一种三极管及其制作方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，具体的说是一种三极管及其制作方法。

背景技术

现有技术中，基区均通过注入工艺后采用退火工艺形成，基区结深及结形貌受退火工艺影响很大，而多晶发射极工艺均通过多晶内大剂量注入，之后高温快速热退火，使得杂质扩散进入基区形成发射结。在基区及发射区的表面，会经历大量的工艺过程，比如注入，刻蚀，金属化等，对于基区表面以及发射区表面带来大量的缺陷，最终导致器件的放大系数非常不稳定。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种三极管及其制作方法，能够使所述三极管的放大系数更加稳定，提高器件性能。

第一方面，本发明实施例提供了一种三极管，包括：第一导电类型的衬底；形成于所述衬底上的第一导电类型的第一外延层；形成于所述第一外延层内的沟槽；形成于所述沟槽底部及侧壁的第一外延层区域内的第一导电类型集电区；形成于所述沟槽内的第二导电类型的基区；形成于所述基区内的发射区，所述发射区的上表面与所述基区的上表面持平；分别与所述发射区、基区以及所述衬底远离所述第一外延层一侧连接的发射极、基极以及集电极。

第二方面，本发明实施例提供了一种三极管的制作方法，所述方法包括：所述方法包括：提供第一导电类型的衬底，在所述衬底上形成第一导电类型的第一外延层；在所述第一外延层上形成第一介质层；以所述第一介质层为掩膜，在所述第一外延层上形成沟槽；通过第一注入在所述沟槽底部及侧壁的第一外延层区域内形成第一导电类型的集电区；在所述沟槽内填充第二导电类型的第二外延层；对所述第二外延层表面进行第二注入，以将所述第二外延层的部分区域反型成第一导电类型的发射区，未被反型成所述发射区的第二外延层区域为基区，所述发射区的上表面与所述基区的上表面持平；形成分别与所述发射区、基区以及所述衬底远离所述第一外延层一侧连接的发射极、基极以及集电极。

可以理解，本发明通过采用埋层基区的方式，先在所述沟槽内形成所述第二外延层作为后续的基区，再在所述第二外延层内形成发射区，进而在形成基极-发射极结时，可实现了对基区-发射区接触界面的良好保护，保证了基区与发射区之间良好界面态，使器件具有稳定的放大系数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。构成本发明的一部分附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明书用于解释本发明，并不构成对不让你发明的不当限定。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例提出的制作三极管的方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提出的三极管的剖面结构示意图；

图3至图10是本发明实施例提出的制作三极管的方法的剖面结构示意图；

附图标记说明：1、衬底；2、第一外延层；a、介质层；3、第一介质层；4、沟槽；5、集电区；6、第二外延层；7、发射区；8、基区；9、第二介质层；10、发射极；11、基极；12、集电极。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参阅图1及图2，本发明提供一种三极管的制作方法，包括：

步骤s01：提供第一导电类型的衬底1，在所述衬底1上形成第一导电类型的第一外延层2；

步骤s02：在所述第一外延层2上形成第一介质层3；

步骤s03：以所述第一介质层3为掩膜，在所述第一外延层2上形成沟槽；

步骤s04：通过第一注入在所述沟槽底部及侧壁的第一外延层2区域内形成第一导电类型的集电区5；

步骤s05：在所述沟槽内填充第二导电类型的第二外延层6；

步骤s06：对所述第二外延层6表面进行第二注入，以将所述第二外延层6的部分区域反型成第一导电类型的发射区7，未被反型成所述发射区的第二外延层6区域为基区8，所述发射区7的上表面与所述基区8的上表面持平；

步骤s07：形成分别与所述发射区7、基区8以及所述衬底1远离所述第一外延层2一侧连接的发射极10、基极11以及集电极12。

可以理解，本发明通过采用埋层基区8的方式，先在所述沟槽内形成所述第二外延层6作为后续的基区，再在所述第二外延层6内形成发射区7，进而在形成基极-发射极结时，可实现了对基区-发射区接触界面的良好保护，保证了基区8与发射区7之间良好界面态，使器件具有稳定的放大系数。

下面参照附图，对上述形成所述三极管的方法加以详细阐述。

为方便后面的描述，特在此说明：所述第一导电类型可以为n型，那么，所述第二导电类型为p型，反之，所述第一导电类型也可以为p型，相应的，所述第二导电类型为n型。在接下来的实施例中，均以所述第一导电类型为n型及所述第二导电类型为p型为例进行描述，但并不对此进行限定。

