的性能，電流增益可顯著提高，而且開關速度快。

發明內容

本發明的目的是針對以上問題，提供一種適合單片集成的高速高增益橫向BJT結構及其制備方法，該新型橫向BJT器件具有高增益，開關速度快等特點，而且制備工藝和現有的垂直結構的功率BJT的工藝完全兼容，十分便于制備功率集成模塊。

為實現以上目的，本發明采用的技術方案是：一種適合單片集成的高速高增益橫向BJT結構，所述BJT為NPN型雙極結型晶體管，所述器件包括：平面方向上，集電極位于發射極和基極之間；垂直方向上，N型發射區和N型集電區的臺面在N型高摻雜層上、P型基區在P型摻雜層、N型漂移區與P基區間形成的PN結作為PN結隔離。

進一步的，通過在P基區上生長外延形成N型高摻雜層，通過臺面刻蝕，在N型高摻雜層上同時形成集電區和發射區臺面，同時在P型基區上形成基區金屬接觸窗口。

本發明另一種方案，一種適合單片集成的高速高增益橫向BJT結構的制備方法，其特征在于，該制備方法包括，與現有垂直結構的功率SiC BJT功率半導體器件制備工藝完全兼容，便于在同一外延片上進行單片集成；同時增加如下制作工藝流程：

步驟A：在SiC外延片上淀積一層二氧化硅做刻蝕掩膜，通過光刻定義器件圖形，然后刻蝕SiO₂，形成掩膜圖形；

步驟B：通過ICP等干法刻蝕的手段刻蝕SiC，形成發射區和集電區臺面，為了保證刻蝕完全，應適當過刻；

步驟C：刻蝕完成后，進行犧牲氧化，降低SiC材料表面的刻蝕損傷，然后通過濕法刻蝕等手段去除SiO₂；

步驟D：通過PECVD等方式重新淀積一層SiO₂，光刻、刻蝕形成P型基區中要形成金屬接觸的區域的離子注入圖形，然后再淀積一層薄SiO₂作為阻擋層；

步驟E：采用高能離子注入的方式在P型基區中將要形成金屬接觸的區域注入Al等P型雜質，形成高摻雜區域，之后進行退火激活；

步驟F：逐步在P型基區、N型發射區和N型集電區形成金屬接觸并完成最終的金屬電極制備。

優選的，通過設計實現功率SiC BJT和基于橫向小信號SiC BJT的邏輯、控制、驅動等IC電路的單片集成，適用于Power IC的制備。

優選的，步驟A之前，采用丙酮進行10min有機超聲清洗，然后用Piranha溶液清洗表面，接著采用RCA標準晶圓清洗方法清洗晶圓，最后用10%的氫氟酸溶液浸泡5分鐘，去除晶圓表面的氧化層薄膜。

本發明的有益效果：本發明提供了一種適合單片集成的高速高增益橫向BJT結構及其制備方法，該新型橫向BJT器件具有高增益，開關速度快等特點，而且制備工藝和現有的垂直結構的功率BJT的工藝完全兼容，十分便于功率集成模塊的制作。