请参照附图3，执行步骤s01：提供第一导电类型的衬底1，在所述衬底1的第一表面生长具有第一导电类型的第一外延层2；具体的，所述衬底1作为所述三极管的载体，主要起到支撑的作用。在本实施方式中，所述衬底1的材质为硅衬底，硅为最常见、低廉且性能稳定的半导体材料，在本实施方式中，所述衬,1为重掺杂衬底，其掺杂浓度在5e16-3e17/cm³之间，所述衬底1的掺杂离子为磷离子，在其他实施方式中，还可为砷或锑等其他五价离子。具体的，所述第一外延层2重掺杂，其掺杂浓度在3e15-3e16/cm³之间。在本实施方式中，所述第一外延层2通过工艺较为简单的同质外延工艺形成，即所述第一外延层2的材料与所述衬底1的材料相同，当衬底1的材料为硅时，所述第一外延层2的材料也为硅。所述第一外延层2可以采用外延生长法形成在所述衬底1的第一表面上，在本实施方式中，所述第一外延层2的掺杂离子具体为磷离子，在其他实施方式中，所述第一外延层2的掺杂离子还可为砷或锑等其他五价离子。更具体的，所述外延生长法优选为化学汽相淀积方法(或称气相外延生长法)，化学汽相淀积方法是一种用气态反应原料在固态基体表面反应并淀积成固体薄层或薄膜的工艺，是一种比较成熟的三极管的外延生长法，该方法将硅与掺杂元素喷射于所述衬底1之上，均匀性，重复性好，且台阶覆盖性优良。

请参阅附图4及图5，执行步骤s02：在所述外延层2上形成第一介质层3；具体的，在所述第一外延层2上形成第一介质层3具体包括：首先在所述第一外延层2上形成介质层a，然后在所述介质层a上光刻出用于刻蚀所述沟槽的掩膜图形，并根据掩膜图形对所述介质层a进行刻蚀，未被刻蚀掉的所述介质层a为所述第一介质层3。更具体的，在所述介质层a上光刻出用于刻蚀所述沟槽的掩膜图形包括：在所述介质层a上形成光刻胶层(图未示)，之后采用具有所述沟槽图形的掩膜版对所述光刻胶层进行曝光，再进行显影，得到具有所述沟槽图形的光刻胶层，以具有所述沟槽图形的光刻胶层为掩膜，采用反应离子刻蚀法等刻蚀方法，在所述介质层a上蚀刻形成所述沟槽的图形开口(图未示)，以形成所述第一介质层3。在本实施方式中，所述第一介质层3的厚度在900a-1100a之间，在本实施方式中，所述第一介质层3的材质为二氧化硅。

请参阅附图6，执行步骤s03：以所述第一介质层3为掩膜，在所述第一外延层2上形成沟槽4；所述沟槽4的数量可以为一个，两个甚至更多，具体数量根据器件的要求来定。在本实施方式中，所述沟槽4的数量为两个。进一步的，形成所述沟槽4的过程可以为：以具有所述沟槽4图形开口的第一介质层3为掩膜，采用湿法刻蚀或干法刻蚀等方法，去除未被所述第一介质层3覆盖的所述第一外延层2区域，进而在所述第一外延层2内形成所述沟槽4。在上述过程中，为了保证曝光精度，还可在光刻胶层和第一介质层3之间形成抗反射层。在本实施方式中，所述沟槽4的深度在0.8-1um之间，所述沟槽4的宽度为0.7-1um之间。

请参阅附图7，执行步骤s04：通过第一注入在所述沟槽4底部及侧壁的第一外延层2区域内形成第一导电类型的集电区5。进一步的，所述沟槽4可以为直角沟槽也可以是倾斜沟槽，在本实施方式中，所述沟槽4为直角沟槽，因此，所述第一注入为倾斜注入，所述第一注入的离子具体为硼离子，在其他实施例中，其注入离子还可以为铟或镓离子等三价离子。所述硼离子的注入浓度在3e13-8e14/cm³之间，注入能量控制在50kev-80kev之间，所述第一注入用于使得沟槽4附近的n型重掺杂的所述第一外延层2浓度降低，进而形成所述集电区5，使得器件集电极的浓度变低，可以获得较高的集电极-基极击穿电压。进一步的，在所述第一外延层2上形成沟槽4之后，在所述沟槽4底部及侧壁上形成第一导电类型的集电区5之前，所述方法还包括：首先在所述沟槽4内生长牺牲氧化层(图未示)；然后去除所述牺牲氧化层。通常牺牲氧化层的去除方法为湿法刻蚀法，对所述牺牲氧化层进行处理的目的是消除所述沟槽4内部的刻蚀损伤，使所述沟槽4的表面平坦光滑，维持良好的沟槽4表面状态，进而有效提升后续器件的质量和可靠性。

请参阅附图8，执行步骤s05：在所述沟槽4内填充第二导电类型的第二外延层6；具体的，在形成所述集电区5之后，通过外延生长法在所述沟槽4内形成所述第二外延层6，所述第二外延层6填满于所述沟槽4。所述第二外延层6作为后续的基区材料，其导电类型为p型，其掺杂浓度在3e13-5e13/cm³之间，其掺杂离子为为硼离子，在其他实施例中，其掺杂离子还可以为铟或镓离子等三价离子。为了使所述沟槽4获得一个平坦的表面，在填充所述第二外延层6之后，通常会对所述第二外延层6进行平坦化操作，具体可以通过回刻或者化学机械研磨的方式实现平坦化，回刻工艺与化学机械研磨为本领域技术人员的惯用技术手段，在此不再一一赘述。

请参阅附图9，执行步骤s06：对所述第二外延层6表面进行第二注入，以将所述第二外延层6的部分区域反型成第一导电类型的发射区7，未被反型成所述发射区7的第二外延层6区域为基区8，所述发射区7的上表面与所述基区8的上表面持平；具体的，进行所述第二注入之前，在所述第一外延层2表面形成具有刻蚀窗口的光刻胶层，以所述光刻胶层为掩膜，在所述第二外延层6做所述第二注入形成所述发射区7，其中，所述第二注入的注入离子为砷离子，注入剂量为1e15-8e15/cm³之间，注入剂量为50kev-80kev之间，在其他实施方式中，所述第二注入的注入离子还可以为磷离子或锑离子。更具体的，所述发射区7形成于所述第二外延层6上部分的区域，在本实施方式中，所述发射区7形成于所述第二外延层6的上部分区域的中间位置，即所述基区8位于所述发射区7的下方及两侧并包围所述发射区7，在其他实施方式中，所述基区8还可以位于所述发射区7的下方及其中的一侧的位置。形成所述发射区7之后，还需要去掉所述光刻胶层，并进行快速热退火工艺，以实现对所述砷离子的驱入。可以理解，本发明通过采用埋层基区的方式，先在所述沟槽4内形成所述第二外延层6作为后续的基区8，再在所述第二外延层6内形成发射区7，进而在形成基极-发射极结时，可实现了对基区-发射区接触界面的良好保护，保证了基区8与发射区7之间良好界面态，使器件具有稳定的放大系数。

请参阅附图10，执行步骤s07：形成分别与所述发射区7、基区8以及所述衬底远离所述第一外延层2一侧连接的发射极10、基极11以及集电极12。具体的，在形成所述发射极10与所述基极11之前，在所述第一介质层3、发射区7以及基区8表面形成第二介质层9，在本实施方式中，所述第二介质层9的材质为二氧化硅，所述第二介质层9上形成所述基极接触孔与发射极接触孔，所述基区8通过所述基极接触孔与所述基极11电连接，所述发射区7通过所述发射极接触孔与所述发射极10电连接。所述发射区7及所述基区8的数量与所述沟槽4相等，在本实施方式中，当所述沟槽4的数量为2时，所述基区8及所述发射区7的数量同样为2，所述基极11及所述发射极10的数量根据器件的要求来定，在此不做过多的限定。所述第二介质层9、基极11、集电极12以及发射极10均通过光刻及刻蚀等传统工艺形成，在此不再一一赘述。

请再次参阅附图2，本发明提供一种三极管，基于上述的制作方法制成，所述三极管包括：

第一导电类型的衬底1；形成于所述衬底1上的第一导电类型的第一外延层2；形成于所述第一外延层2内的沟槽(图二中未示)；形成于所述沟槽4底部及侧壁的第一外延层2区域内的第一导电类型集电区5；形成于所述沟槽内的第二导电类型的基区8；形成于所述基区8内的发射区7，所述发射区7的上表面与所述基区8的上表面持平；以及分别与所述发射区7、基区8以及所述衬底1远离所述第一外延层2一侧连接的发射极10、基极11以及集电极12。

可以理解，本发明通过采用埋层基区的方式，先在所述沟槽内形成所述第二外延层6作为后续的基区8，再在所述第二外延层6内形成发射区7，进而在形成基极-发射极结时，可实现了对基区-发射区7接触界面的良好保护，保证了基区8与发射区7之间良好界面态，使器件具有稳定的放大系数。

具体的，所述衬底1作为所述三极管的载体，主要起到支撑的作用。在本实施方式中，所述衬底1的材质为硅衬底，硅为最常见、低廉且性能稳定的半导体材料，在本实施方式中，所述衬底1为重掺杂衬底，其掺杂浓度在5e16-3e17/cm³之间，所述衬底1的掺杂离子为磷离子，在其他实施方式中，还可为砷或锑等其他五价离子。具体的，所述第一外延层2重掺杂，其掺杂浓度在3e15-3e16/cm³之间。在本实施方式中，所述第一外延层2通过工艺较为简单的同质外延工艺形成，即所述第一外延层2的材料与所述衬底1的材料相同，当衬底1的材料为硅时，所述第一外延层2的材料也为硅。所述第一外延层2可以采用外延生长法形成在所述衬底1的第一表面上，在本实施方式中，所述第一外延层2的掺杂离子具体为磷离子，在其他实施方式中，所述第一外延层2的掺杂离子还可为砷或锑等其他五价离子。更具体的，所述外延生长法优选为化学汽相淀积方法(或称气相外延生长法)，化学汽相淀积方法是一种用气态反应原料在固态基体表面反应并淀积成固体薄层或薄膜的工艺，是一种比较成熟的三极管的外延生长法，该方法将硅与掺杂元素喷射于所述衬底1之上，均匀性，重复性好，且台阶覆盖性优良。

请一并参阅图3至图10，进一步的，所述三极管还包括形成于所述第一外延层2上用于作为刻蚀所述沟槽4的掩膜的第一介质层3。具体的，在所述第一外延层2上形成第一介质层3具体包括：首先在所述第一外延层2上形成介质层a，然后在所述介质层a上光刻出用于刻蚀沟槽4的掩膜图形，并根据掩膜图形对所述介质层a进行刻蚀，未被刻蚀掉的所述介质层a为所述第一介质层3。更具体的，在所述介质层a上光刻出用于刻蚀所述沟槽4的掩膜图形包括：在所述介质层a上形成光刻胶层(图未示)，之后采用具有所述沟槽4图形的掩膜版对所述光刻胶层进行曝光，再进行显影，得到具有所述沟槽4图形的光刻胶层，以具有所述沟槽4图形的光刻胶层为掩膜，采用反应离子刻蚀法等刻蚀方法，在所述介质层a上蚀刻形成所述沟槽4的图形开口(图未示)，以形成所述第一介质层3。在本实施方式中，所述第一介质层3的厚度在900a-1100a之间，在本实施方式中，所述第一介质层3的材质为二氧化硅。

所述沟槽4的数量可以为一个，两个甚至更多，具体数量根据器件的要求来定。在本实施方式中，所述沟槽4的数量为两个。进一步的，形成所述沟槽4的过程可以为：以具有所述沟槽4图形开口的第一介质层3为掩膜，采用湿法刻蚀或干法刻蚀等方法，去除未被所述第一介质层3覆盖的所述第一外延层2区域，进而在所述第一外延层2内形成所述沟槽4。在上述过程中，为了保证曝光精度，还可在光刻胶层和第一介质层3之间形成抗反射层。在本实施方式中，所述沟槽4的深度在0.8-1um之间，所述沟槽4的宽度为0.7-1um之间。

所述发射区7的掺杂离子为砷离子，掺杂剂量在1e15-8e15/cm³之间，在其他实施方式中，所述发射区7的掺杂离子还可以为磷离子或锑离子。形成所述发射区7之后，还需要去掉所述光刻胶层，并进行快速热退火工艺，以实现对所述砷离子的驱入。可以理解，本发明通过采用埋层基区8的方式，先在所述沟槽4内形成所述第二外延层6作为后续的基区8，再在所述第二外延层6内形成发射区7，进而在形成基极-发射极结时，可实现了对基区-发射区接触界面的良好保护，保证了基区8与发射区7之间良好界面态，使器件具有稳定的放大系数。

所述三极管还包括形成于所述第一介质层3、发射区7以及基区8表面的第二介质层9，在本实施方式中，所述第二介质层9的材质为二氧化硅，所述第二介质层9上形成所述基极接触孔与发射极接触孔，所述基区8通过所述基极接触孔与所述基极11电连接，所述发射区7通过所述发射极接触孔与所述发射极10电连接。所述发射区7及所述基区8的数量与所述沟槽4相等，在本实施方式中，当所述沟槽4的数量为2时，所述基区8及所述发射区7的数量同样为2，所述基极11及所述发射极10的数量根据器件的要求来定，在此不做过多的限定。所述第二介质层9、基极11、集电极12以及发射极10均通过光刻及刻蚀等传统工艺形成，在此不再一一赘述。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。